材料科学与工程专业介绍.ppt
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1、材料科学与工程 专业介绍,报告人:薛振华,2013.09.12,报告内容,新材料发展状况 学科状况 专业培养目标 课程设置 学制、学位、毕业去向 人才引进 实验室建设,一、新材料发展状况,2015年我国新材料产业总产值要达到2万亿元,年均增长率超过25%。 中国2011年新材料产业规模超过8000亿元,与前年相比,增加近1500亿元。而且,中国的新材料产业规模近年来正在经历快速扩张,年均增长率超过20%。 目前,中国的稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、有机硅、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产能已居世界前列。,我国重点发展的新材料,一、特种金属功能材料,如稀土永磁、发光等功能材
2、料。 二、高端金属结构材料,如核电用钢、耐蚀合金、钛合金等。 三、先进高分子材料,如电池隔膜等。 四、新型无机非金属材料,如电光、压电、碳化硅等先进陶瓷材料,微晶玻璃、激光晶体等先进晶体材料。 五、高性能复合材料,如碳纤维、玄武岩纤维等高性能纤维及可用于飞机结构、人工韧带以及用于火箭外壳等碳纤维增强复合材料。 六、前沿新材料,如纳米粉体材料、石墨烯、超导材料及原料、智能材料等。,信息材料,信息材料,光纤传输材料,存储和显示材料,这些材料及其产品支撑着通信、计算机、家电与网络技术等现代信息产业的发展。我国的信息材料和产业在无机非线性人工晶体方面研究水平一直保持国际领先地位,激光晶体材料接近世界先
3、进水平,介质陶瓷材料也与世界先进水平相当。,微电子材料,传感材料,光电子材料,磁性材料,信息材料的市场需求:,2011年国内多晶 硅产量达8.4万吨,需求为14.5万吨。缺口约为6.1万吨。,2012年,受下游光伏市场疲软影响,国内多晶硅总产量6.4万吨,进口量总量8.28万吨,需求同2011年基本持平,多晶硅缺口仍在50%左右。,在目前的政策和经济环境下,20102014年全球 多晶硅市场需求预计将以16的年均速度增长, 预计到2014年需求量将达29万吨。,近10年,全球太阳能电池产业规模扩大了35倍。2009年,我国政府先后出台了“太阳能屋顶计划”、“金太阳工程”等旨在培养国内光伏需求市
4、场的政策,而且还将加大发展太阳能产业的力度,现有的太阳能光伏电池企业也还将继续扩产,不会停留在每年两三千兆瓦的水平上,因此对多晶硅的需求仍会上升。 全球太阳能产业年均增长约30%。,我国率先实现铌酸锂单晶薄膜产业化,铌酸锂晶体是集电光、声光、压电、光弹、非线性、光折变及激光活性等效应于一身的人工合成晶体。济南晶正电子科技有限公司采用离子注入及直接键合等技术,从铌酸锂体材料上剥离出厚度仅有数百纳米的单晶薄膜,用其制成器件与传统器件相比在性能、体积、功耗等方面都具有明显优势,在声表面波、电光调制、探测器、集成光学、非线性光学、信息存储等器件中具有重要应用前景。 目前,铌酸锂单晶薄膜已引起了业界广泛
5、关注,这一创新具有自主知识产权,能改变相关产业结构,带来巨大经济效益及社会效益,并有望在更多应用领域实现突破。,新能源材料,新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一。包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。新能源材料是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要到的关键材料,是发展新能源的核心和基础。 目前锂电池的全球供货量约为17.6亿块。销售额为58.9亿美元。预计2013年供货量将达到近39.9亿块。,生物医用材料,生物医用材料主要有:纳米生物医用材料、生物活性材料、药物控释材料、组织工程材料、介入治
6、疗材料。 2008年中国生物医用材料全行业总产值2200亿元,同比增长15%,实现利润超过200亿元。2010年全球销售额达到4000亿美元。 我国生物医用材料产业存在问题:自创技术的产业化能力差,还占不到世界产值的3,产品档次还需要大的改进。,生态环境材料,生态环境材料包括:环境工程材料、绿色包装材料、环境建筑材料、环境降解材料、环境净化材料、环境修复材料、环境替代材料等。,2012年中国生态环境材料产业市场规模超过300亿元,未来中国生态环境材料产业市场增长率将继续保持在20%以上。,水油快速分离材料,日本京都大学研究人员在7月11日的德国期刊应用化学国际版上报告说,他们开发出了一种拥有大
7、量超细微孔洞,而且柔软又富有弹性的新材料,新材料被命名为“棉花软糖凝胶”。能耐零下130摄氏度的低温到300摄氏度以上的高温。可用于液体或气体的高速分离,如回收泄漏的原油等。 棉花软糖凝胶的表面排斥水分,但是孔洞能够吸附油脂,仅需数秒至数十秒就可以分离水和油。像挤海绵一样挤压这种凝胶,就能回收其吸附的油脂,凝胶能够反复使用。 这种新材料拥有在宽泛的温度范围内保持稳定的性质,有望开辟出全新的用途,如可用于浓缩化学物质等。,纳米材料,纳米是长度单位,1nm=10-9m,纳米材料是指组成材料的单元尺度在1100nm的材料。它又分为一维纳米材料,如纳 米薄膜;二维纳米材料,如纳米线;三 维纳米材料,如
8、纳米颗粒。,全球纳米市场前景广阔。2007年全球纳米材料市场的销售收入比2006年增长94%,增至5600万美元。然而,2008年增速放缓至70%。目前,纳米材料已建立了10亿美元的可观市场,市场主要分布在美国、西欧和日本;到2011年纳米材料的市场需求将达到42亿美元;到2025年将上升至1000亿美元。,我国纳米技术概况,从1991年到2000年的10年中,共资助9200多万元;2001年到2003年期间共投入1.96亿元。我国的纳米科研在纳米材料的制备、表征、测试技术等方面,特别是在纳米碳管领域已获得一些很出色的研究成果。目前我国纳米技术专利申请数已排在美国、日本之后,名列世界第三,占世
9、界总量的12。但总体水平与美、日、欧相比有很大差距。,纳米技术应用: 纳米材料添加到聚合物基体中可提高其拉伸强度、抗冲强度、模量等力学性能。 如在尼龙6中加入4.2的MMT,拉伸强度提高6倍,弹性模量提高1倍。 硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料的贮能模量在玻璃化区提高了360%,在橡胶化区提高了450%。,碳纳米管,纳米管强化的陶瓷材料的断裂韧度是常规氧化铝的5倍,其导电性比纯氧化铝高10万亿倍,具有比钢还要强100倍的材料强度,同时还是目前世界上最好的导热材料。纳米碳管依靠超声波传递热能,其传递速度可达到10000m/s,而且只朝一个方向即纳米管的排列方向导热,而在和纳米管成适当角度时能反射热,
10、从而使它成为制造隔热保护膜的优质材料。 同时纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性,有的可大幅度弯曲而不断裂,表现出金属般的柔韧性和可加工性。,纳米机器人在清理血管中的有害堆积物,纳米汽车,超声波驱动纳米发电机,基于规则的氧化锌纳米线的纳米发电机,“量子幻景”是基于电子波动性的效应。在纳米尺度的电路中,由于尺寸太小而无法使用传统的导线,就可以利用这种效应来代替导线进行数据传输。通过移动铜表面的数十个钴原子并将它们排列成椭圆形的环,科学家们首次观察到了量子幻景。椭圆环上的原子起到了类似“量子畜栏”的作用,反射环内的铜表面电子,并形成量子力学所预测的波形。,纳米金属笼,从直径为1.4nm
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