换能材料。它可以把一种形式的能量转换为另一种形式的能量，包括光电转换、热电转换和压电材料三种。光电转换材料可以把光能转换为电能。太阳能的光电转换材料很多，非晶硅材料较著名。据有关资料，国外的一些装置不聚焦时的直接光电转换率已达到23％，接近24％的最高理论值；热电材料可使热能和电能相互转换。在两种金属构成的闭合回路中，若两个接头处的温度不同，就会在回路中形成电动势而产生电流，人们据此制成“温差热电耦”，用于温差发电和温度测量。
贮能材料。是能够贮存能量或能够贮存能源物质的材料，如贮氢材料等。氢气的热值为汽油的24倍，且储量丰富、无污染。人们发现，氢气与某些金属化合会生成金属氢化物，当对金属氢化物加热时又释放氢。由此研制出“吸氢合金”，以这种形式贮存氢气。目前，已有钛—铁合金、锰—镍合金、铬—锰合金、镧—镍—铝合金等吸氢合金问世。另外，贮氢合金的氢发动机正在研制中，以氢为燃料的汽车也已诞生。
输能材料。当前，人们重点研究开发的是超导材料。1911年，荷兰科学家首先发现，用液态氮冷却水银，当温度降至4K左右时，水银电阻完全消失。这种电阻为零的现象称作超导现象，具有超导性质的材料叫超导体。在1986年以前，人们所研究的超导材料都是低温超导材料；1986年1月，瑞士苏黎世IBM研究实验室的科学家使用钡—镧—铜氧化物获得了－243℃的超导转变温度，由此揭开了世界性的高温超导研究热潮。自1987年至今，美、中、日三国都发现了100K的超导材料；1990年中国又用掺锑钵系材料取得132K的超导临界温度。2001年科学家在实现室温零电阻电流的征途上又迈进一步。日本科学家发现二硼化镁，在－234℃成为超导材料，超过了此前金属化合物创下的超导温度。二硼化镁的优点是成本低廉，加工容易。目前，全世界已发现近30种金属、1 000多种合金和化学物质具有超导性。
超导体具有广泛的应用领域。用于输电，可减少电能损失10％以上，电费开支可节省15％以上；用于受控热核聚变反应装置，热核聚变反应过程中温度高达1亿多摄氏度。目前，尚无约束这种反应过程的任何装置，将来可用超导体产生的超强磁场来控制这种反应过程。用于制造超导磁悬浮列车，它在运行中不与钢轨接触，时速可达500千米；若制成超导电动汽车取代燃油汽车，每年全世界可节省燃油10亿吨以上，并可减少噪声和环境污染；制超导电子计算机，既可大大提高计算机的运算速度，又能减少计算机体积；用超导通信，传递速度可达1亿次／秒，比光纤通信快100倍。
什么是智能材料
智能材料是指能随着环境、时间的变化改变其性能或形状的一些新型功能材料。20世纪90年代初，科学家们将高技术传感器与传统结构材料、功能材料结合在一起，赋予材料以自动报警、自动修复等崭新性能，从而将智能材料的研究与开发推进到了一个新阶段。
形状记忆合金，是一种能“记住”自己原来形状的特殊金属材料。外力使它变形后，一经加热又能恢复原形。可用以制作人造卫星和宇宙飞船的自动张开的天线、航空用的记忆铆钉、航天器的管接头、机器人的手指以及人工心脏等。最早在高科技领域大显身手、闻名遐迩的智能材料是记忆合金。有位外国科学家在一次学术报告会上，向听众作了一场精彩的表演。他拿出一根笔直的金属线，卷曲起来。然后用打火机灼烧，突然，卷曲的金属丝恢复了笔直的形状。科学家把这种性质叫做“形状记忆效应”。具有形状记忆智能的合金在人类登月史上曾帮了大忙。宇宙飞船登上月球时，要通过天线将月球信息源源不断地发送回地球。如何将庞大的天线带上月球呢?科学家将形状记忆合金天线焊接成半球形，然后压成一团。宇宙飞船便轻易地将这团天线带上月球。到达月球后，当天线被晒热，立即展开恢复原状，担负起输送信息的重任。
感温磁钢，是一种磁性随温度变化的磁性材料。在室温条件下，它具有磁性；当温度升至某一界限，其内部分子发生剧烈骚动而失去磁性。感温磁钢的这种性质可用于“热自动控制”。
被动式和主动式智能材料。在日常社会生活中，时常发生飞机失事、桥梁断裂等灾难性事故。科学家们正试图在桥梁、机翼等关键部位装上“神经系统”和“大脑”，使之及时感知即将出现的故障并发出警报或自动修复。在研制机翼时，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤，光纤能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力。在极端严重的情况下光纤会断裂，中断光传输，发出即将出现事故的警告。所以这种材料又叫“预警材料”。只能发现问题而不能自动解决问题的材料还算不上高级智能材料，美国一位建筑学家正在研制一种能自行愈合的混凝土，将装有“裂纹修补剂”的空心纤维预先埋入混凝土中，当混凝土开裂时空心纤维也会裂开，并释放出黏结修补剂将裂纹黏合在一起。防止混凝土断裂，这叫被动式智能材料；美国的一些桥梁专家正在研制另一种主动式智能材料，当桥的某些局部出现问题时，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。随着计算机技术的发展，这一技术已没有不可克服的困难，智能材料将真诚地为人类服务。
实现高度信息化所需元器件的基础是什么
21世纪是信息时代，信息材料是实现高度信息化所需元器件的基础。科学实验表明，信息材料涉及信息的探测、传输、存储、显示、运算和处理等方方面面。下面介绍几种信息材料。
光学纤维。光纤通信的出现是信息传输的一场革命。光纤通信一个最为突出的特点就是信息容量大。例如一根直径13毫米粗包含有144条光纤的电缆，可以通过48 000多路电话，比同轴电缆的容量大几千倍。此外，光纤通信还有质量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强等许多优点。目前大西洋、太平洋海底均已实现了光纤通信。中国的光纤通信事业也正在迅猛发展。低损耗的光学纤维是光纤通信的关键材料，当代的光纤多以石英玻璃为基础，由于熔融石英玻璃的红外透过极限约为2微米，为了进一步降低损耗，新一代的光纤改为以氟化物玻璃为基础，它有可能实现低损耗，从而实现长距离的信号传输而不需要中间放大。
敏感材料。敏感材料是材料中的“千里眼”与“顺风耳”，它们对光、电、热、声、磁等信号的变化反应很灵敏，是用来制造电子计算机和自动控制装置不可缺少的敏感元件。敏感元件材料有陶瓷材料和半导体材料以及高分子材料。目前，敏感材料正朝着高灵敏度和多功能化的方向发展。这就要求相应地采用新型的信息材料。例如多孔陶瓷材料，它既可以用做气敏元件，又可作为湿敏元件。
光电信息处理材料。新型的电子计算机的运算速度越来越快，关键是采用了半导体元器件的集成电路。对电子信息的处理和运算的基本元件为晶体管。集成电路的主要材料是单晶硅。单晶硅和化合物半导体如砷化镓等材料则多用于某些高频和高速电子器件上。这几类材料都是半导体材料，所以可以认为，半导体材料仍是主要的电子信息材料。计算机朝着高速和智能化方向发展，光学信息处理和运算具有高速处理和运算信号的能力，因而发展出了光电信息处理材料。目前应用的非线性光学材料主要有两类：无机非线性光学材料和非线性半导体材料。
存储材料。1898年丹麦波尔逊发明的磁性录音机，开创了磁记录信息存储材料的先河。由于这种材料价格较便宜，使用寿命较长，所以直到今天，它仍然占据着磁记录材料的主要市场。新的磁记录材料正朝着两个方向发展：一是提高记录密度，就是在单元位面积上记录更多的信息；二是提高信噪比，既使信号具有一定程度，同时又使所引入的噪声尽可能地低。经过几十年的发展，磁记录材料已经发展到连续薄膜磁记录材料，这大大提高了存储量。
20世纪80年代初出现的数字化光盘存储技术开辟了光存储发展的新道路。光盘存储是通过调制激光束以光点的形式把信息编码记录在光学圆盘镀膜介质中。由于光盘读写时与记录介质无接触，因此它的噪声远比磁盘低得多，使用寿命也要长，可保存10年以上。它具有保真度高，既可录放又可擦写等优点。近年来，科学界一致认为今后的15年是光盘和磁盘兼容的时期。目前，人们利用光存储材料存储量大的特点，将成千上万本书的内容存在光盘里，实现像提公文包那样提起一个大型图书馆所存图书的美好愿望。
综上所述，信息材料正从电子信息材料、微电子信息材料向光电子信息材料发展。电子信息材料已形成产业，新发展的光电子材料，正在逐渐走出实验室日趋成熟并形成产业，而信息材料中用于显示信息的液晶材料和半导体发光材料尤为重要。
为何说医用功能材料为人类带来了福音
功能材料，就是在电、光、热、磁、催化、分离、生物和医学等方面具有特殊功能的材料。而医用功能材料主要就是用于制造人体器官的材料，故又有生物医用材料之称。医用功能材料的品种繁多，它既有各种合成高分子材料，又有多种金属及精密陶瓷等。
医用功能材料的选择有着十分苛刻的要求。首先，它必须对人体各组织无害，即这些材料植入人体后，不会引起周围细胞组织的感染、发炎和病变等。其次，它不会在接触血液时形成血栓。要解决这些问题，研究的重点就在于改善医用功能材料的表面结构。例如选用合成高分子材料来制造人造脏器时，科学家们以共聚的方法把两种以上的合成高分子结合在一起，使材料分子中的亲水基因和疏水基因稀稀落落地分布于各处，呈微观非均匀结构状态，这样就能大大提高它的抗血栓性能。另外，人体内原有的肝素和尿激酶等物质，能阻止血栓的形成，或者能分解已形成的血栓。因此，如果在人造脏器表面大量附着这种称为肝素的物质，就能很好地预防表面血栓的形成；同样，如使尿激酶附着在人造脏器表面，那么即使在人造脏器的周围已存在血栓，由于尿激酶的分解作用，也会使之迅速消失。
1981年，美国得克萨斯州心脏研究所的外科医生从一位濒于死亡的心脏病患者体内，取出了几乎已停止跳动的心脏，然后，把一颗人造心脏植入其体内。患者利用这颗人造心脏度过了55小时，直到移植另一颗交通事故死亡者的心脏为止。在这个病例中，人造心脏虽然只是发挥了暂时的替代作用，但仍被视为人类器官移植方面的一个重大突破。
1982年，美国又一位濒临死亡的心脏病患者，在换上了一颗用有机高分子材料制成的人造心脏之后，存活了112天。以后，这一记录不断地被突破，到现在为止，除了人造心脏外，科学家们选用多种医用功能材料，已能制造出人造肾脏、人造骨骼、人造皮肤等器官和组织。现在，世界上每年都有好几百万人接受人工器官的植入手术，这项手术的研究以及医用功能材料的开发，无疑是人类能进一步延长个体生命的福音。
超导电缆能使电能损耗降为零吗
发电站通过漫长的输电线向工厂和千家万户输送电能，通常使用铝线和铜线。由于电阻的存在，一部分电力在输电过程中转变为热能而消失，存在着严重的电能损耗，为了提高送电效率，人们作了种种努力。目前在常规导线送电的情况下，无论怎样改善，仍避免不了大约总量的1/10被损耗掉。由此人们想到了使这种损耗降为零的唯一方法，就是使用电阻为零的超导电缆输电。超导材料线圈的磁感应强度比通常用的线圈提高5~10倍，超导线的载流能力也有数量级的增加。因此，超导电机具有小型、轻量、输出功率高、损耗小等优点。将超导体用于输电，无疑是其最重要的用途之一，利用超导体的零电阻特性可以无损耗地输送极大的电流和功率。超导体的电流仅仅集中在厚度为10-6～10-7毫米的表层中，所以用的都是超导细丝做成的多股缆线，细丝直径一般在002毫米以下。目前从机械上可将超导电缆分为三类不同的结构：结构的热绝缘和导体都是刚性管，其优点是热损失小，结构简单，电性能好。半绕性结构，其绝热管是刚性的，但是有不少段补偿热收缩的波纹结构，而导电体是绕性结构。其优点是导线可以加工成200~400米长，并可卷起来运输。全绕性电缆，它的优点是运输、安装和使用都比较方便。
一般的三相交流超导电缆都设计为同轴型。其中有三根超导缆线，中间是冷却通道，外面是组合式绝热层。由于电磁场都被限制在每根缆线里，因此，没有出现涡流损失。如果是直流电缆，每相的两根线就不一定用同轴结构了。超导直流电缆的优点是减少了导体的需要量，可选用制造直流电缆的超导材料，也相应的多一些。如果容量相同，它的尺寸也比交流电缆小，因此，价格也比交流电缆低。但是，超导直流供电在目前技术条件下，要在200千米以上输电才合算。交流超导电缆和直流超导电缆不同，它存在着超导体中的磁滞损失和绝缘层中的介质损失问题，所以其功率容量较低。导体不是超导线束形状，而是覆有铌薄膜的大直径铝管。采用铝管有两个作用：一是增强超导体薄膜；二是为电缆电流提供一条可替换的途径。
超导电缆的终端是比较复杂的装置。超导电缆是为电力供应系统而设计的，在该系统里其他的重要部件，如电机的三相绕组、变压器电路保险器等都是正常导体，而超导电缆终端必须同时发挥下列作用：它必须能以最小的损耗将大电流从室温区输送到低温区；它能将高电位耦合给超导体；它必须能从高电位到低电位之间输送。超导电缆是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径，虽然离实用化尚有一段距离，但由于它的潜在优势如此诱人，所以各国科技工作者为此正在进行大量的研制工作。随着时代的发展，科技的进步，科学家认为，到21世纪中叶，超导输电将完全代替目前的常规导线输电。到那时，人类利用超导输电就像国际电话那样铺设海底电缆，可以实现较远距离的输电。那时人们能轻而易举地进行电力贸易，使地球资源得到有效的利用。
高温超导有何新发展
