无机非金属材料应用领域及发展探析

　　　

(河南理工大学材料科学与工程学院　河南　焦作　454000)

引言

21世纪无机非金属材料的主要应用领域为信息、能源、交通、生物医学、生态环境等多项领域。新材料的发展将会对上述各领域产生深远的影响[1]。

一、概述

无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。新型无机非金属材料是指20世纪发展起来的具有特殊性能与用途的材料，主要有先进陶瓷、人工晶体、特种玻璃、无机纤维等[2]。

二、材料应用的领域

(1)航空、航天等发展中将发挥出显著作用：许多年来，高温结构陶瓷与复合材料极大地推动了航空、航天等的发展。根据预测，今后陶瓷基复合材料的性能最有潜力获得大幅度提升，列为优先发展的多领域需求材料。例如，碳化物陶瓷基复合材料作为高温热结构材料、高温抗冲刷结构材料和高温防热材料等。

(2)在国防装备中的应用：人工晶体、无机纤维、先进陶瓷等作为新型的无机非金属材料，被广泛的应用在现代化国防建设中，是不可替代的物质基础[3]。首先是人工晶体，它更多的被运用在潜艇通讯、电子对抗、弹道制导、激光武器等方面，其次是特种陶瓷，由于其具有耐高温、高韧性特点，所以被广泛的应用在航空航天方面，例如发动机、卫星遥感，另外，其高硬度、轻质量的特点，也使得其具有很好的防御能力，因此，成为了汽车、飞机、防弹衣制造的首要选择，最后是稀土掺杂石英玻璃材料，石英玻璃常用于各类卫星、宇宙飞船的自控系统，航空玻璃常用于中国各类军用飞机的关键部件。

(3)生物医学领域：无机非金属材料应用到生物领域成为保障人类健康的必需品。生物医用材料目前主要用丁生物器官和组织的修复和替代。人的生物体是有机生物体和无机非金属材料的复合体。特别在人的器官、骨修复、药物控制系统方面生物医用无机非金属材料起重要作用，诸如生物陶瓷、玻璃和无机复合材料等。生物材料从上世纪第一代的“生物惰性”发展到第二代的“生物活性”，而本世纪进入第三代的“细胞基因活化”的生物材料[4]。这是应用无机非金属材料，经过组织诱导重建或再生人体组织和器官，或增进其生理功能，实现永久修复。不久的将来，医学上可以利用无机非金属材料设计和制造有生命的人体“部件”，进而制造整个人体器官。

(4)在建筑工程中的应用：近年来，我国的建筑行业发展的十分迅猛，但同时也带来了一个问题，就是能源短缺问题，而无极非金属材料却可以满足其发展需求，它的优势在于具有很好的保温隔热作用。运用在建筑工程的维护结构和外表上，可以保证建筑的保温性能和使用性能，防止建筑物直接裸露在大气环境中，有效的避免了建筑物遭受到的外界环境腐蚀和破坏[5]。

三、无机非金属材料的发展前景

(1)低维化：无机非金属材料呈现向薄膜材料、纤维材料发展趋势。比如微电子中薄膜材料的应用，机构材料中薄膜材料的应用，纤维材料对光信号的放大、调制等[6]。

(2)节能化：传统的无机非金属材料的取材广泛，但是由于技术水平的原因，导致了在生产过程中出现高耗能、高污染的特征，不过随着技术的改进，这种局面正在有所好转，节能一直是解决能源问题的基础手段[7]，但从长远的角度出发，还是无法完全的解决问题，因此要完善技术，寻找新的低耗能、低污染的发展模式。

(3)智能化：材料向着智能化发展是未来的一种趋势，可以使性能更为优良，呈现多元化发展，现阶段我国已经制造出了多片压电、铁电陶瓷等具有代表性的智能化材料，这种智能化材料运用到建筑工程当中，可以提高建筑的安全性能。

(4)复合化：作为三大基础材料的有机高分子材料、金属材料、无机非金属材料，正呈现出复合发展趋势，并且取得了一定的成果，比如钢筋混凝土、玻璃钢等，这种复合材料集合了多种材料的性能，是复合结构，能够更好的满足时下人们对于材料上的需求。

四、结论

无机非金属材料是关系了国计民生的非常重要的材料，现代的无机非金属材料学科和现代无机非金属材料工业，必将得到更大的发展。