先進材料:推動技術創(chuàng)新的先導
- 發(fā)布時間:2015-03-31 08:53:32 來源:廈門日報 責任編輯:羅伯特
我國著名的材料學家、兩院院士師昌緒指出:“材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎,是所有科技進步的核心,是高新技術發(fā)展和社會現(xiàn)代化的先導,是一個國家科技和工業(yè)水平的反映和標志。”新能源、節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術、高端裝備制造、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,都離不開新材料的支撐。
材料是制造業(yè)的基礎
材料科學的提出是在20世紀60年代。材料科學是研究材料的組成、結構、工藝、性質和使用性能之間相互關系的學科,為材料設計、制造、工藝優(yōu)化和合理使用提供科學依據(jù)。對于制造業(yè)而言,設計是靈魂,材料是基礎,工藝是關鍵,測試是保證。如果材料不過關,制造出的產(chǎn)品質量也就無法得到保證。歷史上每一次重大的新技術的發(fā)現(xiàn)和某種新產(chǎn)品的研制成功,都離不開新材料的發(fā)現(xiàn)和應用。無論是以往的鋼鐵——工業(yè)革命、硅材料——電子信息產(chǎn)業(yè),還是現(xiàn)代的光電子材料——激光加工產(chǎn)業(yè),都是如此。
現(xiàn)代社會,材料已成為國民經(jīng)濟建設、國防建設和人民生活的重要組成部分。20世紀70年代人們把信息、材料和能源譽為當代文明的三大支柱。80年代以高技術群為代表的新技術革命,又把新材料、信息技術和生物技術并列為新技術革命的重要標志。
材料檢測的重要性
材料科學的發(fā)展在很大程度上依賴于檢測技術的提高。每一種新儀器和測試手段的發(fā)明創(chuàng)造,都對當時新材料的出現(xiàn)和發(fā)展起到了促進作用。電子顯微鏡、掃描電鏡、高分辨率電鏡,其點分辨率在0.2納米左右,足以觀察到原子。檢測技術又是控制材料工藝流程和產(chǎn)品質量的主要手段。在設計新設備或新構件時必須選用合適的材料,必須提供與材料性能相關的數(shù)據(jù),特別需要提供設備或構件實際服役的性能作為設計的依據(jù)。在合成和制備新材料或制定新工藝時,要對材料的性能進行比較、篩選,確定最佳方案。
在工業(yè)生產(chǎn)中,對投產(chǎn)原材料的質量必須進行檢查,了解它是不是符合規(guī)格,以保證產(chǎn)品的質量。
材料檢測的任務及方法
材料檢測就是按一定標準對材料的組織結構、成分和性能進行表征,為評價材料是否合格和優(yōu)劣及改善材料性能、研發(fā)新材料提供依據(jù)。其任務是:(1)對成品或半成品進行檢測和測量;(2)有效的檢查、監(jiān)督和控制某個生產(chǎn)過程,保證這些環(huán)節(jié)都處于最佳狀況,以便能夠全程掌控、反映這種最佳狀況的各種數(shù)據(jù)。
在材料成分的檢測中,對于金屬材料和無機非金屬材料,應用較為普遍的方法有原子光譜法、能譜法、波譜法和常規(guī)化學法;對于高分子材料的成分分析,則需要借助紅外光譜、核磁共振、質譜以及拉曼光譜等儀器的配合。在材料組織結構的檢測中,通常以光學顯微鏡觀察其基體組織及形貌,以掃描電鏡觀察其斷口形貌和微區(qū)組織形態(tài),以X射線衍射和電子衍射技術鑒定材料的相組成和晶體結構。復合材料是一種或幾種材料組分結合而成的多相組合體,它既可以是金屬、無機非金屬、有機高分子材料各相間的復合,也可以是相互間的復合。因此,對復合材料的結構研究,則主要是對其各組成相間結合狀態(tài)的研究,其研究方法也是上述各有關方面的綜合。
材料檢測技術的新進展
材料力學性能測試所涉及的領域較廣,覆蓋了材料學、力學、數(shù)學、電學及電子計算機技術等學科。常規(guī)力學性能測試是科研、生產(chǎn)中最常用、最基本的試驗方法。工業(yè)技術和材料科學的發(fā)展,使得材料測試與評價技術不斷更新,新的測試設備不斷出現(xiàn),測試技術不斷提高。電液伺服技術和計算機技術結合可以實現(xiàn)以前人工操作不可能完成的各種復雜試驗,把現(xiàn)代材料試驗推進到一個新的水平,是當今最先進的實驗技術。發(fā)達國家均普遍采用了電測電控系統(tǒng)和電子計算機實現(xiàn)力學性能測試的全盤自動化,與腐蝕環(huán)境試驗技術、復合環(huán)境試驗技術、高、低溫試驗技術等相結合成為材料性能檢測發(fā)展的新方向。
隨著實驗設備和技術的飛速發(fā)展,人們已經(jīng)能夠用透射電鏡和真空掃描遂道顯微鏡,直接觀察到原子的排列,但僅限于二維的平面排列。最近正在研究用X射線激光進行三維的晶格全息照像,這樣就能掌握原子的三維排列細節(jié),檢測原子的分布、缺陷、電子狀態(tài)等,掌握每個原子周圍的環(huán)境,如健角、健長等數(shù)據(jù)。最近發(fā)展的介觀層次理論,把宏觀、微觀更現(xiàn)實地聯(lián)系起來。另外計算機技術的發(fā)展可以對原子層次的理論進行計算,計算結果與實驗結果更相近。
先進材料檢測平臺
助推廈門產(chǎn)業(yè)發(fā)展
跟上國際發(fā)展趨勢,建設一流的城市必須有一流的檢測,以先進的標準、權威的資質、可靠的設備和檢測人員提供的真實數(shù)據(jù),為社會提供大數(shù)據(jù)、云計算,提供全數(shù)字化的設備推進。目前國內領跑的北上廣深四個城市都不約而同地建立了一流的檢測平臺。廈門市科技局也從2012年開始推進檢測平臺的建設,由中國船舶重工集團公司第七二五研究所廈門材料研究院承擔的廈門市科技創(chuàng)新公共技術服務平臺項目“先進材料測試評價中心一期建設”日前建成。該項目旨在建設一個國內領先的材料檢測公共服務平臺,以滿足廈門及海西地區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)鏈材料、民生材料評價需求,提升廈門高科技產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力。
廈門材料研究院成立于2012年6月,由廈門市政府和中國船舶重工集團第七二五研究所共建。先進材料測試評價中心公共服務平臺包括四個部分:通用性能檢測、特種性能檢測、環(huán)境適應性檢測、使用過程的失效和過程檢測分析。服務項目涵蓋海洋工程、LED、微電子、光電、鋰電池、有色金屬材料、鋼鐵、地質礦物、化學化工、生物醫(yī)藥等領域。中心將通過與企業(yè)、科研機構和高校進行各種形式的項目合作,參與企業(yè)、科研機構及高校的科研課題研究,以及國家、地方等各級重大科技攻關項目,參與企業(yè)的新產(chǎn)品研發(fā),為企業(yè)技術攻關和產(chǎn)品研發(fā)提供強大的技術支持,促進廈門及海西地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結構升級。(廈門市老科協(xié)供稿)
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