1.1　晶须材料概念和分类

晶须材料是金属、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的可结晶原材料，是在自然生长或在人工控制条件下形成的原子排列高度有序、直径小到微米甚至纳米数量级的单晶纤维或针状物。自然界中存在包含晶须的天然矿物，但数量有限，工业应用的晶须材料主要通过人工控制来合成。由于晶须在结晶时原子结构排列高度有序，晶须的高度取向结构使其机械强度接近于材料邻接原子间力产生强度的理论值，且不存在通常材料中常见的缺陷（晶界、位错、空穴等），高温时晶须比常用的高温合金强度损失少得多。晶须材料在保持高温材料具有高模量、高伸长率、高强度、高硬度、耐腐蚀、轻质等综合性能的同时，还具有某种或多种特殊功能，如磁性、介电、光学特性、超导和生物功能等。晶须材料主要用作为制造高强度复合和功能材料，还可用于材料设计改性，在机械、汽车、化工、生物医学、日用工业、军事装备、航空航天、海洋工程等领域得到广泛的应用。

目前，已发现有100多种材料可制成晶须。晶须可从过饱气相、熔体、溶液或固体生长，常生长成不同规格的纤维，其使用形态有原棉、松纤维、毡或纸。原棉（由蓝宝石晶须构成）具有很松散的结构，长径比为500～5 000：1，松密度为0.028 g/cm3；松纤维具有轻微交错的结构，长径比为10～200：1；毡或纸状的晶须，排列杂乱，长径比为250～2 500：1。已观察到Al2O3（蓝宝石）、SiC、Si3N4和AlN等晶须是在足以使晶须形成的蒸气压变得显著的温度下通过尖端生长形成的，原子通过各种基质附着到生长晶须的尖端。(https://www.daowen.com)

晶须分有机晶须和无机晶须两大类，其中有机晶须主要有纤维素晶须、聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）晶须、聚（4-羟基苯甲酯）（PHB）晶须、羟基磷灰石（HAP）等几种类型，在聚合物中应用较多；无机晶须是指具有一定长径比（≥10）和一定截面积（≤52×10-5/cm2）的一维单晶材料，其晶体结构较为完整，内部缺陷较少，强度和模量均接近于完整晶体材料，具有高强度、耐热、耐磨、阻燃等优点，可作为复合材料的高性能增强增韧剂。无机晶须主要包括金属和非金属晶须两大类，金属晶须主要有铜、铁、镍、锡、氧化铝、氧化锌晶须等；非金属晶须主要包括碳化硅、氮化硅、莫来石、钛酸钾、硼酸铝、硼酸镁、氧化镁、碱式硫酸镁、硫酸钙、碳酸钙、TiO2、六钛酸钠、SiO2、TiN、BeO、B4C、Si3N4晶须以及纳米晶须、晶须硅等。非金属晶须进一步可划分为无机盐晶须［硫酸钙、碳酸钙、镁盐晶须（硼酸镁、碱式硫酸镁、氧化镁）等］、陶瓷质晶须（氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和其他类陶瓷，如钛酸钾）和其他非金属晶须（莫来石、TiO2、纳米晶须、晶须硅、SiO2、TiN、BeO、B4C、Si3N4等）。陶瓷基晶须和无机盐晶须可应用于陶瓷复合材料、聚合物复合材料等多个领域。陶瓷质晶须的强度和耐热性优于金属晶须，其中碳化硅、钛酸钾、硼酸铝、氧化铝、氧化锆等陶瓷质晶须是研究最多、应用最为广泛的陶瓷质晶须。