形状记忆合金在医疗器械方面也有广泛应用.例如,在治疗骨折的手术中,用形状记忆合金制造人工骨骼拉杆,依靠人的体温即可将骨缝接合固定,大大加快了骨折愈合的速度.同样,将形状记忆合金连接在弯曲的脊椎柱上,依靠人的体温使合金伸直,就可以达到矫正脊椎的目的.而用形状记忆合金来补牙,任蛀洞七弯八绕,也能镶嵌得十分紧密.此外,它还可用于人造心脏瓣膜,人造关节,人工肾微型泵和脑动脉手术钳等的制作.
我校九系的赵连城院士也在搞形状记忆合金,且已有所应用.
超导材料
超导现象发现于20世纪初,但临界温度Tc比较低(18k),这意义不大,关键是要实现室温下的超导,自从Y-Ba-Cu-O出现后,Tc提高到100k以上,出现了高温超导热,开始实用化,超导材料用于发送电,效率可提高50-80%以上,若用于大规模集成电路,前途就更大了,可使元器件的体积大大变小,原因是:
线多
线得细 电阻就大 实现一片一机
体小
有人预言,到2020年超导市场将突破4亿美元大关,且认为超导材料将与60年代的量子化学一样,造就一大批诺贝尔奖金获得者.
(4) 超高纯金属
众所周知,计算机的进化是因为用了高纯的Si和Ge,可见单质的纯度高,用途就大.且金属亦是纯度高,性质就会有较大改善.
比如:不锈钢就是一种合金.最早是1913年美国国防部给一个叫亨利-布莱尔利的科学家下达一个任务,让其研究一种能耐磨的合金,用于枪膛,通过实验,他搞了一种含Cr12.8%的铁质合金,因其软而,放置无用,发现很久不锈,才考虑到其他用途.后通过实验发现,含Cr%<30%的铁基合金都有防锈性能(Cr的极限含量为30%,超此浓度,合金就会变得疏松).后来有个日本科学家发现,如果用99.995%的Fe和99.99%的Cr进行试验,Cr%含量高达50%,且耐磨性很好,做成不锈钢,性能更佳,可用于高速喷气飞机,可见高纯金属可带来一系列性能方面的变化.
(5) 纳米材料
对于晶体,同学们很了解,有晶格结构,表现出高度的有序性,当然亦有缺陷,不可能有完美的晶体,但只是不希望的,但有些时候,反倒是利用了缺陷,如催化剂就是利用了缺陷的作用.
1981年,德国有个科学家预言,能否搞一种以缺陷为主的材料,这就是纳米材料,即尺寸在100nm以下的小颗粒聚集而成的材料:
晶体粒子小 晶界多且发达 晶界缺陷达一半以上 晶界缺陷材料 气态固体,是不同于晶态和非晶态的新的形态,那么纳米材料有哪些主要
特性呢
① 熔点降低
黄金熔点为1060℃,制成纳米材料,mp为600~700℃,钨的提纯就是利用了粉末冶金,使其熔点由2000℃降到1100℃,PbTiO3的mp亦可由1400℃降到1000℃.
② 韧性提高
普通瓷碗易碎,若做成纳米材料就不易碎了,据说人的牙齿就是纳米材料,不然后果不堪设想.
③ 其他性能亦有明显变化
光学,电学,磁学性能都有所变化,如我们搞的PbTiO3纳米材料,就希望其热释电和压电性有所变化.
④ 纳米复合
PVDF 居里温度低 韧性好
PVDF—PTD 的复合
PTD 居里温度高 脆性大
实际上要解决挥发性和均匀性以及相转变等问题,目前的杂化材料就较好地解决了均匀性的问题,而要获得杂化材料,还得从结构上做文章.
我在想,如果电化学中的电镀,若能实现纳米级的镀层,一定会带来诸多性能的变化.
(6) 分子工程学(分子设计,分子施工)
B12的合成,几十步反应,512个异构体
人工制冷剂的合成
C60的合成
一些化学家受建筑学家富勒的环型建筑模型的启发,推测出可化合成具有类似结构的高对称性(有限物体最高对称性)的分子,并进行了理论计算.20世纪70年代认为C60可存在,1984年对其进行了休克尔计算,1990年5月第一次以石墨为原料合成了C60,前几年对C60的研究达到了非常疯狂的程度.我校李淳飞等亦在搞,希望在C60的基础上合成出性能良好的非线性光学材料.
C60呈足球状,由12个5元环,20个6元环,60个顶点,90条棱,60个碳原子构成,C60分子的直径约1nm,圆球中心有一个0.36nm的空腔,可以容纳其他原子(尤其是金属原子)以导致性能的变化.每个C原子以sp2杂轨道与相邻的C原子相连,未参与杂化的p轨道在C原子的内外腔形成离域π键.
C60有多个双键,可形成化合物的数目非常可观,近年来取得了可喜的成绩.

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