第一章　材料領域研究前沿及創新技術

第一節　材料領域的研究前沿

一、材料科學的新發展

1．材料科學的作用

能源、信息和材料是現代科技發展的三大支柱，而材料是高科技的物質基礎，也是當今科學的前沿領域之一。隨著現代科學技術的不斷進步，各個領域對材料的需求量也在不斷增加，對材料性能也提出了更高的要求，材料的形態也由三維轉向二維、一維，甚至零維，向精密化和前沿化不斷靠攏。

現代技術的發展為新材料的發展奠定了基礎，材料發展歷經簡單到復雜、宏觀到微觀和經驗為主到知識為主三種過程。

2．材料分子設計

近年來，材料結構和功能又得到深度開發，利用新技術可以彌補材料中的缺陷和不足，進一步完善制備工藝和手段。新技術的革命引發了新產業革命，紅外技術、激光技術、電子技術和能源開發等新型技術對材料也提出了更高的要求，為了解決這些難題，材料科學正在逐步向多質合成、超級工藝和分子設計等方向發展。

分子設計主要是為了滿足生產和生活的需要，綜合運用了物理、化學、數學和生物等理論知識，再加上激光、計算機和電子等技術，輔以先進測試儀，用來研究材料的性能，或者利用原子理論預測材料在未來可能具備的性能，并根據需求設計新的分子和材料。如果這項技術能夠得到完善，就可以改變材料的研制方法，讓材料科學進入一個全新的時代。

3．復合材料研究

復合材料是材料發展的重點內容，主要包括金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、碳基復合材料和樹脂基高強度材料。表面涂層也是一種復合材料，其適用范圍廣，且經濟實用，擁有廣闊的發展前景。復合材料是采用有機和無機的方法合成的，能夠制造出耐熱、耐腐蝕和使用壽命長的材料，已經取代了鋼鐵等金屬，一躍成為新型結構材料。這些材料打破了單一材料的局限，通過揚長避短提升了性能。

4．信息功能材料及生物材料

信息功能材料可以增加材料品種、提升性能，主要包括半導體、紅外、液晶和磁性材料等，這是信息產業發展的基礎。

生物材料得到更廣泛的應用，其一是生物醫學材料，可用于修復人體器官、組織或血液；其二是生物模擬材料，譬如反滲透膜。低維材料具備體材料沒有的性質，例如零維的納米金屬顆粒是電的絕緣體，納米陶瓷具有較強的韌性和塑性。一維材料有有機纖維和光導纖維，二維材料有金剛石薄膜和超導薄膜，這些材料的應用前景一片光明。

5．傳統材料加工新技術

材料科學的另一個發展方向是利用新科技改變材料的使用方法和制造手段，對傳統材料進行加工重新利用，讓新型材料擁有特殊的功能，以滿足生物、能源、通信和航空等領域的需求。目前新材料領域出現了一門新學科——高分子智能材料，主要通過有機合成法合成，這種材料成為各國的研究新課題，也已經得到應用，不久的將來應該會進入日常生活當中。

此外，建立材料系統工程，建設好材料信息網，合理使用各種材料，綜合考慮材料、環境和能源三方面，以達到節約能源和保護環境的目的，這也是材料技術亟須解決的問題。

二、復合材料研究前沿

復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料，它可以發揮各組元材料的優點，克服單一組元材料的缺陷。復合材料按用途可分為結構復合材料和功能復合材料，根據基體種類可分為金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、聚合物基復合材料和碳基復合材料等，按增強（韌）相可分為顆粒增強復合材料、晶須增強復合材料或纖維增強復合材料。復合材料已廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、體育器材、醫療器械等領域，近幾年更是得到了突飛猛進的發展。

1．金屬基復合材料

金屬基復合材料是包括顆粒增強、晶須增強、纖維增強金屬基體的復合材料。金屬基復合材料兼具金屬與非金屬的綜合性能，材料的強韌性、耐磨性、耐熱性、導電導熱性及耐候性能適應廣泛的工程要求，且比強度、比模量及耐熱性超過基體金屬，對航空航天等尖端領域的發展具有重要作用。在該類材料中，所用基體金屬包括輕合金（鋁、鎂、鈦）、高溫合金與金屬間化合物，以及鋼、銅、鋅、鉛等；增強纖維包括炭（石墨）、碳化硅、硼、氧化鋁、不銹鋼及鎢等纖維；增強顆粒包括碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、硼化鈦、碳化鈦、碳化硼等；增強晶須包括碳化硅、氧化硅、硼酸鋁、鈦酸鉀等。以上各種基體和增強體可組成大量金屬基復合材料，但目前多數處于研發階段，只有少數得到應用。

2．陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料（CMC）的增韌材料主要有碳纖維（CF）、碳化硅纖維（SiCF）、玻璃纖維、氧化物纖維，以及碳化物和氧化物顆粒等，基體材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。CMC種類繁多，由于其耐高溫和低密度特性優于金屬和金屬間化合物，因而美國、英國、法國、日本等發達國家一直把CMC列為新一代航空發動機材料的發展重點，而連續纖維增韌的CMC是重中之重。

3．聚合物基復合材料

聚合物基復合材料（PMC）是以熱固性或熱塑性樹脂為基體材料，由不同組成、不同性質的短切的或連續纖維及其織物復合而成的多相材料。常用的增強纖維材料有玻璃纖維、碳纖維、高密度聚乙烯纖維等。聚合物基復合材料密度低、比強度高、耐腐蝕、減振性能好、模量高、熱膨脹系數低，是一種高性能工程復合材料，廣泛應用于汽車、航空航天和軍事等領域。

4．碳基復合材料

碳基復合材料也稱碳/碳（C/C）復合材料，是以碳纖維增強碳基體的復合材料，其使用溫度高達2000℃以上，密度低于2.0g/cm³，比強度是高溫合金的5倍，是一種優秀的輕質高溫結構材料。從20世紀60年代美國NASA的阿波羅登月計劃實施以來，C/C復合材料已成為航空航天領域不可替代的高溫結構材料。

當今，無論是火箭發動機噴管、導彈的再入防護，還是航空剎車副，C/C復合材料都是首選材料。很難想象，如果沒有C/C復合材料的存在，世界航空航天事業能否會有今天這樣的輝煌成就。

三、納米材料研究前沿

1．納米材料概況

納米材料、納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子（Nano Particle）組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統也非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

2．納米材料應用

（1）納米金屬

對于高熔點、難成形的金屬，只要將其加工成納米粉末，即可在較低的溫度下將其熔化，制成耐高溫的元件，用于研制新一代高速發動機中能夠承受超高溫的材料。如納米鐵材料，是由6nm的鐵晶體壓制而成的，較之普通鐵，強度提高12倍，硬度提高2～3個數量級，利用納米鐵材料，可以制造出高強度和高韌性的特殊鋼材。

（2）“納米球”潤滑劑

“納米球”潤滑劑全稱為原子自組裝納米球固體潤滑劑，是具有二十面體原子團簇結構的鋁基合金成分，并采用獨特的納米制備工藝加工而成的納米級潤滑劑。采用高速氣流粉碎技術，精確控制添加劑的顆粒粒度，可在摩擦表面形成新表面，對機車發動機產生修復作用。其成分設計及制備工藝具有創新性，填補了潤滑油合金基添加劑的技術空白。將納米球應用于機車發動機，可以起到節省燃油、修復磨損表面、增強機車動力、降低噪聲、減少污染物排放、保護環境的作用。

（3）納米陶瓷

首先利用納米粉末可使陶瓷的燒結溫度下降，簡化生產工藝，同時，納米陶瓷具有良好的塑性甚至能夠具有超塑性，解決了普通陶瓷韌性不足的弱點，大大拓展了陶瓷的應用領域。

（4）碳納米管

碳納米管（也稱納米碳管）的直徑只有1.4nm，僅為計算機微處理器芯片上最細電路線寬的1%，其質量是同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的100倍，碳納米管將成為未來高能纖維的首選材料，并廣泛用于制造超微導線、開關及納米級電子線路。

（5）納米催化劑

由于納米材料的表面積大大增加，而且表面結構也發生很大變化，使表面活性增強，所以可以將納米材料用作催化劑，如超細的硼粉、高鉻酸銨粉可以作為炸藥的有效催化劑；超細的鉑粉、碳化鎢粉是高效的氫化催化劑；超細的銀粉可以作為乙烯氧化的催化劑；用超細的Fe₃O₄微粒作為催化劑可以在低溫下將CO₂分解為碳和水；在火箭燃料中添加少量的鎳粉便能成倍地提高燃燒的效率。

（6）量子元件

制造量子元件，首先要開發量子箱。量子箱是直徑約10nm的微小構造，當把電子關在這樣的箱子里，就會因量子效應使電子有異乎尋常的表現，利用這一現象便可制成量子元件，量子元件主要是通過控制電子波動的相位來進行工作的，從而能夠實現更高的響應速度和更低的電力消耗。另外，量子元件還可以使元件的體積大大縮小，使電路大為簡化，因此，量子元件的興起將引發一場電子技術革命。人們期待著利用量子元件在21世紀制造出16GB（吉字節）的DRAM，這樣的存儲器芯片足以存放10億個漢字的信息。

（7）乳化劑

目前，已經研制出一種用納米技術制造的乳化劑，以一定比例加入汽油后，可使轎車降低10%左右的耗油量。納米材料在室溫條件下具有優異的儲氫能力，在室溫常壓下，納米材料儲存的氫能中約2/3可以釋放，可以不用昂貴的超低溫液氫儲存裝置。

3．納米材料的應用

納米技術基礎理論研究和新材料開發等應用研究都得到了快速的發展，并且在傳統材料、醫療器材、電子設備、涂料等行業得到了廣泛的應用。在產業化發展方面，除了納米粉體材料在美國、日本、中國等少數幾個國家初步實現規模生產外，納米生物材料、納米電子器件材料、納米醫療診斷材料等產品仍處于開發研制階段。2010年全球納米新材料市場規模達22.3億美元，年增長率為14.8%。

（1）天然納米材料

海龜在美國佛羅里達州的海邊產卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達州的海邊產卵。如此來回約需5～6年，為什么海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部的納米磁性材料，為它們準確無誤地導航。

生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發現這些生物體內同樣存在著天然納米材料為它們導航。

（2）納米磁性材料

實際應用中的納米材料大多數都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe₂O₃高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。

（3）納米陶瓷材料

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

（4）納米傳感器

納米二氧化鋯、納米氧化鎳、納米二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。

（5）納米傾斜功能材料

在航天用的氫氧發動機中，燃燒室的內表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內表面要用陶瓷制作，外表面則要用導熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當用金屬和納米陶瓷顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結成形時，就能達到燃燒室內側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。

（6）納米半導體材料

將硅、砷化鎵等半導體材料制成納米材料，具有許多優異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、電導率降低，熱導率也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現負值。這些特性在大規模集成電路器件、光電器件等領域發揮重要的作用。

利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。

（7）納米催化材料

納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分數較大、表面的化學鍵狀態和電子態與顆粒內部不同、表面原子配位不全，導致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。

鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機物的氫化反應來說是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應的溫度從600℃降低到室溫。

（8）醫療上的應用

血液中紅血球（也稱紅細胞）的大小為6000～9000nm，而納米粒子只有幾個納米大小，實際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子注入人體各個部位，便可以檢查病變和進行治療，其作用要比傳統的打針、吃藥的效果好。

碳材料的血液相溶性非常好，新型的人工心瓣都是在材料基底上沉積一層熱解碳或類金剛石碳。但是這種沉積工藝比較復雜，而且一般只適用于制備硬材料。

介入性氣囊和導管一般使用高彈性的聚氨酯材料制備，通過把具有高長徑比和純碳原子組成的碳納米管材料引入高彈性的聚氨酯中，可以使這種聚合物材料一方面保持其優異的力學性質和容易加工成型的特性，另一方面獲得更好的血液相溶性。實驗結果顯示，這種納米復合材料引起血液溶血的程度會降低，激活血小板的程度也會降低。

使用納米技術能使藥品生產過程越來越精細，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病。通過納米粒子的特殊性能在納米粒子表面進行修飾形成一些具有靶向、可控釋放、便于檢測的藥物傳輸載體，為身體的局部病變的治療提供新的方法，為藥物開發開辟了新的方向。

（9）納米計算機

世界上第一臺電子計算機誕生于1945年，一共用了18000個電子管，總重量30t，占地面積約170，可以算得上一個龐然大物了，可是，它在1s內只能完成5000次運算。

經過了半個世紀，由于集成電路技術、微電子學、信息存儲技術、計算機語言和編程技術的發展，計算機技術有了飛速的發展。今天的計算機小巧玲瓏，可以擺在一張電腦桌上，它的重量只有老祖宗的萬分之一，但運算速度卻遠遠超過了第一代電子計算機。

如果采用納米技術來構筑電子計算機的器件，那么這種未來的計算機將是一種“分子計算機”，其袖珍的程度又遠非今天的計算機可比，而且在節約材料和能源上也將給社會帶來十分可觀的效益。

（10）納米碳管

1991年，日本的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由碳原子組合而成的具有六邊形環狀結構的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。

這種由碳原子組成的管狀物，直徑和管長的尺寸都是納米量級的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強度比鋼高出100倍，導電率比銅還要高。

在空氣中將納米碳管加熱到700℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點金屬（如鉛）蒸發后凝聚在開口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進入納米碳管中空的部分。納米碳管的直徑極小，因此管內形成的金屬絲也特別細，被稱為納米絲，它產生的小尺寸效應是具有超導性。因此，納米碳管加上納米絲后可能成為新型的超導體。

（11）家電上的應用

用納米材料制成的納米多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用作電冰箱、空調外殼里的抗菌除味塑料。

（12）環境保護上的應用

環境科學領域將出現功能獨特的納米膜。這種膜能夠探測到由化學和生物制劑造成的污染，并能夠對這些制劑進行過濾，從而消除污染。

（13）紡織工業上的應用

在合成纖維樹脂中添加納米SiO₂、納米ZnO、納米SiO₂復配粉體材料，經抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內衣和服裝，可用于制造抗菌內衣、抗菌用品，可制得滿足國防工業要求的抗紫外線輻射的功能纖維。

（14）機械工業上的應用

采用納米材料技術對機械關鍵零部件進行金屬表面納米涂層處理，可以提高機械設備的耐磨性、硬度和使用壽命。

4．納米技術的發展

隨著各國對納米技術應用研究投入的加大，納米新材料產業化進程將大大加快，市場規模將有明顯增長。納米粉體材料中的納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米氧化硅等幾個產品已形成一定的市場規模。

納米陶瓷材料、納米紡織材料、納米改性涂料等材料也已開發成功，并初步實現了產業化生產，納米粉體顆粒在醫療診斷制劑、微電子領域的應用正加緊由實驗研究成果向產品產業化生產方向轉移。

四、能源工業新材料研究前沿

1．石墨烯基重防腐涂層實現電力設施長效防腐

目前，人們在防腐蝕方面的最新發現之一就是石墨烯。常用的聚合物涂層很容易被刮傷，從而使其保護性能降低。而石墨烯作為保護膜，能顯著延緩金屬的腐蝕速率。基于石墨烯的這種特性，實現石墨烯在銅基體中的均勻分散和兩相界面的良好結合，目前已經在研制兩種體系高性能石墨烯基重防腐涂層——高導熱石墨烯基重防腐涂層和石墨烯基導電涂層，實現沿海地區變電站變壓器、隔離開關、輸電塔架、變電站接地網等輸、變電設施設備的長效防腐。

而將石墨烯材料與有機高分子防腐涂料結合起來，可獲得環保、低成本、高效、便于施工的重防腐材料與技術。在輸電設備中使用石墨烯基新型碳材料后，可平穩提升線路輸電能力、保障輸電安全，顯著延長輸電塔架、線路等輸、變電設備的服役壽命，將傳統鍍鋅層輸電塔架在海洋大氣區和工業區的防護壽命提高6年以上，減少維修檢修次數和維修頻率，確保輸電安全。目前石墨烯基電力桿塔導電重防腐新型涂料已經研制成功，并在鎮海、北侖、鄞州等區域使用，效果良好。

2．風電葉片涂料用樹脂研究進展

目前市場上的風電葉片材料主要是纖維增強的環氧樹脂和不飽和聚酯。風力發電機組運行時會遭受諸多惡劣環境，如溫差大、光照強、風沙磨損、酸雨腐蝕以及冰雪侵襲，而葉片在高速運轉時，葉尖速率一般會超過100m/s，未經防護的葉片長期暴露在自然環境中，會很快磨損、老化并產生粉化現象，直至發生斷裂。另外，大型葉片的吊裝耗時且昂貴，一般需要其運行10年以上才進行一次維護。目前最簡單有效的防護方法是采用涂料進行保護。不同環境對風電葉片防護涂料的要求也不一樣，主要有兩種。

① 內陸用防護涂料

目前90%以上的風電機組都是在陸地上工作，所處的工作環境往往光照強、風沙及溫差大，比如我國西部地區。這就要求葉片防護涂料必須具有優異的耐候性、耐沖擊性、耐磨性及高低溫柔韌性。此外，這些地方冬季往往比較寒冷，雨雪天氣較多，葉片覆冰嚴重影響發電效率，并且會大大縮短葉片的使用壽命，因此防覆冰性能也是一個很重要的指標。

② 海上用防護涂料

海洋擁有巨大的風力資源，歐洲國家在海上風電方面走在世界前列。2011年，包括英國、丹麥、荷蘭、比利時等在內9個國家的49個風電場，總共1247架海上風電機組發電3.294GW。2014年，海上累計裝機容量已達到8.771GW。預計到2020年，海上風電裝機總量將達到40～55GW，占歐洲用電需求的10%，到2030年將增大至17%。未來的海上風電將會成為發展最為迅速的新能源技術。我國海上風電正處于快速發展中，如在建的上海東海大橋和臨港海上風電場。因為受到海洋環境的影響，海上風電防護涂料除需具有優異的耐候性及高低溫柔韌性外，還需要極佳的防腐性能。此外，優異的防覆冰性能也是必不可少的。

對風電葉片涂料來說，樹脂的選擇至關重要，聚氨酯樹脂（包括丙烯酸聚氨酯）在高低溫柔韌性、耐磨性、防風沙雨蝕方面表現優異，但是在耐候性及防覆冰性能方面不如有機氟硅樹脂，而環氧樹脂則可以提供優異的防腐性能及層間附著力。

因此，單獨使用一種樹脂所能達到的性能總是有限的，針對不同樹脂的優缺點，合理搭配使用而制成的配套涂層體系往往可以達到更優異的防護效果。

五、其他新材料

1．能源材料

能源材料主要有太陽能電池材料、儲氫材料、固體氧化物燃燒電池材料等。

太陽能電池材料是新能源材料，IBM公司研制的多層復合太陽能電池，轉換率高達40%。

氫是無污染、高效的理想能源，氫的利用關鍵是氫的儲存與運輸，美國能源部在氫能研究經費中，大約有50%用于儲氫技術。氫對一般材料會產生腐蝕，造成氫脆及滲漏，在運輸中也易爆炸，儲氫材料的儲氫方式是其能與氫結合形成氫化物，當需要時加熱放氫，放完后又可以繼續儲存氫。儲氫材料多為金屬化合物，如LaNi₅H、Ti_1.2Mn_1.6H₃等。

固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關鍵是電池材料，如固體電解質薄膜和電池陰極材料，還有質子交換膜型燃料電池用的有機質子交換膜等。

2．智能材料

智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設計材料之后的第四代材料，是現代高新技術新材料發展的重要方向之一。國外在智能材料的研發方面取得很多技術突破，如英國宇航公司的導線傳感器，用于測試飛機蒙皮上的應變與溫度情況；英國開發出一種快速反應形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環，且輸出功率高，以它做制動器時、反應時間僅為10分鐘；形狀記憶合金還已成功應用于衛星天線等、醫學等領域。

另外，還有壓電材料、磁致伸縮材料、導電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅動組件材料等功能材料。

3．磁性材料

磁性材料可分為軟磁材料和硬磁材料兩類。

（1）軟磁材料

軟磁材料是指那些易于磁化并可反復磁化的材料，但當磁場去除后，磁性即隨之消失。這類材料的特性標志是：磁導率（μ＝B/H）高，即在磁場中很容易被磁化，并很快達到高的磁化強度；但當磁場消失時，其剩磁很小。這種材料在電子技術中廣泛應用于高頻技術。如磁芯、磁頭、存儲器磁芯；在強電技術中可用于制作變壓器、開關、繼電器等。常用的軟磁體有鐵硅合金、鐵鎳合金、非晶金屬。

Fe-（3%～4%）Si的鐵硅合金是最常用的軟磁材料，常用作低頻變壓器、電動機及發電機的鐵芯。鐵鎳合金的性能比鐵硅合金好，典型代表材料為坡莫合金（Permalloy），其成分為79%Ni-21%Fe，坡莫合金具有高的磁導率（磁導率為鐵硅合金的10～20倍）、低的損耗，并且在弱磁場中具有高的磁導率和低的矯頑力，廣泛用于電訊工業、電子計算機和控制系統方面，是重要的電子材料。非晶金屬（金屬玻璃）與一般金屬的不同點是其為非晶體。它們是由Fe、Co、Ni及半金屬元素B、Si 所組成，其生產工藝要點是采用極快的速率使金屬液冷卻，使固態金屬獲得原子無規則排列的非晶體結構。非晶金屬具有非常優良的磁性能，它們已用于低能耗的變壓器、磁性傳感器、記錄磁頭等。另外，有的非晶金屬具有優良的耐蝕性，有的非晶金屬具有強度高、韌性好的特點。

（2）永磁材料（硬磁材料）

永磁材料經磁化后，去除外磁場仍保留磁性，其性能特點是具有高的剩磁、高的矯頑力。利用此特性可制造永久磁鐵，可把它作為磁源。如常見的指南針、儀表、微電機、電動機、錄音機、電話及醫療等方面。永磁材料包括鐵氧體和金屬永磁材料兩類。

鐵氧體的用量大、應用廣泛、價格低，但磁性能一般，常用于一般要求的永磁體。

金屬永磁材料中，最早使用的是高碳鋼，但磁性能較差。高性能永磁材料的品種有鋁鎳鈷（Al-Ni-Co）、鐵鉻鈷（Fe-Cr-Co）和稀土永磁，如較早的稀土鈷（Re-Co）合金（主要品種有利用粉末冶金技術制成的SmCo₅和Sm₂Co₁₇）廣泛采用的釹鐵硼（Rb-Fe-B）稀土永磁，釹鐵硼稀土永磁材料不僅性能優異，而且不含稀缺元素鈷，所以成為高性能永磁材料的代表，已用于高性能揚聲器、電子水表、核磁共振儀、微電機、汽車啟動電機等。