音頻科普:潛力無限的新材料
發(fā)布時間:2020-11-30
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音頻科普:潛力無限的新材料

在如今全新的時代,人類不再像古時候那樣依靠大自然獲得材料,而是從人工合成中創(chuàng)造材料。比如,在鋼鐵工業(yè)中催生的不銹鋼材料,可塑性極強的塑料聚合物,在宣告著新材料的廣泛應用。?

  改革開放40年來,傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能材料、高技術發(fā)展所需的特殊性能材料、新功能材料,如雨后春筍般層出不窮。新材料也因此和信息技術、生物技術一起,成為21世紀最重要、最具發(fā)展?jié)摿Φ念I域之一,使得新材料和日常生活緊密聯(lián)系起來。?

  人們常說,材料是人類文明的物質基礎。只要我們向四周看看,就可以發(fā)現(xiàn)材料無處不在,穿的衣服是由各種材料制成的;住的房屋同樣是由各種人工合成的材料建成的;另外,窗戶上的玻璃、吃飯用的餐具、通訊用的手機、乘坐的汽車、家里的電器等等都是由各種各樣的材料制成的。小到簡單的縫衣針,大到復雜的航天飛機,都離不開材料這一基礎物質。?

  這個時候,人們就可以給材料下一個簡單的定義:材料就是可以制造有用物件的物質,也就是說,材料是人類用來制造物品、器件、機器或者各種其他產(chǎn)品來滿足多種需要的物質。?

  而新材料則是指那些新出現(xiàn)或者是已經(jīng)處在發(fā)展中的、具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特高性能的材料。從這一角度來看,新材料的開發(fā)是現(xiàn)代科技發(fā)展的根本,新材料的發(fā)展和應用也成為了推動社會前進的重要力量。?

  材料科學的突破可以說給人類生活帶來了全新的變化,比如:液晶材料豐富了我們的娛樂;人工晶體使治愈白內障疾病成為了可能;醫(yī)用和牙科陶瓷讓我們有了重塑自己關鍵部位的能力。因此,在我們的日常生活、汽車發(fā)動機、通信電子等方面,新材料都發(fā)揮著重要的作用。?

  中國科學院薛其坤院士就以航空飛機為例,為我們簡單介紹了鋼鐵新材料方面的應用:鋼鐵材料的發(fā)展,我們可以做出更好的發(fā)動機,甚至可以現(xiàn)在做出919的發(fā)動機,因為發(fā)動機它在高性能的飛機,它這個發(fā)動機用的這個材料,這種高溫合金是非常重要的。如果你的耐溫不很高,那么你這個飛機的推動力就不大,不大的話,你的這個飛機的運載能力,安全能力,都會受到影響,所以高溫合金材料的發(fā)展,實際上是整個現(xiàn)代化社會發(fā)展的一個支撐的一種東西。?

  隨著科學技術的發(fā)展,科學工作者除了可以運用新材料方便生活,還能創(chuàng)造出具有無限潛力的新材料。例如,我們利用光伏材料可以把陽光轉化為源源不斷的能量;再或者目前發(fā)現(xiàn)的具有厚度最薄,強度最大,導電導熱性能最強等特點的碳材料——石墨烯,很有可能在未來取代硅,成為21世紀最具里程碑意義的新材料。除此之外,富勒烯、碳納米管的陸續(xù)發(fā)現(xiàn),更是讓新材料的應用進一步得到提升。?

  不過,石墨烯想要取代硅材料,還需要一段很長的路要走。硅材料在現(xiàn)代科技方面應用非常普遍,它的產(chǎn)量和用量同時還標志著一個國家的電子工業(yè)水平。有關硅材料的成果轉化,中國科學院王恩哥院士說到:在科技成果轉化方面,我們也有一些例子,比如說像1997年我就提出物理所研制第三代半導體材料碳化硅生長半徑,20多年過去了,現(xiàn)在由物理所陳小龍研究員帶領的團隊所發(fā)展的一個上市公司,已經(jīng)成為了亞太地區(qū)最大的供應商,碳化硅的最大的供應商。?

  硅是第一代半導體材料,碳化硅是第三代半導體材料,那么現(xiàn)在是重要的,在通訊中在IT行業(yè)上是非常的重要的。?

  沒有這個東西大概我們就非常的被動,我們很多事情都做不到。那么現(xiàn)在我們真正解決了這個卡脖子的事情,這是20年前的一個布局,實際上也是基礎研究到應用研究一個成功的一個例子。?

  在科技研發(fā)方面,新材料的作用更是重大無比。例如,超純硅、砷化鎵研制成功,導致大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的誕生,使計算機運算速度從每秒幾十萬次提高到每秒百億次以上。這些都可以在科技創(chuàng)新方面得到充分的應用。?

  上海張江(集團)有限公司董事長袁濤在接受采訪時表示,集成電路已經(jīng)延伸到生活的各個領域,包括人工智能和芯片研發(fā)等產(chǎn)業(yè):人工智能已經(jīng)融入了我們社會發(fā)展的方方面面和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方方面面,那么張江原有的我們說以集成電路產(chǎn)業(yè)為基礎的信息產(chǎn)業(yè),因為我們除了集成電路產(chǎn)業(yè),后來還衍生出數(shù)字化的文化產(chǎn)業(yè),互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),等等這樣的產(chǎn)業(yè),通訊產(chǎn)業(yè),這都是和我們的芯片研發(fā)、半導體產(chǎn)業(yè)捆綁在一起而產(chǎn)生的。?

  目前,世界上傳統(tǒng)材料大約有幾十萬種,新材料的品種也正在以每年大約5%的速度持續(xù)增長;除此之外,世界上現(xiàn)在還有800多萬種人工合成的化合物,同樣以每年25萬種的速度遞增。?

  新材料作為高新技術的基礎和先導,它的發(fā)展速度毋庸置疑,應用范圍也非常廣泛。其實,除了剛剛我們提到的這些材料外,新材料領域還有汽車材料、納米材料、超導材料等等,在我國的新材料產(chǎn)業(yè)中也都取得了很大的突破。其中,對于超導材料方面的進展,中國科學院王恩哥院士在接受采訪時說:1987年的時候呢,銅基超導的研究還主要局限在新材料的發(fā)現(xiàn)上。那么2018年也就是20年之后,2018年,鐵基超導的研究不但在新材料上有所突破,而且在新物理特性,新概念,新現(xiàn)象的揭示上也取得了巨大的突破。?

  隨著高新技術的發(fā)展,新材料與傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)結合日益緊密,產(chǎn)業(yè)結構呈現(xiàn)出橫向擴散的特點,技術水平日益提高,產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在不斷擴大,正在形成具有自主創(chuàng)新能力的新材料產(chǎn)業(yè)體系,比如,航空航天、軌道交通、信息、生物、新能源等高技術產(chǎn)業(yè)。同時也為突破技術瓶頸、實現(xiàn)跨越發(fā)展提供了強有力的支撐。?

  但總體上來說,我國新材料產(chǎn)業(yè)的競爭力仍需加強,以企業(yè)為主體的自主創(chuàng)新體系需要不斷完善,部分核心關鍵材料依然受制于人。為此,我國新材料產(chǎn)業(yè)需要抓緊機遇,合理規(guī)劃,提升自身的支撐能力。?

  于是,在2017年初,我國把新材料產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一,并持續(xù)發(fā)布了《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等重要文件,進而鞏固提升現(xiàn)有新材料產(chǎn)業(yè)基地、園區(qū)實力,在重點新材料領域推動形成若干產(chǎn)業(yè)鏈更加完善、配套齊全、競爭力強的特色產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),進一步提升我國新材料研究的自主創(chuàng)新能力。?



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