新材料的产业链、分类及应用

新材料学习资料

一、新材料分类:

按材料的属性划分有金属材料、无机非金属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。

1、金属材料:包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物与特种金属材料等。

2、无机非金属材料:陶瓷、砷化镓半导体等

3、有机高分子材料:主要就是碳、氢、氧、氮等

4、先进复合材料:指可用于加工主承力结构与次承力结构、其刚度与强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。

按材料的使用性能分,有结构材料与功能材料。

1、结构材料主要就是利用材料的力学与理化性能,以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求。

2、功能材料主要就是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应, 以实现某种功能,如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料与制造原子弹、氢弹的核材料等。

二、新材料类型:

1、复合新材料:由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。

复合材料的基体材料分为金属与非金属两大类:

金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。

非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝与硬质细粒等。

复合新材料在新能源与交通市场上的应用:

(1)清洁、可再生能源用复合材料,包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料与天然气、氢气高压容器。

(2)汽车、城市轨道交通用复合材料,包括汽车车身、构架与车体外覆盖件,轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等。

(3)民航客机用复合材料,主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%,主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。中国未来20年间需新增支线飞机661架,将形成民航客机的大产业,复合材料可建成新产业与之相配套。

(4)船艇用复合材料,主要为游艇与渔船,游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场,由于中国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢,但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

2、超导材料:有些材料当温度下降至某一临界温度时,其电阻完全消失,这种现象称为超导电性,具有这种现象的材料称为超导材料。

超导材料主要分为合金材料(如铝合金、铜合金、铁合金、镁合金与高温合金等)与化合物材料(如超导陶瓷)两种。

超导材料最诱人的应用就是:(1)发电、输电与储能。(2)超导磁悬浮列车。(3)超导计算机等

3、智能材料:主要应用航空航天高科技新材料发展,包括形状记忆合金压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液与磁流变液等智能材料驱动组件材料等功能材料。

4、磁性材料:磁性材料可分为软磁材料与硬磁材料二类。

软性材料在电子技术中广泛应用于高频技术。如磁芯、磁头、存储器磁芯;在强电技术中可用于制作变压器、开关继电器等。目前常用的软磁体有铁硅合金、铁镍合金、非晶金属。

硬磁材料(永磁材料)如常见的指南针、仪表、微电机、电动机、录音机、电话及医疗等方面。永磁材料包

括铁氧体与金属永磁材料两类。

5、纳米材料:纳米材料的制备与合成技术就是当前主要的研究方向。

纳米科技主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七个方面。

纳米材料的应用:(1)纳米金属。如纳米铁材料,就是由6纳米的铁晶体压制而成的,较之普通铁强度提高12倍,硬度提高2~3个数量级,利用纳米铁材料,可以制造出高强度与高韧性的特殊钢材。用于研制新一代高速发动机中承受超高温的材料。(2)“纳米球”润滑剂。在机车发动机加入纳米球,可以起到节省燃油、修复磨损表面、增强机车动力、降低噪音、减少污染物排放、保护环境的作用。(3)纳米陶瓷。首先利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降,简化生产工艺,同时,纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性,解决了普通陶瓷韧性不足的弱点,大大拓展了陶瓷的应用领域。(4)纳米碳管。纳米碳管将成为未来高能纤维的首选材料,并广泛用于制造超微导线、开关及纳米级电子线路。(5)纳米催化剂。用于催化剂。(6)量子元件。制造存储芯片。

国内研究成果:目前中国已经研制出一种用纳米技术制造的乳化剂,以一定比例加入汽油后,可使象桑塔纳一类的轿车降低10%左右的耗油量;纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力,在室温常压下,约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放,可以不用昂贵的超低温液氢储存装置。

三、新材料的应用:

目前,一般按应用领域与当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域:

1.电子信息材料

主要内容涉及微电子材料、介电材料、压电材料、传感器材料、能源电池材料、光电材料与有机电子材料等。

2.新能源材料

能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。

3.纳米材料

（1）天然纳米材料:动物头部内的纳米磁性材料。

（2）纳米磁性材料:用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑与选矿等领域。

（3）纳米传感器:制作温度传感器、红外线检测仪与汽车尾气检测仪,检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。

（4）纳米倾斜功能材料:用在航天用的氢氧发动机中。

（5）纳米半导体材料:在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。

（6）纳米催化材料:可替代昂贵的铂或钯催化剂。

（7）医疗上的应用:把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位,便可以检查病变与进行治疗,其作用要比传统的打针、吃药的效果好。

（8）纳米计算机:微型计算机,微型存储器芯片等。

（9）纳米碳管:它的抗张强度比钢高出100倍,导电率比铜还要高。

（10）家电:纳米材料制成的纳米材料多功能塑料,具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用,可用为作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。

（11）环境保护:纳米膜。

（12）纺织工业:可用于制造抗菌内衣、用品,可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。（13）机械工业:对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理,可以提高机械设备的耐磨性、硬度与使用寿命。

4.先进复合材料:

(1)航空航天领域。由于复合材料热稳定性好,比强度、比刚度高,可用于制造飞机机翼与前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼与外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。

（2）汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性,可减振与降低噪声、抗疲劳性能好,损伤后易修理,便于整体成形,故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。

（3）化工、纺织与机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料,可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。

(4)医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能与不吸收X射线特性,可用于制造医用X光机与矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性与血液相容性,生物环境下稳定性好,也用作生物医学材料。此外,复合材料还用于制造体育运动器件与用作建筑材料等。

5、生态环境材料:生物降解材料。

6、新型功能材料:高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等。

7、生物医用材料:用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患,而对人体组织不会产生不良影响的材料。

8、高性能结构材料:高性能结构材料就是支撑航空航天、交通运输、电子信息、能源动力以及国家重大基础工程建设等领域的重要物质基础。

9、新型建筑及化工新材料等:

新型建筑材料主要包括新型建筑结构材料、新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料与装饰装修材料。化工新材料主要就是有机硅产品。

四、代表性企业:

1.新疆蓝山屯河屯河化工股份有限公司:就是依托新疆资源优势成长壮大的高科技化工新材料企业,就是国有控股的中外合资股份制企业。公司下辖聚酯、型材、新材料、能源等四家全资子公司,主要产品PBT、EPS、PET、PBS、PVC型材等综合生产能力达35万吨/年,主导产品填补了西北化工产业空白。

2.新疆鹏远新材料股份有限公司:系以发起方式设立的股份制有限公司(以下简称“股份公司”),公司注册地:新疆乌鲁木齐高新技术产业开发区。目前,公司在园区内以土地出让金形式获得260亩工业用地,拟投资建设高压玻璃钢管道生产线、扩建常压管道生产线,计划建设12个厂房24条流水线。

3.新疆众与:就是国内电子铝箔行业的龙头企业,拥有“能源-电解铝-高纯铝-电子铝箔-电极箔”全套产业链。其中,高纯铝与电子铝箔就是公司的传统优势业务,国内市场份额分别为80%与50%。随着公司的规模扩张与技术进步,能源与电极箔两个环节也将成为新的瞧点。

4.新疆兴达伟业泡塑新材料有限公司:就是无锡兴达泡塑新材料股份有限公司的全资子公司,公司在奎屯-独山子经济技术开发区及建设32万吨/年EPS项目,其中一期项目16万吨/年EPS计划总投资6亿元,其中固定资产投放1、5亿元。

5.新疆亚通新材料科技有限公司:属于福建亚通科技集团,系亚通科技集团响应国家全面援疆与福建省对口支援昌吉州推进产业援疆精神号召,在新疆昌吉市国家高新技术产业开发区投资建设的大型管道生产基地。公司占地420亩,项目总投资七亿元人民币,达产后将成为年产14万吨管道、产销额近20亿元的大型管道系统集成厂商。

6.新疆博鑫非金属新材料有限责任公司:由新疆有色集团公司与新疆投资发展集团公司共同出资设立的。公司注册资本为1亿元,其中有色集团稀有公司持股51%、新疆投资发展集团公司持股49%。该公司依托素有“北疆明珠”之称的富蕴县可可托海丰富的非金属资源,主营云母、石英等非金属资源的开发、加工及销售业务,积极整合全疆云母资源,将在三年内形成万吨云母制品与三万吨碳化硅的生产规模。

7.新疆永昌新材料科技股份有限公司:位于中国新疆乌鲁木齐甘泉堡工业区,规划面积1平方公里。公司主要产品为太阳能光热发电相关技术研发与聚光集热装置、风力发电机舱罩、高分子树脂产品及人造石产品,填补了西北地区太阳能光热发电、风力发电机舱罩、高分子树脂、人造石四项高科技产品空白。太阳能光热发电在我国西北特别就是新疆光热充足的地区,具有得天独厚的资源条件与巨大的发展空间。风力发电机舱罩主要为国内风电制造商配套。高分子树脂产品主要为上述产品及玻璃钢管道等复合材料提供原材料并出口中亚各国。人造石主要供应西北五省并出口世界各地。