材料是人類社會生活的物質基礎，材料的發展導致著時代的變遷，可以這么說，材料的先進就代表著時代進步和物質文明的進步。而新型功能材料正是在引領著材料發展的潮流。一個國家對于各種新型功能材料的個、結構、性能、制備和應用，反映著該國在材料領域的水平。同時也成為衡量一個國家經濟和社會發展、國防實力等的重要標志。正是由于新型功能材料對于國家、社會都有著舉足輕重的地位和重要性，對起的開發的研究也顯得尤為的重要。

研究意義

功能材料不僅是發展我國信息技術、生物技術、能源技術等高技術領域和國防建設的重要基礎材料，而且是改造與提升我國基礎工業和傳統產業的基礎，直接關系到我國資源、環境及社會的可持續發展。 我國國防現代化建設一直受到以美國為首的西方國家的封鎖和禁運，所以我國國防用關鍵特種功能材料是不可能依靠進口來解決的，必須要走獨立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達、新型戰斗機、主戰坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開特種功能材料的支撐。

我國國防現代化建設一直受到以美國為首的西方國家的封鎖和禁運，所以我國國防用關鍵特種功能材料是不可能依靠進口來解決的，必須要走獨立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達、新型戰斗機、主戰坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開特種功能材料的支撐。

我國經濟的快速增長和社會可持續發展，對發展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發展能源技術、提高能源生產和利用效率的關鍵因素，我國目前是世界上能源消費增長最快的國家，同時也是能源緊缺的國家。發展電動汽車、使用清潔能源、節約石油資源等政策措施使得新型能源轉換及儲能材料的需求不斷增加。我國西部還擁有一些儲量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業儲量甚至占世界總儲量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開發與上述元素相關的特種功能材料，拓寬其應用領域，取得自主知識產權，將大幅度地提高我國相關特種功能材料及制品的國際市場競爭力，這對實現西部資源的高附加值利用，將西部的資源優勢轉化為技術優勢和經濟優勢具有重要意義，將有力地支持國家的西部大開發。

材料是現代科技和國民經濟的物質基礎。一個國家生產材料的品種、數量和質量是衡量其科技和經濟發展水平的重要標志。隨著新技術將更迅猛地發展，我們對功能材料的需求也日益迫切。因此，我們要加強對功能材料的研制和開發應用，把新成果應用于勞動生產。在未來的五到十年，我國經濟、社會及國家安全對功能材料有著巨大的需求，功能材料是關系到我國能否順利實現第三步戰略目標的關鍵新材料。

為了使我國納米科學技術健康快速發展，必須采取有力的措施，推動我國納米科學技術的繁榮。當前急需要做的幾件事情是：

1. 媒體要全面正確宣傳納米材料和技術的科學內涵，糾正亂用和炒作納米概念的不正之風，提倡各領域專家協同創新，促進納米技術向各個領域交叉滲透。

2. 建立納米技術實用化和產業化基金，加大對納米技術和產業發展的資金扶持力度。形成政府、企業、金融部門、社會等多面的投資渠道，支持納米產業的發展。制定優惠稅率、貸款貼息等相關政策，引導企業、金融部門、風險投資機構及社會閑散資金投入到納米技術和產業的發展中。

3. 建立一批從事納米技術研究和產業化開發的重點實驗室和工程技術研究中心，并與納米產業掛鉤，增強納米產業發展的動力。

4. 建立國家級納米技術產業認定、評價中心和納米技術產品標準制定中心。負責和指導納米技術的行業標準和產品標準。

5. 制定納米產業核心技術自主知識產權的保護措施，鼓勵申請國際發明專利，并予以適當財政補貼。

6. 成立非常設納米產業發展指導協調委員會和咨詢專家組，對全國納米材料和技術的發展進行宏觀咨詢、指導和協調。

7. 建議成立國家納米技術學會和國家納米產業協會，促進納米技術的交流，推進納米產業健康發展。

8. 從現在開始要特別重視納米技術人才的培養，教育部門要把納米科學和技術作為重要的學科加強建設，傳統學科領域要注意與納米科學技術相結合，充實納米科學技術的內涵，使傳統學科的知識與國際前沿接軌。

實際應用方面的價值

新型功能材料是指新近發展起來和正在發展中的具有優異性能和特殊功能，對科學技術尤其是對高技術的發展及新產業的形成具有決定意義的新材料。主要包括電子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物醫用材料、生態環境材料、超導材料、智能材料、功能高分子材料、先進復合材料、梯度材料等。

功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個規模宏大的高技術產業群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰略意義。它是信息技術、生物工程技術、能源技術、納米技術、環保技術、空間技術、計算機技術、海洋工程技術等現代高新技術及其產業的先導、基石與支撐。

在未來的5～10年，我國經濟、社會及國家安全對功能材料有著巨大的需求。目前，功能材料已成為我國材料科學和工程中最具活力與創新性的熱點；有關功能材料的項目已占整個新材料研究項目的70%以上。功能材料不僅是發展我國信息技術、生物技術、能源技術等高技術和加強國防建設的重要基礎材料；而且對我國基礎工業與傳統產業的改造和升級，實現跨越式發展起著重要的促進作用；同時還直接關系到我國資源、環境及社會的可持續發展。目前光電信息材料、功能陶瓷材料、生物醫用材料、超導材料、功能高分子材料、先進復合材料、智能材料以及生態環境材料等功能材料是世界各國戰略高技術競爭的熱點和重點，也是我國“十二五”國家科技計劃材料領域的重點。

當前國際功能材料及其應用技術正面臨新的突破，諸如微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉換及儲能材料、生態環境材料及材料的分子、原子設計等正處于日新月異的發展之中，發展功能材料技術正在成為一些發達國家強化其經濟及軍事優勢的重要手段。

國內外的研究現狀

當前國際功能材料及其應用技術正面臨新的突破，諸如微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉換及儲能材料、生態環境材料及材料的分子、原子設計等正處于日新月異的發展之中，發展功能材料技術正在成為一些發達國家強化其經濟及軍事優勢的重要手段。從國內外功能材料的研究動態看，功能材料的發展趨勢可歸納為如下方面：

（1）開發高技術所需的新型功能材料，特別是尖端領域（如航空航天、分子電子學、高速信息、新能源、海洋技術和生命科學等）所需和在極端條件（如超高壓、超高溫、超低溫、高燒蝕、高熱沖擊、強腐蝕、高真空、強激光、高輻射、粒子云、原子氧、核爆炸等）下工作的高性能功能材料。

（2）功能材料的功能從單功能化向多功能化和復合或綜合功能發展，從低級功能（如單一的物理性能）向高級功能（如人工智能、生物功能和生命功能等）發展。

（3）功能材料和器件的一體化、高集成化、超微型化、高密積化和超分子化。

（4）功能材料和結構材料兼容，即功能材料結構化，結構材料功能化。

（5）進一步研究和發展功能材料的新概念、新設計和新工藝。

（6）完善和發展功能材料檢測和評價方法。

（7）加強功能材料的應用研究，擴展功能材料的應用領域，特別是尖端領域和民用高技術領域，并把成熟的研究成果迅速推廣，以形成生產力。

納米材料的合成與制備方法

物理制備方法

1.機械法

機械法有機械球磨法、機械粉碎法以及超重力技術。機械球磨法無需從外部供給熱能，通過球磨讓物質使材料之間發生界面反應，使大晶粒變為小晶粒，得到納米材料。范景蓮等采用球磨法制備了鎢基合金的納米粉末。利用金屬羰基粉高能球磨法獲得納米級的Fe-18Cr-9W合金粉末。機械粉碎法是利用各種超微粉機械粉碎和電火花爆炸等方法將原料直接粉碎成超微粉，尤其適用于制備脆性材料的超微粉。超重力技術利用超重力旋轉床高速旋轉產生的相當于重力加速度上百倍的離心加速度，使相間傳質和微觀混合得到極大的加強，從而制備納米材料。劉建偉等以氨氣和硝酸鋅為原料，應用超重力技術制備粒徑20nm—80nm、粒度分布均勻的ZnO納米顆粒。制備ZnO一維納米材料通常采用汽固（VS）、汽液固（VLS）等蒸發傳質法：在水平放置的鋁管管式爐中加熱原材料（ZnO粉體）使之氣化，通入運載氣體（Xr）流使ZnO隨運載氣體運載到低溫區，由于溫度的降低，ZnO在底襯（鋁板）上沉積并生長得到一維ZnO納米材料。但是取向生長ZnO納米線在場電子發射器、新型太陽能電池、紫外激光器等領域應用廣泛。由于這些應用與ZnO納米線生長的空間方向、晶面取向以及ZnO納米線在納米線陣列中的密度緊密相關，因此制備方向、取向、密度可控的ZnO納米線是當今一個熱點研究課題。所以為了制備新型ZnO一維納米材料采用金屬納米粉體或納米簇為催化劑，配合傳統汽一液一固（VLS）法在襯底上則可生長出ZnO納米線，這是典型的合成位置、取向、密度可控ZnO的新方法。

2.氣相法

氣相法包括蒸發冷凝法、溶液蒸發法、深度塑性變形法等。蒸發冷凝法是在真空或惰性氣體中通過電阻加熱、高頻感應、等離子體、激光、電子束、電弧感應等方法使原料氣化或形成等離子體并使其達到過飽和狀態，然后在氣體介質中冷凝形成高純度的納米材料。Takaki等在惰性氣體保護下，利用氣相冷凝法制備了懸浮的納米銀粉。杜芳林等制備出了銅、鉻、錳、鐵、鎳等納米粉體，粒徑在30nm—50 nm范圍內可控。魏勝用蒸發冷凝法制備了納米鋁粉。溶液蒸發法是將溶劑制成小滴后進行快速蒸發，使組分偏析最小，一般可通過噴霧干燥法、噴霧熱分解法或冷凍干燥法加以處理。深度塑性變形法是在準靜態壓力的作用下，材料極大程度地發生塑性變形，而使尺寸細化到納米量級。有文獻報道，Φ82mm的Ge在6GPa準靜壓力作用后，再經850℃熱處理，納米結構開始形成，材料由粒徑100nm的等軸晶組成，而溫度升至900℃時，晶粒尺寸迅速增大至400nm。 以上介紹了幾種常用的納米材料物理制備方法，這些制備方法基本不涉及復雜的化學反應，因此，在控制合成不同形貌結構的納米材料時具有一定的局限性。

化學制備方法

1.溶膠—凝膠法

溶膠—凝膠法的化學過程首先是將原料分散在溶劑中，然后經過水解反應生成活性單體，活性單體進行聚合，開始成為溶膠，進而生成具有一定空間結構的凝膠。Stephen等利用高分子加成物（由烷基金屬和含N聚合物組成）在溶液中與H2S反應，生成的ZnS顆粒粒度分布窄，且被均勻包覆于聚合物基體中，粒徑范圍可控制在2nm-5nm之間。Marcus Jones等以CdO為原料，通過加入Zn（CH3）2和S［Si（CH3）3］2制得了ZnS包裹的CdSe量子點，顆粒平均粒徑為3.3nm，量子產率（quantum yield，QY）為13.8%。

2.離子液法

離子液作為一種特殊的有機溶劑，具有獨特的物理化學性質，如粘度較大、離子傳導性較高、熱穩定性高、低毒、流動性好以及具有較寬的液態溫度范圍等。即使在較高的溫度下，離子液仍具有低揮發性，不易造成環境污染，是一類綠色溶劑。因此，離子液是合成不同形貌納米結構的一種良好介質。Jiang等以BiCl3和硫代乙酰胺為原料，在室溫下于離子液介質中合成出了大小均勻的、尺寸為3μm—5μm的Bi2S3納米花。他們認為溶液的pH值、反應溫度、反應時間等條件對納米花的形貌和晶相結構有很重要的影響。他們證實，這些納米花由直徑60nm—80 nm的納米線構成，隨老化時間的增加，這些納米線會從母花上坍塌，最終形成單根的納米線。趙榮祥等采用硝酸鉍和硫脲為先驅原料，以離子液為反應介質，合成了單晶Bi2S3納米棒。

3.溶劑熱法

溶劑熱法是指在密閉反應器（如高壓釜）中，通過對各種溶劑組成相應的反應體系加熱，使反應體系形成一個高溫高壓的環境，從而進行實現納米材料的可控合成與制備的一種有效方法。Lou等采用單源前驅體Bi［S2P（OC8H17）2］3作反應物，用溶劑熱法制得了高度均勻的正交晶系Bi2S3納米棒，且該方法適于大規模生產。Liu等用Bi（NO3）3?5H2O、NaOH及硫的化合物為原料，甘油和水為溶劑，采用溶劑熱法在高壓釜中160℃反應24-72 h制得了長達數毫米的Bi2S3納米帶。

4.微乳法

微乳液制備納米粒子是近年發展起來的新興的研究領域，具有制得的粒子粒徑小、粒徑接近于單分散體系等優點。1943年Hoar等人首次報道了將水、油、表面活性劑、助表面活性劑混合，可自發地形成一種熱力學穩定體系，體系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圓柱形顆粒組成，并將這種體系定名微乳液。自那以后，微乳理論的應用研究得到了迅速發展。1982年，Boutonnet等人應用微乳法，制備出Pt、Pd等金屬納米粒子。微乳法制備納米材料，由于它獨特的工藝性能和較為簡單的實驗裝置，在實際應用中受到了國內外研究者的廣泛關注。 納米材料由于具有特異的光、電、磁、催化等性能，可廣泛應用于國防軍事和民用工業的各個領域。它不僅在高科技領域有不可替代的作用，也為傳統的產業帶來生機和活力。它在生物醫療領域同樣具有極高用途，如細菌纖維素納米材料的制備，目前已經商品化的產品主要有用作外科和齒科材料的細菌纖維素產品Biofill、Gengiflex和BASYC。對于二級和三級燒傷、潰瘍等，Biofill已被成功用作人造皮膚的臨時替代品，Geniflex已用于齒根膜組織的恢復；基于細菌纖維素的原位可塑性設計出的BASYC可望在顯微外科中用作小尺寸人造血管隨著納米材料制備技術的不斷開發及應用范圍的拓展，工業化生產納米材料必將對傳統的化學工業和其它產業產生重大影響。但到目前為止，開發出來的產品較難實現工業化、商品化規模。主要問題是：對控制納米粒子的形狀、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;納米材料的收集、存放，尤其是納米材料與納米科技的生物安全性更是急待解決的問題。這些問題的研究和解決將不僅加速納米材料和納米科技的應用和開發，而且將極大地豐富和發展材料科學領域的基礎理論。

基于以上發展趨勢，下面介紹幾種重要的新型功能材料：

智能材料

智能材料是具有感知溫度、力、電、磁等外界環境并產生驅動（位移等）效應的一類重要功能材料，主要包括形狀記憶、壓電和磁料，還有質子交換膜型燃料電池用的有機質子交換膜等，都是目前產業關注的熱點。另外，薄膜太陽能電池由于大大地減少了半導體材料的消耗，也容易批量生產，從而大幅度地降低了太陽能電池的成本，但是效率相對較低，目前商用薄膜電池的光電轉換效率只有6～8%。隨著納米技術的發展和成熟，納米結構材料成為新穎的太陽能電池材料，在太陽能電池中使用納米結構材料將能夠提高太陽能電池的光電轉換效率，降低電池的生產成本，對于實現太陽能電池的大規模應用將起著重要的作用，例如燃料敏化納米晶膜太陽能電池的光電轉換效率已達到11.04%，而其成本只有傳統硅光電池的十分之一，已成為目前應用前景看好的光電轉換器件。

電子信息材料

電子信息材料是指在微電子、光電子技術和新型元器件基礎產品領域中所用的材料，主要包括單晶硅為代表的半導體微電子材料；激光晶體為代表的光電子材料；介質陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；釹鐵硼（NdFeB）永磁材料為代表的磁性材料；

納米材料

納米材料是指三維空間中至少有一維處于1～100nm或由它們作為基體單元構成的材料，其命名出現在20世紀80年代。納米技術、信息技術及生物技術將成為世紀社會經濟發展的三大支柱。

納米科技的興起，對我國提出了嚴峻的挑戰，同時也為我國實現跨越式發展提供了難得的機遇。1991年美國將納米技術列入“政府關鍵技術”。1993年德國提出今后10年重點發展的9個關鍵技術中有4個涉及納米技術。日本、歐盟也都斥巨資用于納米材料與技術的開發。我國將其列入“863”、“973”計劃和“十五”、“十一五”規劃，在2001年7月下發了《國家納米科技發展綱要》，指出我國納米科技在今后5～10年的主要目標：在納米科學前沿取得重大進展，奠定發展基礎；在納米技術開發和應用方面取得重大突破；逐步形成精干的、具有交叉綜合和持續創新能力的納米科技骨干隊伍；建立全國性的納米科技研發中心和以企業為主體的產業化基地，促進基礎研究、應用研究和產業化的協調發展。 2004年曼徹斯特大學的Geim和Philip Kim首先發現了該材料并于2010年獲物理學諾貝爾獎。石墨烯的出現打破了二維晶體無法真實存在的理論預言，帶來了眾多出乎人們意料的新奇特性，使它成為繼富勒烯和碳納米管后又一個里程碑式的新材料。目前，該材料的研究和產業孕育開發正在全世界范圍內轟轟烈烈地展開，都在力爭搶占石墨烯產業創新的制高點。

光纖通信材料

磁存儲和光盤存儲為主的數據存儲材料；壓電晶體與薄膜材料；貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料等。這些基礎材料及其產品支撐著通信、計算機、信息家電與網絡技術等現代信息產業的發展。電子信息材料的總體發展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發展。當前的研究熱點和技術前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導體材料為代表的第三代半導體材料、有機顯示材料以及各種納米電子材料等。電子信息材料及產品支撐著現代通信、計算機、信息網絡技術、微機械智能系統、工業自動化和家電等現代高技術產業。電子信息材料產業的發展規模和技術水平，已經成為衡量一個國家經濟發展、科技進步和國防實力的重要標志，在國民經濟中具有重要戰略地位，是科技創新和國際競爭最為激烈的材料領域。

新能源材料

尋找清潔的能源和可再生能源是當今世界共同關心的問題。太陽能是一種用之不竭的綠色環保能源，太陽能電池材料是新能源材料研究開發的熱點，自從1954年單晶硅太陽能電池在貝爾實驗室問世以來，硅電池因其較高的光電轉換效率（約20%）而在各類光伏電池中占據主導地位。但由于其制造工藝復雜、硅原材料的短缺而限制了硅電池的廣泛應用。尋找與傳統能源材料價格相當的新材料和制備工藝是太陽能電池能夠得到普及的關鍵。IBM公司研制的多層復合太陽能電池，轉換率高達40%。美國能源部在全部氫能研究經費中，大約有50%用于儲氫技術。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，都是目前產業關注的熱點。另外，薄膜太陽能電池由于大大地減少了半導體材料的消耗，也容易批量生產，從而大幅度地降低了太陽能電池的成本，但是效率相對較低，目前商用薄膜電池的光電轉換效率只有6～8%。隨著納米技術的發展和成熟，納米結構材料成為新穎的太陽能電池材料，在太陽能電池中使用納米結構材料將能夠提高太陽能電池的光電轉換效率，降低電池的生產成本，對于實現太陽能電池的大規模應用將起著重要的作用，例如燃料敏化納米晶膜太陽能電池的光電轉換效率已達到11.04%，而其成本只有傳統硅光電池的十分之一，已成為目前應用前景看好的光電轉換器件。

目前新型功能材料是世界各國研究的熱點，充滿了機遇和挑戰，新技術、新專利層出不窮，新型功能材料在整個新材料產業中的市場份額越來越大，我國目前在功能材料的創新性研究和產業化方面與發達國家相比仍有較大差距。但近年來，在國家“863”、“973”、國家自然科學基金等計劃的支持下在功能材料領域取得了豐碩的成果，取得了一批接近或達到國際先進水平的研究成果，在國際上占有了一席之地，培養了一批優秀的功能材料研發人才和隊伍，隨著我國在功能材料系統集成和產學研相結合等方面的完善，我國新型功能材料產業化的能力將得到大幅的提升和快速的發展。