“產(chǎn)業(yè)糧食”——新材料

“新材料產(chǎn)業(yè)”包括新材料及其相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)裝備。具體涵蓋：新材料本身形成的產(chǎn)業(yè)；新材料技術(shù)及其裝備制造業(yè)；傳統(tǒng)材料技術(shù)提升的產(chǎn)業(yè)等。與傳統(tǒng)材料相比，新材料產(chǎn)業(yè)具有技術(shù)高度密集，研究與開發(fā)投入高，產(chǎn)品的附加值高，生產(chǎn)與市場的國際性強(qiáng)，以及應(yīng)用范圍廣，發(fā)展前景好等特點(diǎn)，其研發(fā)水平及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模已成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展，科技進(jìn)步和國防實(shí)力的重要標(biāo)志，世界各國特別是發(fā)達(dá)國家都十分重視新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

新材料（或稱先進(jìn)材料）是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展之中的比傳統(tǒng)材料的性能更為優(yōu)異的一類材料。新材料技術(shù)是按照人的意志，通過物理研究、 材料設(shè)計(jì)、材料加工、試驗(yàn)評價(jià)等一系列研究過程，創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術(shù)。

關(guān)于材料及新材料產(chǎn)業(yè)，結(jié)合我國工業(yè)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，“材料產(chǎn)業(yè)”主要包括：紡織業(yè)、石油加工及煉焦業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、化學(xué)纖維制造業(yè)、橡膠制品業(yè)、塑料制品業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、金屬制品業(yè)、醫(yī)用材料及醫(yī)療制品業(yè)、電工器材及電子元器件制造業(yè)等。

同傳統(tǒng)材料一樣，新材料可以從結(jié)構(gòu)組成、功能和應(yīng)用領(lǐng)域等多種不同角度對其進(jìn)行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套。新材料主要有傳統(tǒng)材料革新和新型材料的推出構(gòu)成，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，新材料與傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)結(jié)合日益緊密，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出橫向擴(kuò)散的特點(diǎn)。按照應(yīng)用領(lǐng)域來分，一般把新材料歸為以下幾大類：

1.信息材料

電子信息材料及產(chǎn)品支撐著現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)、微機(jī)械智能系統(tǒng)、工業(yè)自動化和家電等現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。電子信息材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平，在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位，是科技創(chuàng)新和國際競爭最為激烈的材料領(lǐng)域。微電子材料在未來10～15年仍是最基本的信息材料，光電子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的信息材料。信息材料主要可以分為以下幾大類：

集成電路及半導(dǎo)體材料：以硅材料為主體，新的化合物半導(dǎo)體材料及新一代高溫半導(dǎo)體材料也是重要組成部分，也包括高純化學(xué)試劑和特種電子氣體；光電子材料：激光材料、紅外探測器材料、液晶顯示材料、高亮度發(fā)光二極管材料、光纖材料等領(lǐng)域；新型電子元器件材料：磁性材料、電子陶瓷材料、壓電晶體管材料、信息傳感材料和高性能封裝材料等。

當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料、有機(jī)顯示材料以及各種納米電子材料等。

2.能源材料

全球范圍內(nèi)能源消耗在持續(xù)增長，80%的能源來自于化石燃料，從長遠(yuǎn)來看，需要沒有污染和可持續(xù)發(fā)展的新型能源來代替所有化石燃料，未來的清潔能源包括氫能、太陽能、風(fēng)能、核聚變能等。解決能源問題的關(guān)鍵是能源材料的突破，無論是提高燃燒效率以減少資源消耗，還是開發(fā)新能源及利用再生能源都與材料有著極為密切的關(guān)系。

傳統(tǒng)能源所需材料：主要是提高能源利用效率，現(xiàn)在集中在要發(fā)展超臨界蒸汽發(fā)電機(jī)組和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)上，這些技術(shù)對材料的要求都十分苛刻，如工程陶瓷、新型通道材料等；氫能和燃料電池：氫能生產(chǎn)、儲存和利用所需的材料和技術(shù)、燃料電池材料等；綠色二次電池：鎳氫電池、鋰離子電池以及高性能聚合物電池等新型材料；太陽能電池：多晶硅、非晶硅、薄膜電池等材料；核能材料：新型核電反應(yīng)堆材料。

新能源材料就材料種類來說主要包括專用薄膜、聚合物電解液、催化劑和電極、先進(jìn)光電材料、特制光譜塑料和涂層、碳納米管、金屬氫化物漿料、高溫超導(dǎo)材料、低成本低能耗民用工程材料，輕質(zhì)、便宜、高效的絕緣材料，輕質(zhì)、堅(jiān)固、復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，超高溫合金、陶瓷和復(fù)合材料、抗輻射材料、低活性材料、抗腐蝕及抗壓力腐蝕裂解材料、機(jī)械和抗等離子腐蝕材料。當(dāng)前研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括高能儲氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。

3.生物材料

生物材料是和生命系統(tǒng)結(jié)合，用以診斷、治療或替換肌體組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。它涉及材料、醫(yī)學(xué)、物理、生物化學(xué)及現(xiàn)代高技術(shù)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，已成為21世紀(jì)主要支柱產(chǎn)業(yè)之一。

現(xiàn)在幾乎所有類型的材料在健康治療中都已得到應(yīng)用，主要包括金屬和合金、陶瓷、高分子材料、復(fù)合材料和生物質(zhì)材料。高分子生物材料是生物醫(yī)用材料中最活躍的領(lǐng)域；金屬生物材料仍是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料，醫(yī)用鈦及其合金，以及Ni-Ti形狀記憶合金的研究與開發(fā)是一個(gè)熱點(diǎn)；無機(jī)生物材料近年來越來越受到重視。

目前，國際生物醫(yī)用材料研究和發(fā)展的主要方向，一是模擬人體硬軟組織、器官和血液等的組成、結(jié)構(gòu)和功能而開展的仿生或功能設(shè)計(jì)與制備，二是賦予材料優(yōu)異的生物相容性、生物活性或生命活性。就具體材料來說，主要包括藥物控制釋放材料、組織工程材料、仿生材料、納米生物材料、生物活性材料、介入診斷和治療材料、可降解和吸收生物材料、新型人造器官、人造血液等。

4.汽車材料

汽車用材在整個(gè)材料市場中所占的比例很小，但是屬于技術(shù)要求高、技術(shù)含量高、附加值高的三高產(chǎn)品，代表了行業(yè)的最高水平。

汽車材料的需求呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：輕量化與環(huán)保是主要需求發(fā)展方向；各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正在發(fā)生變化，主要變化趨勢是高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料的用量將有較大的增長，汽車車身結(jié)構(gòu)材料將趨向多材料設(shè)計(jì)方向。同時(shí)汽車材料的回收利用也受到更多的重視，電動汽車、代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發(fā)和應(yīng)用工作不斷加強(qiáng)。

5.納米材料與技術(shù)

納米材料及技術(shù)將成為推動社會經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域快速發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)之一，21世紀(jì)前20年將是納米材料與技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。納電子代替微電子、納加工代替微加工、納米材料代替微米材料、納米生物技術(shù)代替微米尺度的生物技術(shù)，這已是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律。

納米材料與科技的研究開發(fā)大部分處于基礎(chǔ)研究階段，如納米電子與器件、納米生物等高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，還沒有形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。但納米材料及技術(shù)在電子信息產(chǎn)業(yè)、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面，對相關(guān)材料的制備和應(yīng)用都將產(chǎn)生革命性的影響。

6.超導(dǎo)材料與技術(shù)

超導(dǎo)材料與技術(shù)是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，廣泛用于能源、醫(yī)療、交通、科學(xué)研究及國防軍工等重大領(lǐng)域。超導(dǎo)材料的應(yīng)用主要取決于材料本身性能及其制備技術(shù)的發(fā)展。

目前，低溫超導(dǎo)材料已經(jīng)達(dá)到實(shí)用水平，高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)也取得重大突破，高溫超導(dǎo)帶材和移動通訊用高溫超導(dǎo)濾波子系統(tǒng)將很快進(jìn)入商業(yè)化階段。

7.稀土材料

稀土材料是利用稀土元素優(yōu)異的磁、光、電等特性開發(fā)出的一系列不可取代的，性能優(yōu)越的新材料。稀土材料被廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械、石油化工、輕工農(nóng)業(yè)、電子信息、能源環(huán)保、國防軍工等多個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)今世界各國改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展高新技術(shù)和國防尖端技術(shù)不可缺少的戰(zhàn)略物資。具體包括：

稀土永磁材料：其是發(fā)展最快的稀土材料，包括NdFeB、SmCo等，廣泛應(yīng)用于電機(jī)、電聲、醫(yī)療設(shè)備、磁懸浮列車及軍事工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域；貯氫合金：主要用于動力電池和燃料電池；稀土發(fā)光材料：有新型高效節(jié)能環(huán)保光源用稀土發(fā)光材料，高清晰度、數(shù)字化彩色電視機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器用稀土發(fā)光材料，以及特種或極端條件下應(yīng)用的稀土發(fā)光材料等；稀土催化材料：發(fā)展重點(diǎn)是替代貴金屬，降低催化劑的成本，提高抗中毒性能和穩(wěn)定性能；稀土在其他新材料中的應(yīng)用：如精密陶瓷、光學(xué)玻璃、稀土刻蝕劑等方面也正在以較高的速度增長，如稀土電子陶瓷、稀土無機(jī)顏料等。

8.新型鋼鐵材料

鋼鐵材料是重要的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于能源開發(fā)、交通運(yùn)輸、石油化工、機(jī)械電力、輕工紡織、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑建材、家電通訊、國防建設(shè)以及高科技產(chǎn)業(yè)，并具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。

新型鋼鐵材料發(fā)展的重點(diǎn)是高性能鋼鐵材料。其方向?yàn)楦咝阅?、長壽命，在質(zhì)量上已向組織細(xì)化和精確控制，提高鋼材潔凈度和高均勻度方向發(fā)展。

9.新型有色金屬合金材料

主要包括鋁、鎂、鈦等輕金屬合金以及粉末冶金材料、高純金屬材料等。

鋁合金：包括各種新型高強(qiáng)高韌、高比強(qiáng)高比模、高強(qiáng)耐蝕可焊、耐熱耐蝕鋁合金材料，如Al-Li合金等；鎂合金：包括鎂合金和鎂-基復(fù)合材料、超輕高塑性Mg-Li-X系合金等；鈦合金材料：包括新型醫(yī)用鈦合金、高溫鈦合金、高強(qiáng)鈦合金、低成本鈦合金等；粉末冶金材料：產(chǎn)品主要包括鐵基、銅基汽車零件，難熔金屬，硬質(zhì)合金等；高純金屬及材料：材料的純度向著更純化方向發(fā)展，其雜質(zhì)含量達(dá)ppb級，產(chǎn)品的規(guī)格向著大型化方向發(fā)展。

10.新型建筑材料

新型建筑材料主要包括新型墻體材料、化學(xué)建材、新型保溫隔熱材料、建筑裝飾裝修材料等。國際上建材的趨勢正向環(huán)保、節(jié)能、多功能化方向發(fā)展。

其中玻璃的發(fā)展趨勢是向著功能型、實(shí)用型、裝飾型、安全型和環(huán)保型五個(gè)方向發(fā)展，包括對玻璃原片進(jìn)行表面改性或精加工處理，節(jié)能的低輻射（Low—E）和陽光控制低輻射（Sun-E）膜玻璃等；此外，還包括節(jié)能環(huán)保的新型房建材料，以及滿足工程特殊需要的特種系列水泥等。

11.新型化工材料

化工材料在國民經(jīng)濟(jì)中有著重要地位，在航空航天、機(jī)械、石油工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、汽車、家電、電子、生物醫(yī)用行業(yè)等都起著重要的作用。

新型化工材料主要包括有機(jī)氟材料、有機(jī)硅材料、高性能纖維、納米化工材料、無機(jī)功能材料等；納米化工材料和特種化工涂料是近年來的研究熱點(diǎn)。精細(xì)化、專用化、功能化成了化工材料工業(yè)的重要發(fā)展趨勢。

12.生態(tài)環(huán)境材料

生態(tài)環(huán)境材料是在人類認(rèn)識到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要戰(zhàn)略意義和世界各國紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下提出來的，一般認(rèn)為生態(tài)環(huán)境材料是具有滿意的使用性能同時(shí)又被賦予優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。

這類材料的特點(diǎn)是消耗的資源和能源少，對生態(tài)和環(huán)境污染小，再生利用率高，而且從材料制造、使用、廢棄直到再生循環(huán)利用的整個(gè)壽命過程，都與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。主要包括：環(huán)境相容材料，如純天然材料（木材、石材等）、仿生物材料（人工骨、人工器臟等）、綠色包裝材料（綠色包裝袋、包裝容器）、生態(tài)建材（無毒裝飾材料等）；環(huán)境降解材料（生物降解塑料等）；環(huán)境工程材料，如環(huán)境修復(fù)材料、環(huán)境凈化材料（分子篩、離子篩材料）、環(huán)境替代材料（無磷洗衣粉助劑）等。

生態(tài)環(huán)境材料研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向包括再生聚合物（塑料）的設(shè)計(jì)，材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評價(jià)的理論體系，降低材料環(huán)境負(fù)荷的新工藝、新技術(shù)和新方法等。

13.軍工新材料

軍工材料對國防科技、國防力量的增強(qiáng)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要推動作用，是武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)，是決定武器裝備性能的重要因素，也是拓展武器裝備新功能和降低武器裝備全壽命費(fèi)用，取得和保持武器裝備競爭優(yōu)勢的原動力。

隨著武器裝備的迅速發(fā)展，起支撐作用的材料技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢：一是復(fù)合化，通過微觀、介觀和宏觀層次的復(fù)合大幅度提高材料的綜合性能；二是多功能化，通過材料成分、組織、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和精確控制，使單一材料具備多項(xiàng)功能，達(dá)到簡化武器裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)小型化、高可靠的目的；三是高性能化，材料的綜合性能不斷優(yōu)化，為提高武器裝備的性能奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；四是低成本化，低成本技術(shù)在材料領(lǐng)域是一項(xiàng)高科技含量的技術(shù)，對武器裝備的研制和生產(chǎn)具有越來越重要的作用。

21世紀(jì)科技發(fā)展的主要方向之一是新材料的研制和應(yīng)用。新材料的研究，是人類對物質(zhì)性質(zhì)認(rèn)識和應(yīng)用向更深層次的進(jìn)軍。