试想过你的生活缺少了数字是什么概念吗？那将是一个混乱的世界，无论是你的手机号码、你的身份证号码、还是你家的门牌号，这些全部都是用数字表达的！电子游戏、电子邮件、数码音乐、数码照片、多媒体光盘、网络会议、远程教学、网上购物、电子银行和电子货币……几乎一切的东西都可以用0和1来表示。电脑和互联网的出现让人们有了更大的想象和施展的空间，我们的生活就在这简单的“0”“1”之间变得丰富起来、灵活起来、愉悦起来，音像制品、手机、摄像机、数码相机、MP3、袖珍播放机、DVD播放机、PDA、多媒体、多功能游戏机、ISDN等新潮电子产品逐渐被人们所认识和接受，数字化被我们随身携带着，从而拥有了更加多变的视听新感受，音乐和感觉在数字化生活中静静流淌……

数字生活已成为信息化时代的特征，它改变着人类生活的方方面面，在此背后，隐藏着新材料的巨大功勋，新材料是数字生活的“幕后英雄”。

计算机是数字生活中的重要设备，计算机的核心部件是中央处理器（CPU）和存储器（RAM），它们是以大规模集成电路为基础建造起来的，而这些集成电路都是由半导体材料做成的，Si片是第一代半导体材料，集成电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。为了使集成电路具有高效率、低能耗、高速度的性能，相继发展了GaAs、InP等第二代半导体单晶材料。SiC、GaN、ZnSe、金刚石等第三代宽禁带半导体材料、SiGe/Si、SOI（Silicon On Insulator）等新型硅基材料、超晶格量子阱材料可制作高温（300~500°C）、高频、高功率、抗辐射以及蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件，从而大幅度地提高原有硅集成电路的性能，是未来半导体材料的重要发展方向。

人机交换，常常需要将各种形式的信息，如文字、数据、图形、图像和活动图像显示出来。静止信息的显示手段最常用的如打印机、复印机、传真机和扫描仪等，一般称为信息的输出和输入设备。为提高分辨率以及输入和输出的速度，需要发展高灵敏度和稳定的感光材料，例如激光打印机和复印机上的感光鼓材料，目前使用的是无机的硒合金和有机的酞菁染料。显示活动图像信息的主要部件是阴极射线管（CRT），广泛地应用在计算机终端显示器和平面电视上，CRT目前采用的电致发光材料，大都使用稀土掺杂（Tb3+、Sn3+、Eu3+等）和过渡元素掺杂（Mn2+）的硫化物（ZnS、CdS等）和氧化物（Y2O3、YAlO3）等无机材料。

为了减小CRT庞大的体积，信息显示的趋势是高分辨率、大显示容量、平板化、薄型化和大型化，为此主要采用了液晶显示技术（LCD）、场致发射显示技术（FED）、等离子体显示技术（PDP）和发光二极管显示技术（LED）等平板显示技术，广泛应用在高清晰度电视（HDTV）、电视电话、计算机（台式或可移动式）显示器、汽车用及个人数字化终端显示等应用目标上，CRT不再是一支独秀，而是形成与各种平板显示器百花争艳的局面。

在液晶显示技术中采用的液晶材料早已在手表、计算器、笔记本电脑、摄像机中得到应用，液晶材料较早使用的是苯基环己烷类、环己基环己烷类、吡啶类等向列相和手征相材料，后来发展了铁电型（FE）液晶，响应时间在微秒级，但铁电液晶的稳定性差，只能用分支法（side-chain）来改进。目前趋向开发反铁电液晶，因为它们的稳定性较高。

液晶显示材料在大屏幕显示中有一定的困难，目前作为大屏幕显示的主要候选对象为等离子体显示器（PDP）和发光二极管（LED）。PDP所用的荧光粉为掺稀土的钡铝氧化物。用类金刚石材料作冷阴极和稀土离子掺杂的氧化物作发光材料，推动场发射显示（FED）的发展。制作高亮度发光二极管的半导体材料主要为发红、橙、黄色的GaAs基和GaP基外延材料、发蓝光的GaN基和ZnSe基外延材料等。

由于因特网和多媒体技术的迅速发展，人类要处理、传输和存储超高信息容量达太（兆兆）数字位（Tb，1012bits），超高速信息流每秒达太位（Tb/s），可以说人类已经进入了太位信息时代。现代的信息存储方式多种多样，以计算机系统存储为例，存储方式分为随机内存储、在线外存储、离线外存储和脱机存储。随机内存储器要求集成度高、数据存取速度快，因此一直以大规模集成的微电子技术为基础的半导体动态随机存储器（DRAM）为主，256兆位的随机动态存储器的晶体管超过2亿个。外存储大都采用磁记录方式，磁存储介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁盘和硬磁盘。磁存储密度的提高主要依赖于磁介质材料的改进，相继采用了磁性氧化物（如g-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等）、铁氧体系、超细磁性氧化物粉末、化学电镀钴镍合金或真空溅射蒸镀Co基合金连续磁性薄膜介质等材料，磁存储的信息存储量从而有了很大的提高。固体（闪）存储器（flash memory）是不挥发可擦写的存储器，是基于半导体二极管的集成电路，比较紧凑和坚固，可以在内存与外存间插入使用。记录磁头铁芯材料一般用饱和磁感大的软磁材料，如80Ni-20Fe、Co-Zr-Nb、Fe-Ta-C、45Ni-55Fe、Fe-Ni-N、Fe-Si、Fe-Si-Ni、67Co-10Ni-23Fe等。近年来发展起来的巨磁阻（GMR）材料，在一定的磁场下电阻急剧减小，一般减小幅度比通常磁性金属与合金的磁电阻数值约高10余倍。GMR一般由自由层/导电层/钉扎层/反强磁性层构成，其中自由层可为Ni-Fe、Ni-Fe/Co、Co-Fe等强磁体材料，在其两端安置有Co-Cr-Pt等永磁体薄膜，导电层为数nm的铜薄膜，钉扎层为数nm的软磁Co合金，磁化固定层用5～40nm的Ni-O、Ni-Mn、Mn-In、Fe-Cr-Pt、Cr-Mn-Pt、Fe-Mn等反强磁体，并加Ru/Co层的积层自由结构。采用GMR效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了近二十倍，因此巨磁阻效应的研究对发展磁存储有着非常重要的意义。

声视领域内激光唱片和激光唱机的兴起，得益于光存储技术的巨大发展，光盘存贮是通过调制激光束以光点的形式把信息编码记录在光学圆盘镀膜介质中。与磁存储技术相比，光盘存储技术具有存储容量大、存储寿命长；非接触式读/写和擦，光头不会磨损或划伤盘面，因此光盘系统可靠，可以自由更换；经多次读写载噪比（CNR）不降低。光盘存储技术经过CD（Compact Disk）、DVD（Digital Versatile Disk）发展到将来的高密度DVD（HD-DVD）、超高密度DVD（SHD-DVD）过程中，存储介质材料是关键，一次写入的光盘材料以烧蚀型（Tc合金薄膜，Se-Tc非晶薄膜等）和相变型（Te-Ge-Sb非晶薄膜、AgInTeSb系薄膜、掺杂的ZnO薄膜、推拉型偶氮染料、亚酞菁染料）为主，可擦重写光盘材料以磁光型（GdCo、TeFe非晶薄膜、BiMnSiAl薄膜、稀土掺杂的石榴石系YIG、Co-Pt多层薄膜）为主。光盘存储的密度取决于激光管的波长，DVD盘使用的InGaAlP红色激光管（波长650nm）时，直径12cm的盘每面存储为4.7千兆字节（GB），而使用ZnSe（波长515nm）可达12GB，将来采用GaN激光管（波长410nm），存储密度可达18GB。要读写光盘里的信息，必须采用高功率半导体激光器，所用的激光二极管采用化合物半导体GaAs、GaN等材料。

激光器除了在光盘存储应用之外，在光通信中的作用也是众所周知的。由于有了低阈值、低功耗、长寿命及快响应的半导体激光器，使光纤通信成为现实。光通讯就是由电信号通过半导体激光器变为光信号，而后通过光导纤维作长距离传输，最后再由光信号变为电信号为人接收。光纤所传输的光信号是由激光器发出的，常用的为半导体激光器，所用材料为GaAs、GaAlAs、GaInAsP、InGaAlP、GaSb等。在接受端所用的光探测器也为半导体材料。缺少光导纤维，光通信也只能是“纸上谈兵”。低损耗的光学纤维是光纤通信的关键材料，目前所用的光学纤维传感材料主要有低损耗石英玻璃、氟化物玻璃和Ga2S3为基础的硫化物玻璃和塑料光纤等，1公斤石英为主的光纤可代替成吨的铜铝电缆。光纤通信的出现是信息传输的一场革命，信息容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强，是光纤通信的优点。光纤通信的高速发展为现代信息高速公路的建设和开通起到了至关重要的作用。

除了有线传播外，信息的传播还采用无线的方式。在无线传播中最引人注目的发展是移动电话。移动电话的用户愈多，所使用的频率愈高，现在正向千兆周的频率过渡，电话机的微波发射与接收亦是靠半导体晶体管来实现，其中部分Si晶体管正在被GaAs晶体管所取代。在手机中广泛采用的高频声表面波SAW（Surface Acoustic Wave）及体声波BAW（Bulk Surface Acoustic Wave）器件中的压电材料为a-SiO2、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7、KNbO3、La3Ga5SiO14等压电晶体及ZnO/Al2O3和SiO2/ZnO/DLC/Si等高声速薄膜材料采用的微波介质陶瓷材料则集中在BaO-TiO2体系、BaO-Ln2O3-TiO2（Ln=LaPrNdSmEuGd）体系、复合钙钛矿A（B1/3B￠2/3）O3体系（A=BaSr；B=MgZnCoNiMn；B￠=NbTa）和铅基复合钙钛矿体系等材料上。

随着智能化仪器仪表对高精度热敏器件需求的日益扩大，以及手持电话、掌上电脑PDA、笔记本电脑和其它便携式信息及通信设备的迅速普及，进一步带动了温度传感器和热敏电阻的大量需求，负温度系数（NTC）热敏电阻是由Co、Mn、Ni、Cu、Fe、Al等金属氧化物混合烧结而成，其阻值随温度的升高呈指数型下降，阻值-温度系数一般在百分之几，这一卓越的灵敏度使其能够探测极小的温度变化。正温度系数（PTC）热敏电阻一般都是由BaTiO3材料添加少量的稀土元素经高温烧结的敏感陶瓷制成的，这种材料在温度上升到居里温度点时，其阻值会以指数形式陡然增加，通常阻值-温度变化率在20~40%之间。前者大量使用在镍镉、镍氢及锂电池的快速充电、液晶显示器（LCD）图像对比度调节、蜂窝式电话和移动通信系统中大量采用使用的温度补偿型晶体振荡器等中，来进行温度补偿，以保证器件性能稳定；此外还在计算机中的微电机、照相机镜头聚焦电机、打印机的打印头、软盘的伺服控制器和袖珍播放机的驱动器等中，发现它的身影。后者可以用于过流保护、发热器、彩电和监视器的消磁、袖珍压缩机电机的启动延迟、防止笔记本电脑常效应管（FET）的热击穿等。

为了保证信息运行的通畅，还有许多材料在默默地作着贡献，例如，用于制作绿色电池的材料有：镍氢电池的正、负极材料用MH合金和Ni(OH)2材料、锂离子电池的正、负极用LiCoO2、LiMn2O4和MCMB碳材料等电极材料；移动电话、PC机以及诸如数码相机、MD播放机/录音机、DVD设备和游戏机等数字音/视频设备等中钽电容器所用材料；现代永磁材料Fe14Nd2B在制造永磁电极、磁性轴承、耳机及微波装置等方面有十分重要的用途；印刷电路板（PCB）及超薄高、低介电损耗的新型覆铜板（CCL）用材料；环氧模塑料、氧化铝和氮化铝陶瓷是半导体和集成电路芯片的封装材料；集成电路用关键结构与工艺辅助材料（高纯试剂、特种气体、塑封料、引线框架材料等），不一而足，这些在浩瀚的材料世界里星光灿烂的新材料，正在数字生活里发挥着不可或缺的作用。

随着科技的发展，大规模集成电路将迎来深亚微米（0.1mm）硅微电子技术时代，小于0.1mm的线条就属于纳米范畴，它的线宽就已与电子的德布罗意数相近，电子在器件内部的输运散射也将呈现量子化特性，因而器件的设计将面临一系列来自器件工作原理和工艺技术的棘手问题，导致常说的硅微电子技术的“极限”。由于光子的速度比电子速度快得多，光的频率比无线电的频率高得多，为提高传输速度和载波密度，信息的载体由电子到光子是必然趋势。目前已经发展了许多种激光晶体和光电子材料，如Nd:YAG、Nd:YLF、Ho:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YLF、Ti:Al2O3、YVO4、Nd:YVO4、Ti:Al2O3、KDP、KTP、BBO、BGO、LBO、LiNbO3、K(TaNb)O3、Fe:KnBO3、BaTiO3、LAP等，所有这些材料将为以光通信、光存储、光电显示为主的光电子技术产业作出贡献。随着信息材料由电子材料、微电子材料、光电子材料向光子材料发展，将会出现单电子存储器、纳米芯片、量子计算机、全光数字计算机、超导电脑、化学电脑、生物电脑和神经电脑等纳米电脑，将会极大地影响着人类的数字生活。

本世纪以来，以数字化通信（Digital Communication）、数字化交换（Digital Switching）、数字化处理（Digital Processing）技术为主的数字化生活（Digital Life）正在向我们招手，一步步地向我们走来——清晨，MP3音箱播放出悦耳的晨曲，催我们按时起床；上班途中，打开随身携带的笔记本电脑，进行新一天的工作安排；上班以后，通过互联网召开网络会议、开展远程教学和实时办公；在下班之前，我们远程启动家里的空调和湿度调节器，保证家中室温适宜；下班途中，打开手机，悠然自在观看精彩的影视节目；进家门前，我们接收网上订购的货物；回到家中，和有线电视台进行互动，观看和下载喜欢的影视节目和歌曲，制作多媒体，也可进入社区互联网，上网浏览新闻了解天气……这一切看上去是不是很奇妙？似乎遥不可及。其实它正在和将要发生在我们身边，随着新一代家用电脑和互联网的出现，如此美好数字生活将成为现实。当享受数字生活的同时，饮水思源，请不要忘记为此作出巨大贡献的功臣——绚丽多彩的新材料世界！

新材料与新能源技术对现代生活的影响2006-12-25 19:00
材料与能源为人类的生活提供了最基本的服务。而且，新材料与新能源在种类上的扩展和功能上的发掘，为工业经济的持续发展挺供了必不可少的支持，从而极大地推动了人类社会的发展。然而，现时代，随着新工艺与新技术的迅速发展，材料与能源技术对于现代生活的影响远不止于此。
首先，新材料与新能源技术正在创造人类的个性化生活方式和生活理念。
20世纪以来，新材料与新能源的使用改变着人类的生活习惯与生活方式。采用电力和天然气取代木材和煤炭燃料来烹调食品，使人类的生活变得更加方便、快捷；新的合成纤维的出现，使人类超越自然纤维单一途径获取更加丰富多彩的纺织品和服装；具有各种特殊功能的合成冼涤剂，使人类的生活更加清沽；新的建筑材料的出现，为人类创造了更加美观而舒适的居住条件，并且，新材料与新工艺的使用使人类的居住得以向空间发展，从而缓解了人口快速增长带来的社会压力，特别是通过少占土地的途径降低成本，为贫困人口提供了经济适用的居住条件，而太阳能、风能等再生能源的开发与利用则为一次能源贫乏地区和远离城市或居住分散的人群提供了同样温暖舒适的生活。新材料与新能源技术促进了交通运输条件的改善，它使得火车与飞机更加快捷，而汽车则为人类的个性化生活提供了前提条件。生物材料为人类提供了新的医疗手段，同时也为人类提供了新的健康概念。信息材料的发展，丰富了人类的通信手段，改变着人们的交流方式，而且深刻地影响着人类的生活方式，它不仅使人们能够在现实空间，而且能够在虚拟空间里创造自己的个性化生活。新材料与新能源技术为人类的航空航天事业提供了前提条件，为人类实现拓展生存空间和消解人类孤独提供可能的机会。
现代社会，新材料与新能源使人类的生活更加个性化，它不仅从物质方面扩展了人们根据实际需要和生活习惯选择个人行为方式的空间，而且也为人类的精神追求提供了更多的选择途径。新材料与新能源技术为保存已有文化一如发掘与保护文物一提供新的质料与手段，同时，它为人类开拓新的精神世界，创造新的艺术形式提供多种可能，从而使人类对美的追求与鉴赏更加多样化与个性化。它通过新的手段突破原有空间与时间极限，从而使人类在不断扩展的时间与空间中丰富和扩展着自己的精神世界。
其次，新材料与新能源技术已经成为一个国家工业水平与技术能力的重要标志。
经济是促进社会发展不可缺少的动力源泉，而材料与能源是支承工业生产与工业技术的物质基础。不仅如此，在现代社会的经济生活中，诸多高新技术产品都是与新材料、新能源技术的发展密切相关。新材料与新能源技术已经成为一个国家工业水平与技术能力的一个十分重要的标志。
在现代经济结构中，新材料技术在国家发展中的战略意义是不容忽视的。在材料技术领域，高温结构材料、多功能材料、超导材料、激光材料、生物材料等高性能材料的开发与利用已经获得突飞猛进的发展。材料技术为航空、航天工业提供了强度更高、刚性更好、质量更轻的新型材料；先进陶瓷材料极大地扩展了它的应用范围和领域，从而使它成为末来工业重要的原材料。据专家估计，用陶瓷材料替代金属材料制作发动机部件，将使发动机耗油量减少30％以上；电子信息材料的发展促进了信息产业的发展，使信息产业成为许多国家的支住性产业；超导材料实现了陶瓷无机材料的无电阻状态，而超导技术的广泛应用使许多方面发生着飞跃式的发展；激光和光导纤维材料技术的发展，正在把人类带人光通信的时代；生物材料为人类提供了新的医疗手段，并且创造着人类健康新概念；而纳米技术则通过对原有各类材料进行纳米级结构单元的重组，极大地改进了原有材料的性能与功能。由此可见，新材料技术已经成为推进一个国家产业升级，影响产业结构变化的重要因素，新材料的开发与利用也正在成为一个国家重要的支柱性产业。新材料技术虽然是一个高投入的领域，但它同时也是一个具有高回报率的领域，正由于此，许多国家都将开发先进材料置于其优先发展的重点项目。
能源在国民经济中的作用是不言而喻的。随着世界经济的增长，20世纪后半期以来，世界能源消费量增长了5.5倍。许多国家已经或开始将发展新能源技术列为优先支持项目，并做出战略安排，这是因为经济对能源的依赖是每个国家都不能不正视的现实，首先，从世界能源消费结构看，－次能源占有很大份额，其中石油所占份额约占一次能源的1/3，煤约占1/4，天然气约占1/5。所以说，人类能源消费的3/4以上是化石燃料，其次是传统燃料，如木材、畜粪、秸秆等约占10％，水电约占8％，核电约占7％，而新型可再生能源，如太阳能、风能、潮汐能、地热能、氢能等，仅占全部能源的2％'幻。可以说，世界经济的持续发展实际上是建立在石油能源的稳定（包括供应量、价格等）基础上的。对此，谁也不会忘记发生在20世纪的石油危机给世界经济带来的巨大冲击。然而，作为一次能源的石油并非是取之不尽，用之不竭的。因此，开发新能源对于今天的人类至关重要。其次，从能源资源的分布看，由于世界能源分布极不均衡，贫油或少油国家不得不花费大量外汇进口石油，由此大大增加了生产成本。第三，从国家安全、社会与能源风险角度讲，发展新能源技术具有特殊意义。第四，从环境角度讲，目前人类主要依赖的化石燃料己经造成日益严重的环境问题，它迫使人们不得不投入大量资金治理污染，由此也大大增加了发展的成本。由于存在上述种种能源问题，对新型可再生能源的开发利用在人类的经济生活中占据了举足轻重的地位。
第三，新材料与新能源技术对国际政治格局和人的政治生活的影响。
材料与能源对一个国家的军事和经济实力具有重要意义，因此，各国政府都把在材料和能源技术领域占据领先位置作为国家的战略选择。新材料技术的重要作用，从海湾战争到阿富汗反恐战争已经做出了最好的途释。可以说，海湾战争，实际上就是一场高新技术的展示与对抗。谁在高新技术方面领先，淮就在战争中占据主导的地位。而这些高技术武器无不以各种高性能、多功能材料为基础。另一例子是冷战时期美俄两个超级大国在中东地区的对抗与势力划分。实质上与石油资源的争夺有很大关系，说明了能源对国际政治格局的重要作用，这些军事力量的比拼和对有限能源的争夺，无疑对国际政治格局产生了不可估量的影响。
材料与能源技术对于人的政治生活影响，最集中地体现在环境问题和技术安全问题上。随着人们环保意识的增强，环境状况逐渐成为人们对政府的态度或信任程度，以及个人行为选择的重要指标或影响因素。而技术安全问题，最典型的例子是，受美国三里岛核事故和前苏联切尔诺贝利核事故的影响，在西方国家，核能安全问题已经成为公众关注的焦点。对核能安全的焦虑引发了公众大规模的反抗运动，而且，公众日益强烈的反抗浪潮，已经使得世界核电工业受到极大限制。目前，随着亚洲核电工业的迅速发展，韩国、中国台湾、