預見未來新材料,性能優異,廣闊前景

2020-12-06 未來科普君

新材料有優異的性能和廣闊的應用前景。新材料的發展和材料理論關係密切。新材料的研製與物理、化學、數學等基礎科學和微電子、計算機等理工技術的新成果是交織在一起的。

新材料的發展與新工藝、新技術也密切相關。新材料、新工藝與新技術相互結合,為探索和研究新材料開闢了一條新途徑,同時也為研究新的物理現象和效應開拓新的領域。

新材料往往具有特殊性能。例如超高強度、超高硬度、超塑性,以及各種特殊物理性能,如磁性、超導性……

新材料的研發及其應用,推動了人類文明和社會進步。例如半導體材料,半導體材料是支撐現代文明社會的最重要的材料之一,它在電晶體、集成電路、紅外發光管、太陽能電池、微波集成電路、雷射器件、光電集成電路等信息處理與通信領域都得到廣泛應用。上至雷達、火箭、衛星,下到家用電視機、DVD機、手機、空調和家用電器的遙控器,都離不開半導體材料。

矽是當前用途最廣的半導體材料,95%以上的半導體器件都是使用矽材料製作的。隨著集成電路(IC)集成度的提高,其內部的一個元件的尺寸已縮小到微米甚至是亞微米的大小,這就對製作集成電路的矽單晶片的完整性提出了更高的要求,不允許矽單晶片內原子的規則排列出現微小的缺陷,而且對矽單晶片的局域平整度的要求也越來越高。

例如,在採用0.18um工藝技術的超大規模集成電路的製作中,就要求矽單晶片在22mm x 32mm的區域內不平整度小於0.12um。目前矽材料的製備技術已能適應這一需求,矽單晶的直徑、長度、純度和完整性都在不斷提高,幾個主要研製半導體材料的發達國家能生產250mm大直徑矽錠,我國目前也能生產直徑200mm以上的優質單晶矽。以矽為基礎材料製作的各種電子器件和集成電路,早已廣泛用於國民經濟、國防建設和人民生活的各個領域。

又例如磁存儲材料,從20世紀50年代到80年代,磁記錄介質經歷了氧化物磁粉、金屬合金磁粉和金屬薄膜等3個重要階段,金屬薄膜這種磁介質的晶粒尺寸小、晶粒各向異性大、晶粒間的相互交換作用弱,能配合讀寫磁頭設計的改進,使磁紀錄的密度每兩年就翻一番,到21世紀初,年增長率已接近100%。現在,厚度只有十幾微米的磁性鐵氧體單晶薄膜,其最高儲存密度已超過100Gb/cm。磁紀錄技術的進步,使電子計算機的微型化成為可能,極大地滿足了人們在工作和生活中對電子計算機日益增長的需求。

目前,新材料科學正向著研究各種複合材料(例如複合金屬材料、複合陶瓷材料、複合高分子材料)、研究並開發納米材料、開發同時具有感知外界環境或參數變化和驅動功能的機敏材料、研究開發生物醫學材料等方向發展。同時,新材料的製備工藝、檢測儀器和計算機應用也是今後新材料科學技術發展的重要內容。例如,利用空間失重條件進行晶體生長,利用強磁場、強衝擊波、超高壓、超高真空以及強制冷等手段製備特殊性能的新材料。

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