前 言
晶须是在自然生长或在人工控制条件下,由金属、氧化物、碳化物、卤化物、硼化物、氮化物、无机盐、石墨和高分子有机聚合物等可结晶原材料形成的原子排列高度有序、直径小到微米或纳米数量级的单晶纤维或针状物。晶须材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、轻质等综合性能,以及磁性、电性、光学性能、介电、导电、超导等优良的特殊性能。目前,已发现有100多种材料可制成晶须。晶须及其复合材料已在机械、汽车、化工、生物医学、日用工业、航空航天、海洋工程等领域得到了广泛的应用。
本书针对晶须及其复合材料研发、生产和使用的需求,对多种无机、有机晶须及其复合材料的特性、制备技术、应用领域、存在问题及未来技术动向进行了较为全面的总结和分析。本书期望对晶须及复合材料可靠性设计师、质量师、生产商和用户具有启发作用,也可以作为材料相关专业和学科、微电子类专业本科生和研究生的参考教材。
本书分为9章。第1章为晶须材料概述。在简介晶须材料的概念和分类的基础上,以钛酸钾晶须、硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、碳酸钙晶须等典型的晶须及其复合材料为例,综合分析了晶须及复合材料的国内外行业现状、技术发展、制备方法及改性技术、应用领域,同时对国家相关政策、发展趋势、应用等进行了前瞻性的判断分析。
第2章为无机金属晶须材料。叙述了以氧化铝、氧化锌晶须(包括四针状氧化锌晶须)为主的金属晶须技术与性能、应用、制备和最新技术研究;同时展示了铜、铁、镍、钨等金属晶须的应用,提出了发展金属晶须的建议。
第3章为典型非金属无机盐晶须。对碳酸钙晶须(方解石、文石和球霞石型)、硫酸钙晶须、镁盐晶须(硼酸镁、碱式硫酸镁、七水硫酸镁、氧化镁)等晶须的性能、应用、制备以及在高分子材料增强改性方面所具备的特性,对碳酸钙晶须生长机理及反应条件做了分析,对硼酸镁晶须技术及性能与相似产品比较;同时介绍了无机盐晶须发展趋势。
第4章为陶瓷质晶须和其他非金属晶须。对碳化硅、钛酸钾、硼酸铝等应用较为广泛的陶瓷质晶须的性能、应用、制备做了重点叙述。对其他非金属晶须:氧化物陶瓷质晶须(氧化铝、氧化锆、二氧化钛),氮化物陶瓷质晶须(氮化硅、赛隆陶瓷、氮化硼),氢氧化镁、氧化镁、石墨、莫来石晶须,晶须硅做了简介;对无机晶须最新研究成果及发展趋势进行了分析。(https://www.daowen.com)
第5章为无机晶须复合材料,重点对金属基(铝基、钛基、镁基、镍基、铁基)晶须增强体复合材料、非金属基、碳-碳复合材料和两大类晶须增强体复合材料的性能、应用、制备和关键性技术进行阐述;特别对应用较为广泛的氧化铝、氮化硅等陶瓷的晶须及纤维增强增韧原理、制备方法及其应用进行了详细叙述。同时展示了纳米晶须复合材料、陶瓷纤维、树脂基复合材料最新研究成果,对其在军工等领域的应用情况做了较为详尽的分析。并简述了碳纤维、石墨烯、超高导热陶瓷材料在3D封装中的应用以及复合材料微制造技术等最新成果。
第6章为有机/高分子晶须及复合材料。主要对羟基磷灰石晶须(HAP)、纤维素和纳米纤维素晶须、磺化纤维素纳米晶须(CNC-C)、甲壳素晶须、聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须、聚(4-羟基苯甲酯)类晶须(PHB晶须)、PAN基碳纤维等几种类型有机晶须及聚合物复合材料的性能、应用和制备技术进行分析;分别对以有机物做基体、无机物做增强体,无机物做基体、有机物做改性,多种有机物、无机物和晶须组合的有机聚合物复合材料进行了全面阐述分析。特别叙述了晶须及复合材料在微电子封装中的应用。
第7章为节能环保晶须及复合材料。主要有两个方面的内容:一是利用节能环保原材料来制备晶须,二是晶须材料节能环保领域的应用。利用节能环保原材料来制备晶须主要包括由低廉的矿物质、废矿、尾矿、矿渣和盐卤制备晶须及复合材料,以动物、植物和其他天然材料制备晶须及复合材料,甲壳素纳米晶须的制备和利用。利用工业固体废料,生活固体废弃物、液体废弃物、气体等废弃物制备晶须及复合材料。
第8章为生物医学工程晶须材料。在简述晶须于仿生学、生物工程和生物医学领域应用的基础上,对生物医用金属或合金(镁、钛)晶须材料、碳纤维复合材料,晶须增强HAP生物复合材料、生物医学物陶瓷质晶须材料、晶须高分子复合材料,甲壳素晶须和纤维增强的有机生物医用复合材料,海洋贝壳、海藻、被囊等生物医用复合材料,生物医学纳米纤维素晶须复合材料及其他材料在生物医学工程特别是骨组织工程和口腔修复等方面的应用进行了分析。对氧化锆陶瓷质晶须、树脂类口腔修复和牙科复合材料,口腔材料中偶联剂及其他生物医学材料改性的最新研究和应用成果以及发展趋势进行叙述。
第9章为晶须材料最新技术。对晶须在新能源中的应用(锡晶须固态电池、晶须储能和其他应用)、液态晶须复合材料、晶须富勒烯超导材料、陨石石墨晶须的开发、碳化硅晶须/氧化石墨烯复合材料以及晶须的测试技术等进行了较为详细的叙述;对晶须复合材料理论研究和标准体系建立进行了分析;对晶须材料发展趋势,包括新型军工晶须材料、新一代“极限材料”和“分子设计”材料、低维和二维复合功能材料的研究与开发、多功能结构-储能一体化复合材料、晶须材料基因工程、晶须方向和形状的人工控制、晶须材料在船舶与海洋工程领域的应用、生物工程晶须材料,材料仿生高分子材料研究与开发、液态金属基晶须复合材料开发等提出了建议。
由于时间仓促,加之作者水平有限,文中的不足之处在所难免,诚心地恳请读者不吝赐教。谢谢!