我国材料领域的发展方向

我国材料领域中长期科技

发展战略研究

一、前言

材料是用以制造有用物件的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。新材料指那些新近出现的以及正在发展中的具有优异性能的材料，它具有传统材料所不具备的高性能。材料是一个浩瀚的领域，其品种和用途非常复杂。按大的类别分有金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料；按材料使用性能分有结构材料和功能材料；按应用对象和材料特征又可分为电子信息材料、生物材料、能源材料、建筑材料、航空航天材料、生态环境材料、智能材料、纳米材料、超导材料等等。

材料科技除了包括材料的开发以外，还包括材料的加工制备技术、工艺及装备；材料设计、表征及评价技术；材料性能与服役行为关系的研究；材料的回收、再利用及自修复等等。材料的全循环周期（如图1-1）的每个阶段都是相互联系和相互影响的。材料领域的可持续发展，是国民经济可持续发展的基础。

图1-1 材料的全循环周期和对国家经济、社会发展的作用

1.材料是人类历史发展和进步的里程碑

材料是社会发展的物质基础和先导。每一次重大新材料的发现和利用，都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。人类的文明时代曾以其主导材料来命名，如石器时代、铜器时代、铁器时代和现在的硅和合成材料时代。

正如美国政府在《塑造21世纪的科学和技术》报告中所指出的：从古青铜和铁器时代到今天的信息和硅的时代，材料一直是技术革命的心脏。通讯、计算机、医药、运输、能源和国防技术的进步都是因为新材料及与材料有关现象的出现而成为可能。

2.材料是世界工业革命的推动力

世界已经经历了两次工业革命，这两次工业革命都是以新材料的发现和广泛应用为先导的。钢铁工业的发展，为十八世纪以蒸汽机的发展和应用为代表的第一次世界工业革命奠定了重要的物质基础。20世纪中叶以来，以电子技术（特别是微电子技术）的发明和应用为代表的第一次世界工业革命，硅单晶材料更在其中起着先导和核心的作用。

3.材料是现代工业的共性关键技术

国民经济各个部门都离不开材料，工业产品的使用性能也在很大程度上取决于所使用材料的性能，材料的性能也在很大程度上决定了工业生产的装备水平和制造水平，从而影响到产品的性能、生产效率和生产成本。材料的发展促进和推动了其它工程技术领域的发展，已成为现代工业各个领域技术进步的共性关键技术，成为提高国家综合国力和国际竞争能力的共性关键技术。

4.新材料是高技术发展的基础和先导

材料技术、信息技术和能源技术是人类文明的三大支柱，已经成为全球经济增长的主要驱动力，被认为是国家未来繁荣的关键技术，同时新材料技术、信息技术和生物技术也是当代高技术革命的主要标志。材料渗透在全部制造技术之中，它关系到国民经济、社会发展和国家安全，是国家综合实力的重要标志之一。

5.保持材料领域的领先优势是提高国家综合实力的基础

当前主要工业发达国家都在集中人力、物力寻求材料方面的突破，以保持在材料领域的领先优势。美国、欧洲、日本和韩国等都把新材料技术列为关键技术之一加以重点支持，非常强调材料对增强国家综合实力、发展国民经济、保卫国家安全和提高人民生活质量等方面的突出作用。

6.材料对我国国民经济发展和国防安全具有十分重要的作用

材料工业是我国支柱产业之一，对工业、能源、交通等国计民生的行业发展具有重要的支撑作用，是国民技术发展的重要基石。新材料是我国重点发展的高新技术产业之一，同时对我国其它高新技术产业的发展也具有极大的带动作用，发展新材料是我国走新型工业化道路的重要途径。

二、21世纪世界材料科技发展趋势

（一）基础材料发展趋势和方向

基础材料不断推陈出新，金属材料、陶瓷材料及高分子材料等不断出现。

1.基础材料发展趋势

基础材料的改进和综合优化受到普遍重视。

低成本化是提高基础材料竞争力的必然选择。

注重材料产品和生产过程的环境适应性。

2.基础材料发展方向

钢铁材料的重点发展方向是高性能和长寿命。

有色金属材料的合成技术向纯净化、细晶化、均质化、强韧化和复合化方向发展

建筑材料的发展趋势是环保、节能、多功能化以及建立绿色和节能建材工业体系。

化工材料发展的重点是聚合物材料的改性和通用塑料的工程化，工程塑料的超韧化，高性能、高感性、高功能的合成纤维。

轻工材料的发展趋势是高新技术向传统轻工材料行业渗透，轻工行业间的技术交叉、结合和利用，注重环保、节能和新能源技术的应用。

纺织材料开发方向主要是研制与信息、生命、环保、新能源相关的新纤维、新技术。

（二）新材料发展趋势和方向

1.发展趋势

结构材料的复合化和功能化

功能材料的多功能集成化、智能化、材料和器件一体化

按特定的应用目标开发新材料

依靠新的合成制备技术开发新材料

依靠材料科学设计新材料

2.发展方向

微电子材料发展方向是以硅材料为主体，化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展

光电子材料主要集中在激光材料、红外探测器材料、液晶显示材料、高亮度发光二极管材料、光纤材料等

新能源材料的发展趋势是绿色二次电池、氢能、燃料电池、太阳能电池和核能的关键材料纳米材料的发展趋势是发展纳米加工、纳米电子、纳米医疗以及机器人等产业领域的基础研究以及对现在的信息高科技产业和传统产业进行切入改造。

超导材料的发展趋势是不断探求更高温度超导体，实现其在能源、电力、通讯等领域的应用（三）军工材料发展趋势和方向

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如下趋势：

复合化：通过微观、介观和宏观层次的复合大幅度提高材料的综合性能。

多功能化：通过优化设计和精确控制，使单一材料具备多项功能，实现小型化、高可靠的目的高性能：材料的综合性能不断优化，为提高武器装备的性能奠定物质基础

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

（四）世界材料科技发展特点

1.开发新材料与改进及合理利用基础材料并重

2.材料多学科交叉性及多部门参与不断加强

3.材料发展的驱动力由军事需求向经济需求转变

4.材料的开发与应用联系更加紧密

5.材料产业与上下游进一步融合

6.材料制备、成形和加工技术出现重大变革

7.材料发展和生态环境及资源的协调性备受重视

8.材料服役性能研究受到关注

9.材料产品标准化出现全球化趋势

10.注重材料共性问题的研究

（五）世界主要国家材料科技发展趋势

1.美国材料科技发展战略

美国材料科技的战略目标是保持本领域的全球领导地位，支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等发展和满足国防、能源、电子信息等重要部门和领域的需求。

美国把生物材料、信息材料、纳米材料、极端环境材料及材料计算科学列为主要前沿研究领域。与材料相关的计划主要有：21世纪国家纳米纲要，国家纳米技术计划（NNI）、未来工业材料计划、光电子计划、光伏计划、下一代照明光源计划、先进汽车材料计划、化石能材料计划、建筑材料计划、NSF先进材料与工艺过程计划等。

2.日本材料科技发展战略

日本材料科技的战略目标是保持产品的国际竞争力，注重实用性，在尖端领域赶超美国和欧洲。

日本在21世纪材料发展规划中主要考虑环境、资源和能源问题。主要规划有：科学技术基本计划、纳米材料计划、21世纪之光计划、超级钢铁材料开发计划等

3.欧盟材料科技发展战略

欧盟材料科技的战略目标是在航空航天材料等领域的竞争领先优势。