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稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究

摘 要

本文简单介绍了稀土发光原理
、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状 。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂 ，YbF3为敏化剂
，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料
。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间 、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质 。实验表明 ，在1064nm激光激发下
，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料
。

关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+

Abstract

This paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed materials.

Key Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+

目 录

摘要

Abstract

第一章 绪论 1

1.1 稀土元素的光谱理论简介 1

1.1.1 稀土元素简介 1

1.1.2 稀土离子能级 1

1.1.3 晶体场理论 2

1.1.4 基质晶格的影响 2

1.2 上转换发光材料的发展概况 3

1.3 上转换发光的基本理论 4

1.3.1 激发态吸收 4

1.3.2 光子雪崩上转换 4

1.3.3 能量传递上转换 5

1.4 敏化机制与掺杂方式 6

1.4.1 敏化机制 6

1.4.2 掺杂方式 7

1.5 上转换发光材料的应用 8

1.6 本论文研究目的及内容 8

第二章 红外激光显示材料的合成与表征 10

2.1 红外激光显示材料的合成 10

2.1.1 实验药品 10

2.1.2 实验仪器 10

2.1.3 样品的制备 11

2.2 红外激光显示材料的表征 12

2.2.1 XRD 12

2.2.2 荧光光谱 12

第三章 结果与讨论 14

3.1 基质材料的确定 14

3.2 助熔剂的选择 15

3.3 烧结时间的确定 15

3.4 烧结温度的确定 16

3.5 掺杂浓度的确定 17

结 论 21

参考文献 22

致 谢 23第一章 绪论

1.1 稀土元素的光谱理论简介

1.1.1 稀土元素简介

稀土元素是指周期表中IIIB族 ，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）
、铈（Ce）、镨（Pr） 、钕（Nd）
、钷（Pm）、钐（Sm） 、铕（Eu）
、钆（Gd）、铽（Tb） 、镝（Dy）
、钬（Ho）、铒（Er） 、铥（Tm）、镱（Yb）
、镥（Lu）
，共17个元素[1]。

稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态 ，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射 。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁
。

稀土发光材料具有许多优点：

（1）与一般元素相比
，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；

（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道 ，受外层s和P轨道的有效屏蔽
，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小 ，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱
，发光的色纯度高；

（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；

（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；

（5）物理化学性质稳定 ，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。

1.1.2稀土离子能级

稀土离子具有4f电子壳层
，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7] 。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除 ，可以产生f-f跃迁
，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3 ，比其他的s，p
，d轨道量子数都大，能级较多
。除f-f跃迁外 ，还有4f-5d
，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d ，6s
，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短 ，除个别离子外
，大多数都在真空紫外区域 。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用 ，对外场作用的反应不敏感
，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线 ，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层
，受环境影响较大
。

稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁 ，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项
，但这种方法在电子数多，量子数大时 ，相当麻烦且容易出错。所以
，对稀土离子不太适合 。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项 ，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目
，如S，P ，D
，F，G ，H，I
，K，L ，M
，N，O ，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0
，1，2 ，3
，4，5 ，6
，7，8 ，9，10
，11，12 ，……
，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数
。在光谱学中 ，用符号2S+1L表示光谱项。

1.1.3 晶体场理论

晶体场理论认为
，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时 ，其能级不同自由离子的情况 。这个影响主要来自周围离子产生的静电场
，通常称为晶体场[2]
。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心 。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子 ，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间
。中心的发光性质主要取决于离子本身
，而基质晶格的影响是次要的。

稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高 ，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面
，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用 ，使4f电子受到晶体场的影响大大减小 。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用
，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用
。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂 ，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性 。稀土离子4f能级的这种分裂
，对周围环境（配位情况 、晶场强度
、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料 、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构 ，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同
，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。

1.1.4 基质晶格的影响

基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响 ，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：

（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性
，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用
。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线 ，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。

1.2 上转换发光材料的发展概况

发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程 。发光学的内容包括物体发光的条件
、过程和规律
，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象
。发光物理及其材料科学在信息 、能源
、材料、航天航空 、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展 ，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱
，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件 ，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线
，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区 。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注
。

60年代末 ，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现
，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+
、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光 ，并提出了“上转换发光 ”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时
，可以发射比激发波长短的荧光的材料 。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的
。因此上转换发光又称为“反Stokes发光
”。

从七十年代开始 ，上转换的研究转移到单频激光上转换 。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展
。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展
，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮 ，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展
，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品 。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法 ，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一
，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像 ，具有全固化 、实物化、高分辨
、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别
，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向
。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺 ，因而仿造难 、保密强
、防伪效果非常可靠。

目前
，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+ ，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子 。Yb3+离子由于其特有的能级特性
，是一种最常用的敏化离子
。一般来说，要制备高效的上转换材料 ，首先要寻找合适的基质材料
，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷 、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等 。

迄今为止 ，上转换发光研究取得了很大的进展
，人们已在氟化物玻璃
、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光
。

1.3 上转换发光的基本理论

通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的 。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用 ，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小
，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同
。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。

1.3.1激发态吸收

激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程 ，如图1-1所示 。首先
，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上 ，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上
，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子
。

图1-1 上转换的激发态吸收过程

1.3.2 光子雪崩上转换

光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年 ，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换 。由于它可以作为上转换激光器的激发机制
，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示 ，一个四能级系统
，Mo 、M1
、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级
。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振 ，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间
，而后弛豫到M2上 。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子
。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用 ，产生能量传输II
，则产生三个为位于M1的电子，如此循环 ，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加 。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子
。此过程就为上转换的“光子雪崩 ”过程。

图1-2 光子雪崩上转换

1.3.3能量传递上转换

能量转移（Energy Transfer
，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态 ，把能量转移给另一个离子
，使之跃迁到更高的能态 。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子 ，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递
，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量 ，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递
，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion ，简称CR）
，这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中 ，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态
，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光 ，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级
，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态 ，而使受主离子跃迁到较高的能态
。

（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递

（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递

（e）合作敏化上转换能量传递

图1-3 几种能量传递过程的示意图

稀土离子的上转换发光都是多光子过程
，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：

Itamin ∝ Iexcitationn

其中Itamin表示上转换荧光强度 ，Iexcitation表示激发光强度
，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线 ，其斜率即为上转换过程所需的光子数n
，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。

1.4 敏化机制与掺杂方式

1.4.1 敏化机制

通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9] 。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居 ，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：

Dexc+A→D+Aexc

D表示施主离子
，A是受主离子，下标“exc
”表示该离子处于激发态
。Yb3+离子由于特有的能级结构 ，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。

（1）直接上转换敏化

对与稀土激活中心（如Er3+
，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料 ，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收
，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配 。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递 ，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光
，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图
。

图1-4 直接上转换敏化

（2）间接上转换敏化

由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大 ，泵浦激光的穿透深度非常小
，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况 ，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7] 。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振
，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递 ，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居
。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递
，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光 。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图
。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理 ，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。

图1-5 间接上转换敏化

1.4.2 掺杂方式

表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系
，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料 、敏化机制等 。

表1-1 常见的掺杂体系

稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制

单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —

Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —

Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —

双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化

Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化

Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化

Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化

Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化

Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化

Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化

三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化

Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化

Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化

1.5 上转换发光材料的应用

稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红
、绿、蓝 、紫等可见光
。通常情况下 ，上转换可见光包含多个波带
，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料
、样品制备条件的改变 ，都会引起各荧光带的相对强度变化
，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准） 。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来
。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高 ，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类 、结构和配比
，达到控制色比关系。

1.6 本论文研究目的及内容

Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔
、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值 ，是最常用的激光波段 。然而
，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此 ，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。

本论文采用氟化物作为基质
，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究 ，制备对1064nm响应的红外激光显示材料
。研究组分配比 、烧结温度
、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征 。确定最佳烧结温度、组分配比
，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料
。

第二章 红外激光显示材料的合成与表征

经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展 ，现已实现了氟化物玻璃 、氟氧化物玻璃
、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距
，尤其是蓝光，其效率更低 。因此 ，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料
。

本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光
，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。

2.1 红外激光显示材料的合成

2.1.1 实验药品

（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3 ，BaF2
，Na2SiF6，NaF ，氢氟酸
，浓硝酸等 。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上
。

（2）ErF3 、YbF3的配制

制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3 ，YbF3是在实验室合成的。

实验采用稀土氧化物
，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中 ，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L）
，置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液
、烧杯2中出现无色溶液停止 。其化学反应如下：

Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2O

Yb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O

再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸 ，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀
，其化学反应如下：

Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3

Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3

生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤 ，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱
，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3 、YbF3 ，装入广口瓶中备用
。

2.1.2 实验仪器

SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）

PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）

202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）

SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）

WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）

DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）

1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）

4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂）

2.1.3 样品的制备

（1）实验方法

本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3
，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂 ，采用高温固相法合成红外激光显示材料。

高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂
、辅助激活剂以及助熔剂一起
，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应 ，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8] 。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应
，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的 ，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整
，甚至重新排列
。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而 ，固相反应只能在高温下发生
，而且一般情况下反应速度很慢 。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度
。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加 ，因此
，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的 ，因此可能导致产物组成的不均匀
，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀 。另外，如果体系存在气相和液相 ，往往能够帮助物质输运
，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂
。在有助熔剂存在的情况下 ，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚 、扩散和粘滞流动等多种机制进行。

（2）实验步骤

根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2
，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量 ，使用电子天平精确称量后
，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间 。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品
。图2-1为实验流程图：

图2-1 实验流程图

2.2 红外激光显示材料的表征

2.2.1 XRD

X射线衍射分析是当今研究晶体精细结构
、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析 。1967年 ，Hugo M.Rietveld鉴于计算机处理大量数据的能力
，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法
。1977年 ，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中
，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。

本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线 ，管压45kV
，管流35Ma，狭缝DSlmm 、RS0.3mm.
、SS1 mm ，扫描速度10度/min（普通扫描）、0.02度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相
，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体 。

二o_五年国家重点项目包含哪些

稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧（La） 、铈（Ce）
、镨(Pr)、钕(Nd) 、钷(Pm)
、钐(Sm)、铕(Eu) 、钆(Gd)、铽(Tb)
、镝(Dy)、钬(Ho) 、铒(Er)
、铥(Tm)、镱(Yb) 、镥(Lu) ，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪（Sc）和钇（Y）共17种元素
，称为稀土元素。简称稀土
。

稀土元素又称稀土金属。稀土金属已广泛应用于电子
、石油化工、冶金 、机械
、能源、轻工 、环境保护
、农业等领域 。 稀土元素在地壳中丰度并不稀少，只是分布极不均匀 ，主要集中在中国、美国 、印度、俄罗斯
、南非、澳大利亚 、加拿大
、埃及等几个国家
。中国是世界稀土资源储量最大的国家
，主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿 、冕宁稀土矿等等。

目前全世界已探明的储量为，按人均储量计算 ， 稀土永磁材料是将钐
、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金
，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料 。 稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）系永磁体 ，其中SmCo磁体的磁能积在15～30MGOe之间
，NdFeB系永磁体的磁能积在27～50MGOe之间，被称为“永磁王 ” ，是目前磁性最高的永磁材料
。钐钴永磁体，尽管其磁性能优异
，但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺 、昂贵的战略金属钴，因此 ，它的发展受到了很大限制。我国稀土永磁行业的发展始于上世纪60年代末
，当时的主导产品是钐-钴永磁，目前钐-钴永磁体世界销售量为630吨 ，我国为90.5吨（包括SmCo磁粉）
，主要用于军工技术 。随着计算机
、通讯等产业的发展，稀土永磁特别是NdFeB永磁产业得到了飞速发展
。

稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料 ，它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍
，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。由于稀土永磁材料的使用 ，不仅促进了永磁器件向小型化发展
，提高了产品的性能，而且促使某些特殊器件的产生 ，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的极大重视
，发展极为迅速 。我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接近或达到国际先进水平
。

现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人造卫星 ，雷达等方面的行波管 、环行器中以及微型电机
、微型录音机、航空仪器 、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。目前稀土永磁应用已渗透到汽车
、家用电器、电子仪表 、核磁共振成像仪
、音响设备、微特电机 、移动电话等方面 。在医疗方面
，运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法
”，使得疗效大为提高 ，从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。在应用稀土的各个领域中
，稀土永磁材料是发展速度最快的一个
。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响。 磁性材料由于磁场的变化 ，其长度和体积都要发生微小的变化
，这种现象称为磁致伸缩 。其中长度的变化称为线性磁致伸缩，体积的变化称为体积磁致伸缩
。体积磁致伸缩比线性磁致伸缩要弱得多 ，一般提到磁致伸缩均指线性磁致伸缩。磁致伸缩效应是1842年由焦耳发现的
，故又称焦耳效应 。长期以来，作为磁致伸缩材料的主要是镍
、铁等金属或合金 ，由于磁致伸缩值较小，功率密度不高
，故应用面较窄
。主要用于声纳、超声波发射等方面。

稀土超磁致伸缩材料是国外八十年代末新开发的新型功能材料 。主要是指稀土-铁系金属间化合物
。这类材料具有比铁 、镍等大得多的磁致伸缩值，其磁致伸缩系数比一般磁致伸缩材料高约102～103倍 ，因此被称为大或超磁致伸缩材料。并且机械响应快
、功率密度高
，在所有商品材料中，稀土超磁致伸缩材料是在物理作用下应变值最高、能量最大的材料 。特别是铽镝铁磁致伸缩合金（Terfenol-D）的研制成功 ，更是开辟了磁致伸缩材料的新时代
，Terfenol-D是70年代才发现的新型材料，该合金中有一半成份为铽和镝 ，有时加入钬
，其余为铁，该合金由美国依阿华州阿姆斯实验室首先研制成功 ，当Terfenol-D置于一个磁场中时
，其尺寸的变化比一般磁性材料变化大，这种变化可以使一些精密机械运动得以实现
。铽镝铁开始主要用于声纳 ，目前已广泛应用于多种领域，从燃料喷射系统 、液体阀门控制
、微定位到机械致动器、太空望远镜的调节机构和飞机机翼调节器等领域。它具有比传统的磁致伸缩材料和压电陶瓷高几十倍的伸缩性能 。所以可广泛用于声纳系统 、大功率超大型超声器件、精密控制系统
、各种阀门、驱动器等
，是一种具有广阔发展前景的稀土功能材料。这种材料的发展使电-机械转换技术获得突破性进展
。对尖端技术 、军事技术的发展及传统产业的现代化产生了重要作用。

美国前沿技术(Edge Technologies)公司1989年开始生产稀土大磁致伸缩材料，其商品牌号为Terfenol-D ，随后瑞典Feredyn AB公司也生产
、销售稀土大磁致伸缩材料
，产品牌号为Magmeg 86，近10多年来 ，日本、俄罗斯 、英国和澳大利亚等也相继研究开发出TbDyFe2型磁致伸缩材料
，并有少量产品销售 。稀土磁伸材料主要用于制作大功率声纳，后者广泛应用于水下通讯
、制导、捕鱼 、油井及地质探测等
。其它应用包括阀门控制
、精密车床、机器人 、蠕动马达
、阻尼减振、延迟器及传感器等。稀土磁致伸缩材料的开发与应用 ，日益受到人们的关注
，产量及市场消费量增长非常迅速 。据美国前沿技术公司统计，全世界Terfenol-D合金产量 ，1989年仅为100kg
，1993年约1000kg，1995年达到10吨 ，而到1997年已达到70吨
。美国国内每年用于声纳等器件的Terfenol-D材料价值约数百万到1千万美元，声纳 、油压机、机器人等器件的市场金额每年约6亿美元。最近5年来
，Terfenol-D的市场年增长率为100% 。 当某种材料在低于某一温度时，出现电阻为零的现象即超导现象 ，该温度即是临界温度（Tc）
。超导体是一种抗磁体
，低于临界温度时，超导体排斥任何试图施加于它的磁场 ，这就是所谓的迈斯纳效应。在超导材料中添加稀土可以使临界温度Tc大大提高
，一般可达70～90K，从而使超导材料在价廉易得的液氮中使用 ，这就大大地推动了超导材料的研制和应用的发展 。

超导现象是1911年由一位荷兰物理学家首先发现的
，当水银温度降低到43K时，水银便失去了电阻
。随后超导体的研究开发一直在进行 ，到1973年
，科学家们制得一种铌锗合金，其临界温度是23.3K。

1986年发现一些新的超导体 ，超导研究也因此取得了突破性进展，当时发现一种镧钡铜氧陶瓷
，其临界温度为35K 。1987年2月又发现YBa2Cu3O7-x高温超导体的临界温度达90K以上，大大超过了氮的沸点（77K）。新型稀土高温材料可以在液氮温度下工作
。 在磁场或磁矩作用下 ，物质的电磁特性（如磁导率
、介电常数、磁化强度 、磁畴结构
、磁化方向等）会发生变化。因而使通向该物质的光的传输特性也随之发生变化 。光通向磁场或磁矩作用下的物质时
，其传输特性的变化称为磁光效应
。

磁光材料是指在紫外到红外波段，具有磁光效应的光信息功能材料。利用这类材料的磁光特性以及光、电 、磁的相互作用和转换 ，可制成具有各种功能的光学器件
，如光调制器
、光隔离器、环行器 、开关
、偏转器、光信息处理机 、显示器
、存贮器、激光陀螺偏频磁镜 、磁强计、磁光传感器
、印刷机等 。

稀土元素由于4f电子层未填满，因而产生：未抵消的磁矩 ，这是强磁性的来源
，由于4f电子的跃迁，这是光激发的起因 ，从而导致强的磁光效应
。单纯的稀土金属并不显现磁光效应
，这是由于稀土金属至今尚未制备成光学材料。只有当稀土元素掺入光学玻璃、化合物晶体 、合金薄膜等光学材料之中，才会显现稀土元素的强磁光效应 。

磁光器件是指用具有磁光效应的材料制作的各类光信息功能器件
。虽然1845年法拉弟就发现了磁光效应 ，但在其后一百多年中，并未获得应用。直到上世纪60年代初
，由于激光和光电子技术的开发，才使得磁光效应的研究向应用领域发展 ，出现了新型的光信号功能器件—磁光器件 。在激光应用中
，除探索各种新型的激光器和接收器外，激光束的参数 ，例如强度
、方向、偏转 、频率
、偏振状态等的快速控制也是很重要的问题
，磁光器件，就是利用磁光效应构成的各种控制激光束的器件 ，类似微波铁氧体器件的发展和分类那样
，因光通讯的需要，1966年发展了磁光调制器、磁光开关 、磁光隔离器
、磁光环行器、磁光旋转器 、磁光相移器等磁光器件
。由于光纤技术和集成光学的发展 ，1972年起又诞生了波导型的集成磁光器件。在60年代后期
，因计算机存贮技术的发展，开发了磁光存贮技术 。后来由于全息磁泡和光盘技术的日趋完善和商品化 ，从而出现了磁光印刷和磁光光盘系统。利用磁光效应研究圆柱状磁畴（磁泡）而发展了磁泡技术
。因信息技术的需要，在70年代中后期
，在磁泡技术的基础上，又发展了磁光信息处理机及磁泡显示器。激光陀螺仪的发展中遇到了“闭锁 ”问题 ，一度受挫
，后来利用磁光效应，巧妙地克服了“闭锁
” ，从而发展了一个全固态（无机械部件）的磁光偏频激光陀螺 。因此
，每一种新型的磁光器件，都是在研究磁光效应的基础上开发成功的
。 本世纪二十年代末 ，科学家发现了磁性物质在磁场作用下温度升高的现象
，即磁热效应。随后许多科学家和工程师对具有磁热效应的材料
、磁致冷技术及装置进行了大量的研究开发工作 。到目前为止，20K以下的低温磁致冷装置在某些领域已实用化 ，而室温磁致冷技术还在继续研究攻关
，目前尚未达到实用化的程度
。

磁致冷材料是用于磁致冷系统的具有磁热效应的物质。磁致冷首先是给磁体加磁场，使磁矩按磁场方向整齐排列 ，然后再撤去磁场，使磁矩的方向变得杂乱
，这时磁体从周围吸收热量，通过热交换使周围环境的温度降低 ，达到致冷的目的 。磁致冷材料是指用于磁致冷系统的具有磁热效应的一类材料
，磁致冷材料是磁致冷机的核心部分，即一般称谓的制冷剂或制冷工质
。

低温超导技术的广泛应用 ，迫切需要液氦冷却低温超导磁体
，但液氦价格昂贵，因而希望有能把液氦气化的氦气再液化的小型高效率制冷机。如果把以往的气体压缩—膨胀式制冷机小型化 ，必须把压缩机变小
，这样将使制冷效率大大降低 。因此，为了满足液化氦气的需要 ，人们加速研制低温（4～20K）磁致冷材料和装置
，经过多年的努力，目前低温磁致冷技术已达到实用化
。低温磁致冷所使用的磁致冷材料主要是稀土石榴石Gd3Ga5O12(GGG)和Dy3Al5O12(DAG)单晶。使用GGG或DAG等材料做成的低温磁致冷机属于卡诺磁致冷循环型 ，起始致冷温度分别为16K和20K 。

低温磁致冷装置具有小型化和高效率等独特优点，广泛应用于低温物理、磁共振成像仪 、粒子加速器、空间技术
、远红外探测及微波接收等领域
，某些特殊用途的电子系统在低温环境下，其可靠性和灵敏度能够显著提高。

磁致冷是使用无害、无环境污染的稀土材料作为制冷工质 ，若取代目前使用氟里昂制冷剂的冷冻机 、电冰箱
、冰柜及空调器等
，可以消除由于生产和使用氟里昂类制冷剂所造成的环境污染和大气臭氧层的破坏，因而能保护人类的生存环境 ，具有显著的环境和社会效益
。

1987年80多个国家参加签署的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》规定
，为了防止生产和使用氟氯碳类化合物造成的大气臭氧层的破坏，到2000年全世界将限制和禁止使用氟里昂制冷剂 ，我国于1991年6月加入这个国际公约并作出规定
，到2010年我国将禁止生产和使用氟里昂等氟氯碳和氢氟氯碳类化合物。因此，需要加快研究开发无害的新型制冷剂或不使用氟里昂制冷剂的其它类型制冷技术 。迄今 ，在有关这方面的研究开发中
，发现磁致冷是制冷效率高，能量消耗低 ，无污染的制冷方法之一
。从目前美国室温磁致冷技术研究进展情况看，在3到5年内
，室温磁致冷技术有可能在汽车空调系统中得到实际应用之后，并将进一步开发家用空调和电冰箱等磁致冷装置。

磁致冷所用的制冷材料基本都是以稀土金属为主要组元的合金或化合物 ，尤其是室温磁致冷几乎全是采用稀土金属Gd或Gd基合金 。

目前
，磁致冷材料、技术和装置的研究开发，美国和日本居领先水平 ，这些发达国家都把磁致冷技术研究开发列为21世纪的重点攻关项目
，投入了大量资金 、人力和物力，竞争极为激烈 ，都想抢先占领这一高新技术领域
。 激光是一种新型光源
，它具有很好的单色性
、方向性和相干性，并且可以达到很高的亮度。与激光技术相应发展起来的各种晶体 ，如非线性晶体
，能对激光束进行调频、调幅 、调偏及调相作用；能修正传输过程中激光图像的畸变；热电探测晶体能灵敏地探测到红外光等 。这些特性使激光很快就应用到工
、农、医和国防部门
。

激光与稀土激光材料是同时诞生的。到目前为止，大约90%的激光材料都涉及到稀土 。自从1960年在红宝石中出现激光以来 ，同年就发现用掺钐的氟化钙(CaF2:Sm2+)可输出脉冲激光
。1961年首先使用掺钕的硅酸盐玻璃获得脉冲激光，从此开辟了具有广泛用途的稀土玻璃激光器的研究。1962年首先使用CaWO4:Nd3+晶体输出连续激光
，1963年首先研制稀土螯合物液体激光材料，使用掺铕的苯酰丙酮的醇溶液获得脉冲激光 ，1964年找出了室温下可输出连续激光的掺钕的钇铝石榴石晶体（Y3Al5O12:Nd3+）
，它已成为目前获得了广泛应用的固体激光材料，1973年首次实现铕-氦的稀土金属蒸气的激光振荡 。由此可见 ，在短短的十多年里
，稀土的固态 、液态和气态都实现了受激发射。在激光工作物质中，稀土已成为一族很重要的元素
。这都与它具有特殊的电子组态
、众多可利用的能级和光谱特性有关。

稀土激光材料可分为：固体、液体和气体三大类 。但后两大类由于其性能 、种类和用途等远不如固体材料
。所以一般说稀土激光材料通常是指固体激光材料。固体材料分为晶体、玻璃和光纤激光材料 ，而激光晶体又占主导地位 。

稀土材料是激光系统的心脏
，是激光技术的基础，由激光而发展起来的光电子技术 ，不仅广泛用于军事
，而且在国民经济许多领域，如光通讯
、医疗、材料加工（切割 、焊接
、打孔、热处理等） 、信息储存
、科研、检测和防伪等方面获得广泛应用 ，形成新产业
。在军事上，稀土激光材料广泛应用于激光测距 、制导
、跟踪、雷达 、激光武器和光电子对抗
、遥测、精密定位及光通讯等方面。提高和改变各军种和兵种的作战能力和方式
，在战术进攻和防御中起重大作用 。高功率激光材料可装备激光致盲武器，以及光电对抗等武器
。光发射二极管（LED）泵浦的激光晶体制成的激光器输出光束质量好 ，非线性移频效率高
，可把毫瓦级的激光移频到蓝光 、绿光和红光区，用于光存贮、显示
、遥感、雷达和科研等。 人们很早就发现 ，稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物REH2
，这种氢化物加热到1000℃以上才会分解 。而在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后，在较低温度下也可吸放氢气 ，通常将这种合金称为贮氢合金
。在已开发的一系列贮氢材料中
，稀土系贮氢材料性能最佳，应用也最为广泛。其应用领域已扩大到能源 、化工
、电子、宇航 、军事及民用各个方面 。用于化学蓄热和化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的废热等低质热能回收
、升温 ，从而开辟出了人类有效利用各种能源的新途径。利用稀土贮氢材料释放氢气时产生的压力
，可以用作热驱动的动力，采用稀土贮氢合金可以实现体积小、重量轻 、输出功率大 ，可用于制动器升降装置和温度传感器
。

石油和煤炭是人类两大主要能源燃料，但由于它们储量有限
，使用过程中产生环境污染等问题，因此解决能源短缺和环境污染成为当今研究的重点之一。氢是一种完全无污染的理想能源材料 ，具有单位质量热量高于汽油两倍以上的高能量密度
，可从水中提取 。氢能源开发应用的关键在于能否经济地生产和高密度安全制取和贮运氢
。

典型的贮氢合金LaNi5是1969年荷兰菲利浦公司发现的，从而引发了人们对稀土系储氢材料的研究。

新型材料详细资料大全

国家重点基础研究发展计划和重大科学研究计划

2015年度项目申报指南

重要支持方向

农业科学领域

1.光合作用分子机制与作物高光效品种选育

针对提高作物光合作用效率的需求 ，以主要粮食作物与禾本科C4植物为材料
，着重研究光合作用体系高效利用光能的分子机理
、光合产物分配与运输的调控机理、C3与C4植物碳代谢与光呼吸的调节机理 、C4植物特殊解剖结构形成的分子基础，获得光能利用效率显著提高的主要粮食作物新材料新品系,为农作物高光效遗传改良及育种实践提供理论指导和技术方法 。

2.重要经济作物油菜或薯类的遗传改良

以油菜或薯类(马铃薯和甘薯)为材料 ，开展重要经济作物高产优质性状的培育研究
。研究影响油菜高油分性状的关键基因及其调控网络
、光合产物与油分积累的关系、环境和生育期对油分积累的影响
，为油菜高油分育种与生产提供理论指导；研究马铃薯和甘薯高产 、抗病、抗旱等性状相关的关键基因，阐明块茎和块根发育
、淀粉合成与积累的调控机制 ，为马铃薯和甘薯高产优质多抗品种的设计育种提供科学指导。

3．重要农业动物扩繁与健康养殖研究

针对家畜良种扩繁和健康养殖的需求
，从绵羊和山羊的不同品种资源、生理及遗传调控等途径入手，系统研究其生殖生物学特性 ，提出提高绵羊和山羊繁殖力的理论和措施；针对危害家畜生产的寄生虫疾病，研究其发病机制和传播途径
，并提出有效的防控措施 。

4．高产作物群体结构与气候 、土壤等生态因子的匹配原理与调控机制

针对作物高产群体结构的形成和资源高效利用，重点研究：作物群体结构与功能和气候
、土壤等生态因子的匹配原理与调控机制；高产高效作物生产体系地上群体与地下根系、根际微生物及土壤养分水分条件的互作机制与调控途径；高产农田土壤微生物区系的特征和演变规律；研究我国粮食主产区未来大面积高产高效的限制因子 ，为提升我国农田生产力提出可行措施和政策建议
。

5．新型农业微生物制剂的基础研究

针对农业微生物制剂品种优化 、换代升级的需求
，开展农业微生物群体感应的基础研究，阐明新型微生物通讯系统的信号构成及传导途径 ，设计高效微生物制剂；进一步阐明微生物生防制剂合成与生态调控机制。为设计高效
、速效、持效和多功能微生物制剂提供科学依据 。

6．重要造林树种或竹子速生优质抗逆品系培育的生物学基础（C类）

针对主要造林树种或竹子
，重点其研究生长周期调控及速生性状的遗传基础，以及适应和抵抗不良环境的分子机制；研究造林树种优良性状的固定及超级品系的品种化繁育途径 ，建立规模化繁育的方法和技术
。

7．家禽或重要水产品种的可持续养殖研究（C类）

针对集约化的家禽和水产养殖可持续发展的需求
，系统研究家禽氮磷吸收与沉积的调控原理，提出饲料氮磷高效利用的有效途径 ，建立家禽养殖高效 、节粮和清洁生产的新模式；以1-2种重要的水产品种为对象
，综合研究在可控水体内养殖的营养需求
、病害防治、环境效应和产品安全等关键方面的生物学问题，提出相关品种养殖的标准化模式 ，为进一步拓展自然水体的可持续养殖提供基础。

8.人工草地功能调控研究（C类）

针对发展优质高效人工草地 、提高我国草地畜牧业综合生产力的需求，重点研究人工草地的地带性分布格局和空间配置设计
、人工草地生产力形成机理与调控途径、牧草生产与家畜饲养的关联系统集成与生产带耦合
，为国家制定人工草地发展战略提供重要科学依据 。

能源科学领域

1.低渗透与致密油气开发渗流理论和提高采收率新方法

针对低渗透与致密油气高效开发和提高采收率的重大需求，研究低渗基质-裂缝系统等复杂储层精细表征和预测新方法 ，发展非线性渗流理论
，建立低渗透与致密油气藏高效开发的理论基础，研究提高低渗透与致密油气藏采收率新方法 ，发展提高采收率的新技术。

2.电压源型高压多端直流输电设备和系统

针对电压源型高压多端直流输电
，研究系统的数学模型 、仿真方法和控制规律；研究高压直流变换器新型拓扑结构，多变换器相互作用机理及与系统间的相互影响规律；研究不同拓扑结构高压直流断路器中短路电流的限制与开断机理
。

3.新型高性能二次电池研究

重点支持金属锂等轻元素化合物的多电子反应体系理论和新型、高效电池储能研究 ，重点突破涉及离子传导膜材料和高效
、安全的电解质材料、高性能催化材料的可控制备以及纳米碳结构电极材料
，构建新型高容量二次电池新体系，为实现新型电池安全和工业化应用提供科学支撑。

4.海洋深水油气安全高效钻完井工程理论及方法

针对南海深水安全高效钻完井重大工程问题 ，研究海洋深水钻井地质灾害机理和预测模型
，海底井口-隔水管-平台-海洋环境复杂载荷耦合动力学及安全控制原理，低温高压条件下井壁稳定和井筒压力控制机理等 ，建立完善海洋深水安全高效钻完井工程理论并发展相关先进方法 。

5.规模储能和储热过程的基础研究（C类）

针对压缩气体储能，研究超临界气体的流动传热特性和过程耦合的能量传递与损失特性
，研究高负荷压缩机和膨胀机内部流场结构，以及系统调试和优化算法；针对高效储热材料 、单元及系统 ，研究储热材料性能的对流与流固耦合传热机理
，解决中高温储热材料高效储
、释热特性及多尺度多相传热机理
。

6.典型过程工业优化和节能（C类）

以典型过程工业为研究对象，实现基于模拟的过程优化设计、调控 、放大与强化 ，研究过程耦合
，实现能量多级利用，提高能源利用效率并降低环境影响；针对过程工业节能中的无机膜高效分离技术 ，着重研究材料微结构控制方法
、成膜机制和膜分离机理
，建立高效膜材料和大型膜组件设计和集成的理论基础。

7.能源动力系统高效清洁利用的科学问题研究

围绕燃煤发电系统的能量转换效率，研究能源动力系统提高能效新理论与新方法；研究在过程设备、系统流程 、热力循环等不同层面高效利用的新思路；研究高参数发电系统中高效热功转换的关键科学问题和高参数发电系统中燃料的高效燃烧及污染物控制机理；研究太阳能等可再生能源与化石能源互补发电的新方法 。

8.我国西部生态脆弱区煤炭科学规模开发与水资源保护（C类）

围绕大规模煤炭开采对我国西部干旱-半干旱地区的生态环境 ，特别是水资源的重大影响
，研究煤炭大规模机械化开采方式下，煤岩层结构与地应力场及地下水系统的动态变化规律和耦合关系 ，建立我国西部煤炭科学规模开采的新理论
。

信息科学领域

1. 网络通信与计算的协同理论与方法

面对移动互联网
、信息-物理融合系统（Cyber-Physical System）和大数据的应用及通信瓶颈的矛盾，研究通信能力与计算能力的协同机制、物理与认知的融合理论 、异构组网和路由算法
，研究适应业务时空分布多样性和基于虚拟化的多种资源按需调控方法，提出计算通信协作模型及可获得的网络增益上限 ，并完成实验验证。

2. 高级人机交互的计算理论及实验研究

研究脑机的计算与交互
，包括视觉
、听觉、触觉等感知的计算与交互 、情感的计算与交互、动作计算与交互
、人体参数的测量与认知，研究有关的理论模型、传感器件 、传输方法
、数据处理算法并开展实验验证 。

3. 图像与视频数据的高效表示与处理

面向网络图像与视频数据的存储、管理与处理 ，研究基于人类视觉机理的视觉计算模型；探索网络环境下大规模图像与视频数据高效的表示 、编码
、传输、分析 、理解
、处030600.net理的新理论和新方法
。面向一个重要应用领域
，研究现实场境和虚拟景观混合呈现的理论、方法与高效算法。

4. 具有重要应用前景的原创性新型信息器件研究

开展纳米分辨力快速光学成像器件与技术研究，研究突破衍射极限 、近场矢量光束调控
、快速信号转换与探测、动态信息获取与表征等科学问题；研究可延展柔性无机电子器件的设计理论 、转印实现及界面机理；开展新型存储器件和雪崩光电二极管（APD）单光子探测器件研究 ，研究忆阻器件的物理机制、新材料体系与器件结构
，研究提高光存储密度和寿命的新机制 。

5. 新型生化微传感器系统研究

针对持久性有机污染物和某些重金属痕量污染物检测重大需求，研究新型生化微传感器集成自治系统 ，主要研究难降解生化污染物的新型敏感机理
、痕量生化物质富集机理与预处理方法、低维纳米催化反应机理与方法 、敏感材料自更新机理与方法和多传感单元集成自治等科学问题
，实现对痕量生化污染物的快速
、在线、自动监测
。

6. 基于开源代码的软件开发的原理与方法（C）

围绕发展软件服务业的国家需求，研究基于开源代码的软件开发的原理与方法；探索基于群体智慧的软件开发与维护的模型与方法；分析开源社区形成和发展的规律；探讨基于开源代码的软件安全缺陷的发现与修复的机理；研究基于开源代码的软件运行状态的感知机制及保证服务质量的方法；构建基于开源代码的软件开发及运行的实验平台。

7. 城市大数据的计算理论和方法 （C类）

面向公共安全领域以及智能城市的实际需求 ，研究空间信息数据 、社会网络数据等的协同表示，研究面向信息空间
、物理世界和人类社会三元空间的协同感知与群智认知理论
，提出视觉计算模型，建立深度计算模型 ，研究三元空间虚拟交互与智能控制新的模式
，适应社会管理、智能城市和工业化生产等方面应用需求 。

8. 深空环境下的信息传输理论 （C类）

面向未来深空通信和探测的需求，研究深空网络编码理论 ，探索星际尺度时空强约束条件下信息传输能力的动态边界
，研究空间多维稀疏资源的联合优化利用，提出星际通信技术体制与体系结构 ，分析关键问题
，建立实验模型。

资源环境科学领域

1．中国特提斯域若干典型区（带）复合成矿系统及其深部驱动机制

选择我国特提斯构造-成矿域内若干典型区（带），重点研究复合成矿系统的形成演化规律 ，及其对国家急需金属矿产成矿的控制
，研究若干代表性的复合成矿系统演化过程与金属超常富集机制，研究复合成矿系统形成的构造叠加与转换过程 ，探索可能的深部驱动机制，从理论上提高对国家急需矿种 、特别是其大型-超大型矿床找矿勘查的预见性和目的性
。

2．山地水土要素时空耦合过程
、效应及其调控

研究我国典型山地水土要素时空耦合过程及其资源与生态效应
，分析多尺度水土资源时空匹配的承载能力阈值；阐明山区生产、生活 、生态可持续性国土空间开发格局
、强度与调控原理；评估变化环境下水土作用失衡的山地脆弱性与区域灾害风险，阐释我国山区人地系统协调发展机制。

3．热带气旋精细化测报理论和技术与灾害风险评估研究

开展登陆热带气旋精细化结构的野外观测试验 ，研究登陆热带气旋精细化结构的多源资料分析理论和方法
，探讨环境场对登陆热带气旋内中尺度系统发生发展及演变的影响，研究登陆热带气旋风雨分布的高分辨率数值预报关键技术 ，开展登陆热带气旋灾害影响预评估、影响评估和风险管理研究 。

4．人类活动对海湾生态环境的影响

研究高强度人类活动影响下海湾生态环境的演变过程与机理 、对海湾生态系统结构与服务功能的影响
，探讨海湾生态环境修复的科学依据及实行生态补偿机制的可行性，为生态系统水平的海湾综合管理提供科学依据
。

5．中国北方砂岩型铀矿的形成机理与潜力评价

厘定中国北方砂岩型铀矿成铀盆地的区域构造与动力学背景；充分利用各行业深部钻孔资料 ，研究不同类型成铀盆地构造和沉积相系、赋矿砂体形成的古沉积和古气候环境；研究盆地内铀的富集区
，对比含矿地质体与不含矿地质体的差异，恢复含矿流体源
、运、储的形成演化过程；建立砂岩型铀矿的成矿模型与找矿模型 ，预测找矿勘查区及新矿产地
，评价中国北方砂岩型铀矿的资源潜力。

6．新型持久性有机污染物（POPs）的区域特征 、健康风险与控制（C类）

通过区域尺度POPs远距离迁移与归宿研究，认识新型POPs的运移与演变规律；鉴定和识别对我国和全球环境具有潜在影响的污染物 ，推动我国POPs国际公约的超前研究；探讨新型POPs的分子毒理效应与健康影响机制，科学评估我国POPs暴露水平与风险；研究主要工业生产过程中POPs的生成与释放机理
，发展并提出防控对策与技术 。

7．延伸期天气预报理论与方法研究（C类）

研发适用于我国延伸期天气预报统计模式，建立先进的延伸期动力统计预报系统 ，分析影响我国降水季节内振荡的物理过程
，研究厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）
、季节内振荡和天气尺度运动的多尺度相互作用，分析触发热带麦登-朱利安震荡（MJO）对流活动的关键前期信号及可预报性 ，研究热带-中高纬相互作用过程及海-气、陆-气相互作用对季节内振荡的影响
。

8．近海环境变化对海洋生物的影响及其资源效应（C类）

研究近海环境变化压力下我国重要渔业资源早期生活史生境的变迁特征 、对补充过程的影响与机制
、渔业种群对这些变化的适应性响应
，为保护、修复渔业种群早期生活史关键栖息地提供科学依据。

健康科学领域

1. 环境因素引发呼吸道损伤的病理生理学机理与干预研究

研究大气细颗粒（含PM2.5）等环境因素引发呼吸道损伤的病理生理学机理，通过细胞 、动物模型
、患者表型与基因组变化的整合分析 ，系统解析其分子机制
，遴选作为候选药物靶点的重要调控分子，为干预新策略提供依据 。

2. 精神活性物质成瘾记忆的形成和消除

开展精神活性物质成瘾记忆相关神经元和神经环路研究 ，揭示成瘾记忆形成、保持 、提取和强化的分子基础与信号通路
，研究针对成瘾记忆的药物新靶点和前体化合物，探索选择性消除成瘾记忆的策略和手段 ，提高干预复吸的有效率
。

3. 代谢综合征的分子营养学机理研究

研究营养
、代谢稳态失衡与代谢综合征发生发展的关系，揭示特定营养、基因与代谢通路改变促发代谢稳态失调的机理
，阐明营养感应与细胞应激调控网络在代谢稳态异常中的作用，提出代谢综合征的早期防治措施。

4. 老年骨骼相关疾病的发病机制及诊疗的基础研究（C类）

结合临床与流行病学的工作基础 ，研究骨质疏松 、退行性骨关节病等老年骨骼相关疾病的发病机理
，阐明骨骼发育、衰老和稳态保持的分子机制，为预防与诊疗老年骨骼相关疾病的新策略奠定理论基础 。

5.炎-癌生物信号在肿瘤发生发展和肿瘤治疗中作用的研究

围绕炎-癌相互作用信号的研究 ，阐明肿瘤细胞死亡的方式对天然免疫细胞抑癌或促癌作用的影响
，探讨免疫炎症细胞抗癌机能重塑的方法和机制；研究炎症反应与药物敏感性
、抗药性产生的关系，为肿瘤治疗提供新的思路
。

6.恶性肿瘤癌前病变和侵袭的早期分子事件研究

以1至2种恶性肿瘤为对象 ，研究癌前病变和肿瘤侵袭前期的早期分子事件
，发现肿瘤诊疗新标志物，提出阻遏癌前病变和肿瘤侵袭的有效手段 ，提高肿瘤诊疗水平。

7.免疫细胞亚群在慢性炎症疾病中的调节与致病机理以及靶向治疗的基础研究（C类）

结合免疫细胞亚群产生与维持的工作基础
，研究细胞亚群（如T细胞、B细胞或树突状细胞亚群）对炎症与免疫疾病的调节作用以及致病机理，提出靶向治疗的新思路新策略 。

8. 器官移植免疫耐受研究（C类）

以1种重要脏器的移植为对象 ，研究免疫耐受发生的细胞分子机制，寻找免疫耐受标志物
，探索器官移植免疫耐受诱导的新方案，降低植后器官的慢性免疫排斥 、患者的机会感染或肿瘤发生 ，提高长期生存率。

中医理论专题

1. 基于临床的气血相关理论研究

基于脏象
，研究气为血帅
、血为气母的理论基础，阐明气虚血瘀、气滞血瘀 、气不摄血的形成过程和机理 ，揭示临床有效病证气血论治的疗效机理
。

2. 基于临床的灸法作用机理研究

以灸法临床疗效确切的病证为载体
，系统揭示灸材
、灸法作用的特点和生物学基础，阐明影响灸效的关键影响因素 ，比较研究艾灸与针刺作用的异同。

利用现代成像技术等手段
，探索经络研究新方法，为研究中医经络的科学内涵奠定基础 。

重要传染病基础研究专题

1.重要病原细菌关键生物学特性的进化机制

以肠杆菌科、分枝杆菌属和不动杆菌属等重要病原菌为研究对象 ，研究其关键生物特性
，如致病性 、自然生存与传播性
、耐药性等的进化机制，为这些病原菌所致疾病的防治奠定基础
。

2.慢性丙型病毒性肝炎免疫逃逸与免疫病理

研究丙型肝炎病毒（HCV）中国主要流行株感染、复制等病毒学特征和宿主细胞调控规律 ，阐述HCV不同流行毒株应答抗病毒治疗的异同性；分析自限性感染和持续性感染的免疫反应特征，阐述天然免疫识别与应答的信号机制
，HCV建立持续性感染的免疫逃逸规律，以及丙型肝炎病理进展和糖脂代谢紊乱等主要肝外疾病机制 ，为针对HCV中国主要流行株的抗病毒药物 、疫苗研制奠定理论基础。

材料科学领域

1.高储能密度无机电介质材料的关键问题

针对国家重大工程用能量存储器件对无机电介质材料及电容器的需求
，研究电介质材料组分
、微纳结构、异质界面对电极化 、电荷存储及转移的影响规律，研究超高储能密度电容器电介质材料在高场下的介电性能变化及调控原理 ，探索提高电介质能量密度和容量的新机制
，研究大容量超高储能密度电容器的制备科学、集成技术和服役特性 。

2.高性能橡胶材料研究

围绕汽车轮胎用橡胶材料的高性能化，以小型汽车为重点 ，研究其分子设计和可控合成
，以及其链结构
、聚集态结构、橡胶复合体系的多层次多尺度结构对材料性能的影响规律，提高轮胎耐磨性 ，降低磨耗和微粒排放
，改善滚动阻力 、抗湿滑等服役性能
。

3.高速重载轨道交通轮轨系统金属材料研究

研究高速
、重载轨道交通在运营环境下轮轨系统轮辋金属材料约束致脆、高应变 、疲劳伤损
、动态衰退等导致安全性恶化和影响寿命周期的科学问题，发展新一代轮轨材料原型 ，建立轮轨金属材料服役评价体系。

4.新型功能材料显微组织和性能的原子尺度观测与表征（C类）

发展具有亚埃分辨的成像、皮米精度的位移测量 、原子的元素分辨等先进表征手段，研究新型多铁材料的极化微区
、畴和畴壁、晶界和相界等显微组织的晶体学特性 、原子构型
、电子结构、磁结构等特性和它们之间的耦合及在外场作用下的演变
，阐明其与材料性能的关系 。

5.高效率 、低成本有机高分子发光材料研究

针对大尺寸、柔性和低成本加工为特征的有机显示器件，研究面向溶液加工工艺的蓝光
、绿光、红光材料等高效率有机高分子发光材料和相关匹配材料的分子设计 、能级调控与可控制备 ，探索新一代低成本有机发光材料的新理论和新结构
，提出低成本全印刷显示屏和高性能柔性显示屏制作的新工艺与新途径
。

6.严酷环境条件下混凝土材料与结构性能研究

研究在海洋与西部严酷环境下混凝土材料与结构的性能退化机理，长寿命混凝土材料微结构形成规律与性能优化 ，为重大基础工程安全服役与耐久性设计提供科学基础。

7.轻质热防护材料结构与性能演变规律（C类）

针对未来新型飞行器的发展需求
，研究可重复使用轻质热防护材料设计及实现方法，揭示材料微观结构与性能关系 ，阐明服役过程中材料的演变规律
，建立轻质热防护材料可重复使用的性能评价体系 。

8.面向应用的高性能水处理膜设计与制备（C类）

以海水淡化等水处理膜高性能化和批量制备均匀化为研究目标，研究树脂分子结构和聚集态结构对纳米级孔的形成及调控机制 ，膜的缺陷形成及其控制原理
，膜的批量制备均匀性和服役稳定性的影响规律，为全面提升我国水处理膜水平奠定科学基础
。

制造与工程科学领域

新材料是指新出现的或正在发展中的 ，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术(工艺,装备)，使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料。

一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新材料的范畴 。

基本介绍 中文名 ：新型材料 外文名 ：New materials ：　 ：　 简介,新型材料产业,新型材料分类, 简介 新材料是指新出现的或正在发展中的
，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术(工艺,装备)，使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料；一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新材料的范畴。 新型材料产业 (1)纺织业； (2)石油加工及炼焦业； (3)化学原料及化学制品制造业； (4)化学纤维制造业； (5)橡胶制品业； (6)塑胶制品业； (7)非金属矿物制品业； (8)黑色金属冶炼及压延加工业； (9)有色金属冶炼及压延加工业； (10)金属制品业； (11)医用材料及医疗制品业； (12)电工器材及电子元器件制造业等
。 新型材料分类 信息材料 电子信息材料及产品支撑著现代通信,计算机,信息网路,微机械智慧型系统,工业自动化和家电等现代高技术产业.电子信息材料产业的发展规模和技术水平,在国民经济中具有重要的战略地位,是科技创新和国际竞争最为激烈的材料领域.微电子材料在未来10～15年仍是最基本的信息材料,光电子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料.信息材料主要可以分为以下几大类: 积体电路及半导体材料:以矽材料为主体,新的化合物半导体材料及新一代高温半导体材料也是重要组成部分,也包括高纯化学试剂和特种电子气体;光电子材料:雷射材料,红外探测器材料,液晶显示材料,高亮度发光二极体材料,光纤材料等领域;新型电子元器件材料:磁性材料,电子陶瓷材料,压电电晶体材料,信息感测材料和高性能封装材料等. 当前的研究热点和技术前沿包括柔性电晶体,光子晶体,SiC,GaN,ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料,有机显示材料以及各种纳米电子材料等. 能源材料 全球范围内能源消耗在持续增长,80%的能源来自于化石燃料,从长远来看,需要没有污染和可持续发展的新型能源来代替所有化石燃料,未来的清洁能源包括氢能,太阳能,风能,核聚变能等.解决能源问题的关键是能源材料 的突破,无论是提高燃烧效率以减少资源消耗,还是开发新能源及利用再生能源都与材料有着极为密切的关系. 传统能源所需材料:主要是提高能源利用效率,要发展超临界蒸汽发电机组和整体煤气化联合循环技术上,这些技术对材料的要求高,如工程陶瓷,新型通道材料等;氢能和燃料电池:氢能生产,储存和利用所需的材料和技术,燃料电池材料等;绿色二次电池:镍氢电池,锂离子电池以及高性能聚合物电池等新型材料;太阳能电池:多晶矽,非晶矽,薄膜电池等材料;核能材料:新型核电反应堆材料. 新能源材料就材料种类主要包括专用薄膜,聚合物电解液,催化剂和电极,先进光电材料,特制光谱塑胶和涂层,碳纳米管,金属氢化物浆料,高温超导材料,低成本低能耗民用工程材料,轻质,便宜,高效的绝缘材料,轻质,坚固,复合结构材料,超高温合金,陶瓷和复合材料,抗辐射材料,低活性材料,抗腐蚀及抗压力腐蚀裂解材料,机械和抗等离子腐蚀材料.当前研究热点和技术前沿包括高能储氢材料,聚合物电池材料,中温固体氧化物燃料电池电解质材料,多晶薄膜太阳能电池材料等. 生物材料 生物材料是和生命系统结合,用以诊断,治疗或替换机体组织,器官或增进其功能的材料.它涉及材料,医学,物理,生物化学及现代高技术等诸多学科领域,已成为21世纪主要支柱产业之一. 很多类型的材料在健康治疗中都已得到套用,主要包括金属和合金,陶瓷,高分子材料(如高分子聚乙烯管）,复合材料和生物质材料.高分子生物材料是生物医用材料中最活跃的领域;金属生物材料仍是临床套用最广泛的承力植入材料,医用钛及其合金,以及Ni-Ti形状记忆合金的研究与开发是一个热点;无机生物材料越来越受到重视. 国际生物医用材料研究和发展的主要方向,一是模拟人体硬软组织,器官和血液等的组成,结构和功能而开展的仿生或功能设计与制备,二是赋予材料优异的生物相容性,生物活性或生命活性.就具体材料来说,主要包括药物控制释放材料,组织工程材料,仿生材料,纳米生物材料,生物活性材料,介入诊断和治疗材料,可降解和吸收生物材料,新型人造器官,人造血液等. 汽车材料 汽车用材在整个材料市场中所占的比例很小,但是属于技术要求高,技术含量高,附加值高的三高产品,代表了行业的最高水平. 汽车材料的需求呈现出以下特点:轻量化与环保是主要需求发展方向;各种材料在汽车上的套用比例正在发生变化,主要变化趋势是高强度钢和超高强度钢,铝合金,镁合金,塑胶和复合材料的用量将有较大的增长,汽车车身结构材料将趋向多材料设计方向.同时汽车材料的回收利用也受到更多的重视,电动汽车,代用燃料汽车专用材料以及汽车功能材料的开发和套用工作不断加强. 纳米材料与技术 纳米材料及技术将成为第5次推动社会经济各领域快速发展的主导技术,21世纪前20年将是纳米材料与技术发展的关键时期.纳电子代替微电子,纳加工代替微加工,纳米材料代替微米材料,纳米生物技术代替微米尺度的生物技术,这已是不以人的意志为转移的客观规律. 纳米材料与科技的研究开发大部分处于基础研究阶段,如纳米电子与器件,纳米生物等高风险领域,还没有形成大规模的产业.但纳米材料及技术在电子信息产业,生物医药产业,能源产业,环境保护等方面,对相关材料的制备和套用都将产生革命性的影响.. 超导材料与技术 超导材料与技术是21世纪具有战略意义的高新技术,广泛用于能源,医疗,交通,科学研究及国防军工等重大领域.超导材料的套用主要取决于材料本身性能及其制备技术的发展. 低温超导材料已经达到实用水平,高温超导材料产业化技术也取得重大突破,高温超导带材和移动通讯用高温超导滤波子系统将很快进商业化阶段。 稀土材料 稀土材料是利用稀土元素优异的磁,光,电等特性开发出的一系列不可取代的,性能优越的新材料.稀土材料被广泛套用于冶金机械,石油化工,轻工农业,电子信息,能源环保,国防军工等多个领域,是当今世界各国改造传统产业,发展高新技术和国防尖端技术不可缺少的战略物资 。 具体包括:稀土永磁材料（如磁性衬板）:其是发展最快的稀土材料,包括NdFeB,SmCo等,广泛套用于电机,电声,医疗设备,磁悬浮列车及军事工业等高技术领域;贮氢合金:主要用于动力电池和燃料电池;稀土发光材料:有新型高效节能环保光源用稀土发光材料,高清晰度,数位化彩色电视机和计算机显示器用稀土发光材料,和特种或极端条件下套用的稀土发光材料等;稀土催化材料:发展重点是替代贵金属,降低催化剂的成本,提高抗中毒性能和稳定性能;稀土在其他新材料中的套用:如精密陶瓷,光学玻璃,稀土刻蚀剂,稀土无机颜料等方面也正在以较高的速度增长,如稀土电子陶瓷,稀土无机颜料等. 新型钢铁材料 钢铁材料是重要的基础材料,广泛套用于能源开发,交通运输,石油化工,机械电力,轻工纺织,医疗卫生,建筑建材,家电通讯,国防建设以及高科技产业,并具有较强的竞争优势. 新型钢铁材料发展的重点是高性钢铁材料.其方向为高性能,长寿命,在质量上已向组织细化和精确控制,提高钢材洁净度和高均匀度方面发展. 新型有色金属合金材料 主要包括铝,镁,钛等轻金属合金以及粉末冶金材料,高纯金属材料等. 铝合金:包括各种新型高强高韧,高比强高比模,高强耐蚀可焊,耐热耐蚀铝合金材料,如Al-Li合金等;镁合金:包括镁合金和镁-基复合材料,超轻高塑性Mg-Li-X系合金等;钛合金材料:包括新型医用钛合金,高温钛合金,高强钛合金,低成本钛合金等;粉末冶金材料:产品主要包括铁基,铜基汽车零件,难熔金属,硬质合金等;高纯金属及材料:材料的纯度向着更纯化方向发展,其杂质含量达ppb级,产品的规格向着大型化方向发展. 新型建筑材料 新型建筑材料主要包括新型墙体材料,化学建材,新型保温隔热材料,建筑装饰装修材料等.国际上建材的趋势正向环保,节能,多功能化方向发展. 其中玻璃的发展趋势是向着功能型,实用型,装饰型,安全型和环保型五个方向发展,包括对玻璃原片进行表面改性或精加工处理,节能的低辐射(Low—E)和阳光控制低辐射(Sun-E)膜玻璃等;此外,还包括节能,环保的新型房建材料,以及满足工程特殊需要的特种系列水泥等. 新型化工材料 化工材料在国民经济中有着重要地位,在航空航天,机械,石油工业,农业,建筑业,汽车,家电,电子,生物医用行业等都起着重要的作用. 新型化工材料主要包括有机氟材料,有机矽材料,高性能纤维,纳米化工材料,无机功能材料等;纳米化工材料和特种化工涂料研究热点.精细化,专用化,功能化成了化工材料工业的重要发展趋势. 生态环境材料 生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的,一般认为生态环境材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的材料. 这类材料的特点是消耗的资源和能源少,对生态和环境污染小,再生利用率高,而且从材料制造,使用,废弃直到再生循环利用的整个寿命过程,都与生态环境相协调.主要包括:环境相容材料,如纯天然材料(木材,石材等),仿生物材料(人工骨,人工器脏等),绿色包装材料(绿色包装袋,包装容器),生态建材(无毒装饰材料等);环境降解材料(生物降解塑胶等);环境工程材料,如环境修复材料,环境净化材料(分子筛,离子筛材料),环境替代材料(无磷洗衣粉助剂)等. 生态环境材料研究热点和发展方向包括再生聚合物(塑胶)的设计,材料环境协调性评价的理论体系,降低材料环境负荷的新工艺,新技术和新方法等. 军工新材料 军工材料对国防科技,国防力量的强弱和国民经济的发展具有重要推动作用,是武器装备的物质基础和技术先导,是决定武器装备性能的重要因素,也是拓展武器装备新功能和降低武器装备全寿命费用,取得和保持武器装备竞争优势的原动力. 随着武器装备的迅速发展,起支撑作用的材料技术发展呈现出以下趋势:一是复合化:通过微观,介观和巨观层次的复合大幅度提高材料的综合性能;二是多功能化:通过材料成分,组织,结构的最佳化设计和精确控制,使单一材料具备多项功能,达到简化武器装备结构设计,实现小型化,高可靠的目的;三是高性能化:材料的综合性能不断最佳化,为提高武器装备的性能奠定物质基础;四是低成本化:低成本技术在材料领域是一项高科技含量的技术,对武器装 备的研制和生产具有越来越重要的作用. 发展规划 2012年10月18日 ，国务院发布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》
，指出力争到2020年新型材料产业成为国民经济的先导产业
。积极发展磁性材料
、超高分子量聚乙烯耐磨管道材料、新型合金材料等先进结构材料，以及相关配套产品的研究和生产。为促进新型高新材料的发展 ，前沿技术列入863主题计画
，战略性新兴产业列入863重大计画，重点产业列入支撑计画 。863计画获得的财政支持与重点产业等量 ，政策对于发展新型材料和传统产业转型升级同等重视
。

关于“新型有机主体红光发射材料的制备(关于新型有机主体红光发射材料的制备的简介)”这个话题的介绍
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