功能高分子材料的特点范例(12篇)
功能高分子材料的特点范文篇1
内外驱动开拓产业疆土
新材料产业本身就是国家要重点发展的七大战略新兴产业之一，而其他六大产业对新材料也有迫切需求，同时目前我国正在进行的经济结构战略性调整也为新材料产业提供了重要发展机遇。我国新材料产业研发和应用发端于国防科技工业领域，经过几十年的奋斗，目前新材料产业体系初步形成。2010年我国新材料产业规模超过6500亿元，与2005年相比年均增长约20％。其中，稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、有机硅、玻璃纤维及其复合材料等产能居世界前列。但是世界科技革命迅猛发展，新材料产品日新月异，竞争日趋激烈，外资不断渗入，对我国新材料产业发展构成较大压力。从国内来看，发展战略性新兴产业，需要新材料产业提供支撑和保障，为新材料产业发展提供了广阔市场空间。另一方面，我国传统原材料工业规模巨大，部分行业产能过剩，资源、能源、环境等约束日益强化，迫切需要大力发展新材料产业。目前新材料行业的发展也有一些问题亟待解决，如薄弱的自主研发和创新能力、新材料推广应用困难、产业缺乏统筹规划和政策引导等，这些也是规划期待解决的重点问题。
三大领域聚焦化工重点
《规划》将“新材料”分为六大领域：特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料和前沿新材料。在化工相关领域，最引人注目的是三大新材料产业。
第一，特种金属功能材料。稀土功能材料被放在首要位置。我国具有明显的稀土资源优势，但是资源利用率非常低，多数资源被廉价输出，很多高性能稀土材料的研发和应用远落后于世界先进水平，与我国的资源拥有地位不相称。规划提出，我国将重点开发高纯稀土金属集成化提纯、高容量大功率储能材料、稀土合金快冷厚带等生产技术。
第二，先进高分子材料。规划中先进高分子材料领域与传统化工业关系最为密切，可以说是化工业中两大合成材料——塑料和橡胶的未来发展方向。该领域包括三个方面：特种橡胶、工程塑料和功能高分子材料。
特种橡胶规划中定义的特种橡胶实际上是广义的，涵盖了目前国际上已经产业化和正在产业化的所有合成橡胶品种。重点产品目录列出了19个具体的橡胶和弹性体品种，包括溶聚丁苯橡胶和稀土顺丁橡胶。规划目标是力争到2015年特种橡胶的国内市场满足率超过70％。笔者认为要完成这个目标还十分艰巨，尤其对于个别品种。如丁基橡胶，2010年我国产量不足4万吨，而进口量高达24万吨。虽然目前已公布的在建拟建产能超过30万吨／年，再加上已经运行的9.5万吨／年产能，2015年以前总产能达到40万吨／年问题不大。但目前国内丁基橡胶生产技术基本都是引进或在引进的基础上改良的，在产品质量上还很难与朗盛、埃克森美孚分庭抗礼。因此，规划中强调“自主研发和技术引进并举，走精细化、系列化路线，大力开发新产品、新牌号，改善产品质量”，也是国内市场满足率大幅提高的不可或缺的前提。
规划还提出要扩大异戊橡胶生产规模，笔者认为这一点需要慎重。异戊橡胶很多需求领域是与天然橡胶竞争的。垒球来看，自20世纪70年代天然橡胶产业兴起后，异戊橡胶生产受到很大影响，甚至一度萎缩。就中国来说，合成异戊橡胶的市场规模也一直受天然橡胶影响。2010年国内合成异戊橡胶产量4200吨，进口6.6万吨；而之前2003年我国异戊橡胶进口量为4万吨，2007年为5.3万吨，近10年起伏比较大，增长不能算快。另一方面，2010年天然橡胶消费高达300万吨，其中进口胶超过75％。业界一直在呼吁异戊橡胶替代天然橡胶，以便化解中国对进口天然橡胶过度依赖的风险，但这几乎是生产商们的一厢情愿。因此，扩大异戊橡胶的应用还需政策扶持，遇到类似问题的还有溶聚丁苯橡胶等品种。
另外，原料保障问题对某些橡胶品种非常重要，如乙烯、丙烯、丁二烯、异丁烯、异戊二烯等，目前国内供应或受到其他产品的竞争；或资源被垄断；或生产成本高企。原料多元化、原料生产技术进步也是必不可少的环节，可喜的是这些问题可以在早些时候的烯烃工业“十二五”规划中找到解答。规划的区域布局中也提到“发展先进高分子材料应坚持集中布局、园区化发展，注重依托烯烃工业基地，围绕下游产业布局”，这是产业发展的立足之道。
工程塑料规划重点发展产品目录中包括的工程塑料有九种：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、PBT、聚苯醚、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮和聚砜。规划要求积极开发的有PTT和PEN等新型聚酯、特种环氧树脂和长碳链聚酰胺、耐高温易加工聚酰亚胺等高端牌号。工程塑料的规划目标是力争到2015年国内市场满足率超过50％。对于具体品种而言是难易两分。例如聚甲醛的新建拟建扩建计划已经让业者开始警惕“产能过剩苗头”；对于聚碳酸酯，我国2010年、2011年净进口都在100万吨左右，目前国内运行的聚碳酸酯装置中，只有拜耳(上海，10万吨／年)和帝人(嘉兴，13万吨／年)两个外资公司所建的够规模。燕山石化今年2月刚投产的6万吨／年装置是与三菱合资的，中石化在天津建设的26万吨／年装置是与克合资。目前国内企业还没有自主建设的规模化聚碳酸酯项目，需加倍努力。
功能高分子材料在氟硅材料方面，国内企业已经具有一定的基础。规划强调“巩固有机硅单体生产优势，大力发展硅橡胶、硅树脂等有机硅聚合物产品。着力调整含氟聚合物产品结构，重点发展聚全氟乙丙烯(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)及高性能聚四氟乙烯等高端含氟聚合物，等等”。
各种先进膜材料等功能高分子以及一些制造先进高分子材料的重要中间体如己二胺、己二腈、TDI、MDI、HDI等也列入了重点发展产品目录。
第三，高性能复合材料。在高性能复合材料领域，比较耳熟的产品有碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维。其中碳纤维列入十大重点工程：碳纤维低成本化与高端创新示范工程。目标：到2015年，碳纤维年产能达到1.2万吨／年，基本满足航空航天、风力发电、运输装备等需求。
功能高分子材料的特点范文1篇2
【关键词】建筑；室内设计；装饰材料
装饰材料作为室内设计的重要载体之一，只有掌握装饰材料的性能、应用环境等相关因素，才能真正做到物尽其用，满足现代室内设计的各种要求。
1高分子复合材料
高分子材料主要由相对分子质量较高的化合物构成，其最大优势在于取多种材料之所长，如质轻、强度高、耐腐蚀、耐高温、绝缘、绝热、防湿、防潮、无毒无害、无挥发性等多重特征。因此，高分子复合材料在室内设计中的应用越来越多。例如，利用高分子复合材料做成的房门既可防水防火、而且具有较好的强度与韧性，隔音效果良好。传统装修中使用的全木门不仅造价高，而且不具备防火性，耐腐蚀能力不强。另外，利用高分子复合材料做地板，与传统木地板相比，具备良好的稳定性、耐水性、防火性，同时可防白蚁，安装简单方便、经济实惠，再加上实木地板和复合地板都浪费大量的木材资源，相比之下，高分子复合材料更具节能环保性。
随着城市高层建筑的日益增多，装修中有关材料重量的考虑越来越多，而高分子材料的强度高、质量轻，因此在高层建筑中也十分受欢迎。在制作家具时，利用高分子面板，比传统的油漆更美观、操作简单，再加上高分子面板的光泽度好、花色多元化，具有较好的装饰性，还可防腐防蛀，不会释放有害气体，便于清洁。
2玻璃纤维增强水泥（GRC）
玻璃纤维增强水泥（GRC），主要以高强度的石膏粉作为原料，并掺入优质的玻璃纤维、特殊药剂等生产而成，是近年来提出的一种新型建筑材料，尤其在国外建筑的室内装饰工程中应用广泛，如隔墙、吊顶、贴面墙等装饰。GRC材质具有表面细腻、光滑、质量轻、防火、环保、隔音效果好、可塑性强等特点，同时施工周期短、方便灵活。另外，GRC还被称作是“会呼吸”的材料，由于它自身存在很多微孔结构，在自然环境下，这种多微孔构造可以释放或者吸收水分，如果室内温度高而湿度小，板材就会透过微孔释放水分；如果室内温度低而湿度大，板材也会吸收空气中的水分，这种释放、呼吸的作用，给人们提供了良好的室内环境，较好地调节室内相对湿度，无论是工作还是居住，都十分舒适。
另外，玻璃纤维增强水泥（GRC）的施工工艺非常简单，只需要三十分钟的脱模时间、四小时后即可完全干燥，同时具备较强的可塑性，可以根据设计的造型要求，随意分割、生产，具备良好的现场加工性，安装灵活、快速，且可以实现无缝面积密拼，视觉效果良好。CRG还可以与各种面饰材料、涂料等较好粘结，形成表面装饰效果。
3绿色环保材料
随着人们环保意识的增强，在室内装修过程中，更倾向无毒无害的绿色装饰材料，尤其对于装修过程中必不可少的油漆，例如不含甲醛的环保无毒木器漆或墙面漆等。甲醛是当前装修中的一大杀手，它是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，在常温下甲醛为气态，多以水溶液的方式出现，其中约37%的水溶液是福尔马林，大多在医学中用于防腐保存。甲醛溶液的沸点仅有约20℃，因此在室内温度下极易挥发，并随着温度的不断上升，挥发速度也在加快。在我国的有毒化学品控制名单中，甲醛是公认的致畸形与致癌物质，位居第二位。经研究表明，墙面漆或油漆家具中含有的甲醛，需要3-15年的释放期，如果人长期生活在甲醛环境中，不断吸入甲醛气体，可能引发支气管哮喘、头晕、头痛、恶心、乏力等，甚至引发血癌。因此，应加快对无毒油漆的推广与使用，强化室内设计中的绿色环保观念，多应用无毒无害的新型装饰材料。
以当前建筑室内设计的装饰材料发展来看，主要具备以下特点：由单功能转向多功能、由低级制造转向高级发展、由现场制作转为安装预制品。装修材料在室内设计中的应用，首先应具备装饰效果，其次也要满足其他功能，例如内墙装饰材料应具备绝热效果；地面装饰材料发挥隔音作用；屋顶装饰材料实现吸声作用；复合墙体材料，除了具备基本的装饰效果，还应具有保温、隔热、耐风化、隔音等功能。在传统的装饰工程中，大多是现场湿作业，而如今的室内墙面施工，多贴墙纸、室内顶棚装饰板也不再现场制作，只需要将预制品安装到主龙骨的吊架即可，这样劳动强度小、便于施工，不再占用大量的时间，经济适用。可见，室内设计中的装饰材料正朝向多功能、机械化、预制品、智能化方向发展。且高科技装饰材料也将逐渐推向市场、广泛应用。
参考文献：
[1]刘洋.浅谈室内设计中材料及其质感的运用[J].价值工程.2010（18）
[2]秦烽慧.非常规装饰材料在室内设计中的运用[J].大众文艺.2009（18）
[3]徐胤.室内装饰材料和构造的创新[J].大众文艺.2011（1）
功能高分子材料的特点范文篇3
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
功能高分子材料的特点范文
东部沿海地区：高端集聚
东部沿海地区，包括环渤海、长三角和珠三角地区。其中，环渤海地区拥有多家大型企业总部和重点科研院校，是国内科技创新资源最为集中的地区；长三角和珠三角地区制造业发达，是新材料产业的重要研发生产基地，也是新材料产品的重要消费市场。
北京——门类齐全的创新中心
北京新材料产业是中国新材料产业的创新中心，拥有清华大学、北京大学、中国科学院等60多家新材料研发科研机构，承担了中国近半的新材料基础研究和科研开发工作，已发展成为全国新材料产业的人才集聚地和科技研发中心。北京形成了南部以北京石化新材料科技产业基地为核心，北部以中关村永丰高新技术产业基地为核心的新材料产业集群。“十二五”期间，北京将重点发展特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料及前沿新材料等领域。
相关企业：燕山石化、安泰科技、北新建材、蓝星东丽、中科纳新、有研硅股、当升科技、江河幕墙等。
上海——外资活跃的产研基地
上海是中国基础原材料工业基地和新材料研发制造基地，初步建成了宝山精品钢材、金山石油化工及精细化工两个基地，以及青浦、嘉定、奉贤等产业延伸扩展区。上海国际化程度高，是吸引新材料外资研发中心最多的城市之一。“十二五”期间，上海将重点发展特种钢、碳纤维、芳砜纶、特种功能性膜等领域。
相关企业：宝钢、上海石化、高桥石化、华谊、陶氏化学、巴斯夫、亨斯迈、拜耳等。
深圳——电子能源的配套先锋
深圳的新材料产业以支撑配套下游的电子信息产业和新能源产业为主，形成了光明电子信息材料聚集区和坪山动力电池材料聚集区。“十二五”期间，深圳将重点发展电子信息材料、新能源材料、生物材料、无机非金属材料、有色金属材料、改性高分子材料等领域。
相关企业：世纪晶源、比亚迪、光启、长园新材、华瀚管道、南玻、通产丽星、深圳惠程、贝特瑞、中金岭南等。
中西部地区：特色发展
中西部地区资源丰富，传统材料众多，新材料产业的发展将以传统材料的改进升级为主，进行特色发展。
江西省在有色金属材料、新能源材料、稀土材料等领域发展较快，主要分布在新余、赣州、鹰潭、九江、大余等市。赣州的中重稀土、新材料发展迅猛；新余的镍、锂材料、太阳能级硅材料等方面的研发生产在全国乃至全球形成了比较优势；鹰潭铜产业向精深加工发展，形成了从铜拆解回收、冶炼、加工到铜终端产品加工的完整产业链；九江的有机硅单体产能为亚洲最大。“十二五”期间，江西将重点发展稀土发光材料、电子陶瓷材料、高分子复合材料、铜精深加工材料、多晶硅光伏材料等领域。
相关企业：江铜集团、萍钢、赛维LDK、宏磊铜业、三花集团、星火有机硅等。
河南省的新材料产业主要布局在河南超硬材料产业化基地，和洛阳国家硅材料及光伏高新技术产业化基地。郑州在超硬材料、新型铝镁合金材料、新型耐火和功能材料等领域优势突出；洛阳在多晶硅、钛合金、镁合金以及高分子材料等领域发展较快。“十二五”期间，河南省将重点发展超硬材料、钛合金、镁合金及先进高分子材料等领域。
相关企业：黄河、中南、华晶、富耐克公司、中南杰特公司、远发金刚石公司、卡斯通公司、中硅高科、洛阳单晶硅、扬硅业、洛阳尚德、阿特斯等。
重庆在以铝、镁合金为代表的新型轻合金材料领域基础雄厚，形成了重庆西彭铝产业新型工业化示范基地、重庆国家科技攻关镁合金应用及产业化基地、重庆国家化工新材料高新技术产业化基地和重庆国家功能材料高新技术产业化基地。“十二五”期间，重庆将重点发展高性能铝合金、高性能镁合金、天然气化工新材料、石油化工新材料、精细化学品等领域。
相关企业：重庆镁业、西南铝业、天泰铝业等。
陕西省在钛、钼、铅锌、钒等领域的研发和生产，处于国内领先地位，初步形成以宝鸡高新区、咸阳泾渭新区、西安经开区、西安阎良航空材料产业基地、安康新材料基地、商洛现代材料产业基地、西咸渭商榆光伏产业聚集区为核心的新材料产业聚集带。“十二五”期间，陕西省将重点发展新型金属材料、航空航天材料、电子信息材料、新能源材料、化工新材料、特种复合纤维材料、陶瓷材料、光电新材料等领域。
相关企业：宝钛集团、西北有色金属研究院、航天四院43所、西安航空制动公司等。
Tips：进外企参考
新材料产业在全球的分布较不均衡，美国、日本、俄罗斯等发达国家在新材料产业上处于领先地位，韩国、新加坡等国紧跟其后，除中国、印度、巴西等少数国家之外，大多数发展中国家的新材料产业较为落后。根据各个国家在新材料产业上的发展特点，除了在留学时可以借鉴专业方向外，希望进入外企的大学生可以留意以下外国企业。
美国依靠强大的科技实力，在新材料领域处于世界领先地位，主攻生物医用、信息材料、纳米材料、极端环境材料等。
相关企业：陶氏化学（化工新材料）；康宁公司（特殊玻璃和陶瓷材料）；道-康宁（有机硅新材料）；萨比克创新塑料公司（高分子材料）；美国铝业公司（金属铝材料）；迈图高新材料集团（有机硅材料）；MEMC公司（半导体新材料）；美国亚什兰集团（复合材料）；美国钢铁公司（金属铁材料）；杜邦公司（化工新材料）等。
欧洲在复合材料、化工材料领域优势突出，主要分布在德国、英国和法国等国家。
相关企业：奥斯龙集团（高性能纤维材料）；德国默克集团（液晶材料）；赢创德固赛（化工材料）；拜耳材料科技（高分子材料）；摩根坩埚集团（陶瓷材料、碳材料）、英国GKN宇航公司（复合材料）、圣戈班集团（陶瓷、玻璃材料）、空客集团（复合材料）、巴斯夫集团（化工材料）等。
在发展新材料产业方面，俄罗斯的战略是一方面力求继续保持某些材料领域在世界上的领先地位，如航空航天材料、能源材料、化工材料、金属材料、超导材料、聚合材料等；另一方面大力发展对促进国民经济发展和提高国防实力有重要影响的材料领域，如电子信息工业、通讯设施、计算机产业等所用的关键新材料。
相关企业：俄罗斯铝业联合公司（金属铝材料）、谢韦尔钢铁集团（金属铁）、诺里斯克镍业公司（金属镍）、俄罗斯铜业公司（金属铜材料）、俄罗斯纳米技术集团（纳米材料）、VSMPO-AVISMA集团（金属钛）等。
日本的电子信息材料全球领先，重点开发纳米玻璃、纳米金属、纳米涂层和纳米数据库等。
相关企业：TDK公司、住友金属、信越化学、东丽、三井化学和新日本制铁公司等。
功能高分子材料的特点范文篇5
学校名称
广州市花都区风神实验小学
执教教师
谢韵菲
课程内容
走进现代建筑
学时
1学时
学科
美术
课型
欣赏-评述
教材版本
岭南出版社
适用年级
三年级
教学内容分析
该课是岭南出版社三年级上册教材内容，在“漫步建筑世界”单元，属于欣赏-评述类型。本课是让学生通过认识现代建筑的功能、新材料和新技术，感受到现代建筑艺术的造型美、空间美和材料美和建筑美术文化的内涵。
教学对象分析
对于三年级的学生来说，他们通过一、二年级阶段的美术课堂学习，有较好的语言表达、观察、整合和总结能力，能用简短的话语大胆地表达感受。教师可从“形状”“材料”“功能”等美术术语进行引导，学生便能有针对性地对建筑进行有条理的观察与评述。
教学目标
1、知识与技能：
能在观察与比较重认识民居建筑与现代建筑的区别及形成的原因。
2．过程与方法：
通过欣赏、分析、探讨中自主了解现代建筑的造型特点及艺术特点的优越性。
3．情感、态度、价值观：
能感受现代建筑应用的新材料和新技术与科技的联系、尊重科学。
教学要点
1、重点：了解现代经典建筑的造型特点和艺术特色。
2、难点：理解现代建筑新材料与科技的联系。
作业要求
1、基本要求：能用恰当的美术术语对现代建筑造型和材料进行描述；
2、较高要求：能用恰当的书面语言对典型的现代建筑进行描述，说出形状、材料、颜色特色，表达自己的感受；
3、个性探究：能选择喜欢的工具材料画出自己想象的现代建筑。
教学环节
教师活动
学生活动
教学评量
教学准备
1、收集本地老房子的照片；
2、准备相关题材的学生作业。
3、制作多媒体课件。
1、找现代建筑与民居建筑的建筑材料上有什么不同？同时思考居住功能上有什么不同？
2、学具准备：画笔、画纸。
培养主动对比探讨学习的习惯。
课堂发展
1、欣赏现代建筑图片，引入课题。
（板书课题：走近现代建筑）
思考：传统民居建筑的特点。
凝聚孩子学习注意力。
2、欣赏引导示范描述：
现代建筑的几何造型和运用新材料、新工艺所构建的外观、给予我们那些不同的感受？
（1）你觉得它的造型像什么？它为什么要建成这样子？
（2）它和你见过的建筑有什么不一样？
（3）你喜欢这个建筑的创意吗？你够用恰当的词语表达自己对这个房子的感受吗？
总结：现代建筑材料大量运用了新技术和钢、玻璃、合成材料等新材料，外形简洁美观、奇特、新颖、雄伟。
2、小组思考
根据图片素材，小组思考现代建筑的材料有什么，并说出这些建筑的基本形状或外形像什么。
（罗浮宫金字塔：像三角形，玻璃材料；
北京国家体育场，像圆柱，钢材料；
北京国家游泳中心，像正方形，合成材料。
材料：玻璃、钢等新材料；造型：三角形、圆柱、正方体、莲花、钻石……）
2、了解现代建筑大量用新材料、新工艺和新结构，突出轻、光、透、薄等特点，大幅度地延伸了空间，体现高科技的新形象和鲜明的时代特征。
3、想一想，说一说：
欣赏图片，介绍现代建筑的功能、用途，让学生进一步了解现代建筑的艺术特点，然后再让学生说说现代建筑的优点。
（引导学生从建筑的外形、材料、功能这些方面来想象）
3、小组讨论：
假如你是一名建筑设计师，你想要用什么材料设计什么形状的房子？
3、拓展学生图形组合夸张的想象力。
创作实践
设计一座自己喜欢的建筑。
设计自己喜欢的房子，要求：
（1）构图饱满；
（2）造型奇特；
（3）花纹丰富。
学生作业
展示评价
1、哪位同学描述得最清晰、最生动、最精彩？为什么？
2、哪位同学语言描述得特别好？
3、哪组同学绘画表现得最仔细。
学生能用恰当的书面语言对建筑外形、材料、功能造型特点与使用功能进行描述，说出其特点，表达自己的感受。小组评选最佳评论家。
1、引导孩子用评论的方法介绍设计的房子。
2、引导学生分享描绘建筑材料细节的方法。
拓展延伸
课余时间参观体育馆等现代建筑，观察建筑用的材料和其造型特点。
功能高分子材料的特点范文篇6
[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。
一、纳米的发展历史
纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测转贴于
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
参考文献：
[1]桥本和仁等［J］.现代化工.1996(8):25～28.
功能高分子材料的特点范文1篇7
关键词：石墨烯制备功能化化学应用
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖格夫成功地在实验中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在。
石墨烯是已知的世界上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，是一种透明、良好的导体，因此应用领域非常广泛，兼具良好的军事和民用用途。时至今日，石墨烯材料的制备已经更加的多元化和功能化，制备模式也更加丰富，对于促进当代化学领域的发展有着重要意义。
一、石墨烯的制备
1.微机剥离法
微机剥离法是石墨烯最早的发现和制备方法，该方法的操作原理是利用痒等离子束在高取向热解石墨材料表面进行槽面的刻蚀处理，具体刻蚀的尺寸标准为20.0nm～2.0nm（宽度），5.0nm（深度）。将讲过处理后的高取向热解石墨压制在SiO2/Si基底基础之上，通过熔烧的方式，对多余的石墨片进行反复的剥离。经过以上处理以后，将石墨薄片完全浸润在丙酮溶液中，通过超声清洗的方式，依赖于显微镜挑选镜下检出单原子层特点的石墨烯材料。微机剥离法剥离制备的石墨烯结构完整，具有高电导性，但制备过程繁琐，生产效率较低，并不适用于大规模石墨烯材料的生产。
2.外延生长法
外延生长法是利用生长基质的结构种出石墨烯。通过将含有4H/6H-SiC的Ir或者Ru等单晶在超高真空环境下高温退火处理，使碳元素向晶体表面偏析，形成外延单层石墨烯薄膜。通过优化生长条件获得理想的毫米级外延石墨烯二维单晶材料。这种高质量石墨烯的获得，为石墨烯基础问题的深入研究及其进一步在器件方面的应用提供了一种新的方法和理想体系。但采用这种方法生产的石墨烯薄片大小受限于基底的尺寸，成本高，实验消耗大，往往石墨烯厚度不均，而且石墨烯和基质之间的粘合会严重影响碳层的特性。
3.氧化还原法
氧化石墨烯的还原制备方法，是目前应用最广泛的可大量制备石墨烯的方法之一。在氧化石墨烯的制备过程中，尽管氧原子的引入，破坏了石墨层的共轭结构，使剥离生成的氧化石墨烯失去了导电性，但通过还原的方法，可以对氧化石墨烯平面的共轭结构进行脱氧修复，这样就可以得到还原态的石墨烯，其导电性显著增加。已经知道的还原氧化石墨烯的方法主要有水合胫还原法、纯胫还原法、维生素C还原法、强碱超声还原法、紫外光化学换研法、电化学还原法、高温还原法、水热脱水还原法等。通过对氧化石墨烯进行还原来制备石墨烯的方法具有诸多优势，石墨原材料丰富，制备工艺设备相对简单，可以实现大规模石墨烯的制备。
二、石墨烯的功能化
1.石墨烯的共价键功能化
石墨烯的共价键功能是当前研究最广泛的功能化方法，尽管石墨烯的主体部分由稳定的六元环构成，但其边沿以及缺陷部位具有较高的反映活性，可以通过化学氧化的方法制备石墨烯氧化物。由于石墨烯氧化物中含有大量的羧基、羟基和环氧键等活性集团，可以利用多种化学反应对石墨烯进行共价键功能化。其方法包括石墨烯的有机小分子功能化、石墨烯的聚合物功能化等。
2.石墨烯的非共价键功能化
除了共价键功能化外，还可以利用离子键以及氢键等非共价键作用，使装饰分子对石墨烯进行表面功能化，形成稳定的分散体系。非共价键功能化技术的主要特点是通过应用聚合物包裹技术或者是物理吸附技术的方式，在不对石墨烯材料自身分子结构产生影响的前提下，实现功能化处理。有关研究中表示，可以在经过氧化处理的石墨烯材料表面应用聚苯乙烯磺酸钠进行修饰处理，通过化学还原的方式，实现对石墨烯材料的功能化处理。经过处理后的石墨烯材料与聚泵乙烯磺酸钠之间的非共价键作用相对明确，避免了石墨烯片的规模性聚积反应，从而达到了巩固石墨烯材料应用性能的重要目的。
三、石墨烯在化学中的应用
1.石墨烯在锂离子电池中的运用
对锂离子电池负极材料的研究，一直都集中在碳质材料、合金材料和符合材料等方面。碳质材料是最早为人们所研究并应用与锂离子电池商品化的材料，石墨烯作为一种由石墨出发制备的新型碳质材料，单层或者薄层石墨在锂离子电池里的应用潜力也受到人们的高度关注，石墨烯应用与锂离子二次电池负极材料中的性能，其比容量可以达到540mAh/g。如果在其中掺入C60和碳纳米管后，负极的比容量可以达到784mAh/g和730mAh/g。
2.石墨烯在化学、生物传感器中的应用
石墨烯是碳原子精密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新型材料，是构建其他维数碳质材料的基本单元，具有良好的结晶性和机械强度，非常高的电子转移速率和电导率，便于锈蚀，非常高的比表面积，对分子有很强的吸附能力，良好的生物兼容性，对生物分子的选择性吸附，对于常见的荧光物质具有高效的淬灭作用，目前在化学、生物传感、活细胞成像和生物分子分离方面，已经展现了独特的优势。
3.石墨烯在储氢/甲烷材料中的应用
石墨烯与碳纳米管结合，可以形成三维网络结构用于储氢，通过计算方法得知在掺杂羟离子的情况下，其常压储氢能力可以达到41h/L。利用剥离氧化石墨并进行纳米转换得到的材料在一个大气压下，77K可以吸附1.7%的气体，氢气吸附量岁表面的改变而呈线性变化，在100个大气压，298K条件下吸附量可以达到甚至超过3%，表明单层石墨烯具有更大的储氢量。
四、结语
作为当前世界上发现的最坚硬、最薄的碳质材料，石墨烯的应用领域极为广泛。关于石墨烯应用的研究层出不穷，石墨烯的发现必然将改变现在人类的日常生活方式，在人们的生活中大放异彩。然而，石墨烯如果想实现真正的产业化，还有一段很长的路要走，需要继续对石墨烯的制备和应用进行更加努力、更加深入的研究。
参考文献：
[1]胡耀娟，金娟，张卉，吴萍，蔡称心.石墨烯的制备、功能化以及在化学中的应用[J].物理化学学报，2010，26（8）：2073-2086.
功能高分子材料的特点范文篇8
材料是幼儿游戏的基础，是区角活动的支撑，幼儿在与材料互动中，各方面的能力均可以得到发展。小班幼儿身心娇弱，提供与他们的年龄特点、经验、能力和需要相适应的材料显得尤为重要。
一、小班幼儿区域材料提供无效的问题
1.不易于操作的材料
小班幼儿身体和手的动作已经比较自如，可以掌握各种粗动作，也开始学习和掌握一些小肌肉动作技能。但是在练习手部动作的时候，我们发现材料的大小不适宜，也不易于孩子的顺利操作。
（1）材料过大
生活区中有一项工作是拧瓶盖，老师把大小不一的各种各样的瓶子和瓶盖都投放在活动区里，让孩子们根据特征去匹配并且拧紧。
拧瓶盖是靠双手配合完成的工作，孩子们的手掌很小，当一只手控制瓶身的时候，另一只手掌根本无法旋转瓶盖，孩子们在拧大盖子的时候几乎都失败了，因此特别大的盖子后来就被孩子们自动筛选出局了。
（2）材料过小
在生活区中，还有一项工作是整理衣服，学扣纽扣。衣服的钮扣有大有小，老师希望孩子们可以根据自己的能力选择不同大小的扣子来练习。可是几天下来，发现有一些衣服的钮扣，几乎没有被成功地扣好过，可能是因为尝试不到成功，这几件衣服就很少有人问津了。这就应该引起老师的思考了。
扣钮扣是细程度较高的动作训练，需要手眼协调，双手配合协调，对于精细动作尚在发展中的小班幼儿而言，的确是一种挑战。因此选择大小适当的钮扣显得尤为重要。上述使孩子们屡遭失败的钮扣都非常细小，孩子们控制不住。
2.不直观可见的材料
小班幼儿具有直观、形象的思维特征。在一次小班孩子的科学区“自制泡泡水”中，出现了这样的问题----老师提供了现成的爽歪歪果奶瓶作为容器，操作方法是：每人在果奶瓶里灌入一勺洗洁精（洗洁精是定量的，每人一勺），再自己加水，配制成泡泡水。结果，有很大一部分孩子的泡泡水因为调制得太稀而无法吹出成形的泡泡，十分失落。
这次活动的失败，是因为教师忽视了《指南》所提出的孩子直观感知的学习特点。当孩子操作失败的时候，老师却很难引导孩子直观地观察到泡泡水的水位高低，也无法给予孩子有关洗洁精和水的调制比例的感性经验。因为，老师提供的爽歪歪果奶瓶不仅是不透明的，而且瓶口又极小，不够直观，孩子们无法拿自己配制失败的泡泡水与其他配制成功的泡泡水相比较。
二、小班幼儿区域适宜的材料提供的策略
根据国外学者的研究结果，优秀的活动材料应该在提供的时候考虑到儿童的年龄特征，对于各种年龄段的儿童，提供不同的操作材料。针对上述小班幼儿活动中材料提供的问题，结合工作实际，总结出以下几点策略。
（二）、材料价值化
1.大小适宜易操作。
《纲要》指出：“要充分尊重幼儿身心发展的规律”，我们在提供操作材料的时候，应该充分考虑到材料大小是否与小班孩子的小肌肉发展和控制能力相协调，是不是幼儿能够通过努力达到成功操作的。
教师有时会提供一些来锻炼小手肌肉的抓握能力的材料，这类材料的大小，就要考虑到与幼儿整个手掌大小的比例关系。经实验测得，直径为手掌直径的1/3到2/3的瓶盖，最受孩子们的欢迎，孩子们操作得心应手。若直径接近手掌张开的宽度，则会导致操作困难，而使孩子们达不到操作目标而放弃操作。因此，在五指抓握的操作活动中，选用的材料最好能控制在手掌张开的宽度的2/3以内为合适。在美工活动“瓶盖印画乌龟”中，老师选用的材料都控制在直径10cm以内，印画活动取得了相当好的效果。
小班是发展幼儿精细动作的关键期，很多时候，教师要提供一些细小的材料让幼儿进行操作，以达到锻炼指尖小肌肉动作的目的。此时的材料的大小，就要考虑到与小班孩子食指指腹的大小比例关系。以指尖的精细动作练习中作用最大的食指为例，测得小班孩子的食指指腹的宽度为10mm。钮扣、串珠等材料要尽量大于指腹的宽度，即内径大于10mm的操作材料为宜，此类大小的材料不但能够锻炼孩子的小肌肉动作，手眼协调等能力，也能促使小班孩子通过自己的努力获得成功的体验，使他们充满信心，从而更热衷于投入活动。
2.直观形象易观察
幼儿的思维发展是从具体形象开始的，《指南》也指出“幼儿的学习是以直接经验为基础，在游戏和日常生活中进行的……要最大限度地支持和满足幼儿通过直接感知，实际操作和亲身体验获取经验的需要”。因此教师应该充分利用各种直观教具和直观手段，吸引幼儿的注意力，在充分感知的基础上丰富幼儿的各种感官经验和感性知识，帮助幼儿形成概念，获取知识与技能。在提供操作材料的时候，一定要考虑到孩子的这一学习特点，从而促进幼儿的有效学习。
（1）直观呈现，易于观察
在调制泡泡水的时候，教师把提供的不透明的果奶瓶换成了透明易于观察的一次性塑料水杯，孩子可以直观地观察到自己的泡泡水与成功的泡泡水的水位差异，从而获得了有关洗洁精和水的调制比例的感性经验。
（2）变化明显，易于观察
根据小班幼儿直觉行动性的思维特点，以及爱游戏、好动好奇的心理特点，我们努力创设生活化，有较为强烈的视觉冲击，能吸引幼儿有意注意、有意观察，发展感知觉的情境。
【案例】教师创设了“看谁飞得高”的情境材料：大的纸箱，每面有两个口子，一个是进气口，一个是出气口，老师让孩子自己连接口子，组装打气筒；上面有4个透明的塑料瓶，里面装了4种轻重不同的材料，孩子操作后认知产生了冲突：为什么羽毛、泡沫粒飞的那么高，彩纸飞起了一点点，而小纸片一动也不会动？由此可见，生动有趣易于观察的材料，大大地激发了孩子们的探索欲望，有效地促进了幼儿的自主学习。
功能高分子材料的特点范文
较详细地评述了高分子材料的研究方向和应用发展方向.
关键词：高分子材料应用现状发展
高分子材料（macromolecularmaterial），以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。
高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等
目前，高分子材料的应用现状主要有以下几个方面：
1.传统产品
如纤维、橡胶、塑料等等
2.高分子分离膜
高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用这样的半透性薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比，具有省能、高效和洁净等特点，因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。
3.高分子磁性材料
高分子磁性材料，是人类在不断开拓磁与高分子聚合物(合成树脂、橡胶)的新应用领域的同时，而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和内容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石，以后才利用磁铁矿(铁氧体)烧结或铸造成磁性体，现在工业常用的磁性材料有三种，即铁氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的缺点是既硬且脆，加工性差。为了克服这些缺陷，将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。这样制成的复合型高分子磁性材料，因具有比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品，还能与其它元件一体成型等特点，而越来越受到人们的关高分子材料。
4.光功能高分子材料
所谓光功能高分子材料，是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。目前，这一类材料已有很多，主要包括光导材料、光记录材料、光加工材料、光学用塑料(如塑料透镜、接触眼镜等)、光转换系统材料、光显示用材料、光导电用材料、光合作用材料等。光功能高分子材料在整个社会材料对光的透射，可以制成品种繁多的线性光学材料，像普通的安全玻璃、各种透镜、棱镜等;利用高分子材料曲线传播特性，又可以开发出非线性光学元件，此外，利用高分子材料的光化学反应，可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;利用高分子材料的能量转换特性，可制成光导电材料和光致变色材料;利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特性，可开发出光弹材料，用于研究力结构材料内部的应力分布等。
5.高分子复合材料
高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点是博各种材料之长，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质高分子结构复合材料包括两个组分：增强剂。为具有高强度、高模量、耐温的纤维及织物，如玻璃纤维、氮化硅晶须、硼纤维及以上纤维的织物;基体材料。主要是起粘合作用的胶粘剂，如不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂，这种复合材料的比强度和比模量比金属还高，是国防、尖端技术方面不可缺少的材料。
目前，我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上，重点发展以下方向：
1.工程塑料
全世界通用热塑性树脂约占97%，工程塑料的生产规模远不如通用塑料，但因市场的需求,近年来其发展的速度则远远高于通用塑料,年均增长率达7%~8%。近年来工程塑料的发展方向是研究开发工程塑料高分子合金、发展超韧尼龙、超韧聚甲醛、耐应力开裂聚碳、聚苯醚和聚矾等高性能合金研究开发特种工程塑料,如聚酞亚胺。
2.复合材料
复合材料合成一种新材料使之满足各种高要求的综合指标。复合材料的发展可以分为4个方面。一是以玻璃纤维增强为手段,对大品种塑料进行改性研究开发新的复合工艺；二是采用高性能增强剂如碳纤维等来增强耐高温等高性能树脂；三是开发新型热塑性树脂基体如热塑性聚酞亚胺；四是研究开发功能复合材料,如压电材料等。
3.液晶高分子材料
液晶聚合物是介于固体结晶和液体之间的中间状态的聚合物,其分子排列的有序性虽不如固体晶体那样有序,但也不是液体那样的无序,而是具有一定的一维或二维有序性,当加工此种聚合物,如纺丝或注射成型时,其分子发生取向这种分子取向一旦冷却即被固定下来,从而具有不寻常的物理和机械性能。
功能高分子材料的特点范文篇10
关键词：半导体材料量子线量子点材料
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和gaas激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
一、硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（cz-si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后cz-si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（ic’s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ulsi生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅ic’s的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，soi材料，包括智能剥离（smartcut）和simox材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和soi材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅mos集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、sio2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高k介电绝缘材料（如用si3n4等来替代sio2），低k介电互连材料，用cu代替al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ulsi的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和dna生物计算等之外，还把目光放在以gaas、inp为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容gesi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
二、gaas和inp单晶材料
gaas和inp与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界gaas单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（vgf）和水平（hb）方法生长的2-3英寸的导电gaas衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的si-gaas发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的si-gaas集成电路生产线。inp具有比gaas更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的inp单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
gaas和inp单晶的发展趋势是：（1）增大晶体直径，目前4英寸的si-gaas已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的si-gaas也将投入工业应用。（2）提高材料的电学和光学微区均匀性。（3）降低单晶的缺陷密度，特别是位错。（4）gaas和inp单晶的vgf生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
三、半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（mbe，mocvd）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
1.ⅲ-v族超晶格、量子阱材料。gaaias/gaas，gainas/gaas，aigainp/gaas；galnas/inp，alinas/inp，ingaasp/inp等gaas、inp基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（hemt），赝配高电子迁移率晶体管（p-hemt）器件最好水平已达fmax=600ghz，输出功率58mw，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（hbt）的最高频率fmax也已高达500ghz，hemt逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。
2.硅基应变异质结构材料。硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米si/sio2），硅基sigec体系的si1-ycy/si1-xgex低维结构，ge/si量子点和量子点超晶格材料，si/sic量子点材料，gan/bp/si以及gan/si材料。最近，在gan/si上成功地研制出led发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，gesi/si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。si/gesimodfet和mosfet的最高截止频率已达200ghz，hbt最高振荡频率为160ghz，噪音在10ghz下为0.9db，其性能可与gaas器件相媲美。
功能高分子材料的特点范文篇11
关键词：智能材料；绿色建材；建材应用
引言
伴随着材料科学不断发展变化的现今时代，建材建设中的使用材料也不断的向智能化方向发展，“智能材料”的开端是通过对大自然当中存在的特殊物质进行模仿和提取从而研发的为人来使用便利而制造生产出来的，智能材料的主要研发目的是要生产一种“活”的材料，因此，方便人们使用，给人们的生活带来了极大的便利。智能材料本身具有着感知性和记忆性，同时适应性和修复性能力较强，与传统的功能材料存在着很大的差别，智能材料的使用利端是可以通过材料本身的感知从而得到外界的一切信息，根据所得到的信息做出相应的判断和处理，能实现自我诊断和调节的功能。因其具有一定的特殊性，并且优越于传统的原材料，所以，在现今已然成为了绿色建材当中的主要使用材料。
1智能材料的内涵及指导思想
智能材料具有的主要内涵就是感知功能，这种功能性质的存在能对外界的一些现象或者状况作出做出感知，例如光、电、热等的外界现象都能做出一定的感知能力。再有一点就是，智能材料具备驱动功能，对于外界复杂的变化情况可以做出相应的选择和控制，能够“活”性的记录对外界的一切记忆。其次，智能材料具备自我调节的功能，可以按照设定的方式进行相应的相对的选择，其反应灵敏度极高，可以迅速合理的做出选择，在外部刺激得到控制的情况下，还能以最快的速度恢复到原始的工作状态当中。智能材料的指导思想具有两大特点，即智能材料的功能修复性和仿生性。第一，职能材料的功能性能对外界的一切因素和特征做出感知，并能够及时反馈问题，例如，在外界环境发生了变化或者负载，以及外界辐射变化时，都能根据相应的外界变化因素做出相应的感知，同时，将所得到的外界信息及时反馈回系统当中，其次，对于反馈得到的信息能进行相应的识别，并且根据得到的外界信息进行积累，因此，在外界环境发生变化时，可以更及时的做出相应的调节，并且能针对外界信息存在的问题做出处理和分析，然后，通过智能材料本身具备的自我修复功能对其问题作出完善和调整，因此，给智能材料系统的控制做出了规范性处理。第二，智能材料具有仿生性，通过对自然生态环境中存在的特殊功能进行模仿，从而实现了智能材料的“活”性。
2智能材料的工作原理
智能材料的组成由基本材料、敏感材料、驱动材料、其他功能材料以及信息处理器这五部分组成。基本材料的工作原理具有着承载的作用，一般使用的都是轻质性材料，或者是高分子材料和抗腐蚀性强以及金属性材料材料为主，其这种材料的选择以轻质合金为首选。敏感材料的工作原理和传感任务相同，起到的作用是可以感知外界环境的变化（外界压力、气温、电磁场、ph数值）同时，让材料记忆和变化的特点达到一个很好的适应能力。驱动材料的工作原理是在一定的条件下对材料进行合理控制以及做出相应的应变措施，因此，具有着控制，其控制的材料包括压电材料和光纤材料、记忆性材料等，这些控制材料的有个特殊点，就是即使驱动性材料还是敏感性材料。其他功能材料包含了电材料。磁性材料以及光纤材料等。传感器的工作原理就是整个工作的主要核心，是最主要的一部分，其主要作用是能对传感器输出的信号进行相应的判断和处理。
3智能材料的分类类型
智能材料可以按照功能性或者来源来进行分类。功能性分类的话可以分为光导纤维、压电、电流变体、形状记忆合金以及电致伸缩材料等几种；若是按照来源来进行分类的话，智能材料可分为金属性智能材料、无机非金属性智能材料或者高分子型智能材料。其次，智能材料可以按照“仿生”模式将其进行分类，即：
3.1智能传感材料
智能传感材料是智能结构的必要组成部分，其可以对电磁等外部因素进行有效的监测，并且同时利用感知能力和反馈能力将外部信息快速的传递到系统当中。在智能传感材料当中，有一部分是较为典型的传感材料，例如，压电材料、微电子传感器以及光纤等。在典型的传感材料中，光纤材料的使用是较为力普遍的一种材料，光纤可以在正常的情况下获得到被测结构所有的物理参数，像温度和形状，以及电场等都可以获得相应的数据。
3.2智能驱动材料
在现今的绿色建材使用当中，使用较为普遍的只能驱动材料有形状记忆合金或者是电粘性液体等，只能驱动材料的使用可以对外界的温度或者电场及磁场的变化做出相应的感知，其次，对产生的形状、位置、频率、以及机械的特殊性质做出相应的相应，因此，在绿色建材建设当中使用相对较为广泛。
3.3智能修复材料
智能材料的起源就是来自于仿生学，对于智能修复材料的使用就是利用模仿动物的骨组织结构和受伤之后的再生特点进而生产出来的一种材料，智能修复材料主要采用的是粘接性材料和基材相复合的方法制作出来的，智能修复材料的最大特点是可以将损坏的材料进行修复和再生，恢复后的状态可以达到原材料的基本状态，甚至是超过破损前的原材料。
3.4智能控制材料
智能控制材料可以对智能传感材料进行信息反馈，且具有记忆性质，同时还能储存记忆和判断决定的一种能力，可以将智能驱动材料进行控制和修正，智能控制材料的主要代表是微型计算机，微型计算机利用专门程序来进行控制计算。智能控制材料的整个制作过程当中，相当于模仿人的大脑来进行工作的，具有较强的处理问题能力，同时，对于解决复杂问题使可以多方位的采取相应措施。
4绿色建材建筑中的智能材料
4.1智能混凝土
在绿色建材当中的只能材料首要就包括了混凝土，其智能混凝分为三种，①自感应混凝土；②自调节混凝土；③自修复混凝土。混凝土的本身不具有自感应功能，自感应混凝土的由来是由混凝土基材中复合部分导电相致使了混凝土具备了自感功能。在现今社会中常见的导电组共有三类：1）聚合物类导电组；2）碳类导电组；3）金属类导电组，这三种导电组最常用的就是金属类和碳类这两种。金素类的导电组包括了金属微粉末、金属纤维、金属片、网等，碳类导电组包括了石墨、碳纤维、炭黑。其中，碳纤维混凝土具有着明锐性和一定的温蒂，可以对建筑内部以及周围的温度变化做出监测，同时，碳纤维混凝土复合材料的电阻变化和内部结构变化是相辅相成的，这种碳纤维混凝土的使用可以实时，有效的监控到施工中的一切状况以及动态荷载的内部情况，如果出现了荷载的情况发生，碳纤维混凝土可以随着荷载疲劳的程度一同降低，同时，对混凝土材料的疲劳损伤进行实时监测。
4.2自调节混凝土
在混凝土结构负荷的正常情况下，同时还应该具备抗外界恶劣环境影响的抗干扰能力，以此为首要目的，进而调整混凝土的承载能力和结构震动能力。混凝本质是惰性材质，要想使其具有自调能力，需要对其加入相对的驱动功能材料，随着科学的进步发展，演变出了电流变体这项功能，其可以通过外界电场来操控混凝土的粘性，以及弹性等。在混凝土中加入电流变体，从而对电流变体的流变作用加以利用，就可以有效的抵挡外界恶劣环境，调整期内部的流变也行，改变结构上的自震频率。当遇到特殊性建筑时，例如画展或者博物馆的时候，也可通过自调节混凝土对其室内环境进行实时监测，根据实际情况作出相应调整。
4.3自修复混凝土
自修复混凝土从字面理解就是可以进行自我修复的一种材料，这种混凝土是由动物受伤能进行自我修复从而演变出来的，这种混凝土主要采用的是粘接材料和基材相复的一种方式来制作的，对受损的材料可以起到自行修复的一种能力，或者修复完成后超过原材料的一种复合型材料。
4.4智能乳胶漆
智能乳胶漆具有防水，防冻以及抗清洗等功能，其次，还具备了根据不同的环境和温度自动调节室内采光的功能，对室内光线问题的解决上起到了推动性作用。这种胶漆的使用是采用了“逆光可变剂”“复合高分子稳定剂”等产品而研发的，让胶漆具有了智能化，对于智能乳胶漆的自动感应外部环境方面，则是采用了复合高分子稳定剂与ANGUS和THOR添加剂让其具有一定的感知能力，可以自行调节。
4.5智能玻璃
在绿色建材建筑的工程中，智能玻璃材料的合理应用给人类的生活以及建筑工程带来了举足轻重的推动性作用，智能玻璃的应用一方面在能源结构方面给人们生活带来了空前绝后的效应，另一方面，成为了建筑工程中的一个主题应用智能化材料。这种智能玻璃的作用可以给建筑工程减少相应的成本，同时，玻璃光导纤维、光致变色玻璃以及电致变色玻璃的应用给绿色玻璃建筑事业带来了新式改革。
5智能材料在绿色建材中的实际应用
由美国的一位研究博士曾研制出一种“智能皮”的新型智能材料，这种智能材料在价格方面相当合理，其次，在功能上面也非常多样化，可以将白天吸收的热量在晚上释放出来，同时，其表层还有机光电太阳能点出，了一位内部的照明系统储备点量。
6总结
智能材料在绿色建材当中的使用和研究仍处于发展阶段，从而需要讨论界的学者们以及建筑界的相关人士们作出进一步的研究和探讨。其次，将智能材料合理利用，就可以为建筑工程带来非同凡响的推动性作用，通过上文可以看出，智能建材与绿色建材建筑有着相辅相成的紧密关系，“打铁还需自身硬”，破解智能材料开拓途径，既需要设计人员努力提升产品质量，又需要政府大力扶持，出台扶持政策，加大宣传[7]，随着未来社会的不断发展，以及建筑行业的不断扩大，智能材料的应用也将会得到更广阔的发展领域。
参考文献：
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功能高分子材料的特点范文篇12
正在快速发展中的印刷电子技术显然已经形成为一个新兴的产业，逐步引发了一场电子技术的革命。印刷电子技术的推进应用与材料科技、电子科技以及制造科技紧密相关，从而近些年电子电气和化学材料领域的相关国际知名公司如西门子（Siemens）、因特尔（Intel）、摩托罗拉（Motorola）、东芝（Toshiba）、索尼（Sony）、飞利浦（Phillips）、三星（Samsung），乐金（LG）、惠普（HP）、通用（GE）、霍尼威尔（Honeywell）及巴斯夫（BASF）、杜邦（DuPont）、拜尔（Bayer）、默克（Merck）等纷纷拆巨资开展印刷电子技术方面的研究。欧盟早在第5、第6、第7框架计划下已持续投入了数十亿欧元进行了研发，美国、日本、韩国等工业发达国家也是如此。相关企业技术研发都致力于通过研究开发、集成制造不同功能的低成本印刷电子产品，来满足日常生活的各种用途。一些知名咨询公司如英国IDTechEx、德国PolyIC、美国NanoMarkets分析认为未来20年新兴的印刷电子产业可以达到3000亿美元，市场规模将会逐步比硅电子产业还要大。印刷电子技术不仅会影响电子业、封装业、硅芯片业和显示业，而且对印刷电路板（PCB）和传统印刷业等产业结构调整、升级都会造成巨大的影响。
二、印刷电子与传统制造电子的比较
目前传统的微电子集成电路技术发展已经十分成熟，这是一种以半导体单晶硅为衬底材料的微电子集成电路技术，硅基集成电路制造工艺包括薄膜沉积、高温烧结、光刻、腐蚀、封装等，这种传统制造电子所采用的蚀刻制备方法称为减法生产”。传统集成电路制造技术的优点在于精度高、性能好，缺点则是成本高，而且蚀刻环节产生大量重金属废液，造成环境污染。另外，电子制造工艺中的高温烧结环节对衬底材料有一定要求，柔性衬底材料，比如塑料薄膜、纸张、纤维等上面很难实现电子的制造。然而，印刷电子技术是将具有导电、介电或半导体性能的电子材料配成可以流畅印刷的功能油墨，按照所需电子线路设计印刷图案，通过印刷的方式将这些特殊油墨印刷到衬底材料上。通过印刷方法将功能油墨层层叠加制备，完成对集成电路的各组成部件的制造，这种用印刷的方式制造集成电路的方式是一种加成法”。
印刷加成制造技术工艺简单，成本低，可实现大面积、大批量生产；免于蚀刻处理，没有原材料浪费，环保无污染。虽然目前在产品精度和性能上还无法与传统制作技术抗衡，但它对衬底材料没有耐高温、硬度等要求，因而应用范围更广。很显然，印刷电子制造技术独特的优势与长处，可以补齐传统电子制造技术中的短板”，但它也有自身存在的缺陷与局限，并非所有的电子器件和产品都能通过印刷的方式进行制造。因此，可以预测印刷电子技术并不能完全取代传统的电子制造技术。随着先进功能材料研究研发和工艺技术上的不断发展，印刷电子技术在产品精度等方面的性能已有很大的突破和提升。虽然，现在印刷电子与传统的电子制造技术相比稍显稚嫩，但是，印刷电子技术由于在大面积、低成本、柔性化、环保”诸多方面的优势，在以后的发展中探索、找准适合自身的应用与市场化发展空间将会获得巨大的发展潜力。
三、印刷电子技术特点
印刷电子的制备工艺不单单是将印刷技术简单的在电子制造中的重复，因此，在实际应用印刷电子技术进行电子制造过程中不要把印刷电子与传统印刷完全等同对待。传统印刷品如书刊、杂志、报纸的功能是用来看的，至于包装印刷品其功能往往是用于运输、保护、展示或者其他，而印刷电子产品，根据其实际用途主要在于做导体、半导体、绝缘体方面，无疑要求具备突出的电学方面功能。除了认识到产品形态与功能方面的区分，印刷电子与传统印刷在制造工艺上也不能等尔视之。首先，从印刷材料的角度来看，印刷电子油墨与传统印刷油墨显然不是为了类似的需求进行制备的。
目前，油墨要求在传统印刷中大多强调流变性与印刷方式的匹配，分散性与印刷效果的完美再现等方面，在印刷电子的应用中，印刷材料还要与电子产品所需要的导电性能、透明度等相适应。例如，目前为了实现电子产品的高精度、高分辨率，现有的材料已经很难满足其要求，使得用到的原材料必须纳米化。这也使得把近几年来研究较多的纳米材料应用技术与操作简单、成本低廉的印刷电子技术联系起来成为可能。毫不夸张地说，印刷电子材料的发展决定着印刷电子的发展，材料研发的问题目前国内诸多科研院所都在进行相关研究研发工作。例如，中科院化学所喷墨打印制备金属纳米颗粒导电透明膜的研究、中科院苏州纳米所柔性大面积印刷透明导电膜技术、北京印刷学院纳米银制备技术等。因此，印刷电子产业化工作与全面的了解、研究印刷电子材料是紧密相连的。传统印刷设备不能简单的直接用于印刷电子领域，要经过适当的改造。在产品的印前和印后处理等环节，印刷电子也会有一些不同于传统印刷的要求。
四、印刷电子制备工艺
随着印刷电子制备工艺的不断发展，根据不同的印刷电子需求丝网印刷、凹版印刷、凸版印刷、胶版印刷、喷墨印刷等几大印刷方式结合自身工艺特点在印刷电子技术领域都实现了应用。目前在印刷电子领域的应用最为广泛的是丝网印刷电子技术，丝网印刷电子具有以下优点：（1）设备制备成本低，制版操作比较简单；（2）对基材和油墨的适应性较强，不同基材或者不同的表面均可以印刷，油墨无论是亲油型还是亲水型只要可从网孔中漏印下来均可实现印刷；（3）印刷至基材表面得到薄膜的膜厚较厚，可达到几十微米，远远厚于其他印刷方式，这可在一定程度上提升电子器件的电学性能。另外，凹版印刷、凸版印刷、胶版印刷等传统印刷工艺技术分别因其高速、含挥发性溶剂、接触印刷、高精度等方面的突出优势也在印刷电子领域获得了应用。目前，喷墨打印技术的推广以及其优越的非接触印刷工艺特点，在印刷电子领域具有巨大的应用价值。喷墨打印技术可以实现非接触多点打印，制备多功能印刷电子，在电子产品制造、科学研究研发等方面实现了诸多应用。
五、总结