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1、新材料改变生活,1、航空航天与军事领域,人类已经进入21世纪，回顾世纪之交的几场高技术局部战争，特别是海湾战争、科索沃战争、阿富含战争以及伊拉克战争，人们不难得出结论：科学技术是最重要的军事战斗力。20世纪70年代后一大批高新技术的迅速涌现及其在军事领域的广泛运用，一方面直接催生出各类高技术武器装备，另一方面又间接从理论报道实践对军事领域产生了全方位的深刻影响。军事高技术是建立在现代科学技术成就的基础上，处于当代科学技术前沿，对国防科技和武器装备发展起巨大推动作用的那部分高技术的总称。按照高技术分类：分为六大技术群信息技术军事信息技术新材料技术军用新材料技术新能源技术军用新能源技术生物技术军用
2、生物技术海洋开发技术军用海洋开发技术航天技术军用航天技术,1、最重要的代表是碳纤维复合材料，如果用于飞机制造当中，将会比现在的铝合金减重20%40%，在节能方面则会体现出很大效益。波音787目前有50%用了碳纤维复合材料，空客一款飞机62%的材料也将被碳纤维复合材料取代。2、在世界范围内，稀土都被看成是抢占科技制高点的重要元素，特别是在国防军工领域。但现在，稀土特殊的光电磁功能还远远没有开发够，稀土永磁材料目前发展到第四代，跟别的金属元素相比最好，且不可取代，稀土产业未来的发展前景也十分广阔。3、高性能纤维属特殊用途材料，产量虽不大，但在国民经济和国防建设中占有重要地位。在军事领域，高性能纤维
3、是火箭、导弹、战斗机、作战装甲、海军舰船等尖端武器装备的重要基础材料。如战略导弹飞行中温度极高，只有碳/碳复合材料才能满足需要；而且战略导弹固 体火箭发动机和弹头重量每减1公斤，射程便可大增。在国民经济领域高性能纤维同样作用非凡：从航天探索中的宇航服，到宇航员返回地面所提供的坚韧轻质降落伞及太空运载工具等，都离不开高性能材料；大飞机使用大量碳纤维可节油20%，并提高安全性和总装效率；汽车结构材料部分改用碳纤维可大量减重，而且节油减排、抗冲击、动力增强。此外，能源、建筑、通信、环保、海洋开发等均有广泛用途。,4、芳纶纤维是当今极为重要的国防军工材料。它具有超高强度、高模量和耐高温、重量轻、耐酸耐
4、碱等优异性能,其强度是钢丝的56倍，模量为钢丝或玻璃纤维的23倍，韧性是钢丝的2倍，重量仅为钢丝的1/5左右，且绝缘性能良好，抗老化，有很长的使用周期。为适应现代战争需要，目前美、英等发达国家的防弹衣均采用了芳纶材质。芳纶防弹衣和头盔的轻型化，大大提高了快速反应能力、战斗力和防护能力。除军事应用外，在宇宙飞船发射过程中，每减轻1公斤重量，意味着降低100万美元成本，所以芳纶民用市场前景广阔。,2、车祸问题,中国每5分钟有一人因车祸死亡,每一分钟有一人因车祸伤残,每天死亡280多人,每年死亡10万多人,汽车数量占世界1.9%,车祸死亡人数占世界15%,且每年增加4.5%。自1899年发生第一起有
5、记录车祸以来，全球车祸累计死亡3000万人，超过第二次世界大战死亡人数。其中46%为“弱势道路使用者”,即行人、骑自行车和摩托车的人。珍重生命,提高道路交通安全是严峻的问题。,碳纤维具有绝佳的韧性和抗拉强度，且重量只有钢的1/4。轻量、高强的特性正是高性能车所需的，目前法拉利、兰博基尼等超跑的车身由碳纤维制成。如果未来汽车能在不影响使用功能的前提下，尽可能多的用碳纤维取代钢铁材料，则可很大程度上降低车身质量。质量与惯性成正比，在相同速度下发生车祸，也会降低对车祸弱势一方冲击的伤害，也许减轻的这点伤害能让很多人幸存下来。随着航空技术的发展，在制造飞机时需要一种更轻更坚固的材料，这时金属材料已经无
6、法满足航空工业的需求了，而由一种碳纤维纤维材料取而代之。应用：1、宇航工业用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻锥、大面积防热层;卫星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星-火箭结合部件;航天飞机机头,机翼前缘和舱门等制件;哈勃太空望远镜的测量构架,太阳能电池板和无线电天线。2、航空工业用作主承力结构材料,如主翼、尾翼和机体;次承力构件,如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等,此外还有C/C刹车片。3、交通运输用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件;船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼雷快艇、快艇和巡逻艇,以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆;海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器和管
7、道。4、运动器材用作网球、羽毛球和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。,3、节能减排,重要性：一是因为能源资源是不可再生的，用一点就少一点，如煤炭、石油、天然气等化石能源，全世界的石油可采储量只有40年；二是大量能源的使用会产生污染，如大量燃烧煤炭会导致空气污染，我国大气污染的主要来源就是煤炭燃烧；三是能源是重要的战略物质，没有能源，我们所有人的生活都将受到重大影响,它与普通物质并不一样。,包钢稀土（600111）：领衔稀土功能材料研发“一是重点研究钕铁硼稀土永磁材料，二是重点研究镍氢电池稀土贮氢材料，三是对高端LED的发光材料的攻关，四是重点研究液体抛光
8、材料，五是重点研究稀土催化材料、汽车尾气净化剂。”据悉，在节能环保、新能源、新能源汽车三大领域，稀土功能材料均有着无可比拟的优势，稀土永磁、发光、催化、储氢、抛光材料等亦有机会成为未来新材料领域的“明星”。,4、地球磁场减弱或磁极倒转,球磁场是地球的重要物理场和环境因素之一，展布的空间很大，包围地球，保护着地球上的生物免受宇宙辐射的伤害，起到“盾”的作用，其中就包括把绝大部分太阳风粒子阻挡在地球之外，对人类的生存和发展起着至关重要的作用。,科学家的近期研究表明:地球磁场正在迅速减弱。在过去的160年里，磁场强度令人吃惊地下降了10%。,研究发现，磁场在最近600万年间发生了三次翻转，这三次的间
9、隔时间不等，最近的一次翻转是在70万年前。所以“翻转”是在很长的时间尺度上发生的。而地磁场发生逆转前，磁力急剧减弱，甚至出现零磁场，就是说磁场衰减是翻转过程中的一种现象。地球磁极倒转造成的后果相当严重，将影响整个自然界。专家们指出，最大的灾难莫过于强烈的太阳辐射。平时，这些宇宙射线在太空中就被地球磁场吞没了。然而地球两极倒转过程中一旦地球磁场消失，这些太阳粒子风暴将会猛击地球大气层，对地球气候和人类命运产生致命的影响。1）低纬度人造卫星在太阳风吹打下会被摧毁。人类通讯瘫痪。2）由于生物定向能力失去，导致生物大灭绝。3）失去地磁场保护，地球暴露在宇宙射线、太阳粒子辐射下，将会对地球气候、人类生命
10、产生致命影响。有科学家甚至认为，存在古人类文明，由于磁极倒转覆灭了。,据美国媒体3月23日报道，科学家正研制一种石墨纳米纤维并计划利用其作为新型太空防辐射材料，这项技术有望帮助人类抵御宇宙中的超强辐射。对于宇航员来说，太空辐射是最严重的威胁之一。即使是来自太阳系内的普通辐射也会对人体造成危害，增加患癌症等严重疾病的风险。众所周知，地球磁场能够对人类起到保护作用，但当磁场减弱，而当辐射过强时，他们还可以躲进一个很小的辐射掩蔽所里暂避。因此，研究人员认为新材料至关重要的一点就是其原子质量要轻，于是他们把目光转向了氢。当然，不能用氢气制造航天飞船。但科学家认为可以考虑采用石墨纳米纤维作飞船防护层原料
11、，然后在防护层内充满氢气。至于所需要使用防护材料的多少和飞船的重量则要视飞行距离的长短而定。,用电脑、玩手机，有望不再担心铅污染。西安交大最近研发出一种无铅的锆钛酸钡钙材料，可以取代世界上广泛使用了50多年的锆钛酸铅压电材料。这种无铅压电材料叫锆钛酸钡钙，是交大多学科材料研究中心主任任晓兵科研团队的成果。目前应用最普遍的压电材料，是上世纪50年代发现的锆钛酸铅。但这种含铅产品如果处置不当，将引起严重的环境污染，危及人类健康。现在许多国家已经立法禁止铅的使用。在此背景下，开发一种能够替代锆钛酸铅的无铅压电材料，成为全球压电材料研究的热点。经过3年的研究，任晓兵小组提出了“基于三重临界点的准同型相界”理论。“这个理论表明，大压电性能与铅没有必要联系。只要满足理论要求的，都可以产生大的压电性能。”任晓兵小组据此开发了锆钛酸钡钙压电材料。经测试，这种无铅材料的压电性能超过了锆钛酸铅，而且避免了铅污染。同时，新理论的提出，对今后开发更多更好的无铅压电材料，指出了一条道路，有望引发工业界从依赖锆钛酸铅转向无铅压电材料的变革，解决困扰已久的铅污染问题。据悉这种新材料目前还处于实验室阶段，据悉这种新材料有望于510年后广泛应用于家用电器和工业产品中。,本次课程结束，谢谢参与！,温枭，周龙，李钰，李文艳，张惠秋,
