俄罗斯新材料发展战略


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1.研发方向和研究机构

俄罗斯新材料的主要研发方向是结构材料和功能材料,具体为金属材料、陶瓷材料、复合材料、高分子材料、高纯度材料以及生物、超导和 纳米材料等。

从事金属材料研究的机构有俄科院金属研究所、俄科院西伯利亚分院强度物理和材料学研究所、稀有金属工业研究所、航空材料研究所、结构材料研究所、重工业研究所、有色冶金研究所、国家航空技术研究所、全俄轻质合金研究所以及若干研究协会和企业。

从事陶瓷材料研究的机构有俄科院西伯利亚分院强度物理和材料学研究所、固体化学和矿物原料加工研究所、硅酸盐化学研究所、航空材料研究所、结构材料研究所、全俄高分子纤维研究所、国家航空技术研究所、全俄轻质合金研究所以及若干科研生产联合体和企业。

从事复合材料研究的机构有俄科院合成聚合材料研究所、强度物理和材料学研究所、硅酸盐化学研究所、航空材料研究所、 石墨基结构材料研究所、中央特种机械制造研究所、全俄轻质合金研究所以及若干科研生产联合体和企业。

从事高分子材料研究的机构有俄科院合成高分子材料研究所、航空材料研究所、国立高分子化学和技术研究所、全俄高分子纤维研究所、国家航空技术研究所以及若干科研生产联合体和企业。

从事高纯度材料研究的机构包括金属研究所、高纯度物质化学研究所、稀有金属工业研究所、特纯材料研究所等研究机构及科研生产联合体和企业。

2.优先发展纳米材料

近年来,纳米材料发展和应用的主要方向是:

①结构材料用纳米晶体结构

传统的结构材料一般采用金属、陶瓷、高分子以及复合材料等,对于现代结构材料所需要的强度和可塑性,都不能得到满足。近年来,俄罗斯试验了多种旨在提高结构性能的材料,其中包括微米和纳米晶体结构。实验表明,晶体的化学和相成分、形式、尺寸以及其它特征都会在一定程度上影响材料的性能。

获取纳米材料的优选方法是将纳米粉末在一定压力下烧结,通常采用热均衡压制法和高温气喷法,可以大大提高材料的强度性能。

具有高强度和磁性的纳米结构材料还可以通过低温退火的方法从非晶合金中制取。纳米结构的组成可以是微晶或者纳米尺度的晶体和退火相的混合物。
纳米晶体结构的形成可以得到高性能的纳米晶体材料,其微硬度较之常规材料高1~6倍。

对于所有纳米材料,随着粒度尺寸的减小、热容量提高,纳米材料中的边界扩散系数也明显增加。

实践表明,结构材料中的纳米结构将其性能提高到了一个新的水平,其明显的标志是高强度、高硬度、高耐磨损度和高可塑性。因此,随着高技术的发展,纳米结构材料的应用也会愈来愈广泛。

②发射电子学用 碳纳米管结构

近年来,电子学迅速发展的一个新的方向是真空微电子学。一方面研究用新的电子束代替传统的超高频仪器;另一方面,真空电子束可以构成新的有效显示器和高清晰度显示屏;第三,可以建立新的程序器,以便处理信息。另外,其最大的优势是可以在1000℃高温下以及强辐射和大磁场条件下作业。

在发射电子学研究中,作为新一代材料的多层碳纳米管的采用,具有十分重要的意义。实验表明,碳纳米管的发射能力很强。在接近表层平均场压为30~50v/cm2时,自动发射场密度可达10An/cm2。脉冲自动发射通量为4An/cm2时,碳纳米管的使用寿命可达2000小时。

采用新工艺连续生产碳纳米管的产量是1克催化剂生产50克多层碳纳米管,生产能力为每小时10克。实现了碳纳米管生产工艺方面的重大突破。

3.迅速兴起的医用碳材料

通过电子生产工艺流程可以探知碳材料的某些特殊结构和性能,对于保障人体所需要的医用制品十分有益。这种碳材料具有与生化、形态、毒理、表面、物理机械等性能的亲和势。

近来,最广泛用于医学目的的材料有ТГН-2M型石墨化织物、“碳织物”型碳毡、碳合成泡沫、МПК-6型坚实细颗粒石墨。所有这些材料都是在高温下制取的,由超过99.9%的碳和少许轻金属、碳化物、氧化物的混合物组成。已成功地用于心脏手术中,且效果良好。在治疗眼疾的手术中,使用碳材料的结果表明其结构、密度、空隙度都是其它材料所无可比拟的。
另外,还有头盖骨缺陷替代移植、眼框整形手术用碳移植物和结构;心脏病手术用移植物;颅骨手术用碳移植物;医治烧伤、溃疡等外伤用碳愈合(不留伤疤)材料等。

临床实验表明,迄今为止碳材料是与人体组织最能生物亲合的一种材料。它在医学上的广泛应用是医用材料发展史上的一次重大变革,对于人类医治各种疾病、延年益寿具有划时代意义。

4.研发目标和策略

俄罗斯研发新材料的战略目标是:一方面力求继续保持某些材料领域在世界上的领先地位,如航空航天、能源工业、化工、金属材料、超导材料、聚合材料等;另一方面,则大力发展对促进国民经济发展和提高国防实力有影响的领域,如电子信息工业、通讯设施、计算机产业等。目前的状况是由于信息、通讯、计算机产业的相对滞后,给本来具有优势的领域的发展带来负面影响。因此也成为俄政府和科技界注意的焦点。

采取的基本策略是:在处理发展高新技术和传统产业关系的同时,做到研发新材料与有效使用传统材料有机结合,在注重研发高新技术所需新材料的同时,对于现有的一般技术所需要的材料进行优选和更新,进而提高利用率。使研发新材料有的放矢、重点突出、周期缩短、效果显著。

专家认为,材料的复合化和多功能化,仍然是新材料发展的重要方向。金属/金属、金属/非金属、碳/碳等复合材料无论是在机械制造、军事技术等方面都具有应用价值。

优化材料的制备工艺和改进加工技术是提高效率、减低成本、减少能耗、缩短流程的根本出路。目前,俄罗斯采用SHS法(自蔓燃技术)合成的化合物已多达700种,已居世界领先地位。

增强环境意识,将研发新材料与生态、环境密切结合起来,增强材料使用寿命、提高循环使用以及再生利用的比率也是不容忽视的重要方面。而对环境净化、对人类生存无害则是今后研发新材料时所要考虑的首要因素。
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