1.研發方向和研究機構
俄羅斯新材料的主要研發方向是結構材料和功能材料,具體為金屬材料、陶瓷材料、復合材料、高分子材料、高純度材料以及生物、超導和納米材料等。
從事金屬材料研究的機構有俄科院金屬研究所、俄科院西伯利亞分院強度物理和材料學研究所、稀有金屬工業研究所、航空材料研究所、結構材料研究所、重工業研究所、有色冶金研究所、國家航空技術研究所、全俄輕質合金研究所以及若干研究協會和企業。
從事陶瓷材料研究的機構有俄科院西伯利亞分院強度物理和材料學研究所、固體化學和礦物原料加工研究所、硅酸鹽化學研究所、航空材料研究所、結構材料研究所、全俄高分子纖維研究所、國家航空技術研究所、全俄輕質合金研究所以及若干科研生產聯合體和企業。
從事復合材料研究的機構有俄科院合成聚合材料研究所、強度物理和材料學研究所、硅酸鹽化學研究所、航空材料研究所、石墨基結構材料研究所、中央特種機械制造研究所、全俄輕質合金研究所以及若干科研生產聯合體和企業。
從事高分子材料研究的機構有俄科院合成高分子材料研究所、航空材料研究所、國立高分子化學和技術研究所、全俄高分子纖維研究所、國家航空技術研究所以及若干科研生產聯合體和企業。
從事高純度材料研究的機構包括金屬研究所、高純度物質化學研究所、稀有金屬工業研究所、特純材料研究所等研究機構及科研生產聯合體和企業。
2.優先發展納米材料
近年來,納米材料發展和應用的主要方向是:
①結構材料用納米晶體結構
傳統的結構材料一般采用金屬、陶瓷、高分子以及復合材料等,對于現代結構材料所需要的強度和可塑性,都不能得到滿足。近年來,俄羅斯試驗了多種旨在提高結構性能的材料,其中包括微米和納米晶體結構。實驗表明,晶體的化學和相成分、形式、尺寸以及其它特征都會在一定程度上影響材料的性能。
獲取納米材料的優選方法是將納米粉末在一定壓力下燒結,通常采用熱均衡壓制法和高溫氣噴法,可以大大提高材料的強度性能。
具有高強度和磁性的納米結構材料還可以通過低溫退火的方法從非晶合金中制取。納米結構的組成可以是微晶或者納米尺度的晶體和退火相的混合物。
納米晶體結構的形成可以得到高性能的納米晶體材料,其微硬度較之常規材料高1~6倍。
對于所有納米材料,隨著粒度尺寸的減小、熱容量提高,納米材料中的邊界擴散系數也明顯增加。
實踐表明,結構材料中的納米結構將其性能提高到了一個新的水平,其明顯的標志是高強度、高硬度、高耐磨損度和高可塑性。因此,隨著高技術的發展,納米結構材料的應用也會愈來愈廣泛。
②發射電子學用碳納米管結構
近年來,電子學迅速發展的一個新的方向是真空微電子學。一方面研究用新的電子束代替傳統的超高頻儀器;另一方面,真空電子束可以構成新的有效顯示器和高清晰度顯示屏;第三,可以建立新的程序器,以便處理信息。另外,其最大的優勢是可以在1000℃高溫下以及強輻射和大磁場條件下作業。
在發射電子學研究中,作為新一代材料的多層碳納米管的采用,具有十分重要的意義。實驗表明,碳納米管的發射能力很強。在接近表層平均場壓為30~50v/cm2時,自動發射場密度可達10An/cm2。脈沖自動發射通量為4An/cm2時,碳納米管的使用壽命可達2000小時。
采用新工藝連續生產碳納米管的產量是1克催化劑生產50克多層碳納米管,生產能力為每小時10克。實現了碳納米管生產工藝方面的重大突破。
3.迅速興起的醫用碳材料
通過電子生產工藝流程可以探知碳材料的某些特殊結構和性能,對于保障人體所需要的醫用制品十分有益。這種碳材料具有與生化、形態、毒理、表面、物理機械等性能的親和勢。
近來,最廣泛用于醫學目的的材料有ТГН-2M型石墨化織物、“碳織物”型碳氈、碳合成泡沫、МПК-6型堅實細顆粒石墨。所有這些材料都是在高溫下制取的,由超過99.9%的碳和少許輕金屬、碳化物、氧化物的混合物組成。已成功地用于心臟手術中,且效果良好。在治療眼疾的手術中,使用碳材料的結果表明其結構、密度、空隙度都是其它材料所無可比擬的。
另外,還有頭蓋骨缺陷替代移植、眼框整形手術用碳移植物和結構;心臟病手術用移植物;顱骨手術用碳移植物;醫治燒傷、潰瘍等外傷用碳愈合(不留傷疤)材料等。
臨床實驗表明,迄今為止碳材料是與人體組織最能生物親合的一種材料。它在醫學上的廣泛應用是醫用材料發展史上的一次重大變革,對于人類醫治各種疾病、延年益壽具有劃時代意義。
4.研發目標和策略
俄羅斯研發新材料的戰略目標是:一方面力求繼續保持某些材料領域在世界上的領先地位,如航空航天、能源工業、化工、金屬材料、超導材料、聚合材料等;另一方面,則大力發展對促進國民經濟發展和提高國防實力有影響的領域,如電子信息工業、通訊設施、計算機產業等。目前的狀況是由于信息、通訊、計算機產業的相對滯后,給本來具有優勢的領域的發展帶來負面影響。因此也成為俄政府和科技界注意的焦點。
采取的基本策略是:在處理發展高新技術和傳統產業關系的同時,做到研發新材料與有效使用傳統材料有機結合,在注重研發高新技術所需新材料的同時,對于現有的一般技術所需要的材料進行優選和更新,進而提高利用率。使研發新材料有的放矢、重點突出、周期縮短、效果顯著。
專家認為,材料的復合化和多功能化,仍然是新材料發展的重要方向。金屬/金屬、金屬/非金屬、碳/碳等復合材料無論是在機械制造、軍事技術等方面都具有應用價值。
優化材料的制備工藝和改進加工技術是提高效率、減低成本、減少能耗、縮短流程的根本出路。目前,俄羅斯采用SHS法(自蔓燃技術)合成的化合物已多達700種,已居世界領先地位。
增強環境意識,將研發新材料與生態、環境密切結合起來,增強材料使用壽命、提高循環使用以及再生利用的比率也是不容忽視的重要方面。而對環境凈化、對人類生存無害則是今后研發新材料時所要考慮的首要因素。
俄羅斯新材料的主要研發方向是結構材料和功能材料,具體為金屬材料、陶瓷材料、復合材料、高分子材料、高純度材料以及生物、超導和納米材料等。
從事金屬材料研究的機構有俄科院金屬研究所、俄科院西伯利亞分院強度物理和材料學研究所、稀有金屬工業研究所、航空材料研究所、結構材料研究所、重工業研究所、有色冶金研究所、國家航空技術研究所、全俄輕質合金研究所以及若干研究協會和企業。
從事陶瓷材料研究的機構有俄科院西伯利亞分院強度物理和材料學研究所、固體化學和礦物原料加工研究所、硅酸鹽化學研究所、航空材料研究所、結構材料研究所、全俄高分子纖維研究所、國家航空技術研究所、全俄輕質合金研究所以及若干科研生產聯合體和企業。
從事復合材料研究的機構有俄科院合成聚合材料研究所、強度物理和材料學研究所、硅酸鹽化學研究所、航空材料研究所、石墨基結構材料研究所、中央特種機械制造研究所、全俄輕質合金研究所以及若干科研生產聯合體和企業。
從事高分子材料研究的機構有俄科院合成高分子材料研究所、航空材料研究所、國立高分子化學和技術研究所、全俄高分子纖維研究所、國家航空技術研究所以及若干科研生產聯合體和企業。
從事高純度材料研究的機構包括金屬研究所、高純度物質化學研究所、稀有金屬工業研究所、特純材料研究所等研究機構及科研生產聯合體和企業。
2.優先發展納米材料
近年來,納米材料發展和應用的主要方向是:
①結構材料用納米晶體結構
傳統的結構材料一般采用金屬、陶瓷、高分子以及復合材料等,對于現代結構材料所需要的強度和可塑性,都不能得到滿足。近年來,俄羅斯試驗了多種旨在提高結構性能的材料,其中包括微米和納米晶體結構。實驗表明,晶體的化學和相成分、形式、尺寸以及其它特征都會在一定程度上影響材料的性能。
獲取納米材料的優選方法是將納米粉末在一定壓力下燒結,通常采用熱均衡壓制法和高溫氣噴法,可以大大提高材料的強度性能。
具有高強度和磁性的納米結構材料還可以通過低溫退火的方法從非晶合金中制取。納米結構的組成可以是微晶或者納米尺度的晶體和退火相的混合物。
納米晶體結構的形成可以得到高性能的納米晶體材料,其微硬度較之常規材料高1~6倍。
對于所有納米材料,隨著粒度尺寸的減小、熱容量提高,納米材料中的邊界擴散系數也明顯增加。
實踐表明,結構材料中的納米結構將其性能提高到了一個新的水平,其明顯的標志是高強度、高硬度、高耐磨損度和高可塑性。因此,隨著高技術的發展,納米結構材料的應用也會愈來愈廣泛。
②發射電子學用碳納米管結構
近年來,電子學迅速發展的一個新的方向是真空微電子學。一方面研究用新的電子束代替傳統的超高頻儀器;另一方面,真空電子束可以構成新的有效顯示器和高清晰度顯示屏;第三,可以建立新的程序器,以便處理信息。另外,其最大的優勢是可以在1000℃高溫下以及強輻射和大磁場條件下作業。
在發射電子學研究中,作為新一代材料的多層碳納米管的采用,具有十分重要的意義。實驗表明,碳納米管的發射能力很強。在接近表層平均場壓為30~50v/cm2時,自動發射場密度可達10An/cm2。脈沖自動發射通量為4An/cm2時,碳納米管的使用壽命可達2000小時。
采用新工藝連續生產碳納米管的產量是1克催化劑生產50克多層碳納米管,生產能力為每小時10克。實現了碳納米管生產工藝方面的重大突破。
3.迅速興起的醫用碳材料
通過電子生產工藝流程可以探知碳材料的某些特殊結構和性能,對于保障人體所需要的醫用制品十分有益。這種碳材料具有與生化、形態、毒理、表面、物理機械等性能的親和勢。
近來,最廣泛用于醫學目的的材料有ТГН-2M型石墨化織物、“碳織物”型碳氈、碳合成泡沫、МПК-6型堅實細顆粒石墨。所有這些材料都是在高溫下制取的,由超過99.9%的碳和少許輕金屬、碳化物、氧化物的混合物組成。已成功地用于心臟手術中,且效果良好。在治療眼疾的手術中,使用碳材料的結果表明其結構、密度、空隙度都是其它材料所無可比擬的。
另外,還有頭蓋骨缺陷替代移植、眼框整形手術用碳移植物和結構;心臟病手術用移植物;顱骨手術用碳移植物;醫治燒傷、潰瘍等外傷用碳愈合(不留傷疤)材料等。
臨床實驗表明,迄今為止碳材料是與人體組織最能生物親合的一種材料。它在醫學上的廣泛應用是醫用材料發展史上的一次重大變革,對于人類醫治各種疾病、延年益壽具有劃時代意義。
4.研發目標和策略
俄羅斯研發新材料的戰略目標是:一方面力求繼續保持某些材料領域在世界上的領先地位,如航空航天、能源工業、化工、金屬材料、超導材料、聚合材料等;另一方面,則大力發展對促進國民經濟發展和提高國防實力有影響的領域,如電子信息工業、通訊設施、計算機產業等。目前的狀況是由于信息、通訊、計算機產業的相對滯后,給本來具有優勢的領域的發展帶來負面影響。因此也成為俄政府和科技界注意的焦點。
采取的基本策略是:在處理發展高新技術和傳統產業關系的同時,做到研發新材料與有效使用傳統材料有機結合,在注重研發高新技術所需新材料的同時,對于現有的一般技術所需要的材料進行優選和更新,進而提高利用率。使研發新材料有的放矢、重點突出、周期縮短、效果顯著。
專家認為,材料的復合化和多功能化,仍然是新材料發展的重要方向。金屬/金屬、金屬/非金屬、碳/碳等復合材料無論是在機械制造、軍事技術等方面都具有應用價值。
優化材料的制備工藝和改進加工技術是提高效率、減低成本、減少能耗、縮短流程的根本出路。目前,俄羅斯采用SHS法(自蔓燃技術)合成的化合物已多達700種,已居世界領先地位。
增強環境意識,將研發新材料與生態、環境密切結合起來,增強材料使用壽命、提高循環使用以及再生利用的比率也是不容忽視的重要方面。而對環境凈化、對人類生存無害則是今后研發新材料時所要考慮的首要因素。