21世紀新技術浪潮的三大支柱是什麼?是「材料、能源和信息技術」。專家指出,新材料技術是現代化科技的骨肉,是「發明之母」。從古到今,世界權威科學家始終認為材料是人類演化過程中起到關鍵作用的主要環節之一。現在,材料,尤其是新材料,已經成為許多尖端科學技術的先導。甚至可以這麼說,沒有新型材料,一些劃時代的發明創造時至今日可能還未實現。
l 新材料進化浪潮論決定人類進化論
從整個人類發展歷史來看,人類賴以生活和生產的物質基礎就是材料,從某種意義上說,材料不發展,社會就不能發展,人類就會停止生存和繁衍。現在,我們之所以特別強材料的重要作用,特別是強調新材料的作用是因為它是生產力和社會發展的前提。原始社會一直延續了幾十萬年,關鍵的原因之一就是那時的材料發展極其緩慢,人們所用的材料是巖石、木棒、獸骨、獸皮等,生產力和生產工具都極為低下。歷史學家把這個時代成為石器時代,後來根據材料的不斷進化,人們把人類活動的歷史長河,細劃分為舊石器時代、新石器時代、陶器時代、青銅時代、鐵器時代、鋼鐵時代、塑料時代、合金時代、高能/高密/高分子記憶複合新材料時代。
雖然科學家把人類社會的發展和材料的發展有機地聯繫在一起。但我們要注意到,高級的時代是向下兼容的,比如現在我們進入了資訊時代,傳統的青銅、鋼鐵、陶瓷材料仍在起著作用。同時,我們也要認識到材料的新和舊的概念是相對的,在原始社會,陶器和燒陶技術在當時是新技術和新材料。但到了奴隸社會,他就被青銅材料和青銅冶金技術所取代,而成為傳統工藝了,現在信息社會中,高能/高密/高分子記憶複合新材料又把以前所有社會中成為主要推動力的材料和技術,都定義為老材料了。
那麼,什麼是信息社會的新材料呢?科學家指出新材料就是那些對現代化科學技術的進步和國民經濟的發展有重大推動作用的材料,這些材料具有傳統材料所沒有或無法比擬的優異性能。他們的出現將極大的促進生產力的提高,推動工業技術和尖端科學的發展。新材料按用途可分為三類:信息材料、新能源材料和特殊條件下使用的結構材料及功能材料。
1、信息材料:半導體材料、信息記錄材料、光導纖維材料、傳感器用敏感材料等;
2、新能源材料(節能材料):太陽能轉換材料、高溫結構陶瓷材料、超導材料、非晶態材料、高密度儲氫材料和高效儲能材料等;
3、特殊結構材料及功能材料:高性能結構複合材料、高性能工程塑料、高分子功能材料、新型合金、生物醫用材料等。這些材料都是在高負載、高溫、高壓和其他特殊工作環境中使用的材料。
l 新材料進化論決定DVD光儲鈦鋼論
在電腦應用中,人類的科技進步也由材料和材料技術的發展為前提而發展的。比如,1946年世界上第一臺電子計算機是由18000多隻電子管組成的,後來,出現了單晶矽半導體,導致了大規模集成電路和超大規模集成電路的發展。雖然,單晶矽體積只有拇指大,但功能和速度的強大到世界電子科技在57年內生活翻天覆了地,人類的生活信息也呈現出了大爆炸,信息的傳遞也從「年時代」到了「秒時代」。在人們接受大量信息洗禮的時候,半導體的發展又開始從元素半導體向化合物半導體進化和演變了:鍺半導體-—》單晶矽半導體-—》超純單晶矽和拉制單晶矽半導體-—》砷化鎵半導體。第三代半導體的代表,化合物半導體砷化鎵可使運算速度提高10倍以上,耗電量僅為矽的1/10。
半導體如此,信息存儲領域也同樣發生著新材料的革命。現在的信息社會講究的就是文字、圖象、聲音和語言的記錄,大容量的信息保存成為人們生活中必須做的事情。光存儲事業,正把信息記錄事業向大容量、高密度和高速度方向飛速提升。我們可以回顧信息記錄材料的發展史:草繩扎結---》木簡、竹簡和泥板刻錄---》紙張記錄---》高性能磁性記錄---》光磁刻錄,分為720M CD刻錄和4.7G DVD刻錄。每一個階段的發展,都是重量和材料的變化史,一個竹簡最多只能寫30個字左右,一份給皇帝的奏章要三千多根竹簡;一張紙最多寫400字,30萬字的《史記》要750頁紙;現代金屬氧化物為基礎的X-Fe2O3 、Fe3O4、CrO2等磁性材料可以在幾平方釐米的面積上把幾千本書甚至上萬本書的內容存儲起來。而日本松下公司開發的最新以銀銦銻碲合金可逆變結晶材料為核心的DVD光碟更把信息材料的存儲容量擴大到的一張DVD-RAM盤能容納4.7G數據之巨。
其實,在存儲各種信息的存儲介質材料發生質變到量變的同時,讀取他們的設備材料也在發生著刻骨銘心的變化。例如,光儲領域中,讀取數據的光儲設備的材料,從塑料機芯-—》全鋼機芯---》鈦鋼機芯。
為什麼現代DVD刻錄時代要進入「鈦鋼機芯時代」呢?因為從電腦的CPU(中央處理器)的計算頻率從「M(兆)時代」走入「G時代」後,網絡傳輸速度和容量從也「M(兆)時代」走入「G時代」,同時,光存儲的刻錄和讀取容量也從「M(兆)時代」突破到了「G時代」( 720M CD刻錄到4.7G DVD刻錄),在這樣高速計算和刻錄的環境中,電腦內部相關配套的設備材料也需要在速度和損耗之間找到平衡之橋。於是,重量輕、抗壓強的高性能複合材料---被授予「21世紀金屬」的稱號的「鈦鋼」就應運而生了。
隨著電子設備材料工業的發展,安全、節能、環保已成為產品發展的三大主題,同時也對材料提出了高強度、輕量化的要求。鈦是一種稀有金屬,其合金具有很高的比強度,很好的耐蝕性能和高溫機械性能。當前,世界發達國家都十分重視鈦的發展和應用,鈦及鈦合金對一個國家的國防、經濟及科技的發展發揮著重要的作用。過去,鈦應用在飛彈、宇宙飛船、人造衛星、火箭、飛機、坦克等方面。現在從航空航天的研究入手逐漸擴大應用到化工、輕工、電力、冶金、製藥、造船、兵器、運動休閒及建築等領域。鈦合金零部件具備重量輕、減噪、減振,壽命長等特點,從20世紀80年代開始,發達國家的電子和電腦製造廠商對此材料就異常關注。由於鈦材的優異性能,耐磨、輕質、比強度高等特點,首先是國際汽車工業開始把鈦合金零部件應用於賽車上,取得了令人滿意的效果。
在2001年著名的電腦公司nVIDIA公司把自己的圖形顯示卡,定名為鈦系列,一舉在銷量和觀念上提示了人們:新材料開始成為未來電腦部件的新主宰。2003年,在高速刻錄的DVD G容量時代裡,光碟在光碟機裡被刻錄和讀取,就像運載火箭在以每秒八公裡速度繞地球運轉,在這樣高的速度下穿越大氣時,會產生大量的熱,這足以使光碟機中的塑料和鋼材迅速老化,讀盤和刻盤能力急速下降。日本是世界上冶煉鈦鋼技術的強國,擁有官方DVD論壇的「教父」級地位的日本松下公司在其高速DVD-Multi刻錄機材料上就運用了鈦鋼新技術,它的強度比鋼高4倍,重量比鋼芯的輕,在耐磨、耐熱性方面非常優秀,不吸溼、不老化。壽命比普通的全鋼光碟機長很多。松下希望藉助DVD-Multi的幫助而稱霸DVD刻錄市場。在中國大陸,松下和素有「完美通路科技」之稱的赫赫有名的訊怡公司聯合推出了聯合品牌Orbbit DVD-Multi刻錄機(松下型號sw-9581O),一推出就引起業界的廣泛關注。由此可以預見,在鈦時代的DVD刻錄機大戰中,「松下+訊怡」的鈦子黨組合,會將DVD光儲產品的新材料革命性能推向一個嶄新高度,開創一個DVD刻錄的鈦時代的先河。