新資料是一個(gè)相對的概念，是相對于那些已廣泛運(yùn)用的傳統(tǒng)資料而言的?，F(xiàn)在，國際上的資料有不計(jì)其數(shù)種，依據(jù)它們的特性大致可分為金屬資料、組成高分子資料和無機(jī)非金屬資料三大類。其間，金屬資料包含金、銀、銅、鐵、錫及其合金等;組成高分子資料包含塑料、組成橡膠、纖維等;無機(jī)非金屬資料包含單晶硅、玻璃、陶瓷等。這些傳統(tǒng)資料對當(dāng)時(shí)發(fā)作的科技革新和工業(yè)革新都產(chǎn)生了極其重要的影響，至今依然煥發(fā)著新的活力。

鋼鐵

鋼鐵曾是一國工業(yè)化的代名詞，國際發(fā)達(dá)國家都從前歷鋼鐵年代。以鋼鐵為代表的金屬資料是國民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)根底。有了鋼鐵的大開展，才使得蒸汽機(jī)、紡織機(jī)械、火車、輪船批量出產(chǎn)，才使得工業(yè)革新的發(fā)作成為可能。19世紀(jì)中葉曾經(jīng)，金屬資料首要是鑄鐵、鍛鐵，鋼的產(chǎn)值還不到鐵的產(chǎn)值的1/40。1855年，英國人貝西默創(chuàng)造晰從爐底吹送空氣的“轉(zhuǎn)爐”，只需十幾分鐘就能夠出產(chǎn)很多的鋼，初次處理了大規(guī)模出產(chǎn)液態(tài)鋼的問題。1864年，法國人馬丁開展了西門子平爐煉鋼法，可很多運(yùn)用廢鋼、生鐵進(jìn)行煉鋼，能出產(chǎn)出更多品種、更好質(zhì)量的鋼。1878年，英國人托馬斯創(chuàng)造晰堿性底吹空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，處理了高磷鐵煉鋼問題。

20世紀(jì)上半葉，酸性轉(zhuǎn)爐、平爐、堿性轉(zhuǎn)爐的創(chuàng)造與推行使大規(guī)模出產(chǎn)的鋼材敏捷代替了鐵，成為第一次工業(yè)革新的重要支柱。第二次國際大戰(zhàn)今后，高爐煉鐵技能又有了重大進(jìn)展。1952年，奧地利的林茨廠創(chuàng)造晰堿性頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐，因?yàn)榫哂袝r(shí)間短、占地少、節(jié)省人力物力等長處，該技能得到敏捷推行。在爾后的二三十年內(nèi)，該技能不僅悉數(shù)篩選了托馬斯轉(zhuǎn)爐，也使平爐日漸遭到蕭瑟，使煉鋼技能跨入一個(gè)新的年代。1970年，人們開宣布頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐，300噸級頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐只需20分鐘左右便可完結(jié)鍛煉，其后該項(xiàng)技能在國際各國鋼鐵企業(yè)獲得了廣泛選用，轉(zhuǎn)爐完全代替平爐成為首要煉鋼方法。

跟著各種工業(yè)技能的開展，各種特別功用的高質(zhì)量的合金鋼也很多面世?，F(xiàn)在，合金鋼已達(dá)數(shù)千種，簡直囊括了一切的金屬元素，此外還包含了碳、氮、硼等少數(shù)非金屬元素。1882年，英國人哈德菲爾德研制出錳鋼，被以為是合金鋼開展史上的里程碑。爾后，各種有特別功用的合金鋼不斷呈現(xiàn)，如鎳鋼、不銹鋼、透磁鋼、氮化鋼、鎳鉻合金、銅鎳合金等。1995年，日本發(fā)作的阪神大地震使許多鋼結(jié)構(gòu)修建毀于一旦，引發(fā)了人們對鋼鐵資料的再思考。1997年，日本提出為期10年的“超級鋼”研討方案。1998年，中國啟動了新一代超細(xì)晶粒鋼研討。2002年，美國啟動了“超細(xì)晶粒鋼開發(fā)”方案。這些研討均旨在通過形變細(xì)化、相變細(xì)化和第二相析出來大幅進(jìn)步鋼的強(qiáng)度、抗疲勞功用和低溫耐性，并均已取得了可喜的效果。

超細(xì)晶粒鋼是當(dāng)時(shí)汽車用鋼鐵資料的研討熱點(diǎn)，是21世紀(jì)先進(jìn)高功用結(jié)構(gòu)資料的代表。近年來，3D打印技能逐步運(yùn)用于實(shí)踐產(chǎn)品的制造，運(yùn)用金屬資料的3D打印技能的開展尤為敏捷?，F(xiàn)在，運(yùn)用于3D打印的金屬粉末資料首要有欽合金、鉆鉻合金、不銹鋼和鋁合金資料等，鋼鐵合金粉末資料現(xiàn)已成為打印制造質(zhì)量的根底和關(guān)鍵。因而，以鋼鐵資料為代表的金屬資料仍有著不行代替的戰(zhàn)略位置。此外，鋁、鎂、鈦及其合金，稀有金屬、稀土元素等金屬資料也占有側(cè)重要位置，在咱們的社會生活中發(fā)揮側(cè)重要作用。

高分子組成資料

高分子組成資料是20世紀(jì)資料范疇的新秀，給人類生活方法帶來了革新性的影響。與絲、棉、毛紡織、皮革等天然高分子資料不同，高分子組成資料首要指橡膠、塑料、纖維、薄膜、涂料等。高分子組成資料及其運(yùn)用技能發(fā)端于20世紀(jì)20年代，老練于70年代，在不到50年的開展過程中在許多范疇代替了鋼材、木材和棉花。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至70年代末，組成橡膠的產(chǎn)值現(xiàn)已到達(dá)天然橡膠產(chǎn)值的2倍，塑料在結(jié)構(gòu)資猜中占到了22%，工程塑料已有代替鋼鐵之勢。

高分子組成資料的開展能夠說是科研與出產(chǎn)親近結(jié)合的模范。高分子科學(xué)的樹立和開展為高分子組成資料的開展奠定了理論根底。1920年，德國化學(xué)家施陶丁格在《德國化學(xué)會會志》上宣布了關(guān)于聚合反應(yīng)的論文，初次提出聚苯乙烯、聚甲醛、天然橡膠上有線性長鏈的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)式。兩年后，他明確提出了高聚物是長鏈大分子結(jié)構(gòu)的概念。1926年，在德國化學(xué)年會上，施陶丁格的高分子理論得到了與會者認(rèn)同。1932年，施陶丁格出版了劃年代巨作《高分子有機(jī)化合物》，標(biāo)志著高分子組成化學(xué)正式創(chuàng)立。在施陶丁格理論的影響下，高分子組成資料的研制得到敏捷開展，1927年有機(jī)玻璃研制成功，1928年組成聚氯乙烯塑料，1930年研制出聚苯乙烯塑料。爾后，塑料被廣泛運(yùn)用到人類生活的方方面面，能夠稱得上是20世紀(jì)人類最為重要的創(chuàng)造。1935年，美國化學(xué)家卡羅瑟斯發(fā)現(xiàn)了縮合聚合規(guī)則，直接促進(jìn)他創(chuàng)造晰尼龍。1939年，德國研制出錦綸。1940年，英國組成了滌綸。第二次國際大戰(zhàn)期間，橡膠、尼龍等組成高分子資料作為軍用物資，備受重視。1942年，德國人萊因與美國人萊瑟姆簡直一起發(fā)現(xiàn)了二甲基甲酰胺溶劑，并成功地得到了聚丙烯腈纖維，即腈綸。1953年，德國化學(xué)家齊格勒創(chuàng)造晰四氯化鈦-二乙基鋁催化系統(tǒng)，并組成了聚乙烯和聚丙烯，使高分子組成工業(yè)的開展又邁向了一個(gè)新的階段。1955年，美國人組成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠一致的聚異戊二烯，同年組成順丁橡膠并投產(chǎn)。1960年，美國科學(xué)家貝肯在《運(yùn)用物理雜志》(Journal of Applied Physics)上宣布了關(guān)于石墨晶須的文章，成為高功用碳纖維技能根底研討史上的一個(gè)里程碑。他以為，石墨晶須是石墨聚合物，是一種樸實(shí)的碳方式，原子被擺放在六角形的片體中，是卷起來的石墨片層。

總歸，20世紀(jì)五六十年代，高分子科學(xué)已適當(dāng)老練，極大地促進(jìn)了橡膠、塑料、纖維的工業(yè)開展，改變了人們的衣食住行。70年代后，高分子科學(xué)進(jìn)入一個(gè)新的開展時(shí)期，呈現(xiàn)一些具有特別功用的高分子資料，如用于集成電路光刻工藝的高分子感光膠，以及高分子導(dǎo)電、半導(dǎo)體、發(fā)光、壓電、熱電、功用膜、生物醫(yī)學(xué)資料等。值得一提的是，在這個(gè)時(shí)期，美國人辛格獲得了石墨纖維及其制造工藝的專利，日本東麗工業(yè)公司開發(fā)了功用極優(yōu)異的聚丙烯腈基碳纖維，占有了碳纖維技能的領(lǐng)導(dǎo)位置。因?yàn)樘祭w維質(zhì)量小，動力耗費(fèi)少，可節(jié)省很多燃料而被運(yùn)用在火箭、導(dǎo)彈和高速飛行器等航空航天范疇?，F(xiàn)在，碳纖維作為新興資料正由成長期進(jìn)入快速運(yùn)用期，估計(jì)在工業(yè)范疇運(yùn)用將占70%，在休閑文娛等范疇運(yùn)用將占15%~30%。

半導(dǎo)體資料

半導(dǎo)體資料的呈現(xiàn)開啟了第三次科技革新的浪潮，使人類社會邁進(jìn)了電子信息年代。半導(dǎo)體是20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)的新式無機(jī)非金屬資料。第一代半導(dǎo)體資料為元素半導(dǎo)體，鍺和硅鍺是最早用來制造晶體管的半導(dǎo)體資料。因?yàn)楣栀Y料具有優(yōu)秀的半導(dǎo)體電學(xué)功用，因而，絕大多數(shù)半導(dǎo)體器材都是在單晶片或在硅襯底的外延片上制造的，在半導(dǎo)體工業(yè)開展初期其他資料就逐步為硅資料所代替。到現(xiàn)在為止，硅仍是制造二極管、晶體管和集成電路等這些器材的最首要資料。1947年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利研制成功了第一只點(diǎn)接觸晶體管。1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用800支晶體管拼裝成功人類有史以來第一臺晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC，使晶體管步入集成電路年代。能夠說，硅資料的發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用使計(jì)算機(jī)發(fā)作了一場“革新”，極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代。迄今，以硅為基質(zhì)的半導(dǎo)體集成電路現(xiàn)已開展到超大規(guī)模集成和超高速集成以及三維多層集成的新階段。

第二代半導(dǎo)體資料是化合物半導(dǎo)體，首要有砷化鎵和磷化鎵等。因?yàn)樯榛壘哂须娮舆w移率高級優(yōu)異的物理性質(zhì)，現(xiàn)在被廣泛運(yùn)用于軍事設(shè)施、激光器探測器、高速器材、微波二極管中。

第三代半導(dǎo)體資料為寬禁帶半導(dǎo)體資料，首要有碳化硅、金剛石和氮化鎵等。因?yàn)樘蓟杞麕挾仍? eV以上，作業(yè)溫度能夠很高，能夠在600℃下作業(yè)，常用于制造耐高溫、抗輻射的半導(dǎo)體和高密度集成的電子器材，被廣泛用在石油鉆探、航空航天等范疇。20世紀(jì)70年代初，石英光導(dǎo)纖維資料和砷化鎵激光器的創(chuàng)造，促進(jìn)了光纖通訊技能敏捷開展并逐步形成了高新技能產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息年代。70年代初期，美國IBM實(shí)驗(yàn)室的聞名物理學(xué)家江崎與華裔科學(xué)家朱兆祥，根據(jù)企圖人為地操控半導(dǎo)體中電子的勢散布與波函數(shù)的想象，初次提出半導(dǎo)體超晶格的新概念。與此一起，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室和IBM公司制成了第一類晶格匹配的組分型超晶格，創(chuàng)始了具有一維量子封閉性的半導(dǎo)體超晶格與量子阱研討的新局面，標(biāo)志著半導(dǎo)體資料的開展開端進(jìn)入人工規(guī)劃的新年代。這個(gè)階段的突出特點(diǎn)是低維化，即當(dāng)資料特征尺度在某一維度小于電子平均自由程時(shí)，電子能量將不再是連續(xù)的而是量子化的，如超晶格、量子阱、量子線、量子點(diǎn)與納米晶粒等低維半導(dǎo)體資料。用低維資料制造的納米器材可完成單電子或數(shù)個(gè)電子的量子調(diào)控，將大幅提升集成度，降低功耗。

低維半導(dǎo)體資料的呈現(xiàn)，使半導(dǎo)體器材的規(guī)劃與制備從“雜質(zhì)工程”跨越到“能帶工程”，現(xiàn)在這些低維半導(dǎo)體資料已被廣泛運(yùn)用于光通訊、移動通訊、微波通訊中而成為新的開展方向。1986年，德國科學(xué)家柏諾茲和瑞士科學(xué)家穆勒發(fā)現(xiàn)了新的金屬氧化物超導(dǎo)資料即鋇鑭銅氧化物。銅酸鹽高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)是自1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞的超導(dǎo)材性以來的一次重大突破，打開了混合金屬氧化物超導(dǎo)體的研討方向，促進(jìn)了一系列新式奇特超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在，超導(dǎo)成為國際資料科技研討的前沿范疇，市場前景寬廣。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家杰姆、諾沃消洛夫從石墨中別離出由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)新資料--石墨烯，其具有非同小可的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高電子遷移率、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度、極好的透光性和彎曲柔性。在不遠(yuǎn)的將來，石墨烯器材有望代替互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器材，被廣泛運(yùn)用在納電子器材、光電化學(xué)電池、超輕型飛機(jī)資料等范疇，可能會給半導(dǎo)體資料與器材帶來一場新的革新。