图片展示

从电动车到人类命运,材料,怎么老是你?

浏览:225 发表时间:2019-11-08 08:46:29

如果有一种材料,能够在天热的时候吸收大量的热,冷的时候释放出它们,那该多好啊。

 

 

喂,醒醒!根本就没有这种东西好嘛!

 

如果有这样的材料,谁还用空调啊?

 

 

如果有一种材料,又轻又皮实,还能折叠……等等,你要干嘛啊?

 

无所不能的材料,到底长啥样?

 

2011年诺贝尔化学奖获得者、以色列工学院教授Dan Shechtman出席世界科技创新论坛,并发表主题演讲时坦言:“在今天的技术中,最大的一个限制就是材料技术方面的的缺乏,我们祈祷着在材料学中也能发生所谓的革命,而不是渐进式的缓慢发展。

 

把啥都推给材料,好像是新时代很多科技的“政治正确”。一方面肯定了材料作为工业基础的地位,又把如山一般的巨大责任压在了材料行业的肩头。能者多劳嘛,既然阁下如此重要,那就帮我们分担一些吧……

 

电动车火灾根源在于材料

 

随着时代的发展,电动车在我们的生活中领先占有一定位置了,它不需要加油,不需要考证件,价格便宜,因此受到人们的青睐。可是,使用不当,或者是买到假冒伪劣的产品会有安全隐患,对人们的生活造成一定的伤害。

 

一些劣质的电动车充电器为了节约成本,输入输出端的电线线径不足,外壳塑料材质易燃不耐热,在充电电池组充满后,继续对充电电池组进行大电流充电,容易引起线路起火或电池发热爆炸。

 

 

虽然大部分人都没有见过电动车着火,然而小区内张贴的宣传告示让我们颇为心惊:

 

电动车短路后30秒出现明火,

3分钟火焰温度达到1000度以上,

有毒气体以1秒钟1米的速度充斥整个楼道,

切断居民逃生通道,

居民一旦吸入3-5口剧毒气体就会昏迷,

随后窒息死亡。

 

在上海的一次大型电动自行车火灾模拟实验中,三辆电瓶车经过简单处理后被点燃,车上塑料件在高温下散发大量浓烟,现场瞬间笼罩黑色浓烟,人哪怕戴上了防护用具,也无法靠近。三分钟后,火灾中心的温度已达700℃,瞬时可达1000℃,现场塑料燃烧的毒气加之电瓶爆炸,让人无法逃生。

 

不少人员伤亡并不是由明火直接造成的,有毒烟雾的致命性往往比明火更大。目前,几乎所有电动自行车使用的部件,用的都是易燃材质,起火会迅速形成烟气,一旦人吸入,会导致自救能力的丧失。

 

而目前电动车行业一直使用的是早在1999年实施的《电动自行车通用技术条件》,有些技术指标没有明确规定。因现行国标里并没有关于防火指标的规定,电动车防火处理大都做得不好,比如电动车都使用塑料外壳,一旦自燃,塑料外壳就会迅速燃烧,还会产生有害气体。如果电动车外壳使用阻燃材料,线路做一些阻燃处理,即使线路短路造成起火,但因有阻燃处理就能防止电动车自燃。

 

芯片之争在于材料

 

如果要问你十几年前的电脑是什么样的,速度如何,一幅老牛拉车的图画总是会让你觉得相得益彰。实际上,刚发布不久的intel 9代i3,在性能上还无法超过十几年前首代i7的某些型号。要知道,9代i3使用的是14nm工艺,而首代i7只有可怜的65nm。其实,除开工艺进步带来的发热等问题的改善以及一些新的附属技术的加入,十几年来处理器的发展程度实在小得超乎我们想象(看似巨大的提升多半来自核心数)。X86还是那个X86,X64还是那个X64,我们没有在此基础上实现明显的进步,或许只是因为当初的设计太棒了。有时候,这就像那条回家的路,哪怕走了几十年,也不见得会缩短。

 

 

在芯片工艺已经逼近物理极限的时候,我们想到了材料。传统的硅基芯片纵然有近乎集大成的优点,然而在无法越过的叹息之墙面前,它也不得不停下前进的步伐。研究人员表示:“碳纳米管制造出芯片的核心元器件——晶体管,其工作速度3倍于intel最先进的14纳米商用硅材料晶体管,能耗只有其四分之一。”

 

这就有点夸张了,3倍的提升够intel挤十年牙膏了。不过如果十年前intel就了解了这项技术,他们应该还是会先卖十年硅基芯片,毕竟一项前沿科技成果,从实验室转化到百姓家,十年时间都不一定够。不过话又说回来,这样的转化当然是十分必要的。就像以前,我们回家只能乘坐老式火车,一千公里要咣当十几个小时,天都亮了家还没到,如今高铁修好了,三个小时可以到达。无法缩短路程,但是可以缩短时间,无法革新架构,但是可以使用更好的材料。

 

国家的兴衰在于材料

 

如果说前苏联和美国的强大是多方面因素的共同结果,那么日本的崛起,材料行业则立下了汗马功劳。今天我们能够想到的很多先进材料中,都有日本的身影,这一点值得我们学习。

 

朝鲜战争期间,“联合国军”巨大的军用产品需求,使日本迅速摆脱了二战的泥淖,走上快速发展的道路。在美国资本与技术转移的支持下,日本通产省(通商产业省MITI的简称,主管工商、贸易管理外汇汇兑和负责度量衡管理事务。)推进“重化工”发展战略,开始大力投资基础工业。日本全面发展电力、钢铁、化工、机械等产业,迅速形成了完整工业体系。在此期间,高性能钢铁、化工材料等技术的不断进步,成为了日本今后经济腾飞的物质基础。20世纪70年代,日本产的汽车、轮船、家电、钟表等产品已经横扫全球市场。在具有代表性的芯片市场上,一度让美国产生了恐慌。

 

信息和通信产业的蓬勃发展,使得半导体这一高价值的尖端产业成为科技大国的必争之地,半导体材料的基础性、支撑性作用也就愈发凸显。早在20世纪70年代,全球半导体产业链的绝大部分位于美国。例如,英特尔第一代微处理器于1971年在美国硅谷诞生,苹果公司第一台民用计算机于1976年在美国启用。1975年,全球半导体制造商排名前十位的全部是美国企业。20世纪80年代,日本半导体制造商采取基于DRAM的IDM商业模式,在全球半导体市场获得了领先地位,实现了后发先至,主要半导体工业也逐渐向亚洲转移。

 

20世纪80年代,日本凭借雄厚的经济基础,倾力发展半导体工业,塑造了众多知名消费电子品牌。受益于全球PC需求的快速增长,以及存储器市场的快速扩张,日本正式成为全球半导体市场和技术中心。截至1988年,全球前二十大半导体制造商中日本企业占有11席。

 

1988年全球半导体企业营收排行榜

 

20世纪90年代后,日本高速发展下的经济缺陷被逐渐放大,加之政策判断上的重大失误,导致了房地产崩盘、金融泡沫破裂,日本在消费电子领域也迎来了“失去的二十年”,这一过程在日本作家东野圭吾的代表作《解忧杂货店》中都有提到。

 

日本半导体行业失去了霸主的地位,市场份额逐渐被韩国和台湾地区的企业所蚕食。尽管如此,日本新材料龙头企业在半导体材料领域技术制高点持续布局,经过近40年的潜心研发和精准的全球范围市场布局,截至2014年日本在全球半导体材料市场份额中占比超过60%,依然掌握着大量的专利以及尖端技术。

 

人类文明及其命运在于材料

 

整个人类文明的发展史,可以看作是新材料、新能源的利用史。石器文明、青铜器文明、铁器文明,无一不见证着人类发现、掌握、使用材料的漫漫历程。随着科学技术的发展,三次工业革命相继拉开帷幕,人类文明自近代以来依次走过蒸汽时代、电气时代,一直到今天的信息时代。

 

蒸汽时代、电气时代和信息时代,表面上看起来与新材料没有直接的关系。但试想,若没有钢铁工艺的革新,怎会有蒸汽机的轰鸣?没有石化工业的兴起,怎会有飞机、汽车、邮轮的驰骋?没有半导体工业的出现,怎会有互联互通的虚拟世界?新材料及其加工技术,不仅是历次工业革命的物质基础与先导,更是人类文明前进的基石。

 

当前,世界正面临着种类繁多的全球性问题,将成为未来人类面临的最为严峻的挑战之一。与此同时,新材料、新能源、生物医药等科学也在加速进步中,未来或有望帮助人类战胜上述全球性问题。随着生物医用材料、信息材料、新能源材料等新材料的持续开发,以及人工智能和量子计算在新材料研发中的加速应用,材料与物理、化学、生物、信息、数学等多学科交叉融合的现象进一步升级,多学科交叉在新材料创新中的作用进一步凸显。新材料技术在全球经济发展与产业升级变革中的支撑性、引领性作用不断加强,新材料技术成为世界科技强国角逐的重点,也成为了破解全球性问题的关键所在。

 

作为信息产业、新能源、环保、生物医药的底层技术(或根技术),新材料技术的支撑性、先导性作用愈发凸显。从微观看,新材料技术关系到每个人的生存(医疗、环境);从微观看,新材料技术关系到国家经济发展(产业升级);从宏观看,新材料技术则关系到人类生存与可持续发展。新材料产业发展赋予了政府、企业、研究机构、资本界更多机遇,也理应受到人们更多重视。

 

材料的不能承受之重

 

很多人可能都做过一夜暴富,一口吃成胖子(也可能是瘦子)之类的梦,但冰冻三尺非一日之寒,不积累足够的量变哪来的质变。大家都听说过爱迪生和钨丝的故事,实际上数以千计的试验品中,还有碳纤维。1892年,爱迪生甚至发明了“白炽灯泡碳纤维长丝灯丝制造技术,获得了美国专利。虽然此后碳纤维沉睡了超过50年,但是此后的大规模发展,亦是站在当初的积累之上的。

 

有人说:

尝试其实是一个不断接触、体验的过程。

很多事情并不是在最初就可以看到、预料到结果的,

尝试可以改变甚至创造一个结果。

科学发明就是一个不断尝试实验的结果。

我们在不断尝试时,也是在不断学习,尝试让我们认识到更多。

要用亲身体会才可以明白、了解的东西。

 

 

而材料科学,最重要的就是这种勇于尝试的精神。但是我们需要注意的是,尝试本身就包含着风险,可能成功但更多的可能是失败。在遇到困难的时候,材料有时会成为引路的明灯,然而在黑夜里探索,不能总指望着命运的垂青。

 

如果整个工业体系是一支军队,那么材料科学就像是掌管后勤补给的,如此多的嘴巴嗷嗷待哺,永远也满足不了社会发展的需要。任何工程的实施都离不开材料,对新材料的追求是无止境的,但是材料科学并不是无所不能的。如果有人问:材料科学为何不断发展但却始终显得薄弱,那应该就是上面的原因。

 

 

所谓“兵马未动粮草先行”,材料必须得走在工业的最前沿。就像后勤补给的功劳往往不能和实际的杀敌数目挂钩一样,材料科学的发展也很难短期内看到经济和社会效益。但是纵观历史、展望未来,材料科学必须得到应有的重视。有了长期深厚的积累,当我们遇到工业难题时材料科学才能给予我们及时的帮助,所谓书到用时方恨少,材料也是一样。平时不够重视,一有困难都找材料,搞不出成果怪材料科学不给力,材料成警察叔叔了。

 

 

当我们处处被材料卡壳举步维艰,汽车开过材料铺就的路面,刚走两步,就是一个被压垮的大坑,就只能无奈地摇着头叹息:材料,How old are you(怎么老是你)了……

声明:以上所有内容源自各大平台,版权归原作者所有,我们对原创作者表示感谢,文章内容仅用来交流信息所用,仅供读者作为参考,一切解释权归中镁公司所有,如有侵犯您的原创版权请告知,经核实我们会尽快删除相关内容。

联系我们

 

 

电话:0750-5616188  13352896858

传真:0750-5616288

地址:广东省江门市台山市水步镇科技路120,122号

Copyright © 台山市中镁科技有限公司  版权所有  技术支持:微快信

备案号: 粤ICP备18157646号-1