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无机材料最新研究进展摘要无机材料指由无机物单独或混合其他物质制成的材料，一般可以分为传统的和新型的无机材料两大类。本文介绍了无机材料分类、方法及最新研究进展。关键词：无机材料、分类、方法、展望前言无机材料一般可以分为传统的和新型的无机材料两大类。传统的无机材料是指以二氧化硅及其硅酸盐化合物为主要成分制备的材料，因此又称硅酸盐材料。新型无机材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。无机材料根据不同用途其特性也不同。总体来说无机材料有耐高温、耐腐蚀、耐磨性好、强度高。有些材料导电性能好，有些材料光导性好，有些材料有自洁功能。由于无机材料的多样性并有着各色各样的性质，其应用也相当广泛并得到了人们足够的重视，尤其是近些年新型的新材料，引起了我们广大的兴趣。新材料是发展高新技术的物质基础,新材料及与其直接相关的研究领域,如信息存储材料、微电子材料、生物材料、纳米材料、超导材料及高温电子学等,在当今高新技术领域及未来技术中均占有重要地位。因此世界各国都给予高度重视,很多国家把新材料的研究与开发列为关键技术。而在新材料中,新型无机非金属材料又是特别活跃的领域,在整个新材料中占据主要地位[1]。1.无机材料分类无机材料分为新型无机材料和传统无机材料。传统无机材料分为玻璃、水泥、陶瓷；新型无机材料分为高性能结构陶瓷、电子功能陶瓷材料、敏感功能(陶瓷)材料、光功能陶瓷材料、人工晶体、功能玻璃、催化及环保用陶瓷等。1.1水泥水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥的历史最早可追溯到5000年前的中国秦安大地湾人，他们铺设了类似现代水泥的地面。后来古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，是建筑工业三大基本材料之一[2]。水泥行业中球磨工艺应用于两个生产环节，一个环节与火电行业相同，应用于磨制煤粉，为生产提供燃煤；另一个环节应用于将烧结成块的水泥熟料磨制成粉状，这一环节对于水泥企业的生产效率与产品品质起着至关重要的作用。近几年，由于固定资产投资增加，基础设施建设、房地产业的快速发展对水泥产量的拉动作用十分明显。在巨大的需求拉动下，水泥产量仍将保持较为稳定的增长。据相关数据统计，2012年水泥行业产量已达到21亿吨。1.2陶瓷陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料以及各种制品。人们把一种陶土制作成的在专门的窑炉中高温烧制的物品叫陶瓷，陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。陶瓷的主要产区为景德镇、高安、丰城、萍乡、佛山、潮州、德化、醴陵、淄博等地。新型功能陶瓷材料是以电、磁、光、声、热、力学、化学和生物等信息的检测、转换、耦合、传输、处理和存储等功能为其特征的新型材料，已成为微电子技术、激光技术、光纤技术、传感技术以及奎间技术等现代高级技术发展不可替代的重要支撑性材料，在通信电子、自动控制、集成毫路、计算槐、信息处理等方嚣的应用墨益及。功熊陶瓷材料是电予材料中最重要的一个分支，其产值约占整个新型陶瓷产业产饭的70％。随着现代新技术的发展，功能陶瓷及其应用正向着高可靠、微型化、薄膜化、精细化、多功能、智能化、集成化、高性能、高功能和复合结构方向发展[3]。1.3玻璃玻璃是无机非金属材料的又一重要产品,它和我们的生活密切相关,几乎每一个人都要接触和使用玻璃产品.玻璃具有良好的光学和电学性能,有较好的化学稳定性,透明而质硬,易成型,可满足不同条件的需要,另外原料易获得,价格低.因此,玻璃被广泛应用于建筑、轻工、航天等各个领域.衡量一个国家玻璃工业发展的水平主要是平板玻璃,因为它是与国民经济和人民密切相关的极为重要的生产资料和生活资料.平板玻璃的生产工艺有传统工艺和浮法工艺.浮法是指熔窑熔融的玻璃流入锡槽后在熔融金属锡液的表面上成型平板玻璃的方法[4]。玻璃行业存在的主要问题是品种少、装备水平低、热耗高、质量差等;另外,目前浮法玻璃的板宽、厚度、表面平整度等指标均低于国际水平.再从市场上看,小厂上得太多,供大于求,价格回落快,导致国内许多厂家处于保本甚至亏损的状态.进入21世纪,无机材料前景看好,需要量大,但质量等方面要求会越来越高.在激烈的市场竞争下,硅酸盐行业的工厂要面临一半被淘汰的危险,即对某些工厂要实行关、停、并、转的政策.要想生存,必须提高材料的稳定性、可靠性,要有ISO名牌意识,必须注重效益、信誉、质量,增加高附加值.同时价格要合理,企业要不断有新产品推出,还要和大专院校、科研单位合作,这是传统无机材料发展的必由之路[5]。1.4功能陶瓷功能陶瓷种类广泛，主要可以分为两类：电子陶瓷跟气敏陶瓷，其中电子陶瓷种类广泛又可以分为以下几类：半导体陶瓷、导电陶瓷、陶瓷超导体以及介电陶瓷。其中介电陶瓷又分为压电陶瓷、热释电陶瓷跟铁电陶瓷。在介电陶瓷中的BST、PZT、SBT和PTC陶瓷又可以规划为单独的重要陶瓷材料。在本文中我们重点介绍其中几类的研究进展。新型功能陶瓷材料是以电、磁、光、声、热、力学、化学和生物等信息的检测、转换、耦合、传输、处理和存储等功能为其特征的新型材料，已成为微电子技术、激光技术、光纤技术、传感技术以及奎间技术等现代高级技术发展不可替代的重要支撑性材料，在通信电子、自动控制、集成电路、计算机、信息处理等方面的应用日益普及。透明功能陶瓷[6]：透明功能陶瓷材料是在光学上透明的功能材料，它除了具有一般铁电陶瓷所有的基本特性以外，还具有优异的电光效应。通过组分的控制可呈现电控双折射效应、电控光散射效应、电控表面畸变效应、电致伸缩效应、热释电效应、光致伏特效应以及光致伸缩效应等。透明陶瓷可以被制成各种用途的电一光、电一机军民两用器件；光通信用的光开关、光衰减器、光隔离器、光学存储、显示器、实时盟示组页器、光纤对接、光纤熔接以及光衰减器等方面应用的微位移驱动器、光强传感器、光驱动器等。用透明陶瓷做成的电光快门器件具有工作电压低、响应速度快、开关眈大、尺寸大、可加工性能好、成本低的明显优点：半渡电压为650V；开关毙大于1000：羔；响应速度：ms级；波长可连续调制，色彩真实，图象文字清晰；尺寸面积达F达10cm-2。据了解上海硅酸盐研究所是国内唯一能制备具有实用意义的PI。ZT透明陶瓷(及薄膜)的单位，目前该产品已提供给部队和企业使用。1.5结构陶瓷结构陶瓷具有优越的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨耗、高温强度等特色，因此，在非常严苛的环境或工程应用条件下，所展现的高稳定性与优异的机械性能，在材料工业上已倍受瞩目，其使用范围亦日渐扩大。而全球及国内业界对于高精密度、高耐磨耗、高可靠度机械零组件或电子元件的要求日趋严格，因而陶瓷产品的需求相当受重视，其市场成长率也颇可观。1.6纳米陶瓷纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料。它是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,其中包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于盈级的水平。纳米陶瓷由于是介于宏观物质和微观原子、分子的中间研究领域,它的出现开拓了人们认识物质世界的新层次,将对传统陶瓷的工艺、性能及陶瓷学的研究带来更多更新的科学内涵。物于界面占有可与顺粒相比拟的体积百分比,小尺寸效应以及界面的无序性使它具有不同于传统陶瓷的独特性能,成为当前材料科学、凝聚态物理研究的前沿热点领域[7]。1.7稀土材料稀土元素独特的物理化学性质，决定了它们具有极为广泛的用途。稀土元素具有独特的4f电子结构，大的原子磁距，很强的自旋轨道耦合等特性，与其它元素形成稀土配合物时，配位数可在3～12之间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多样化的。在新材料领域，稀土元素丰富的光学、电学及磁学特性得到了广泛应用。在高技术领域，稀土新材料发挥着重要的作用。稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料、稀土催化剂材料、稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土超磁致伸缩材料、巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存储材料等[8]。稀土陶瓷材料中稀土元素是以掺杂的形式出现的，微量的稀土掺杂可以极大地改变陶瓷材料的烧结性能、微观结构、致密度、相组成及物理和机械性能。稀土功能陶瓷包括绝缘材料(电、热)、电容器介电材料、铁电和压电材料、半导体材料、超导材料、电光陶瓷材料、热电陶瓷材料、化学吸附材料等，还有固体电解质材料。在传统的压电陶瓷材料如PbTiO3、PbZrxTi1-xO3(PZT)中掺杂微量稀土氧化物如Y2O3、La2O3、Sm2O3、CeO2、Nd2O3等可以大大改善这些材料的介电性和压电性，使它们更适应实际需要，现在PZT压电陶瓷已广泛地用于电声、水声、超声器件、信号处理、红外技术、引燃引爆、微型马达等方面。由压电陶瓷制成的传感器已成功用于汽车空气囊保护系统。在移动电话和计算机中使用了大量的多层陶瓷电容器，稀土元素如La、Ce、Nd在其中发挥着重要作用。对稀土半导体陶瓷的研究十分活跃，这种材料主要有BaTiO3基掺杂稀土和SrTiO3基掺杂稀土，稀土掺杂在这种效应中发挥着关键作用，PTC热敏半导材料可用作过电过热保护元件、温度补偿器、温度传感器、延时元件、消磁元件等。2.无机材料研究方法无机材料研究方法分为溶剂热法、水热合成法、固相反应法和分子自组装法、微波辅助合成法和溶液燃烧法等。2.1溶剂热法溶剂热反应是水热反应的发展，它与水热反应的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。在溶剂热反应中，一种或几种前驱体溶解在非水溶剂中，在液相或超临界条件下，反应物分散在溶液中并且变的比较活泼，反应发生，产物缓慢生成。该过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制，而且，产物的分散性较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质（密度、粘度、分散作用)相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大，相应的，反应物（通常是固体）的溶解、分散过及化学反应活性大大的提高或增强。这就使得反应能够在较低的温度下发生。2.2水热合成法水热合成是指温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。[9]孟庆祥等人，用水热合成法探究了锂离子筛工艺参数2.3固相化学反应法固相反应在固体材料的高温过程中是一个普遍的物理化学现象，广义地讲，凡是有固相参与的化学反应都可称为固相反应。例如固体的热分解、氧化以及固体与固体、固体与液体之间的化学反应等都属于固相反应范畴之内。但从狭义上，固相反应常指固体与固体间发生化学反应生成新的固体产物的过程。固相反应是指固态物质直接参加的反应，反应的特点是速度较慢，固体质点间键力大，其反应速率也降低。固相反应是通过固体原子或离子的扩散和运输完成的。首先是在反应物组分间的接触点处发生反应，然后逐渐扩散到物相内部进行反应，因此反应过程中反应物必须相互充分接触且反应需在高温下长时间地进行。因此，将反应物研磨并充分混合均匀，可增大反应物之间的接触面积，使原子或离子的扩散输运比较容易进行，以增大反应速率。2.4分子自组装法自组装(self-assembly)为系统之构成元素(components；如分子)在不受人类外力之介入下，自行聚集、组织成规则结构的现象。例如分子的结晶即是一种自组装现象。自组装程序的发生通常会将系统从一个无序(disordered)的状态转化成一个有序(ordered)的状态，其可以发生在不同的尺度，例如分子首先聚集成纳米尺寸的超分子