材料科学研究的发展方向（郭景坤）(3)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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无源智能材料之所以能有效地响应外界环境条件而不需要任何外电场、应力或反馈系统来诱导它的行为，是因为它自身具有下列的一些功能，这些功能的英文词中都以S开头的，故称之为“S行为”，如选择性、自诊断、自调节、灵敏性、变形性、自恢复、简化性、自修复、稳定性与多元稳定性、候补现象、免毁能力和开关性。如陶瓷变阻器、正温度系数热敏陶瓷就是比较典型的无源智能材料。

有源智能材料则要求有一外加反馈系统来发挥它自身的感知和驱动功能。如录像磁头定位器即是一例。

四、生物医学材料和环境意识材料

为了保障人类的健康和长寿，生物医学材料的发展尤为人们所关注。生物医学材料的目标是对人体组织的矫形、修复、再造、充填以维持其原有功能，要求具有相适应的性能外，还必须有与人体组织的相容性以及一定的生物活性。

具有较高强度的氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷以及带有陶瓷涂层的钛合金材料往往被选作能承受负荷部位的生物体的矫形修复材料。具有生物活性的羟基磷灰石和微晶玻璃是牙根种植体、牙槽矫形、颌面再造等的可用材料。聚乳酸与羟基磷灰石、磷酸钙的复合材料，以及加入碳纤维或玻璃纤维组成的多相复合材料则是矫形固定器、组织再造等的有效材料。此外，人工心脏瓣膜的碳基复合材料亦被成功地应用。材料学家与医学家的紧密结合，可创造出更多的生物医学材料来保障人类的健康。仿生材料亦是一个很值得重视的研究方向。

环境意识材料（En viroment Conscious Materials，简称Eco-materials）是考虑如何保护地球环境免遭或减少污染以及维护整个生态平衡所需的材料。这一类材料将是21世纪重点予以发展的。它所包含的内容极宽。如防止或减缓对环境污染；对污染源的处理；废弃材料的处置与再生利用；能源的节省与新能源的开发；生态保护措施等等方面所需要的各类材料。环境意识材料的研究是造福子孙后代的大事，现在应该提到日程上面来了。

五、材料设计

按照使用上的要求对材料进行设计是人们从被动应用现有材料到主动地创造新材料的必由之路，这是科学技术的发展为人们提供了这种可能。材料设计可以分几个层次，从原子和分子水平上对材料作微观上的设计可以从材料本质上创造出新的材料，已有的研究已初见成效。但对大多数材料来说还有相当距离；比较现实的是对材料的组成与其显微结构针对使用要求，按照材料科学的知识进行设计。陶瓷的“晶界工程”研究已卓有成效，最近提出的晶界应力设计，企图为解决陶瓷的脆性问题找出新的途径。膜材料的设计，以至超晶格材料的设计均为新材料的创造提供基础。

六、材料的无损评价

具有实用意义的材料无损评价技术是材料使用可靠性的保证，是整个材料科学与工程研究的不可忽视的一个重要环节。

一般说来，陶瓷属脆性材料，其强度严格说来不是一个确定的值，而是在其平均值的一定范围内变化着，并根据缺陷状况而呈一定的统计分布，且取决于应力状态与加载速率，时间效应明显。因此，传统的工程设计准则是陶瓷构件允许最大张力应力不得大于其平均强度的20％～10％，这无疑是未充分利用材料的特性。因此，先进陶瓷的真正趋于实用化，首先必需解决材料的可靠性评价技术及安全寿命预测方法。

电子与光电子技术的不断发展为材料的无损评价提供更多的可用技术。例如高技术项目中热波检测技术所用电声成像装置分辨率已优于2微米，对陶瓷材料亚表面缺陷检测，涂层的微裂纹扩展和气孔分布、半导体材料的表面改性和光损伤观察等方面的都开展了有效的研究。虽然提高检测的分辨率是材料无损评价的一个重要方面，但是应坚持以实用为主，切实地解决具有一定分辨能力的实用检测技术，对新材料的发展是重要的。

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