无机非金属材料的应用研究
郝彦哲
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郝彦哲,. 无机非金属材料的应用研究[J]. 材料科学研究,2023.6. DOI:10.12721/ccn.2023.157284.
摘要:
无机非金属材料是一种新型材料,它的合成原材料在自然界分布广泛,可利用的优势多,在更多领域的应用也能满足人类的消耗。随着经济的发展,在不可再生能源和金属矿物持续开采消耗的当今,寻找人类可利用的新型材料是全世界人民的共识,对无机非金属材料,如何在更多方面达成合理应用,并不断朝更优质的发展方向研发,是我们化工人共同的思考。
关键词: 无机非金属材料应用
DOI:10.12721/ccn.2023.157284
基金资助:

引言

无机非金属材料种类、名目繁多、功能用途各异成为现代材料的三大支柱之一。无机非金属材料是目前应用最广泛的材料,对于无机非金属材料的应用研究,对于推进无机非金属材料的研究发展具有着积极的意义。

1.无机非金属材料分类

由于类目较繁多,现代无机非金属材料没有特定的分类。我们对现代无机非金属材料的分类,只能随着它的发展及规律区探索。

1.1 按发展进程分类

按照现代无机非金属材料发展进程分类,一般可分为传统型无机非金属材料和新型无机非金属材料。传统无机非金属材料是建筑及工业行业的必备材料。常见的包括卫生陶瓷、建筑陶瓷、电瓷、化工陶瓷、平板玻璃、玻璃器皿、水泥等等。新型无机非金属材料是采用新型工艺制成的具有特殊性能、功能、用途的材料。常见的包括非今天材料、人工晶体、无机涂料、无机纤维等。

1.2 按分子结构分类

按现代无机非金属材料的分子结构分类,一般可分为晶体、非晶体。晶体又分为单晶、多晶,其中单晶与多晶又可分为单质、化合物两种。常见的单晶单质包括单晶硅、金刚石、集成电路材料、工具材料等。常见的单晶化合物包括电子器件、碲化铋、砷化镓、半导体敏感材料等。常见的夺金多质包括多晶硅、烧结金刚石、光电材料、工具材料等。常见的多晶化合物包括传统陶瓷、新型陶瓷、自然石料。传统陶瓷又分为日用陶瓷、建筑陶瓷、美术陶瓷、耐火陶瓷等。新型陶瓷又分为结构陶瓷、功能陶瓷等。

1.3按化学成分分类

按现代无机非金属材料的无机非金属材料的功能及应用化学成分分类,一般可分为化合物、单质。化合物包括氧化物、非氧化物、多元化合物。其中氧化物包括二氧化氯等高强材料、光学材料,二氧化锆等耐磨材料、耐热材料。非氧化物包括氮化硅等高强高韧材料,氮化铝等基片材料。多元化合物包括生物玻璃、钴材料、钛酸钡及敏感材料。

2.无机非金属材料的应用

2.1在建筑工程中

科技技术的快速发展带动了越来越多工程项目开展,建筑行业也得到了长足的发展进步,但是随着搭建的建筑工程越来越多,出现了建筑材料资源短缺的问题。在实践研究中,人们发现无机非金属材料的良好使用能够达到建筑要求,还带有保温隔热的作用。在建筑工程中合理使用无机非金属材料,如建筑外表以及结构等部分使用硅藻土、岩棉以及泡沫玻璃等,能够增强建筑的保温隔热性能;而且无机非金属材料的整体性能够较全面严密的保护建筑外层及结构,避免建筑物受外力的破坏。

2.2在国防装备中

国防建设对材料的要求比较高,基于对无机非金属材料这种新型材料的研究,一些材料类型在国防装备中应用效果良好:

(1)陶瓷:它耐高温、韧性好的特点,让陶瓷在卫星遥感及发动机等航空航天领域使用广泛;另外,它硬度较高、质量较轻的特点,让陶瓷广泛应用在飞机、汽车、防弹衣等的生产中,能够增加一定的防御性能。

(2)石英玻璃材料:在各种卫星、军用飞机、宇宙飞船等的关键部位均有使用,如用来做自控系统材料。

(3)人工晶体:在潜艇通讯、电子对抗、激光武器等国防建设中应用广泛。

3.在建筑保温中

随着建筑层高的不断增加,在摩天大楼的高空领域如何保持室温适宜,为此研究了各种无机非金属材料在建筑保温隔热的应用效果。通常将无机非金属材料使用在建筑外表和围栏结构上,主要使用的材料有以下几类:

(1)岩棉:主要成分为硅酸盐的絮状纤维材料,化学性质比较稳定,耐酸耐碱的腐蚀,包裹在建筑表面使用,可以防止建成投入使用的建筑受到不利因素的影响,延长正常使用年限;岩棉的质地较松软,能够一定程度的蓄温蓄热,提高建筑的保温效果。

(2)硅藻土:主要成分为硅质细胞壁组成的生物化学沉积岩,吸水性好而且不溶于酸碱溶液,在建筑中合理应用,可以隔绝酸碱性物质对内里核心或不稳定物质的损耗;隔音效果比较好,还可用作绝缘材料,能够较全面的提高建筑质量。

(3)玻璃泡沫:主要成分为封闭性的玻璃气泡材料,材料样式多样、美观性好,在较大温差环境下热膨胀系数和导热系数都不高,不易霉变、耐热耐腐蚀,比较稳定,常用作建筑装饰材料,效果上佳。

4.无机非金属材料的发展趋势

无机非金属材料在已有的应用领域表现出色,在面向未来的复合型材料研发、构建纤维化薄膜材料、更高效更节能的、实现自动化智能化利用是它的多样化发展方向。

4.1向参与构成复合型材料的方向发展

为了综合各种材料的优点,避免材料的缺点产生不利影响,通过各种材料的有机融合来创造更符合人们需求需要的新型复合材料。在以前,不锈钢的推出就是融合了铁、碳、铝等各种材料,来创造出集合了强延展性、高导热性、耐腐耐磨等于一体的复合材料。当今,我国科学家致力于将三大基础材料——金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料——进行有机融合,来获取各个领域更高效应用效果更好的新材料。已研发成功,投入实际应用的如玻璃钢、钢筋混凝土等。

4.2向纤维化薄膜材料的方向发展

在微型应用领域,如微电子机构材料、传导光信号等方面,无机非金属材料有很大的应用空间,发展更纤维化的薄膜材料,能够在信息技术蓬勃发展的社会加快数据信息的计算、传导和转化等。虽然纤薄但是还能保持自身优势的材料,在未来的应用会更广泛,如纤维薄膜材料在微电子传导光信号时,调制信号并有效放大。

4.3向更高效更节能利用的方向发展

曾经粗放的能源使用方式,大大的加快了地球上不可再生能源的枯竭,也造成了一些环境污染的产生;要想保持中国经济的可持续发展,清洁化、高效化和节能化的材料利用方式将是未来的主要发展方向。运用先进的科研技术成果,利用自然界分布较广泛的各种无机非金属材料,制作太阳能板。

4.4向自动化智能化的方向发展

技术的发展永远是以满足人类的需求作为发展基本点的,人工智能如火如荼的发展,其中无机非金属材料的使用也是不可或缺,例如我国制造出多片压电、铁电陶瓷等新型智能化材料,并在不同领域进行了推广应用。自动化智能化的材料强度高、作用好,发生危险情况或不规范操作时一般可以报警或自动停止运行,未来研发这种材料并应用到各方面领域,能够从安全性、稳定性、高效性等多方面加强领域的新发展。

结语

结合非金属材料的研究成果,进一步推进新技术和新工艺的融合机制,实现整体技术结构的多元化发展,确保技术体系和应用效果的最优化。另外,超导材料和智能材料的出现也是无机非金属材料学新的研究方向。相关研究人员要结合现有的研究成果,建构更加系统化的研究模型和材料管理体系,实现产业的可持续发展。

参考文献

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