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超材料、石英玻璃、納米材料…我國的材料技術(shù)有多牛
文章來源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2022-10-31 14:56:33
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中國已經(jīng)在走向了很多自主研發(fā)的道路，逐漸擺脫國外的封鎖，這不就在材料領(lǐng)域上，我們有了很大的突破，甚至我們掌握的部分技術(shù)，已經(jīng)能夠給國際局勢(shì)，帶來極大的變化。 接下來，我們就來盤點(diǎn)一下，中國在材料上的大突破，看看中國再上分，再添科技榮光，讓我們看到了中國占領(lǐng)主導(dǎo)地位的未來。 1、超材料 沒錯(cuò)這個(gè)材料的名字，就叫超材料，目前中國在超材料上技術(shù)已經(jīng)取得了大突破，就是美國也不是對(duì)手，且至少領(lǐng)先全球5年的時(shí)間。 超材料其實(shí)是一種特殊性質(zhì)的人造材料，在自然界當(dāng)中是沒有的，同時(shí)這也是一種另類的材料，擁有特別的性質(zhì)。 使用了超材料已經(jīng)，能夠使得光、電磁波改變它們?cè)镜耐ǔＰ再|(zhì)，這是普通的傳統(tǒng)材料是沒有辦法實(shí)現(xiàn)的。 由于其特殊的特性，讓其有著極其廣泛的應(yīng)用前景，甚至當(dāng)技術(shù)達(dá)到一定程度的時(shí)候，能夠應(yīng)用在地震預(yù)警當(dāng)中。 同時(shí)能夠在電子工程、光電子學(xué)、經(jīng)典光學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)以及材料科學(xué)等各大領(lǐng)域上，都具有一定的課題，而目前最引人關(guān)注的，就是超材料在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域上的應(yīng)用了。 而我國也在軍用超材料的技術(shù)上進(jìn)行了很大的突破，要知道超材料能夠改變光、電磁波的性質(zhì)，為此應(yīng)用到雷達(dá)反射罩之上，那簡(jiǎn)直就是無敵了。 畢竟隨著軍事技術(shù)發(fā)展得越來越先進(jìn)，所以雷達(dá)對(duì)戰(zhàn)斗飛機(jī)、坦克以及導(dǎo) 彈的探測(cè)是十分重要的，為此相應(yīng)的，隱形技術(shù)也成為了世界各國的探討層次。 而使用超材料，在軍事領(lǐng)域上就能夠做到偵察、反偵察上進(jìn)行應(yīng)用，可以說會(huì)比傳統(tǒng)的隱身材料，要更為自然，改變了電磁輻射的波長(zhǎng)，光的特性，令其更難補(bǔ)充，這無疑是在緊緊跟隨著軍事領(lǐng)域的發(fā)展步伐。 2、激光晶體 激光晶體可謂是我國自主研制道路上的，一大領(lǐng)頭人物，那可是真正領(lǐng)先世界的存在，曾經(jīng)在激光晶體技術(shù)上，那中國可謂是技術(shù)獨(dú)一份的，領(lǐng)跑全球。 其實(shí)激光晶體，是屬于一種晶體材料，也是晶體激光器的工作物質(zhì)，能夠通過外界所提供的能量來通過光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)化成為空間和時(shí)間上相干的具有高度平行性和単色性的晶體材料。 那么這個(gè)所謂的激光晶體能夠干什么呢？ 一般的激光晶體都是YAG材料，叫作釔鋁石榴石，在工業(yè)上的應(yīng)用量非常大。而只有了激光晶體，才能夠發(fā)展激光技術(shù)，相信這些年已經(jīng)越來越多的人接觸到了激光技術(shù)。 什么激光美容、激光微創(chuàng)手術(shù)等等，乃至大到高端精密技術(shù)，可能都離不開激光技術(shù)的應(yīng)用和幫助，為此激光晶體在激光技術(shù)上，是最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。 就說KBBF激光晶體，這種飛線性光學(xué)晶體，中國在其的技術(shù)層次，更是直接領(lǐng)先了美國15年，占領(lǐng)著世界的主導(dǎo)地位，可見中國在這一材料的技術(shù)有多強(qiáng)。 3、石英玻璃 石英玻璃其實(shí)是高科技領(lǐng)域的關(guān)鍵耗材，事實(shí)上，原本國內(nèi)石英玻璃市場(chǎng)，大多都是采用的進(jìn)口，不過在我國科技人員的努力之下，目前中國已經(jīng)在石英玻璃上的應(yīng)用上做到了國產(chǎn)快速替代進(jìn)程，為此在石英玻璃上，中國是已經(jīng)具有話語權(quán)了，不然不會(huì)如此進(jìn)行快速的替代。 事實(shí)上，石英玻璃的技術(shù)并不是那么容易突破的，它堪稱玻璃材料當(dāng)中的“皇冠”，是二氧化硅單一成分的非晶態(tài)材料，具有極其獨(dú)特的性能，擁有強(qiáng)大光學(xué)性能，可以在紫外到紅外輻射的連續(xù)波長(zhǎng)范圍內(nèi)都有優(yōu)良的透射比。 在制作半導(dǎo)體、電光源器、激光器、光學(xué)儀器、醫(yī)療設(shè)備、化工、電子、建材、國防等領(lǐng)域之上，應(yīng)用十分廣泛，是真正高新技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵原材料。 可以說掌握了石英玻璃，就能夠掌控很多的領(lǐng)域上，特別是在半導(dǎo)體領(lǐng)域上，石英玻璃的使用，占到了65%的占比，所以石英玻璃是半導(dǎo)體重要的耗材。 4、納米材料 隨著納米技術(shù)與納米材料的發(fā)展，各式各樣的功能性材料逐漸引入納米材料作為添加劑，從而提升特定方面的性能，如消炎抗菌、抗老化、催化等。 例如，在橡膠中添加一定量納米二氧化硅能改善橡膠的物理機(jī)械性能，提升其耐磨性、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度以及硬度，起到補(bǔ)強(qiáng)作用。在塑料、橡膠中添加少量層狀水滑石納米材料則能提升阻燃、抗紫外線氧化等性能。 而現(xiàn)如今，越來越多的生活產(chǎn)品都標(biāo)注使用先進(jìn)納米材料強(qiáng)化產(chǎn)品性能，甚至開發(fā)出前所未有的新功能。 我國在納米材料上的突破也日益增多，最近有哪些新突破呢？ 1.在納米材料上造“蜂窩” 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人類在微觀領(lǐng)域探索的步伐也在不斷向前邁進(jìn)，而科學(xué)技術(shù)已飛躍至世界前列的中國，又有一項(xiàng)技術(shù)橫空出世，那就是能夠在納米材料上造“蜂窩”的介孔高分子和碳材料技術(shù)，該技術(shù)的誕生，瞬間轟動(dòng)了全球，就連韓國有關(guān)專家也佩服之至，那么什么是介孔材料，它又有什么用途呢？ 圖為顯微鏡下的介孔材料 介孔材料是國際化學(xué)聯(lián)合會(huì)規(guī)定的，孔徑在2-50納米之間的微粒，這些材料與人們?nèi)粘Ｉ钪兴姷降暮＞d，珊瑚等物質(zhì)相似，它們身上都遍布著大量的孔洞，因?yàn)檫@些孔洞的存在，物體的密度很低，但滲透性和吸附性都很強(qiáng)，介孔材料和它們類似，渾身遍布規(guī)則有序的孔道結(jié)構(gòu)，孔徑狹窄，使得這些材料具有極高的比表面積，能在微孔沸石分子篩試驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的過濾和篩選，所以催化反應(yīng)結(jié)果也更精準(zhǔn)。 此外，介孔材料的孔洞排列整齊有序，因而可以將其用作微型反應(yīng)容器，從而進(jìn)行各種微粒級(jí)別的試驗(yàn)，所以這種材料剛被研制出來不久，就吸引了國際上的廣泛關(guān)注，讓介孔材料及相關(guān)技術(shù)研發(fā)，成為了全球范圍內(nèi)跨多門學(xué)科的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域之一，在未來，這款納米級(jí)別的材料還將被廣泛應(yīng)用在微電子技術(shù)，化學(xué)傳感器，光電器材等其他領(lǐng)域。 那這樣的材料是如何被研制出來的呢？在本世紀(jì)初期，只有無機(jī)介孔材料，有機(jī)介孔材料的研發(fā)工作一直難以攻克，而中國的科學(xué)家們又一直想創(chuàng)造一種又軟又輕，又好用的有機(jī)高分子材料，于是經(jīng)過五年的鉆研攻關(guān)，相關(guān)團(tuán)隊(duì)在有機(jī)-無機(jī)自組裝的基礎(chǔ)上，首次提出了有機(jī)-有機(jī)自組裝的新概念，并加以驗(yàn)證，于是介孔高分子和介孔碳材料由此誕生，截至目前，中國科研人員所研制的這款新型材料，已經(jīng)吸引了全球60個(gè)國家和地區(qū)的近1500家科研機(jī)構(gòu)，發(fā)表的相關(guān)論文數(shù)量更是多達(dá)4萬余篇，介孔高分子和碳材料的出現(xiàn)，大大推動(dòng)了微觀材料制作的發(fā)展。 那么這種材料有什么作用呢？拿石油煉化為例，中國雖然擁有豐富的石油資源，但開采的原油，經(jīng)過傳統(tǒng)方式處理后，汽柴油和其他物質(zhì)的質(zhì)量大約相同，意味著幾乎有一半的石油被浪費(fèi)，只能制成鋪路的瀝青，可見其轉(zhuǎn)化率之低，然而人力財(cái)力消耗卻很大，這時(shí)，如果把介孔材料作為催化劑，加入到石油煉化過程當(dāng)中，將大大提高原油的轉(zhuǎn)化效率，一旦進(jìn)行全國推廣，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 2.新型仿生納米復(fù)合纖維材料 記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校俞書宏教授團(tuán)隊(duì)借鑒天然生物纖維的策略，成功研制出一種既強(qiáng)又韌的宏觀尺度纖維素基納米復(fù)合纖維材料。成果日前在線發(fā)表在著名期刊《國家科學(xué)評(píng)論》上。 納米尺度纖維素是地球上儲(chǔ)量最豐富的納米級(jí)原材料，其密度低、熱穩(wěn)定性好、力學(xué)性能出色，同時(shí)具備可降解、可再生和可持續(xù)性的明顯優(yōu)勢(shì)。然而，人工制備的纖維素基宏觀纖維材料的強(qiáng)度和韌性之間的矛盾難以解決，低韌性、易脆斷等問題嚴(yán)重限制了此類材料在先進(jìn)織物等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。自然界中許多植物纖維和動(dòng)物纖維實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高韌性的完美組合，它們都是天然納米復(fù)合材料，由高度取向的高強(qiáng)度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機(jī)物基質(zhì)中構(gòu)成，并具有高度有序的多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。 中科大研究人員以高強(qiáng)度細(xì)菌納米纖維素作為增強(qiáng)基元，以海藻酸鈉生物大分子作為有機(jī)物基質(zhì)，將兩者復(fù)合水溶液進(jìn)行溶液紡絲，得到拉伸強(qiáng)度初步提升的單取向結(jié)構(gòu)宏觀納米復(fù)合纖維。隨后，他們通過多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到具有類似生物纖維結(jié)構(gòu)特征的宏觀人工纖維材料，其拉伸強(qiáng)度繼續(xù)提升25%，斷裂延伸率和韌性則分別同步提升近50%和100%，最終拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率可分別達(dá)到535兆帕、16%。 該成果所獲得的最高拉伸強(qiáng)度可與高性能纖維素基天然植物纖維相媲美，這種仿生纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略有望應(yīng)用在其他復(fù)雜等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)和制備中。 尾聲 由此可見，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)一個(gè)國家的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，尤其是在當(dāng)今時(shí)代，科技發(fā)展水平往往決定著一個(gè)民族未來的興衰，因此，只有堅(jiān)持創(chuàng)新，大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)，才能推動(dòng)民族在富強(qiáng)的道路上，長(zhǎng)盛不衰地走下去。 現(xiàn)在的科技發(fā)展，原料是非常重要的，甚至能夠在多個(gè)領(lǐng)域上占到主導(dǎo)地位，為此中國掌握了多個(gè)原材料，確實(shí)能夠預(yù)料到中國未來占領(lǐng)主導(dǎo)地位的情景，在這里不得不為中國感到驕傲。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_518320.html 來源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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