功能性材料 functional material
这类材料凭借其独特的物理特性、化学属性或生物活性,在功能型器件的制造中扮演关键角色。它们在电学、磁学、声学、光学、热学等维度展现出非凡的特性,或在特定条件下呈现出与众不同的功能表现。
功能性材料涵盖了多种类别,主要包括:具有不同磁响应特性的磁性材料(例如硬磁材料、软磁材料、磁流体等)、电子学领域应用的电子材料(涵盖半导体、绝缘体、超导体、介电材料等)、信息存储技术中不可或缺的信息记录材料(如磁记录介质、光记录材料等)、光学领域发挥重要作用的光学功能材料(包括特种光学玻璃、发光材料、感光材料、吸波材料、光纤材料、激光材料等)、能够感知外界刺激的敏感材料(涵盖压敏材料、光敏材料、热敏材料、湿敏材料、气敏材料等)、能源转换与储存领域的关键能源材料(涉及核燃料、爆炸物、推进剂、太阳能光电转换材料、储能材料等),此外还有阻尼材料、形状记忆材料、生物技术材料、催化材料以及特种功能薄膜材料等。
功能性材料的物理性质通常与其内部微观结构、电子状态或原子核结构密切相关,因此与材料科学和现代物理学之间存在着紧密的联系。与主要用于构建结构件的结构材料不同,功能性材料常常被用作制造具备特殊功能的核心部件,广泛应用于自动控制、电子、通信、能源、交通、冶金、化工、精密机械、仪器仪表、航空航天和国防等多个重要领域。高新技术的进步在很大程度上依赖于性能更优异的新型功能性材料的研发。
功能性材料种类繁多(涉及金属、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的各类功能材料),应用范围广泛,发展势头迅猛,已成为国际研究与开发领域的重点领域。全球每年都会涌现出数以万计的新型功能性材料。这些材料的品种规格丰富多样、形状各异、尺寸精度要求极高,成品形态包括带状、棒状、丝状、板状、块状、管状、粉末状和薄膜状等。其中,薄膜材料不仅能够充分发挥材料的功能特性,而且易于与微电子材料进行集成或紧密加工,因此备受关注。
功能性材料的制备过程、性能调控和质量检测等环节均面临着极为严格的要求,往往需要综合运用现代先进科学技术的成果。
除了传统的制备和成型加工方法外,功能性材料的生产还广泛采用各种新兴工艺技术,例如熔体快速淬火、注射成型、机械合金化、物理气相沉积、化学气相沉积、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相沉积(MOCVD)以及离子注入等。通过对物体在微小尺度上的排列进行精确控制(例如纳米材料的制备),特别是实现精确到分子、原子尺度的“原子工程”,可以使材料展现出许多卓越的性能。在极端环境下(如超高真空、超高压、强磁场、强冲击波以及强制冷条件下)制备的材料,同样可以获得特殊的功能特性。
功能性材料未来的发展方向主要体现在小型化、多功能化、高性能化、复合化、精细化、智能化和低成本化等方面。许多功能性材料的合成制备与器件的制造可以在同一工序中同步完成,因此在材料合成的同时即可制造出相应的器件。设计、材料、工艺、元器件一体化也是一个重要的未来发展趋势。
摘自:《中国大百科全书(第2版)》第7册,中国大百科全书出版社,2009年