中國已經(jīng)在走向了很多自主研發(fā)的道路,逐漸擺脫國外的封鎖,這不就在材料領域上,我們有了很大的突破,甚至我們掌握的部分技術,已經(jīng)能夠給國際局勢,帶來極大的變化。
接下來,我們就來盤點一下,中國在材料上的大突破,看看中國再上分,再添科技榮光,讓我們看到了中國占領主導地位的未來。
1、超材料
沒錯這個材料的名字,就叫超材料,目前中國在超材料上技術已經(jīng)取得了大突破,就是美國也不是對手,且至少領先全球5年的時間。
超材料其實是一種特殊性質(zhì)的人造材料,在自然界當中是沒有的,同時這也是一種另類的材料,擁有特別的性質(zhì)。
使用了超材料已經(jīng),能夠使得光、電磁波改變它們原本的通常性質(zhì),這是普通的傳統(tǒng)材料是沒有辦法實現(xiàn)的。
由于其特殊的特性,讓其有著極其廣泛的應用前景,甚至當技術達到一定程度的時候,能夠應用在地震預警當中。
同時能夠在電子工程、光電子學、經(jīng)典光學、半導體科學以及材料科學等各大領域上,都具有一定的課題,而目前最引人關注的,就是超材料在現(xiàn)代軍事領域上的應用了。
而我國也在軍用超材料的技術上進行了很大的突破,要知道超材料能夠改變光、電磁波的性質(zhì),為此應用到雷達反射罩之上,那簡直就是無敵了。
畢竟隨著軍事技術發(fā)展得越來越先進,所以雷達對戰(zhàn)斗飛機、坦克以及導 彈的探測是十分重要的,為此相應的,隱形技術也成為了世界各國的探討層次。
而使用超材料,在軍事領域上就能夠做到偵察、反偵察上進行應用,可以說會比傳統(tǒng)的隱身材料,要更為自然,改變了電磁輻射的波長,光的特性,令其更難補充,這無疑是在緊緊跟隨著軍事領域的發(fā)展步伐。
2、激光晶體
激光晶體可謂是我國自主研制道路上的,一大領頭人物,那可是真正領先世界的存在,曾經(jīng)在激光晶體技術上,那中國可謂是技術獨一份的,領跑全球。
其實激光晶體,是屬于一種晶體材料,也是晶體激光器的工作物質(zhì),能夠通過外界所提供的能量來通過光學諧振腔轉(zhuǎn)化成為空間和時間上相干的具有高度平行性和単色性的晶體材料。
那么這個所謂的激光晶體能夠干什么呢?
一般的激光晶體都是YAG材料,叫作釔鋁石榴石,在工業(yè)上的應用量非常大。而只有了激光晶體,才能夠發(fā)展激光技術,相信這些年已經(jīng)越來越多的人接觸到了激光技術。
什么激光美容、激光微創(chuàng)手術等等,乃至大到高端精密技術,可能都離不開激光技術的應用和幫助,為此激光晶體在激光技術上,是最為關鍵的技術之一。
就說KBBF激光晶體,這種飛線性光學晶體,中國在其的技術層次,更是直接領先了美國15年,占領著世界的主導地位,可見中國在這一材料的技術有多強。
3、石英玻璃
石英玻璃其實是高科技領域的關鍵耗材,事實上,原本國內(nèi)石英玻璃市場,大多都是采用的進口,不過在我國科技人員的努力之下,目前中國已經(jīng)在石英玻璃上的應用上做到了國產(chǎn)快速替代進程,為此在石英玻璃上,中國是已經(jīng)具有話語權(quán)了,不然不會如此進行快速的替代。
事實上,石英玻璃的技術并不是那么容易突破的,它堪稱玻璃材料當中的“皇冠”,是二氧化硅單一成分的非晶態(tài)材料,具有極其獨特的性能,擁有強大光學性能,可以在紫外到紅外輻射的連續(xù)波長范圍內(nèi)都有優(yōu)良的透射比。
在制作半導體、電光源器、激光器、光學儀器、醫(yī)療設備、化工、電子、建材、國防等領域之上,應用十分廣泛,是真正高新技術領域的關鍵原材料。
可以說掌握了石英玻璃,就能夠掌控很多的領域上,特別是在半導體領域上,石英玻璃的使用,占到了65%的占比,所以石英玻璃是半導體重要的耗材。
4、納米材料
隨著納米技術與納米材料的發(fā)展,各式各樣的功能性材料逐漸引入納米材料作為添加劑,從而提升特定方面的性能,如消炎抗菌、抗老化、催化等。
例如,在橡膠中添加一定量納米二氧化硅能改善橡膠的物理機械性能,提升其耐磨性、拉伸強度和撕裂強度以及硬度,起到補強作用。在塑料、橡膠中添加少量層狀水滑石納米材料則能提升阻燃、抗紫外線氧化等性能。
而現(xiàn)如今,越來越多的生活產(chǎn)品都標注使用先進納米材料強化產(chǎn)品性能,甚至開發(fā)出前所未有的新功能。
我國在納米材料上的突破也日益增多,最近有哪些新突破呢?
1.在納米材料上造“蜂窩”
隨著科學技術的進一步發(fā)展,人類在微觀領域探索的步伐也在不斷向前邁進,而科學技術已飛躍至世界前列的中國,又有一項技術橫空出世,那就是能夠在納米材料上造“蜂窩”的介孔高分子和碳材料技術,該技術的誕生,瞬間轟動了全球,就連韓國有關專家也佩服之至,那么什么是介孔材料,它又有什么用途呢?
圖為顯微鏡下的介孔材料
介孔材料是國際化學聯(lián)合會規(guī)定的,孔徑在2-50納米之間的微粒,這些材料與人們?nèi)粘I钪兴姷降暮>d,珊瑚等物質(zhì)相似,它們身上都遍布著大量的孔洞,因為這些孔洞的存在,物體的密度很低,但滲透性和吸附性都很強,介孔材料和它們類似,渾身遍布規(guī)則有序的孔道結(jié)構(gòu),孔徑狹窄,使得這些材料具有極高的比表面積,能在微孔沸石分子篩試驗中,實現(xiàn)更精細的過濾和篩選,所以催化反應結(jié)果也更精準。
此外,介孔材料的孔洞排列整齊有序,因而可以將其用作微型反應容器,從而進行各種微粒級別的試驗,所以這種材料剛被研制出來不久,就吸引了國際上的廣泛關注,讓介孔材料及相關技術研發(fā),成為了全球范圍內(nèi)跨多門學科的前沿熱點領域之一,在未來,這款納米級別的材料還將被廣泛應用在微電子技術,化學傳感器,光電器材等其他領域。
那這樣的材料是如何被研制出來的呢?在本世紀初期,只有無機介孔材料,有機介孔材料的研發(fā)工作一直難以攻克,而中國的科學家們又一直想創(chuàng)造一種又軟又輕,又好用的有機高分子材料,于是經(jīng)過五年的鉆研攻關,相關團隊在有機-無機自組裝的基礎上,首次提出了有機-有機自組裝的新概念,并加以驗證,于是介孔高分子和介孔碳材料由此誕生,截至目前,中國科研人員所研制的這款新型材料,已經(jīng)吸引了全球60個國家和地區(qū)的近1500家科研機構(gòu),發(fā)表的相關論文數(shù)量更是多達4萬余篇,介孔高分子和碳材料的出現(xiàn),大大推動了微觀材料制作的發(fā)展。
那么這種材料有什么作用呢?拿石油煉化為例,中國雖然擁有豐富的石油資源,但開采的原油,經(jīng)過傳統(tǒng)方式處理后,汽柴油和其他物質(zhì)的質(zhì)量大約相同,意味著幾乎有一半的石油被浪費,只能制成鋪路的瀝青,可見其轉(zhuǎn)化率之低,然而人力財力消耗卻很大,這時,如果把介孔材料作為催化劑,加入到石油煉化過程當中,將大大提高原油的轉(zhuǎn)化效率,一旦進行全國推廣,將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
2.新型仿生納米復合纖維材料
記者從中國科學技術大學了解到,該校俞書宏教授團隊借鑒天然生物纖維的策略,成功研制出一種既強又韌的宏觀尺度纖維素基納米復合纖維材料。成果日前在線發(fā)表在著名期刊《國家科學評論》上。
納米尺度纖維素是地球上儲量最豐富的納米級原材料,其密度低、熱穩(wěn)定性好、力學性能出色,同時具備可降解、可再生和可持續(xù)性的明顯優(yōu)勢。然而,人工制備的纖維素基宏觀纖維材料的強度和韌性之間的矛盾難以解決,低韌性、易脆斷等問題嚴重限制了此類材料在先進織物等領域中的實際應用。自然界中許多植物纖維和動物纖維實現(xiàn)了高強度和高韌性的完美組合,它們都是天然納米復合材料,由高度取向的高強度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機物基質(zhì)中構(gòu)成,并具有高度有序的多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。
中科大研究人員以高強度細菌納米纖維素作為增強基元,以海藻酸鈉生物大分子作為有機物基質(zhì),將兩者復合水溶液進行溶液紡絲,得到拉伸強度初步提升的單取向結(jié)構(gòu)宏觀納米復合纖維。隨后,他們通過多級螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設計,得到具有類似生物纖維結(jié)構(gòu)特征的宏觀人工纖維材料,其拉伸強度繼續(xù)提升25%,斷裂延伸率和韌性則分別同步提升近50%和100%,最終拉伸強度、斷裂延伸率可分別達到535兆帕、16%。
該成果所獲得的最高拉伸強度可與高性能纖維素基天然植物纖維相媲美,這種仿生纖維結(jié)構(gòu)設計策略有望應用在其他復雜等級結(jié)構(gòu)材料的設計和制備中。
尾聲
由此可見,科學技術的進步對一個國家的發(fā)展有著至關重要的作用,尤其是在當今時代,科技發(fā)展水平往往決定著一個民族未來的興衰,因此,只有堅持創(chuàng)新,大力發(fā)展科學技術,才能推動民族在富強的道路上,長盛不衰地走下去。
現(xiàn)在的科技發(fā)展,原料是非常重要的,甚至能夠在多個領域上占到主導地位,為此中國掌握了多個原材料,確實能夠預料到中國未來占領主導地位的情景,在這里不得不為中國感到驕傲。
文章來源: 科學知識點,諸葛小徹,西安科普網(wǎng)