無機非金屬材料應用領域及發(fā)展探析

(河南理工大學材料科學與工程學院　河南　焦作　454000)

引言

21世紀無機非金屬材料的主要應用領域為信息、能源、交通、生物醫(yī)學、生態(tài)環(huán)境等多項領域。新材料的發(fā)展將會對上述各領域產(chǎn)生深遠的影響[1]。

一、概述

無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料，是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。新型無機非金屬材料是指20世紀發(fā)展起來的具有特殊性能與用途的材料，主要有先進陶瓷、人工晶體、特種玻璃、無機纖維等[2]。

二、材料應用的領域

(1)航空、航天等發(fā)展中將發(fā)揮出顯著作用：許多年來，高溫結構陶瓷與復合材料極大地推動了航空、航天等的發(fā)展。根據(jù)預測，今后陶瓷基復合材料的性能最有潛力獲得大幅度提升，列為優(yōu)先發(fā)展的多領域需求材料。例如，碳化物陶瓷基復合材料作為高溫熱結構材料、高溫抗沖刷結構材料和高溫防熱材料等。

(2)在國防裝備中的應用：人工晶體、無機纖維、先進陶瓷等作為新型的無機非金屬材料，被廣泛的應用在現(xiàn)代化國防建設中，是不可替代的物質基礎[3]。首先是人工晶體，它更多的被運用在潛艇通訊、電子對抗、彈道制導、激光武器等方面，其次是特種陶瓷，由于其具有耐高溫、高韌性特點，所以被廣泛的應用在航空航天方面，例如發(fā)動機、衛(wèi)星遙感，另外，其高硬度、輕質量的特點，也使得其具有很好的防御能力，因此，成為了汽車、飛機、防彈衣制造的首要選擇，最后是稀土摻雜石英玻璃材料，石英玻璃常用于各類衛(wèi)星、宇宙飛船的自控系統(tǒng)，航空玻璃常用于中國各類軍用飛機的關鍵部件。

(3)生物醫(yī)學領域：無機非金屬材料應用到生物領域成為保障人類健康的必需品。生物醫(yī)用材料目前主要用丁生物器官和組織的修復和替代。人的生物體是有機生物體和無機非金屬材料的復合體。特別在人的器官、骨修復、藥物控制系統(tǒng)方面生物醫(yī)用無機非金屬材料起重要作用，諸如生物陶瓷、玻璃和無機復合材料等。生物材料從上世紀第一代的“生物惰性”發(fā)展到第二代的“生物活性”，而本世紀進入第三代的“細胞基因活化”的生物材料[4]。這是應用無機非金屬材料，經(jīng)過組織誘導重建或再生人體組織和器官，或增進其生理功能，實現(xiàn)永久修復。不久的將來，醫(yī)學上可以利用無機非金屬材料設計和制造有生命的人體“部件”，進而制造整個人體器官。

(4)在建筑工程中的應用：近年來，我國的建筑行業(yè)發(fā)展的十分迅猛，但同時也帶來了一個問題，就是能源短缺問題，而無極非金屬材料卻可以滿足其發(fā)展需求，它的優(yōu)勢在于具有很好的保溫隔熱作用。運用在建筑工程的維護結構和外表上，可以保證建筑的保溫性能和使用性能，防止建筑物直接裸露在大氣環(huán)境中，有效的避免了建筑物遭受到的外界環(huán)境腐蝕和破壞[5]。

三、無機非金屬材料的發(fā)展前景

(1)低維化：無機非金屬材料呈現(xiàn)向薄膜材料、纖維材料發(fā)展趨勢。比如微電子中薄膜材料的應用，機構材料中薄膜材料的應用，纖維材料對光信號的放大、調(diào)制等[6]。

(2)節(jié)能化：傳統(tǒng)的無機非金屬材料的取材廣泛，但是由于技術水平的原因，導致了在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)高耗能、高污染的特征，不過隨著技術的改進，這種局面正在有所好轉，節(jié)能一直是解決能源問題的基礎手段[7]，但從長遠的角度出發(fā)，還是無法完全的解決問題，因此要完善技術，尋找新的低耗能、低污染的發(fā)展模式。

(3)智能化：材料向著智能化發(fā)展是未來的一種趨勢，可以使性能更為優(yōu)良，呈現(xiàn)多元化發(fā)展，現(xiàn)階段我國已經(jīng)制造出了多片壓電、鐵電陶瓷等具有代表性的智能化材料，這種智能化材料運用到建筑工程當中，可以提高建筑的安全性能。

(4)復合化：作為三大基礎材料的有機高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料，正呈現(xiàn)出復合發(fā)展趨勢，并且取得了一定的成果，比如鋼筋混凝土、玻璃鋼等，這種復合材料集合了多種材料的性能，是復合結構，能夠更好的滿足時下人們對于材料上的需求。

四、結論

無機非金屬材料是關系了國計民生的非常重要的材料，現(xiàn)代的無機非金屬材料學科和現(xiàn)代無機非金屬材料工業(yè)，必將得到更大的發(fā)展。