贵金属材料微结构与物理、化学性质的基础理论与应用研究

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1、贵金属材料微结构与物理、化学贵金属材料微结构与物理、化学 性质的基础理论与应用研究性质的基础理论与应用研究一、贵金属元素一、贵金属元素金、银、铂族金属金、银、铂族金属AuAu 金金AgAg 银银RhRh 铑铑PdPd 钯钯RuRu 钌钌IrIr 铱铱OsOs 锇锇PtPt 铂铂按原子结构填充按原子结构填充RuRu、RhRh、PdPd、AgAg4d4d贵金属贵金属OsOs、IrIr、PtPt、AuAu5d5d贵金属贵金属贵金属有很强的原子键，使它们具有很大的原子间力贵金属有很强的原子键，使它们具有很大的原子间力 和最大的堆积密度（配位数为和最大的堆积密度（配位数为1212），由此决定了贵），由此

2、决定了贵 金属具有特殊的物理、化学和力学性质，是国民经济金属具有特殊的物理、化学和力学性质，是国民经济 重要行业、部门在较长时期内无可替代的关键材料，重要行业、部门在较长时期内无可替代的关键材料， 对保障国家安全十分重要。对保障国家安全十分重要。二、贵金属资源二、贵金属资源地壳中铂族金属原生资源很少，全世界的工业储量为地壳中铂族金属原生资源很少，全世界的工业储量为 3.673.67万吨，远景储量万吨，远景储量6.66.6万吨。储量分布很不均匀，南非占万吨。储量分布很不均匀，南非占 89%89%、俄罗斯占、俄罗斯占9%9%、美国和加拿大约、美国和加拿大约2%2%。中国铂族金属矿产资源十分贫乏，尚

3、未发现单独的大型中国铂族金属矿产资源十分贫乏，尚未发现单独的大型 铂族金属矿藏，铂族金属矿藏，2020世纪五十年代才找到伴生铂族金属矿藏资世纪五十年代才找到伴生铂族金属矿藏资 源，源，2020世纪七十年代发现云南金宝山低品位铂钯矿。目前探世纪七十年代发现云南金宝山低品位铂钯矿。目前探 明的远景储量不到明的远景储量不到350350吨，仅占世界铂族金属工业总储量的吨，仅占世界铂族金属工业总储量的 0.77%0.77%，远景储量的，远景储量的0.44%0.44%。资源的高效利用与二次资源资源的高效利用与二次资源 的再生十分重要！的再生十分重要！三、贵金属材料三、贵金属材料纯金属和高纯金属纯金属和高纯

4、金属电位计绕组材料电位计绕组材料高温材料高温材料电刷材料电刷材料电接点材料电接点材料测温材料测温材料电阻应变材料电阻应变材料弹性材料弹性材料磁性材料磁性材料钎料钎料/ /浆料浆料化合物材料化合物材料催化与净化材料催化与净化材料敏感材料敏感材料生物医学材料生物医学材料材料类别材料类别络合物络合物/ /化合物化合物金属金属/ /合金合金复合材料复合材料液态液态/ /浆料浆料粉末粉末块体材料块体材料丝、箔、带、管、粒等加工材料丝、箔、带、管、粒等加工材料薄膜材料薄膜材料产品形式产品形式四、贵金属材料的工程应用与重大需求四、贵金属材料的工程应用与重大需求1. 1. 航天工程航天工程火箭发动机耐热涂层火

5、箭发动机耐热涂层地球同步轨道卫星推进系统燃烧室材料地球同步轨道卫星推进系统燃烧室材料火箭点火引爆合金火箭点火引爆合金火箭方向、姿态控制的仪表材料火箭方向、姿态控制的仪表材料( (如陀螺仪如陀螺仪 的导电游丝的导电游丝) )、精确测温材料，应变材料、精确测温材料，应变材料 空间飞行器防辐射涂层空间飞行器防辐射涂层空间飞行器电气接点材料空间飞行器电气接点材料 、电子器件钎料、电子器件钎料性能要求高、稳定性能要求高、稳定 可靠、防空间辐射可靠、防空间辐射 等等侦察卫星天线材料侦察卫星天线材料发动机测温材料发动机测温材料2. 2. 航空工程航空工程航空发动机耐高温材料：航空发动机耐高温材料：铂族铂族

6、金属为基的难熔金属间化合物金属为基的难熔金属间化合物 或以这些金属间化合物为弥散或以这些金属间化合物为弥散 相的铂族金属超合金相的铂族金属超合金 航空发动机点火接点材料航空发动机点火接点材料 飞机方向、姿态控制的仪表材料飞机方向、姿态控制的仪表材料( (如陀螺仪如陀螺仪 的导电游丝的导电游丝) )、精确测温材料，应变材料、精确测温材料，应变材料 性能要求高、稳定性能要求高、稳定 可靠、长寿命等可靠、长寿命等3. 3. 环境工程环境工程贵金属因其具有特殊的物理化学特性和显著的催贵金属因其具有特殊的物理化学特性和显著的催 化活性，是众多领域中不可替代的环境功能材料化活性，是众多领域中不可替代的环境

7、功能材料 。贵金属环境功能材料主要包括环境治理材料、。贵金属环境功能材料主要包括环境治理材料、 环境污染监测材料及环境友好材料等。环境污染监测材料及环境友好材料等。汽车尾气净化汽车尾气净化 水净化水净化 有害气有害气/ /液体敏感材料液体敏感材料 高效率、低成本、高效率、低成本、 长寿命、敏感性高长寿命、敏感性高4. 4. 国防工程国防工程武器装备火控系统用钎料武器装备火控系统用钎料 目标跟踪系统用封装材料目标跟踪系统用封装材料 微光夜视微光夜视/ /红外系统用钎料红外系统用钎料 武器装备用滑动电刷材料武器装备用滑动电刷材料 性能要求高、稳定可靠、长性能要求高、稳定可靠、长 寿命、保障武器装备

8、精度等寿命、保障武器装备精度等5. 5. 化学与能源工程化学与能源工程化工催化材料：均相化工催化材料：均相/ /异相催化剂异相催化剂质子交换膜燃料电池催化电极材料质子交换膜燃料电池催化电极材料储氢材料储氢材料 太阳能电池浆料太阳能电池浆料 贵金属光、电、热转换及敏感材料贵金属光、电、热转换及敏感材料高效率、低成本、可再高效率、低成本、可再 生生贵金属除具有优良的物理化学性能外，还具有催化功贵金属除具有优良的物理化学性能外，还具有催化功 能，特别是铂族金属，它在所有元素中具有最强的催能，特别是铂族金属，它在所有元素中具有最强的催 化功能，不仅催化活性高，而且具有特殊的选择性，化功能，不仅催化活性

9、高，而且具有特殊的选择性， 有多种多样的催化作用，在石化工业中被广泛地用于有多种多样的催化作用，在石化工业中被广泛地用于 制造催化剂。制造催化剂。6. 6. 信息工程信息工程贵金属具有良好的化学稳定性，高电导率和热导率，贵金属具有良好的化学稳定性，高电导率和热导率， 特有的电学、磁学、光学等性能，广泛用于微电子技特有的电学、磁学、光学等性能，广泛用于微电子技 术，如半导体器件的欧姆接触、线路、键合、密封等术，如半导体器件的欧姆接触、线路、键合、密封等 ，成为提高半导体器件性能必不可少的金属。随着微，成为提高半导体器件性能必不可少的金属。随着微 电子材料向多功能化、复合化、低维化和智能化方向电子

10、材料向多功能化、复合化、低维化和智能化方向 发展，贵金属材料也面临挑战，得到迅速发展。发展，贵金属材料也面临挑战，得到迅速发展。欧姆接触用贵金属材料欧姆接触用贵金属材料半导体集成电路半导体集成电路(ICs)(ICs)用线路和电极材料用线路和电极材料铂族金属硅化物及金属化系统铂族金属硅化物及金属化系统键合金丝键合金丝含贵金属的化合物半导体含贵金属的化合物半导体液体金属离子源液体金属离子源(LMIS)(LMIS)用铂族合金用铂族合金贵金属钎料、薄膜、靶材材料贵金属钎料、薄膜、靶材材料7. 7. 生命科学生命科学医用电子器件电极材料（体内植入、体外用医用电子器件电极材料（体内植入、体外用 ） 同位素

11、辐射源封装材料同位素辐射源封装材料 外科种植材料外科种植材料 抗菌和杀菌材料抗菌和杀菌材料 生物传感器材料生物传感器材料 贵金属同位素、化合物可用于肝、肺、肾贵金属同位素、化合物可用于肝、肺、肾、乳腺、脑等疾病及肿瘤的诊断治疗、乳腺、脑等疾病及肿瘤的诊断治疗贵金属抗癌药物（顺铂、碳铂等贵金属抗癌药物（顺铂、碳铂等 ） 高效、低毒、长作用高效、低毒、长作用五、贵金属材料基础理论研究的重大需求五、贵金属材料基础理论研究的重大需求贵金属材料的微结构是指组成材料的电子结构和原子排列方式，它决定贵金属材料的微结构是指组成材料的电子结构和原子排列方式，它决定了材料性质与使用性能，但有关微结构的基础研究仍然

12、停留在微米、亚了材料性质与使用性能，但有关微结构的基础研究仍然停留在微米、亚微米尺度，研究内容仍然有待于进一步系统化。由此对下列贵金属材料微米尺度，研究内容仍然有待于进一步系统化。由此对下列贵金属材料的研究的研究产生不利影响：产生不利影响：微结构的形成机制及其对应的热力学、动力学关系研究；微结构的形成机制及其对应的热力学、动力学关系研究；微结构的物理、化学性质及其对贵金属材料性能的影响研究；微结构的物理、化学性质及其对贵金属材料性能的影响研究；贵金属材料设计的基础热力学数据、多元合金相图研究；贵金属材料设计的基础热力学数据、多元合金相图研究；贵金属材料的制备加工新技术的发展研究等。贵金属材料的

13、制备加工新技术的发展研究等。贵金属微结构贵金属微结构与物理、化学性质与物理、化学性质决定了贵金属材料决定了贵金属材料 的热力学性质、可以的热力学性质、可以 构建多元相图构建多元相图在电子结构层次上在电子结构层次上 确定了贵金属材料确定了贵金属材料 合金化机制合金化机制在电子结构层次上在电子结构层次上 确定了贵金属材料确定了贵金属材料 化学及催化性质化学及催化性质在原子排列层次上在原子排列层次上 决定了贵金属材料决定了贵金属材料 高温相稳定性高温相稳定性目前只停留在相结构层次上，难目前只停留在相结构层次上，难 于解决超微合金化的机制，缺乏于解决超微合金化的机制，缺乏 贵金属超微合金化基础理论支撑

14、贵金属超微合金化基础理论支撑热力学参数测试十分困难，缺乏热力学参数测试十分困难，缺乏 三元贵金属合金相图，严重影响三元贵金属合金相图，严重影响 贵金属材料设计贵金属材料设计对电子结构层次的化学及对电子结构层次的化学及 催化性质的研究极少，影催化性质的研究极少，影 响高效催化剂、敏感材料响高效催化剂、敏感材料 的开发的开发目前停留在实验分析的基础上，而对目前停留在实验分析的基础上，而对 于新的贵金属高温材料开发仍然缺乏于新的贵金属高温材料开发仍然缺乏 有效的理论支撑，严重影响贵金属高有效的理论支撑，严重影响贵金属高 温材料的开发与应用。温材料的开发与应用。立项的必要性！立项的必要性！贵金属复合材

15、料的发展与复合材料基础理论的发展密切相关，尤其是功贵金属复合材料的发展与复合材料基础理论的发展密切相关，尤其是功能性金属基复合材料的基础理论研究较为薄弱，能性金属基复合材料的基础理论研究较为薄弱， 包括基体与第二相的功包括基体与第二相的功能联系、功能性界面的作用等，必须引起材料科学家的高度重视！能联系、功能性界面的作用等，必须引起材料科学家的高度重视！贵金属的材料加工特性需要材料加工理论的支撑贵金属的材料加工特性需要材料加工理论的支撑 ，贵金属包含了塑性极，贵金属包含了塑性极佳的元素，同时也有脆性很大的元素，而贵金属材料往往以加工材料的佳的元素，同时也有脆性很大的元素，而贵金属材料往往以加工材

16、料的形式出现。这些独特的性质使贵金属合金、化合物、复合材料的成型加形式出现。这些独特的性质使贵金属合金、化合物、复合材料的成型加工面临着传统金属材料加工理论无法解决的理论问题，非常需要在科学工面临着传统金属材料加工理论无法解决的理论问题，非常需要在科学原理层面的突破！原理层面的突破！贵金属合金的重要作用需要发展新的理论依据，特别需要注意单质元素贵金属合金的重要作用需要发展新的理论依据，特别需要注意单质元素特性与合金相、中间相、化合物的相互关系，贵金属合金相的形成机制特性与合金相、中间相、化合物的相互关系，贵金属合金相的形成机制与合金独特的物理、化学性能在不同结构层次（纳米、微米）的对应关与合金独特的物理、化学性能在不同结构层次（纳米、微米）的对应关系！系！六、贵金属材料中急需解决的关键科学问题六、贵金属材料中急需解决的关键科学问题微结构的形成机制及其对应的热力学、动力学关系微结构的形成机制及其对应的热力学、动力学关系微结构的物理、化学性质及其对贵金属材料性能的影响微结构的物理、化