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功能材料功能材料的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)摘要：本文介紹了功能材料的概念，通過分析幾種具有代表性的功能材料（如：生態(tài)環(huán)境材料、磁性材料、 梯度材料、稀土材料等）的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)來說明當(dāng)前功能材料的研究情況，并對(duì)功能材料未來的研究和應(yīng)用前景進(jìn)行展望。關(guān)鍵字：概念 生態(tài)環(huán)境材料 梯度材料 磁性材料 稀土材料 前景正文：功能材料是新材料領(lǐng)域的核心，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國(guó)防建設(shè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。它涉及信息技術(shù)、生物工程技術(shù)、能源技術(shù)、納米技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、海洋工程技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。功能材料不僅對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，還對(duì)我國(guó)相關(guān)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用。因此，功能材料的研究及應(yīng)用對(duì)我國(guó)顯得越來越重要。1. 功能材料的概念功 能 材 料 的 概 念最 初 是 由 美 國(guó) 貝 爾 實(shí) 驗(yàn)J.A.Morton 博士于1965 年提出來的；20 世紀(jì)70 年代經(jīng)過日本材料科技界廣泛深入的研討而確立的1。它是指那些具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類高科技領(lǐng)域的高新技術(shù)材料2。2.功能材料的研究情況2.1.生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料是20世紀(jì)90年代在國(guó)際高技術(shù)新材料研究中形成的一個(gè)新領(lǐng)域3，它是一種具有與環(huán)境相協(xié)調(diào)的特殊功能材料，是指那類在設(shè)計(jì)、制造、加工、使用以及廢棄時(shí)，考慮到資源、環(huán)境、生態(tài)等因素的材料，應(yīng)用時(shí)具有優(yōu)良的使用性能和良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性，對(duì)資源和能源消耗少，對(duì)環(huán)境污染小和循環(huán)再生利用率高，并且對(duì)使用者的健康無不良影響的功能材料。圖1 環(huán)境與材料的關(guān)系圖4當(dāng)今世界，由于環(huán)境污染威脅著人類的生存，制約著人類的發(fā)展。因此，用于環(huán)境保護(hù)的新材料成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。當(dāng)前，生態(tài)環(huán)境材料的研究開發(fā)在日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家十分活躍，它主要研究方向是：直接面臨的與環(huán)境問題相關(guān)的材料技術(shù)，例如，生物可降解材料技術(shù)，CO2氣體的固化技術(shù)，SOx、NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、廢物的再資源化技術(shù)，環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)，材料制備加工中的潔凈技術(shù)以及節(jié)省資源、節(jié)省能源的技術(shù)；開發(fā)能使經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護(hù)材料、氟里昂、石棉等有害物質(zhì)的替代材料、綠色新材料等；材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)5。 2001年5月，OECD國(guó)家在巴黎召開了“全球環(huán)境相互依存大會(huì)”確定了21世紀(jì)第一個(gè)10年環(huán)境發(fā)展戰(zhàn)略6，這個(gè)戰(zhàn)略對(duì)當(dāng)前面臨的最緊迫的環(huán)境問題提出了對(duì)策及評(píng)估對(duì)策效果的衡量準(zhǔn)則，可以預(yù)見，遵循著再生、可替代、可吸收及防治環(huán)境的不可逆的準(zhǔn)則，21世紀(jì)環(huán)保功能材料將面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇。2.2.梯度材料梯度材料是為了適應(yīng)新材料在高技術(shù)領(lǐng)域的需要，滿足在極限溫度環(huán)境（ 超高溫、大溫度落差）下不斷反復(fù)正常工作而開發(fā)的一種新型功能材料7。梯度功能材料由于本身具有優(yōu)異的性能以及它所體現(xiàn)出的新穎的材料設(shè)計(jì)思想，所以一經(jīng)提出，立即引起世界各國(guó)材料科學(xué)工作者的高度重視，并對(duì)其展開了深入研究。特別是隨著現(xiàn)在航天、航空等事業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)其的迫切需求使梯度功能材料變的越來越重要和流行。梯度功能材料，簡(jiǎn)稱FGM，其概念是由日本新野正之與平井敏雄等學(xué)者于1986年首先提出的，它是指材料的組成和結(jié)構(gòu)從材料的某一方位一維二維或者三維）向另一方位連續(xù)地變化，使材料的性能和功能呈現(xiàn)梯度變化的一種新型的功能性材料8。圖2 梯度功能材料概念圖9由于梯度功能材料具有組成，結(jié)構(gòu)從一種到另一種連續(xù)變化的特點(diǎn)，它可以把兩種完全不同的性能，如耐磨性和強(qiáng)韌性融于一體。這種特殊的材料能在兩種溫差很大或環(huán)境截然不同的條件下工作，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是，目前梯度功能材料的研究仍處于基本性研究階段，尤其是國(guó)內(nèi)具有針對(duì)性應(yīng)用目標(biāo)的研究還不多，未來的研究工作仍將圍繞材料設(shè)計(jì)、制備和特性評(píng)價(jià)等為中心展開10。我國(guó)應(yīng)加大梯度材料的研究力度，爭(zhēng)取在梯度材料的研究上取得重大突破，為我國(guó)的航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展做出貢獻(xiàn)，并將該材料擴(kuò)展到其它領(lǐng)域，為我國(guó)材料科學(xué)帶來一場(chǎng)新的革命。2.3.磁性材料磁性是物質(zhì)的基本屬性，磁性材料是古老而年輕的功能材料，磁性材料的應(yīng)用已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域中。磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鈷、鎳及其合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)11。磁性材料從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上講，分為“金屬及合金磁性材料”和“鐵氧體磁性材料”兩大類，鐵氧體磁性材料又分為多晶結(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)材料。 從應(yīng)用功能上講，磁性材料分為：軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料、旋磁材料等等種類。軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料中既有金屬材料又有鐵氧體材料；而旋磁材料和高頻軟磁材料就只能是鐵氧體材料了，因?yàn)榻饘僭诟哳l和微波 頻率下將產(chǎn)生巨大的渦流效應(yīng)，導(dǎo)致金屬磁性材料無法使用，而鐵氧體的電阻率非常高，將有效的克服這一問題、得到廣泛應(yīng)用。磁性材料從形態(tài)上講。包括粉體材料、液體材料、塊體材料 、薄膜材料等12。磁性材料的應(yīng)用很廣泛，可用于電聲、電信、電表、電機(jī)中，還可作記憶元件、微波元件等。可用于記錄語言、音樂、圖像信息的磁帶、計(jì)算機(jī)的磁性存儲(chǔ)設(shè)備、乘客乘車的憑證和票價(jià)結(jié)算的磁性卡等。磁性材料發(fā)展的總趨勢(shì)將由3d過渡族合金、化合物向3d-（4f，4d，5d, 5f）多元合金13、化合物方向發(fā)展；由三維向低維方向發(fā)展，納米磁性材料將成為重要的磁性功能材料。當(dāng)前，中國(guó)磁性材料工業(yè)在產(chǎn)量方面已經(jīng)初具規(guī)模，發(fā)展速度很快，但與日本等磁性材料工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，無論是管理水平、制造工藝、產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品檔次都存在一定差距。中低檔產(chǎn)品占據(jù)了較大的國(guó)際市場(chǎng)，但在高檔產(chǎn)品上還缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。隨著高清晰度電視等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的日益普及，汽車、通信業(yè)的發(fā)展，對(duì)高檔磁性材料的需求越來越多14。我國(guó)應(yīng)該抓住這個(gè)有利的時(shí)機(jī)，開發(fā)高檔磁性材料產(chǎn)品，占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)。2.4.稀土材料以稀土元素為材料的叫做稀土材料15。它主要包括：稀土發(fā)光材料、稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土催化劑材料、稀土陶瓷材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存儲(chǔ)材料、稀土超導(dǎo)材料、稀土原子能材料等16。稀土材料，作為一種特殊功能材料，在高科技領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著重要的作用。它能夠大幅度地提高其它產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，號(hào)稱現(xiàn)代工業(yè)的“維生素” 17，不僅用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、毛紡、皮革和農(nóng)業(yè)等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而且在熒光、磁性、激光、光纖通訊、貯氫能源、超導(dǎo)等材料領(lǐng)域有著不可缺少的作用，直接影響著光學(xué)儀器、電子、航空航天、核工業(yè)等新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的速度和水平。當(dāng)前，稀土材料已經(jīng)成功應(yīng)用于軍事技術(shù)上，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展，成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)取得勝利的決定性因素之一18。稀土材料在現(xiàn)代軍事技術(shù)中所發(fā)揮的特殊作用，廣泛引起各國(guó)政府和專家的高度關(guān)注。如被美國(guó)、日本等國(guó)家有關(guān)部門列為發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和軍事技術(shù)的關(guān)鍵元素。我國(guó)應(yīng)加大對(duì)稀土材料的研究力度，使我國(guó)稀土材料得到充分發(fā)展。3.功能材料的發(fā)展前景功能材料由于種類繁多，用途廣泛，正在形成一個(gè)規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，特別是以功能材料為代表的新材料的發(fā)展水平，已成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力大小的主要標(biāo)志、判斷一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)力水平高低的重要依據(jù)?！罢l掌握了新材料，誰就掌握了未來”19。所以，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家均把大力研究和開發(fā)以功能材料為代表的新材料作為本國(guó)21 世紀(jì)的重大戰(zhàn)略決策和關(guān)鍵技術(shù)措施。因此，功能材料的發(fā)展與研究有著十分廣闊的前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，人們對(duì)材料科學(xué)與材料產(chǎn)業(yè)的關(guān)注與重視程度已提高到一個(gè)前所未有的高度。目前，以功能材料為其主流的新材料產(chǎn)業(yè)，已被公認(rèn)為是全球最重要、發(fā)展最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。我國(guó)政府對(duì)功能材料的研究開發(fā)亦高度重視，曾先后提出了“863 計(jì)劃”(國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃)與“973 計(jì)劃”(國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃) 20。在“863”計(jì)劃的支持下，開辟了超導(dǎo)材料、平板顯示材料、稀土功能材料、生物醫(yī)用材料、儲(chǔ)氫等新能源材料，金剛石薄膜,高性能固體推進(jìn)劑材料，紅外隱身材料，材料設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)等功能材料新領(lǐng)域，取得了一批接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果，使我國(guó)在國(guó)際上占有了一席之地。 總之，我國(guó)功能材料的研究應(yīng)面向?qū)嶋H，面向應(yīng)用；面向企業(yè)，面向生產(chǎn)；面向市場(chǎng)，面向世界，面向未來，加速科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，著力推進(jìn)以功能材料為其內(nèi)核與主流的材料科技成果的產(chǎn)品化、商品化、工程化、產(chǎn)業(yè)化與國(guó)際化。最后，在此感謝老師這一學(xué)期的教誨！參考文獻(xiàn)（20條記錄）：1 郭衛(wèi)紅，汪濟(jì)奎. 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