未来的智能材料
所谓智能材料，通常是指把高技术传感器、敏感元件与传统的结构材料、功能材料结合在一起，并赋予这种新材料崭新的性能，使无生命的材料似乎有了“感觉”和“知觉”。未来的世界必定是智能材料大展宏图的世界。飞机的诞生给人类带来了方便和乐趣，同时也偶尔给人带来惊人的空难。几十吨、几百吨的庞然大物在空中高速飞来飞去，如果制造飞机所用材料稍微出现细小的裂纹等缺陷；那么，在高速飞行的受力情况下，或在高空遇寒流、大风等情况下，往往会发生机翼或机体断裂，造成机毁人亡的悲惨事故。如果飞机在飞行过程中，不管在什么地方刚一出现毛病或一发生裂痕就能自动“打上绷带”进行自我抢救，那该有多好啊！
最近，科学家们正在研究各种新材料和新方法，使飞机上的关键结构部件具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”。科学家提出的方法之一是在高性能复合材料中嵌入细小的光纤，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，这些光纤就会像“神经”那样感受到机翼和机体各处的受力情况，并随时把情况向“大脑”——计算机汇报。一旦某一处的受力情况发生异常，如出现细小的裂纹等，“大脑”——计算机就会发出警报，通知驾驶员注意飞机某处可能出现某种故障。“大脑”还会同时指令缺陷周围的粘结材料释放出来，及时将飞机加固。这就是航空智能材料的一种。如果真的实现了这种情况，飞机驾驶员和乘客在乘坐飞机时将会感到何等的安全啊！科学家和工程师们还正在考虑利用类似的智能材料，给火箭、卫星及桥梁的局部自行加固的问题。
意大利的工程技术专家目前正在研制有“感觉”功能的“智能皮肤”。这是为未来机器人设计的模拟人体皮肤的人造皮肤。这种人造皮肤由内外两层组成，不仅具有弹性，而且厚度也和真正的皮肤差不多。为了使人造皮肤能“感觉”外界的刺激细节，工程技术人员在人造内外皮之间夹了一层和水混合在一起的导电胶状体，电流在胶状体内的流动可由电极测量得知。当外层皮肤受到压力时，胶状体就变形，内、外层的电压就会发生变化。电压变化的信号传到机器人的电脑，机器人同时就知道皮肤的某处受到了压力，而做出相应的反应。在两层皮肤之间还安装了若干微型压电陶瓷传感器，受到压力时就会产生电压，压力越大产生的电压就越大。这种微型压电陶瓷传感器十分灵敏，对纸张上凸出的小斑点都能感觉到。不久的将来，用智能材料和电脑组装的外观像真人一样的机器人必将出现。到那时，机器人与真人可是真假难辨了。但是，不要担心，机器人是人造的，人们将会操纵机器人为人类服务。未来材料必将对人类的衣、食、住、行、工作和生活产生巨大的影响。
硅藻土
硅藻土为古硅藻的化石，组成主要为SiO2、粒度为微米级、呈枝叶状、且有孔、比表面大，具有干凝胶性，实质上是纳米干凝SiO2粉体。我国硅藻土分布广、储量大，目前主要用于制造保温砖，过滤啤酒的助滤剂，以及用于铺路等，优点并未充分发挥。
从溶胶——凝胶途径制造无机玻璃是近年国内外研究得较多的新工艺，用此法可以在玻璃的熔化、析晶、分相的温度以下制得均匀到原子尺寸玻璃。但由于所用原料较贵，制作工序繁复、不易控制，虽已研究二三十年，发表了不少论文，至今还难于在生产广泛应用。
用硅藻土米要原料制造无机非金属材料有可能解决这方面的问题。目前市场上销售的保温材料“微孔硅酸钙就是先用硅藻土及CaO分别制成泥浆料，后加在一起，混匀、酸性SiO2与碱性Ca（OH）2反应生成不溶的CaSiO3，后经成型，100℃左右水热处理而成的。利用职权了硅藻土的纳米SiO2干凝胶粉体性，是本市一科研单位的发明专利。但这种材料还有强度不够高的不足。这是因为水热处理还不能使制品完全转化成CaSiO3。
我们在用硅藻土为主要原料制作无机非金属材料方面作过10多年的研究，制得了10多种性能各异、具有不同使用价值的材料，所采取的温变比水热处理高，但比使用一般原料的要低，时间也较短。实验证明此法有优势。制品性能稳定，有推广生产，使用价值。现简介如下：一、用硅藻土为主要原料经水热处理制造微孔玻璃微孔玻璃在生物、化工、医药工业中可用作载体、分离材料。我们用硅藻土为主要原料引进SiO2及少量Al2O3，并往其中添加其他一些原料配Na2O-CaO-Al2O3-SiO2玻璃或CaO-Al2O3-B2O3-SiO2料，先作水热处理，后用其熔制玻璃。熔制温度比用通常原料要低、溶制时间也较短。将制得的玻璃按常法作分相热处理及酸浸析出理即可得到孔径几十、几百、仟埃乃至微米级的微孔玻璃。孔径大小、孔隙率由原始玻璃组成及分相热处理条件来调节。此项研究已申请到专利，并已推广生产。
二、用硅藻土为主要原料制造无机分离膜
膜分离技术近年发展很快，在化工、医药、环保等领域已得到广泛的应用。它有分离效率高、能耗低等优点。膜分离技术的关键是膜材料。有机膜材料成本低，便于大量生产，是目前主要使用的膜材料。但有机膜材料有不耐温、强度不高的不足，限制了它的使用范围。无机膜材料可弥补有机膜的不足，是目前国内外膜研究的重点对向。但由于原料成本高，工艺繁复，至今还难于大量生产，广泛应用。
我们用硅藻土为主要原料制造，先很方便地制得粒度小于1微米的粉料，后往其中添加成孔剂，经成型后烧结，排除成孔剂后即得。孔径大小由粉料粒度大小控制，孔隙率内引入的成孔剂的量控制。用此法可很方便地制得孔径小于1微米的无机膜材料，其中包括耐高温，热震性能好的无机膜材料，有广泛的使用价值，其中包括饮用水的除细菌处理等。
三、用硅藻土为主要原料制造孔径百微米的多孔材料用硅藻土为主要原料引进SiO2及少量Al2O3，另加一些氧化物，氢氧化物配制原料，先作水热处理，后往其中添加粒度为百微米级的成孔剂，经混匀，成型，烧结，排除成孔剂后即可制得孔径百微米级的多孔材料。孔径由成孔剂的粒度大小控制，孔隙率由引入的成孔剂的量控制。这种材料可用于固定微生物作活水的分解处理用，也可用于贮存、分配液体，作气体过滤介质以及催化剂载体用。
四、用硅藻土为主要原料制造中空玻璃珠
用硅藻土为主要原料引进SiO2及少量Al2O3，往其中添加某些氧化物，氢气化物及起泡剂配制玻璃料，先将粉料作水热处理及预烧，后将其加工成百微米粒度的粉料，然后在火焰中喷烧，即可制得中空玻璃珠。
这种材料可用作塑料填料，有提高塑料强度，减轻重量而又不燃的作用，也可用作生物工程中细胞培养的微载体。
五、具有光电氧化，还原作用涂TiO2的微孔玻璃及中空玻璃珠的制造根据现代固体电子理论，物质只要具有几十埃大小的有序结构就有块状固体材料一样的能带结构，用能量大于半导体禁带宽度的光辐照这种材料就可以产生电子同空穴，能对与其接触的物质起氧化，还原作用。
我们用硅藻土为主要原料制得的微孔玻璃及比重小于1的中空玻璃珠作表面涂TiO2膜处理，制得了涂TiO2的微孔玻璃及中空玻璃珠，用策孔玻璃及中空玻璃珠作有增大活性表面及浮于水面，容易感光的作用。经试验，有光氧化，还原作用。
我们还用往TiO2中掺杂的办法扩大对阳光的作用范围。
六、用硅藻土为主要原料制造泡沫玻璃
泡沫玻璃是一种优良的隔热，吸声材料，它与其他隔热，吸声材料比有导热系数低，性能稳定，不燃，不吸水，抗腐蚀，使用温度范围宽，机械强度高等优良，是相当理想的隔热，吸声材料。
现泡沫玻璃多用废玻璃为原料制造，也有用珍珠岩，黑曜岩等天然材料为原料制造的。但用这些材料制造在原料加工方面需较多工序，不一定便宜。
我们用硅藻土为主要原料引进SiO2及少量Al2O3，另添加一些碱金属，碱土金属氧化物或氢氧化物，以及起泡剂，先作水热处理，后细磨，入模，焙烧，脱模，退火等工序也可方便地制得。
七、用硅藻土为主要原料制造硅有机化合物
用硅藻土加K2O及某些有机化合物为原料，利用硅藻土的酸性干凝胶纳米粉体性，可在150℃处理制得硅有机化合物。这种材料导电，防火，可用作涂料等用。
除此之外，我们还用硅藻土为主要原料制得金星玻璃。无硼无碱玻璃，茶色玻璃，瓶灌玻璃等，不一一介绍。
有机激光光盘记录材料
20世纪70年代，由于激光的发明，开始了高密度光学数据存储的研究和开发工作，激光电视录像盘和激光声频唱片逐渐商品化。由于光盘兼有缩微胶片和磁盘的优点，为大量资料的保存和使用开辟了新途径。
光盘存储技术是信息领域的重大科学技术前沿课题和新兴的高技术产业，它是实现优质视听娱乐产品、多媒体软件、大容量数据库和无纸办公室的关键技术。光盘存储能提供高存储密度和大容量的记录功能，记录密度比磁盘记录密度要高数十倍至数百倍。又因为光盘是采用非接触式读写信息的，不会使盘面被磨损或划伤，读写信息是在光盘内的记录介质上进行的，光点直径约1μm，因此，灰尘或伤痕对信息影响很小。光盘可长期保存信息，存储寿命达10年以上，而磁盘的信息保存一般为2～3年。
光盘按其功能可以分为三种：只读式，一次写入式和可擦式重复写入式。目前使用有机记录介质具有选择范围大、成本低、毒性小等优点，灵敏度和记录密度都达到无机材料的水平。
光盘存储的光源是激光器，由于气体激光器（如氩离子激光器、氦氖激光器等）体积大、重量大、需高压电源，因此价格昂贵，而半导体激光器具有体积小、重量轻、光路短、功耗小、工作电压低、价格低廉、寿命长等优点，采用半导体激光器作为光源能使光学存储技术得到广泛应用。目前使用较多的是Ga-As半导体二极管，激光波长为780nm，在选择有机染料时应考虑染料的最大吸收波长应与之相匹配。
目前，国外CD-R光盘记录所用的染料主要是菁染料和酞菁，酞菁染料光测寿命在10年以上。与无机材料相比，有机染料用于CD-R光盘的主要优点是：①对半导体激光光源敏感；②成本低；③毒性小等。当然，对CD-R光盘，无论是记录染料，还是光盘制备技术都处于进一步发展完善之中。
CD-R有机染料具有以下特征和性能：
①染料制成的膜能强烈吸收激光光源，有高的记录灵敏度；②染料成膜后膜的反射率高，要求在20％以上；③热传导率要低，记录时形成比较陡的凹坑；④能制成均匀的薄膜，制膜的方法有两种，一种是真空渡膜法，要求染料在高温下升华而不分解，另一种是旋涂法，将染料溶解在溶剂中，然后旋涂在光盘基片上，待溶剂挥发后成膜，因而要求染料在溶剂中的溶解度大，尤其是醇溶性好；⑤对热、光、湿度的稳定性好，保存稳定性好；⑥毒性低。
适合于CD-R光盘的有机染料有多甲川菁、酞菁、萘醌类等。
有机CD-R染料种类
（1）多甲川菁
菁染料作为光盘染料有以下特点：
①易溶于有机溶剂，可采用简单而便宜的旋涂法制作记录介质层；②摩尔消光系数高，一般ε为105L·mol-1以上，写入时可以用较小的能量，形成较陡的凹坑；③读取时，膜的反射率高（30%以上），可得到比较高的信噪比；④由于光照产生的单线态氧能使染料分解，因此耐光性较差。
菁染料在基片上形成膜后，吸收光谱曲线会发生变化，一般半峰宽度加大，最大吸收波长向长波长方向移动，用于光盘的菁染料大多是含吲哚环的碳菁。为提高对热和光的稳定性，在环上引入卤素或共轭链上引入桥环，能使染料结构更稳定。
另外，还有含苯并噻唑或喹啉的三碳菁。含吲哚环的染料有较好的溶解度、反射率、灵敏度和保存性。为了进一步提高多甲川菁的耐光、耐热性能，可以采用添加单线态氧猝灭剂的方法，这些单线态氧猝灭剂是过渡金属络合物和铵盐。
（2）酞菁
以酞菁作为光盘记录介质的研究工作仅次于多甲菁，并已实用化。酞菁具有以下特点：①摩尔消光系数大；②耐光及耐热稳定性好；③具有升华特性，能采用真空沉积法制膜；④一般酞菁类吸收波长略低于半导体二极管激光波长。
研究较多的酞菁结构如下：
酞菁与不同金属配位时，其最大吸收波长有很大差异。酞菁还可以通过热或有机溶剂处理，改变晶型，使最大吸收波长向长波移动，如Hg、Pc、Ti、ClPc用溶剂蒸汽处理，向长波移动100nm，达到半导体激光波长的要求。
萘酞菁由于用萘环取代苯环，增大共轭系统，引起了红移。芳香环上引入取代基，如烷基，烷氧基，可以提高其溶解度。引入氟使最大吸收向长波移动，苯环上引入氟的铜酞菁最大吸收波长为821nm。
（3）萘醌、蒽醌
这类染料难溶于有机溶剂中，应采用真空沉积法制成记录膜。由萘醌制成的膜与多甲川菁相比，反射率和写入灵敏度稍低，而化学稳定性和保存性均好。下列萘醌容易成膜，并具有较高的记录灵敏度，对高温、高湿具有好的稳定性。蒽醌染料也有较好的性能。
（4）方酸类及薁环类染料
在甲川链上引入方酸环后，提高了耐光及耐热性能，但溶解度有所下降。含方酸环的吡喃染料在氯仿中具有766和851nm两个吸收峰，含薁环的对称五甲川染料最大吸收波长为860nm（在CH3CN中测定）。
21世纪高效节能材料
膜分离是指以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压差、浓度差、电位差等）时，原料侧组分可选择透过膜，从而达到分离提纯的过程。膜分离过程作为一种新型的分离方法，与传统的分离过程如精馏、萃取、重结晶、吸附等相比，具有能耗低、单级分离效率高、设备简单、无污染等优点，因此，自五十年代以来，膜分离技术已迅速发展成为新的单元操作，其应用也从早期的脱盐发展到化工、食品、医药、生物、电子等工业，并将对21世纪的工业技术改造产生深远的影响。