新型化工材料在高科技中的应用


当前,以信息、生命和材料三大学科为基础的世界规模的新技术革命正风起云涌,它将人类的物质文明推向一个新的阶段。材料学科以化学为基础,肩负着重要的历史使命:研究开发新型材料及其应用和对传统材料的改性研究。可以说,材料学科是新技术革命的基础,因为只要有某些高性能化学材料诞生,就会带来其相应领域研究技术的发展,带来某一类产品的更新,如电脑更新之快,现代高性能武器的涌现。新型化工材料在高科技中得到了广泛的应用,诸如宇宙飞船、核能、太阳能等新能源的开发、通讯卫星、人类生命工程等高科技方面,无一不与新型材料有关。
 
1.      医用高分子材料
 
医用高分子材料指的是在医学上使用的高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。其材料范围很广,可分为塑料、纤维与弹性体等12类,部分创新材料在医疗高科技中扮演重要的角色。如塑料、纤维材料的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等。弹性体材料的硅橡胶、聚胺脂等。
 
医用高分子材料在医学高科技中应用,首先是作为人工器官代替人体器官。如人工血管、人工心脏瓣膜、人工心脏血囊、人工肺等。这些材料与血液接触具有与血液相溶好,不凝血,不破坏红细胞,即不产生溶血作用、不改变血液中的蛋白、不破坏血小板的优点,有良好的抗细菌粘附性,并且具有人体血管相似的弹性和延展性,以及良好的耐腐性等。其次用作隐形眼镜、人工角膜、人工晶状体等使用。再就是用于生物体传感器的重要材料,作为葡萄糖敏感电极的包装材料,用来监控和调节糖尿病人血液中的葡萄糖水平,这种材料一般是硅橡胶。
 
2.      航天领域高性能纤维
 
高性能纤维是近年来纤维高分子材料领域发展迅速的一类特种材料纤维。所谓高性能纤维通常是指对具有高强度、高模量、耐高温、耐气候、耐磨擦、耐化学药品、电绝缘等特点的高特性纤维的统称。其品种如有:芳香族聚酰胺纤维(Nomex和Kevlar),聚苯眯唑纤维、碳纤维、尤机纤维等。它们在诸多高科技领域中发挥着重要作用,往航天宇宙开发领域史是异常抢眼。
 
航空飞行器由于在特殊情形下操作,因而使用高性能纤维。芳香族聚酰胺纤维(Kevlar)、玻璃纤维、碳纤维等增强材料,可制造成人造卫星及发射火箭的整流装置、火箭喷嘴、太阳能通道、天线或触角以及试验用小型火箭降落伞、悬浮舱等。发射人造卫星时要求村料能承受150dB以上的高噪音,上述高性能纤维是目前较理想的村料。
 
现代飞机、尤其是军用飞机也是高性能纤维的用武之地。高性能纤维材料一直是为满足不惜成本的军用飞机材料的要求而发展起来的。它虽然比航空级铝材贵10多倍,但它比金属材料轻,取代金属结构材料,平均可减轻飞机重量的20%~30%。这除了可节省燃料外,还可提高飞行速度,增大航程、缩短起降时间等重要的军事意义。此外高性能纤维耐腐、耐疲劳性强,可延长飞机寿命。高强度的玻璃纤维复合材料对雷达“透明”,可用作隐形飞机材料。
 
美国是超级军事大围,飞机制造具有世界先进水平,高性能纤维在军用飞机上的使用数量逐渐增加,由用于襟翼、舵、安定面等副结构扩大到用于尾翼、机翼、机身等主结构。俄罗斯在军事工业和宇航技术等方面也具有很高的水平,主要也是在纤维增强材料的开发、研究和应用方面取得了引人注目的成就。其中粘胶基碳纤维的研究开发技术水平居世界榜首;芳纶纤维其性能水平届世界第一;硅品类增强用玻璃纤维的研制与生产电具有国际先进水平,其中高硅氧玻璃纤维是俄罗斯特有的玻璃纤维品种,非常适合于作为战术导弹、中程导弹及雷达罩的增强纤维。
 
3.      电子化学品
 
电子化学品(Electronic Chemicals),通常是指为电子信息产业配套的专用化工材料。主要
包括集成电路(IC)、分立器件、光电子器件、印刷电路板(PCB),液晶显示器件(LCD)、电视机、计算机、录摄像机、激光唱片、音响、移动通讯、传真机等的电子器件、零部件和整机生产和组装用的各种化工材料。电子信息产业是目前发展最为迅速的高新技术产业,已跃居世界第一大产业,电子信息产业水平已成为衡量一个国家综合水平的重要标志之一。电子化学品对电子信息产业来说,是不可缺少的支撑产业,发挥着举足轻重的作用,可以毫不夸张地讲,任何电子产品的问世,几乎都与电子化学品的创新有关,没有电子化学品的发展和新技术的突破,就基本上可以说不可能有电子产品的更新换代和新产品的涌现。
 
例如液晶材料是液晶显示器件(LCD)的基础材料,液晶显示器是20世纪末最有发展活力的电子产品之一,其具有工作电压低、微功耗、体积小、显示柔和、无辐射危害等系列优点,使个人电脑、笔记本电脑、手机、彩电更高档。其他如塑料光纤以其独特的优越性能促使高速、高容量的数据通讯系统迅猛发展;高质量的封装材料出现使得IC芯片集成度提高,使得电脑、手机、电视机变得小而薄、更精致美观。
 
总之,随着新型化工材料的不断创新和在高科技领域的广泛应用,必将加速科技发展和人类物质文明的进程。