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来世纪复合材料面临的机遇与挑战(2)

2017-09-17 03:16
等主要使用混凝土和钢筋混凝土材料，固然这些也是复合材料，但是
鉴于过往已经暴露出来的混凝土自身开裂、钢筋锈蚀失效和由于锈蚀
膨胀而加速了混凝土的进一步的开裂作用等缺点，使之不得不定期更
新再建，最新研究表明用高强纤维增强混凝土可有效地扼制开裂，同
时正在试用高性能碳纤维或芳酰胺纤维增强聚合物代替钢筋克服了原
来存在的缺点，而且证实它在超高层建设上有着很大的优越性。此外
在基础设施的修复方面，实践证实用复合材料修补是最经济有效的方
案。美国的洛杉矶大地震和日本关西大地震，震后造成破坏的桥梁支
柱、路板均已采用碳纤维-环氧复合材料成功地进行了修补。并且形
成了专门产业，制造了专用设备和材料。可以猜测在来世纪中这类复
合材料将成为主要品种之一。

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（二）为信息时代服务

下个世纪的时代标志将全面体现为信息社会，在信息技术领域中
复合材料也将占一席之地。首先由于集成度的迅速进步，集成电路元
件的散热题目将是阻碍发展的主要困难之一。因此需要寻找导热系数
大而热膨胀系数又能与硅片相匹配的基板材料。最近的研究表明金属
基复合材料非常适合于制造基板，由于可以选择导热性能好而膨胀系
数小的增强体与金属基复合，同时还可调节增强体的含量来优化所需
的性能指标。另一方面由于电器整机的体积不断缩小，各部件之间的
电磁屏蔽题目变得非常突出。目前已经采用导电（或磁性）填料和聚
合物复合制成既轻又薄的各式电磁波屏蔽罩、板，取得了满足的效果。
在光纤通讯技术中，通讯光缆的缆芯和保护套管也使用复合材料，原
因是使其体现轻质高强的特点。此外在信息技术中需要大量的敏感元 （科教作文网http://zw.NSEaC.com编辑发布）
件来实现各种能量的转换。在这方面功能复合材料具有很大的竞争潜
力，由于功能复合材料可以调节复合度（组合的含量比例）、连接型
（功能体与基体一颗粒、线状、片状或三维整体等各种形式来连接）
和对称性（空间的排列取向）等因数以实现最佳的“优值”。更重要
的是还可利用复合非线性效应中的乘积效应来制取新型的换能效应，
所谓乘积效应是把两种不同换能功能而其中又有一项物理量相同的材
料复合在一起形成第三种换能材料。例如把磁－电换能材料与电－光
材料复合即可得到磁－光换能材料，举一反三，将能创造出各种形式
的新型敏感元件。尽管复合材料不是信息技术的主题部分，但确是不
可缺少的部分，因此随着下个世纪信息产业的大发展，复合材料也将
随之而相应地发展。

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（三）进步生活质量

社会不断地发展，人类的生活质量也在不断地进步。所谓生活质
量包括舒适性和安全性，在这方面复合材料也将会作出贡献。在舒适
性方面由于复合材料除了很好的力学性能外还具有优良的隔热、消音、
吸震性能，因此非常适合制造房屋隔断墙体和车辆壳体。例如目前日
本正在制造碳纤维－酚醛树脂复合材料车身用在新一代高超列车上，
主要是为了降低噪音，减少振动和低能耗地保持车厢温度。在安全性
方面，突出的是降低车辆冲撞交通事故的严重性，研究证实用复合材
料制造的车底板和保险杠，有很好的吸收冲击性能和高的弹性回复，
这样能很大程度上减少对人体的伤害。另外聚合物与某些水合物与阻
燃填料的复合也能明显减少火灾的危险。未来的空运将是人类的主要
交通根据，但***事故的严重也使人们忧心忡忡。最新研制的具有自
诊断功能的机敏复合材料，是把一系列光纤埋进复合材料中，一旦材
料的某个部分发生异常应变或局部断裂必然会影响到光的传递模式，
通过电子装置不仅可了解到破坏情况而且可以定出具体位置。因此把
这种材料用于飞机结构上，则可预警可能发生的事故，让驾驶员有时