浅谈智能无机非金属材料在当今中国的发展

李逸文

摘 要：伴随着科技的进步，传统的无机高分子材料在某些领域已经很难完成预期的目标。因此新型智能无机非金属材料得到了广泛的关注和研究，并且在某些方面取得了较大的进展。本文通过阐述智能无机非金属材料在我国的发展历程和研究现状，并结合其在实际应用中的优缺点，对其今后的发展趋势进行一定的展望，并为未来的研究提供一些参考。

关键词：智能无机非金属 复合高分子 材料应用 发展趋势

引 言

随着无机化学和材料学的快速发展，人类在新型材料的设计和合成上面取得了很大的成就。并且伴随着现代生产的进步，人们对新型材料尤其是智能无机非金属材料的需求越来越大。同时由于人们對智能材料的研究才刚刚起步，其仍有很大的研究和改进的空间。因此对这些新型智能无机非金属材料进行研究，具有十分重要的现实意义。

一、智能无机非金属材料的概念

智能无机非金属材料是指在当代先进的材料科学基础上，通过对无机高分子材料进行深入的设计和研究，使其能够对周边的环境产生一定的感知，并且能够对一些特定状态（如形变、破损及温度改变等）进行响应的新型材料。并且伴随着科学家的深入研究，将一些高技术的感应元件与传统高分子材料相结合，使无机的材料拥有了自己的“知觉”。进而使这些无机高分子材料能够适应环境的改变，并做出一系列相应的调整，实现智能化。

二、智能无机非金属材料在中国的发展历程

我国的智能无机非金属材料的研究起步较晚（从上世纪九十年代开始研究），并且在研究过程中受到国外的技术封锁以及缺乏尖端的研究和测试设备，使我国的智能无机非金属材料的研究和发展受到了很大的制约。经过科研人员三十多年不断的努力和探索，我国已相继研发出八大类、四千多小类的新型智能无机非金属材料，并且得到了广泛的应用。同时，我国也研发出了一整套的先进且完善的试验和检测设备，已经具备了对智能无机非金属材料的攻坚能力。

三、智能无机非金属材料在中国的研究现状

（1）智能仿生材料。智能仿生材料是人们依据生物的机体特性，并通过结合当代先进的软件控制和电子测量及集成技术，进而使某些无机非金属材料能够实现类似于生物体神经元的特性（实现对周围环境的感应和传达、判断处理以及进行指令执行等功能）。并且我国目前已经能够实现将多种软硬件设备集成在数十纳米及数百纳米厚的结构空间[1]里面，并且在环境函数的收集和处理方面实现了微秒级的相应，并在某些领域（如超高精密测量中的震动感应）得到了具体应用。

（2）智能陶瓷。目前我国在智能陶瓷方面的研究主要集中在氧化锆增韧陶瓷和灵巧陶瓷方面。在对氧化锆增韧陶瓷的研究中，通过对ZrO2 晶体[2]的研究，使陶瓷在烧成和冷却的过程中进行相变，进而通过偏转增韧、微裂纹增韧及相变增韧等，实现对陶瓷的增韧。被广泛应用在导热和导电率的测量、声波传导等领域；在灵巧陶瓷的研究领域中，通过对多层锆钛酸铅进行加压，进而使其多层结构实现层片间的挤压或者舒张，进而实现对周围环境的感应。因此这种灵巧陶瓷被广泛应用在对周围环境中的电、微波或压力较为敏感（如磁盘中的自动寻道针头和高速飞行器的蒙皮）的领域中。

（3）智能水泥基材料。智能水泥主要通过在高分子水泥基中掺杂一些特定物质，使水泥基能够实现测温、自损修复以及对应变力的测量等功能。例如在水泥基中掺杂0.8%的标准体积[3]的碳纤维，那么该水泥基可以实现对周围拉力、折力以及应力等作用力的测量，并且在灵敏度和精准度等方面远优于普通的电阻式应变片。并且在自损修复水泥基的研究方面，研究人员通过参考动物的骨骼特性以及其生长和修复的方式，通过在水泥基中掺杂装有高密度粘合剂的纤维管，实现对水泥裂纹的自修复。同时由于纤维管的加入，使水泥基的结构强度大大提高，并通过加入大量的传感器，实现对整个水泥建筑的主动控制以及损伤修复。

四、智能无机非金属材料在中国的未来发展趋势

（1）复合化发展。目前我国在材料的智能化方面主要通过将无机非金属材料与各种传感器（如铁电陶瓷和多片压电式感应器）结合成复合结构，进而通过感应器的环境感应以及数据反馈，实现对周围环境的响应。因此未来的研究方向应该是基于多学科（如结合力学、生物工程学、有机化学等）的复合式发展，并创新感应器的形式（如使用碳纤维膜的柔化[4]感应器），使无机非金属材料的适用范围进一步扩大，并提高其对环境的响应能力。

（2）智能化发展。在现阶段的智能无机非金属材料的研究中，智能材料仍然不够“智能”：即无法独立实现对周围环境的感应、处理和指令执行等操作。同时大部分智能材料的体积均较为庞大，各个功能间的结构较为松散，难以在部分高精尖领域中发挥应有的作用。因此智能无机非金属材料未来的发展方向应该着力提高其智能化。

（3）经济型发展。虽然我国在智能无机非金属材料方面的研究取得了巨大的进展，并且得到了较为广泛的应用。但由于这些材料所使用的工序较为繁杂，并且对生产精度的要求极高，因此其生产成本很大，难以进行全面推广和应用。所以我国在未来应加大对智能材料的研发投入，进而降低其生产成本。

结 语

虽然我国在智能无机非金属材料方面虽然已经取得了一系列的成就，但由于我国研发的多数产品仍处于实验室阶段，同时部分产品造价过高，生产范围有限，不适宜批量生产。并且我国的原始创新能力不足，在某些核心技术方面仍严重依赖于国际同行。因此我国仍需要继续加大对智能无机非金属材料的研发力度，并为新材料的研发提供一系列的便利，进而促进我国经济和社会发展。

参考文献

[1] 周振君，罗伟华，丛培良，许培俊.新经济背景下专业建设初探——以长安大学无机非金属材料工程专业为例[J].科教导刊（下旬），2018（10）：55-56+58.

[2] 马龙辉，李帅，孙建.无机非金属新材料产业的发展探析[J].南方农机，2017，48（03）：88+93.

[3] 舒凯征.国内无机非金属材料的应用与发展概述[J].科技资讯，2012（32）：57.

[4] 杨丽颖，王琦.智能无机非金属材料[J].新材料产业，2003（05）：30-35.