傳統(tǒng)硅酸鹽材料和功能材料有和區(qū)別

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傳統(tǒng)硅酸鹽材料

性質(zhì)： 指以天然硅酸鹽礦物為主要原料制成的材料。硅酸鹽是地殼中儲量最多的一種礦物，分布廣，容易采集。石器時代即開始采用。傳統(tǒng)上用之作成陶瓷、玻璃、瓷器、水泥等硅酸鹽材料。隨冶金、化學(xué)工業(yè)發(fā)展，又?jǐn)U大到耐火材料；耐酸材料。其加工制作需進行高溫?zé)?。廣泛用于國民經(jīng)濟各個部門。

功能材料是指那些具有優(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。

　　功能材料是新材料領(lǐng)域的核心，是國民經(jīng)濟、社會發(fā)展及國防建設(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)、計算機技術(shù)、海洋工程技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。功能材料不僅對高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，還對我國相關(guān)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級，實現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進作用。

　　功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。世界各國均十分重視功能材料的研發(fā)與應(yīng)用，它已成為世界各國新材料研究發(fā)展的熱點和重點，也是世界各國高技術(shù)發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點。在全球新材料研究領(lǐng)域中，功能材料約占 85 % 。我國高技術(shù)(863)計劃、國家重大基礎(chǔ)研究[973]計劃、國家自然科學(xué)基金項目中均安排了許多功能材料技術(shù)項目（約占新材料領(lǐng)域70%比例），并取得了大量研究成果。

　　新型功能材料國外發(fā)展現(xiàn)狀

　　當(dāng)前國際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如超導(dǎo)材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲能材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料及材料的分子、原子設(shè)計等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達國家強化其經(jīng)濟及軍事優(yōu)勢的重要手段。

　　超導(dǎo)材料 以NbTi、Nb3Sn為代表的實用超導(dǎo)材料已實現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)用的典范已在微弱電磁信號測量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導(dǎo)的裝置無法達到的。但是，由于常規(guī)低溫超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦(4.2K)系統(tǒng)中使用，因而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。

　　高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（ 4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非常經(jīng)濟的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶來了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的上臨界場[H c2 (4K)>50T]，能夠用來產(chǎn)生20T以上的強磁場，這正好克服了常規(guī)低溫超導(dǎo)材料的不足之處。正因為這些由本征特性Tc、Hc2所帶來的在經(jīng)濟和技術(shù)上的巨大潛在能力，吸引了大量的科學(xué)工作者采用最先進的技術(shù)裝備，對高Tc超導(dǎo)機制、材料的物理特性、化學(xué)性質(zhì)、合成工藝及顯微組織進行了廣泛和深入的研究。高溫氧化物超導(dǎo)體是非常復(fù)雜的多元體系，在研究過程中遇到了涉及多種領(lǐng)域的重要問題，這些領(lǐng)域包括凝聚態(tài)物理、晶體化學(xué)、工藝技術(shù)及微結(jié)構(gòu)分析等。一些材料科學(xué)研究領(lǐng)域最新的技術(shù)和手段，如非晶技術(shù)、納米粉技術(shù)、磁光技術(shù)、隧道顯微技術(shù)及場離子顯微技術(shù)等都被用來研究高溫超導(dǎo)體，其中許多研究工作都涉及了材料科學(xué)的前沿問題。高溫超導(dǎo)材料的研究工作已在單晶、薄膜、體材料、線材和應(yīng)用等方面取得了重要進展。

　　生物醫(yī)用材料 作為高技術(shù)重要組成部分的生物醫(yī)用材料已進入一個快速發(fā)展的新階段，其市場銷售額正以每年16%的速度遞增，預(yù)計20年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上藥物市場，成為一個支柱產(chǎn)業(yè)。生物活性陶瓷已成為醫(yī)用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是醫(yī)用高分子材料的重要方向；醫(yī)用復(fù)合生物材料的研究重點是強韌化生物復(fù)合材料和功能性生物復(fù)合材料，帶有治療功能的HA生物復(fù)合材料的研究也十分活躍。 　　能源材料 太陽能電池材料是新能源材料研究開發(fā)的熱點，IBM公司研制的多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換率高達40%。美國能源部在全部氫能研究經(jīng)費中，大約有50%用于儲氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機質(zhì)子交換膜等，都是目前研究的熱點。 　　生態(tài)環(huán)境材料 生態(tài)環(huán)境材料是20世紀(jì)90年代在國際高技術(shù)新材料研究中形成的一個新領(lǐng)域，其研究開發(fā)在日、美、德等發(fā)達國家十分活躍，主要研究方向是：①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)，CO 2 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)；②開發(fā)能使經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護材料、氟里昂、石棉等有害物質(zhì)的替代材料、綠色新材料等；③材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價。 　　智能材料 智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化?？茖W(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。國外在智能材料的研發(fā)方面取得很多技術(shù)突破，如英國宇航公司在導(dǎo)線傳感器，用于測試飛機蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況；英國開發(fā)出一種快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動器時、反應(yīng)時間，僅為10分鐘；在壓電材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動組件材料在航空上的應(yīng)用取得大量創(chuàng)新成果。 　　國內(nèi)功能材料發(fā)展的現(xiàn)狀和差距

　　我國非常重視功能材料的發(fā)展，在國家攻關(guān)、“ 863”、“973”、國家自然科學(xué)基金等計劃中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”國防計劃中還將特種功能材料列為“國防尖端”材料。這些科技行動的實施，使我國在功能材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果。在“863”計劃支持下，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、儲氫等新能源材料，金剛石薄膜，高性能固體推進劑材料，紅外隱身材料，材料設(shè)計與性能預(yù)測等功能材料新領(lǐng)域，取得了一批接近或達到國際先進水平的研究成果，在國際上占有了一席之地。鎳氫電池、鋰離子電池的主要性能指標(biāo)和生產(chǎn)工藝技術(shù)均達到了國外的先進水平，推動了鎳氫電池的產(chǎn)業(yè)化；功能陶瓷材料的研究開發(fā)取得了顯著進展，以片式電子組件為目標(biāo)，我國在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低燒瓷料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，使片式電容材料及其組件進入了世界先進行列； 高檔釹鐵硼產(chǎn)品的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得顯著進展，在某些成分配方和相關(guān)技術(shù)上取得了自主知識產(chǎn)權(quán)； 功能材料還在“兩彈一星”、“四大裝備四顆星”等國防工程中作出了舉足輕重的貢獻。

　　目前世界各國功能材料的研究極為活躍，充滿了機遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專利層出不窮。發(fā)達國家企圖通過知識產(chǎn)權(quán)的形式在特種功能材料領(lǐng)域形成技術(shù)壟斷，并試圖占領(lǐng)中國廣闊的市場，這種態(tài)勢已引起我國的高度重視。近年來，我國在新型稀土永磁、生物醫(yī)用、生態(tài)環(huán)境材料、催化材料與技術(shù)等領(lǐng)域加強了專利保護。但是，我們應(yīng)該看到，我國目前功能材料的創(chuàng)新性研究不夠，申報的專利數(shù)，尤其是具有原創(chuàng)性的國際專利數(shù)與我國的地位遠不相稱。我國功能材料在系統(tǒng)集成方面也存在不足，有待改進和發(fā)展。

　　3、國內(nèi)外功能材料社會經(jīng)濟發(fā)展需求分析

　　1) 功能材料的國外需求分析

　　根據(jù)預(yù)測， 2001年新材料技術(shù)產(chǎn)業(yè)在世界市場的銷售額將超過4000億美元,，其中功能材料約占75～80%。某些特種功能材料就其單項而言，其市場也是巨大的。1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市場銷售額已達210億美元，預(yù)期到2010年將達到800億美元；2000年超導(dǎo)材料銷售額已達80億美元,預(yù)測2010年的年銷售額預(yù)計將達到600億美元，其中高溫超導(dǎo)電力設(shè)備的全球銷售額可達50-60億美元,到2020年，全球與超導(dǎo)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值（按1995年的價格估算）可能達到1500億到2000億美元，其中高溫超導(dǎo)占60％；2010年全球釹鐵硼永磁材料的市場需求量將達14.6萬噸,產(chǎn)值達80億美元，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值700億美元；生物醫(yī)用材料是一個正在迅速發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域，目前全球生物醫(yī)用材料及制品的產(chǎn)值超過700億美元，美國約為400億美元，與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相當(dāng)，是美國經(jīng)濟中最活躍、出口量最大的6個產(chǎn)業(yè)之一，近年來一直保持每年20%以上的速率持續(xù)增長，預(yù)計到本世紀(jì)前十年左右,生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)將達到藥物市場的份額；隨著可持續(xù)發(fā)展政策被各國政府的廣泛采納，生態(tài)環(huán)境材料的市場需求也將迅速增加，估計2010年的社會需求將高于500億美元?？梢姡谌蚪?jīng)濟中，特種功能材料無論是需求的規(guī)模，還是需求的增長速度，都是相當(dāng)驚人的。

　　2) 功能材料的國內(nèi)需求分析

　　中國作為一個 12億人口的大國，正在實施宏偉的第三步發(fā)展戰(zhàn)略，這一根本國情加之特種功能材料在經(jīng)濟社會發(fā)展中的重要作用和地位，決定了我國對功能材料的需求將是巨大的。

　　功能材料不僅是發(fā)展我國信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升我國基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ) ,直接關(guān)系到我國資源、環(huán)境及社會的可持續(xù)發(fā)展。

　　我國國防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國為首的西方國家的封鎖和禁運，所以我國國防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進口來解決的，必須要走獨立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達、新型戰(zhàn)斗機、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開特種功能材料的支撐。

　　我國經(jīng)濟的快速增長和社會可持續(xù)發(fā)展，對發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素，我國目前是世界上能源消費增長最快的國家，同時也是能源緊缺的國家。發(fā)展電動汽車、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲能材料的需求不斷增加。近年來，隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國便攜式電器如手提電話、筆記本計算機用戶每年均以超過 20%的速度增加，形成了一個對小型高能量密度電池的巨大社會需求。

　　隨著移動通信等新一代電子信息技術(shù)的迅速崛起，作為一大批基礎(chǔ)電子元器件技術(shù)核心的信息功能陶瓷日益成為我國發(fā)展相關(guān)高技術(shù)的需求重點。按照 5%的世界市場占有率計，2010 年我國信息功能陶瓷材料及制品的年銷售額將達 300億元人民幣，對信息通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。

　　我國是一個稀土大國，其工業(yè)儲量占世界總儲量的 70%以上，發(fā)展稀土功能材料我國有著獨特的資源優(yōu)勢。例如，稀土永磁材料全世界的年平均增長率為23%,而我國高達60%，1995年全球的釹鐵硼永磁材料的生產(chǎn)總量為6000噸，其中我國為2000噸，占總量的1/3，預(yù)測2010年全球釹鐵硼永磁材料的產(chǎn)量將達14.6萬噸，產(chǎn)值達80億美元,其中我國的產(chǎn)量將達5.4萬噸，產(chǎn)值達20多億美元，相關(guān)器件產(chǎn)值達100～150億美元。稀土在發(fā)光、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用也具有廣闊的市場需求。

　　我國西部還擁有一些儲量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業(yè)儲量甚至占世界總儲量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開發(fā)與上述元素相關(guān)的特種功能材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國相關(guān)特種功能材料及制品的國際市場競爭力，這對實現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢具有重要意義，將有力地支持國家的西部大開發(fā)。

　　隨著我國人民生活質(zhì)量的進一步改善和提高 ,我國潛在的生物醫(yī)用材料市場將很快轉(zhuǎn)化為充滿勃勃生機的現(xiàn)實市場,從而創(chuàng)造出巨大的社會經(jīng)濟效益，成為國民經(jīng)濟的一個支柱產(chǎn)業(yè)。

　　我國已確定“在發(fā)展中解決保護，在保護環(huán)境的基礎(chǔ)上實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展”的原則，簽署了有關(guān)國際公約，并通過了國家有關(guān)環(huán)境保護的法律、法規(guī)，這些都為生態(tài)環(huán)境材料需求發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。發(fā)展生態(tài)環(huán)境材料，除了在社會和經(jīng)濟方面具有巨大的需求之外，在政治上還對我國加入 WTO，融入國際社會，提升國際地位具有重要作用。此外，生態(tài)環(huán)境材料還對我國的“科技、人文、綠色”奧運工程起著特殊的作用。

　　總之，在未來的五到十年，我國經(jīng)濟、社會及國家安全對功能材料有著巨大的需求，功能材料是關(guān)系到我國能否順利實現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵新材料。

　　4、發(fā)展重點與關(guān)鍵技術(shù)選擇

　　1) 發(fā)展重點

　　高溫超導(dǎo)材料制備與應(yīng)用技術(shù)

　　稀土功能材料

　　新型能量轉(zhuǎn)換材料與技術(shù)（能源材料）

　　生物醫(yī)用材料

　　綠色奧運工程材料與技術(shù)

　　分辨離膜材料與技術(shù)（海水、氯堿膜）

　　印刷（制版、感光）、顯示（ OLED）材料

　　高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)

　　2) 關(guān)鍵技術(shù)選擇

　　能源材料

　　①固體氧化物燃料電池：

　　固體氧化物燃料電池是一種新型綠色能源裝置，比質(zhì)子交換膜燃料電池有更高的轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能效果，可減少二氧化碳排放 50%，不產(chǎn)生NOx，已成為發(fā)達國家重點研究開發(fā)的新能源技術(shù)。但目前研究的固體氧化物燃料電池的工作溫度達800～900℃，其關(guān)鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發(fā)展的瓶頸。應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有：a）高性能電極材料及其制備技術(shù)；b）新型電解質(zhì)材料及電極支撐電解質(zhì)隔膜的制備技術(shù)；c）電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及其制備技術(shù)；d）電池的結(jié)構(gòu)、性能與表征的研究。

　　②光電轉(zhuǎn)換效率大于 18%的硅基太陽能電池商品化；

　　研制出光電轉(zhuǎn)換效率大于 18%的低成本、大面積、可商業(yè)化的硅基太陽能電池及其組件。

　?、厶柲艿木C合利用 (光電、熱電、熱交換)及其與風(fēng)力發(fā)電的耦合技術(shù)；建立總體利用效率達15%的追尾聚集光式太陽能光電、熱電、熱交換系統(tǒng)并實用化，建立太陽能綜合利用與風(fēng)力發(fā)電耦合的實用型分布式地面電站，并可并網(wǎng)供電。

　　稀土材料

　?、傧⊥链呋牧?

　?、谙⊥劣来挪牧?

　　突破高性能 (N50)、高均勻性、高工作溫度、低溫度系數(shù)的燒結(jié)稀土永磁材料和高性能(磁能積20MGOe）粘結(jié)稀土永磁材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)。

　?、鄹吡炼取㈤L壽命白光 LED節(jié)能照明系統(tǒng)

　　低成本、高亮度、長壽命白光 LED節(jié)能照明系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化并進入普通百姓家庭。

　　生物醫(yī)用材料

　?、偕镄酒?；

　　②生物兼容性好、可降解或可誘導(dǎo)再生的人體軟、硬組織替換材料；

　　③具有分子識別和特異免疫功能的血液凈化材料和裝置。

　　生態(tài)環(huán)境材料

　　①有機膜分離技術(shù)：海水（或鹽堿水）淡化效率達 50%的有機膜實用化和產(chǎn)業(yè)化。

　　②固沙植被材料與技術(shù)；

　?、酃?jié)能、環(huán)保的建筑材料及其關(guān)鍵工藝技術(shù)：

　　突破日產(chǎn) 2000噸的流態(tài)化水泥燒成技術(shù)，其單位能耗與粉塵排放低于目前的新型干法工藝；實現(xiàn)純氧燃燒生產(chǎn)浮法建筑玻璃的產(chǎn)業(yè)化。

　　特種功能材料

　?、贌o機分離催化膜：突破無機分離催化膜（透氧膜、分子篩膜、透氫膜）的關(guān)鍵制備技術(shù)，建立無機分離催化膜用于天然氣催化轉(zhuǎn)化制備合成氣和液體燃料、天然氣直接轉(zhuǎn)化制備乙烯、生物質(zhì)原料制備乙醇、天然氣制氫等方面的示范性生產(chǎn)裝置。

　　②大尺寸光學(xué)金剛石膜；

　　③有機磁性材料 :突破本征有機磁性材料的關(guān)鍵技術(shù)。

　　④敏感材料與傳感器。

　　超導(dǎo)材料

　　高溫超導(dǎo)材料的制備與應(yīng)用技術(shù)

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