新材料论文
在信息爆炸的21世纪，世界上一切都好像春天来临时盛放的鲜花，种类繁多，特别是各种各样的新型工程材料。新型工程材料在诸多方面都起着重要作用甚至是缺一不可的作用，例如人造骨在医学上起到了重要作用；新型建材在建筑工程中发挥着独到的作用等。下面我们就来探讨一下新型工程材料。
和大千世界的万物一样新型工程材料也有着它得天独到的特征。首先从起来原来说，它是在自然界中不存在的，需要人为制造出来的，造物主没有给它特定的名字，于是我们人类就叫它新型工程材料。新型材料获得途径与传统(普通)材料不同新型材料是过去不曾有、自然赛中亦不存在的人造材料。传统的材料是利用天然原材料加以提炼、加工而成的0而新
型材料是在研究并掌握了物质结构、变化规律的基础上根据人类的需要通过对源子、分
子等的选择、组合并创造必要的环境条件了得到的具有预期性能的物质。所以是人合成创造的，在新型材料的研究和制造中人们是主动的原因有以下3点。
(1)研制新型材料是出于人类的主观需要因而有明确的目韵要求。此点自始至终贯穿于整个新型材料的研究、试验和制造过程中因而是有目的的“创造”。
(2)新型材料的研制是在人类已掌握各方面必需知识的基础之上进行的。由于人类已经
越来越多地掌握了物质结构及其变化规律及由此对性能产生的影响因此新型材料的出现绝不是偶然事件也绝不是盲目的摸索而是人类科学、技术发展的必然结果。现在探索和创造新型材料有以下3种途径。①利用极限条件。如超高温、超高压、极低压等以获得有特异性的原子排列特点的材料。②通过形态和纯度的控制。如超细化、超薄膜化、多孔质化等设计和控制技术创造出具有高纯度、完全结晶、非晶态等极限状态的新材料。③材料复合。如金属、陶瓷、有机材料等的相互复合利用其复合效应开发高性能材’
(3)新型材料不像传统材料那样靠大规模、连续生产维持竞争能力它们一般生产规模小经营分散更新换代快而且品种变化频繁。
从科学方面来说，新型工程材料是多学科相互交叉，相互渗透，相互研究的。新型材料
的出现是多种学科相互交叉、渗透和互相促进综合研究和进步的成果。是基础学科(如物理、化学、生物数学等)与理化专业技术(如微电子、计算机、冶金学等)新成果交织在一
起的成果。新型材料的研究、制造是以先进的科学、技术为基础的是包括物理、化学、冶金学等多种学科综合研究和进步的成果。因此，其涉及面广，知识密度高。如果没有各种学科
最新研究成果的指导或支持新型材料的设计、研究是不可能的即使有了设想和设计也不可能制造出来。新型材料工业本身亦是知识技术密集型的新产业其产品—一一新型材料
具有极高的附加价值。例如由精密陶瓷材料制成的人造齿售价高达l000万日元蝇而碳纤维达2万日元每kg钢材仅为100日元每kg,可见其相差甚远。
在性能上，新型材料具有高新性能，能满足尖端技术以及设备制造的需要。新型材料具有高斯性能。能满足尖端技术和设备制造的需要。新型材料是高新技术、高新设备得以完成和实现的重要条件和保证。例如，不需高压和钢瓶，也不需要低温致冷设备和绝热保护来贮存氢是一项高新技术是利用新能源——氢的关键。但是如果没有新型的贮氢材料，这一
高新技术是不可能实用化的。光导纤维的开发使光纤通信这一高新技术得到实际应用，
高纯单晶硅半导体材料的研制成功，使集成电路问世，开创了微电子学这一新领域。而以新型材料砷化镓制作的电子器件比硅制器件的运算速度快5O倍，甚至高达100倍，从而可使
计算机的运算速度达到100亿次/8。所以新型半导体材料的出现才使对无线电波的控制有了
希望。令人可喜的是一大批超轻质、耐高温、耐腐蚀、超高强、超电导以及耐超低温等极限材料已经成为航天、海洋、新能源、生物工程以及信息技术等领域的主要应用材料。
从需求上，新型材料发展的驱动力由军事需求向经济需求转变。回顾20世纪由于国防和战争的需要核能的利用和航天航空技术的发展成为新型材料发展的主要驱动力。而在21世纪卫生保健、经济持续增长以及信息处理和应用等将成为新型材料发展的最根
本的动力。工业和商业的全球化更加注重材料的经济性、知识产权价值和其与商业战略的关系，新型材料在发展绿色工业方面也会起重要作用。未来新型材料的发展将在很大程度上围绕如何提高人类的生活质量而展开。
从开发与应用上，新型材料的开发与应用联系更加紧密。现代社会经济的发展要求新型材料的开发必须与其具体应用紧密相连。没有明确目的的研究开发往往得不到足够的资金支持，而且研究成果也很难转化为生产力。针对特定应用目的开发新型材料可加快研制速度，
提高材料的使用性能便于新型材料走向实际应用，并且可减少材料的“性能浪费”从而
节约了资源。推进新型材料的研发及其产业化的关键是加强材料科技研究与商业应用的联
系，这就要求新型材料研究要预先进行商业化应用考虑并开展相应的应用研究工作
从环保上，新型材料应注重与生态环境及资源的协调性，面对资源、环境和人口的巨
大压力，世界各国都在不断加大生态环境材料及其相关领域的研究开发力度并从政策、资
金等方面都给予更大支持。材料的生态环境化及其产业在资源和环境问题制约下满足经济可
承受性是实现可持续发展的必然选择。环境协调性已经成为研究开发新型材料的指导思
想。发展新型材料和改造基础材料更重视从生产到使用的全过程的影响，如资源保护、生产制备过程的污染和能耗、使用性能和回收再利用的问题等。
新型工程材料可谓是种类繁多，满目琳琅。有生物材料，超导材料，超细晶纳米基体材料，纳米材料等各种各样的材料。但对每一种材料都有相当严格的要求，以生物材料为例，作为体内植人物的材料，不仅在生理条件下物理机械性能要长期保持稳定，而且还要对人体
的组织、血液、免疫等系统不产生不良影响。对它的物理性能要求如下：1．溶出物及可渗出物生物材料及装置植入人体后引起的生物学反应大部分是由材料聚合加工过程中残留的低分于物质引起。这类物质包括引发剂、催化剂、残余单体、中间产物
及添加剂等。这些残留物质在材料植人体内后逐渐溶出或渗出对局部的组织、细胞乃至全身产生严重的生理反应因此必须将这些物质含量控制在安全浓度以
下。
2．机械物理性能人体是一个生命体，各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作
用因此植入体内的材料要考虑在应力作用下的性质。这些性质包括强度、模量、抗蠕变、
疲劳、光滑、渗透性、吸水性。如人工心脏材料必须考虑其在心脏有节奏地收缩与舒张压力变化下的应力老化。
3．成型加工性能生物材料要达到其临床应用价值必须通过各种专门的加工技术，制成所要求形状、尺寸的修补件和人工器官。有些材料尽管性能不错但是由于加工成型困难而限制了它的使用。更有甚者会因为加工处理不当而造成失败。因此近年来对于材料的加工技术也给予了相当的重视获得较大进展。
4．灭菌性能生物医用材料及其制品必须经过消毒灭菌方可使用。灭菌方法有环氧乙烷、加热、γ射线、电子束、60Co(钴)、醛、氧化乙烯等。但灭菌可使一些材料的物理和生物性
能改变。因此在材料的灭菌方法的选用上必须充分考虑到灭菌对材料性能的影响以及可能
带来的生物学危害对它的生物学性能 1．生物稳定性。材料在生物体内的组织反应与材料本
身的化学组成、高次结构及表面特性等因素有关。生物稳定性好的材料长时间在体内埋植形成一个稳定的结构一般对生物体不会产生太大的影响。但生物稳定性较差的材料在
体内长时间埋植后会引起各种不良的生物反应。因此，对于永久性植入体内的材料要求具有良好的生物稳定性，即在生物的复杂环境中材料的高次结构及低次结构不发生变化，不降解，同时本身的组成不引起生物体的生物反应。
2．生物相容性生物相容性是生物医用材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、
物理化学反应的一种概念。植入人体内的生物医用材料及各种人工器官、医用辅助装置等医疗器械必须对人体无毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性对人体组织、
血液、免疫等系统不产生不良反应。
另外材料的成分、结构（包括组织）与性能之间的关系也是非常重要的。材料的所有性
能都是其化学成分和组织结构在一定外界因素载荷性质、应力状态、工作温度和环境介质作用下的综合反映。材料的化学成分和组织结构是其力学性能的内部依据而力学性能则
是具有一定化学成分和组织结构的外部表现。例如，钢的化学成分是组织结构的主要决定
因素之一。化学成分一定时可以通过不同的热处理工艺改变材料的组织结构而导致材
料在力学性能上有较大的差异。
伴随着高科技的迅猛发展，人们对新型材料提出了要求如下：结构与功能相结合，要求材料不仅能作为结构材料使用，而且具有特殊的功能或多种功能正在开发研制的梯度功能材料和仿生材料即属于此。智能化要求材料本身具有感知、自我调节和反馈的能力即具有敏感和驱动的双重功能。减少污染为了人类的健康和生存要求材料的制作和废弃过程中对环境产生的污染尽可能少。今后在开发、发展和应用那些具有良好性能和功能的材料的同时又要能与环境相协调，也就是说在研究材料时必须要有环境保护意识。可再生性，可再生性是指一方面可保护和充分利用自然资源，另一方面又不为地球积存太多的废
物，而且能再次利用。如正在研制开发中的自降解塑料，这种材料一方面可减少白色污染还可再生利用与环境保护有一定关系。节省能源制造材料时耗能尽可能少同时又可利用新开发的能源。长寿命，要求材料能长期保持其基本特性稳定可靠制造的设备和元器件能少维修或不维修。