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材料科学与工程的新时代

2018-11-10张煜

世界家苑 2018年10期
关键词:材料科学远景述评

张煜

摘 要:介绍了我国新材料行业发展形势,行业的国内外生存环境及国家对该行业的支持政策。在低碳经济大趋势下,新材料发展前景美好。

关键词:材料;复合材料;碳纤维;材料科学;远景;述评

新材料是指那些新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界,新材料在传统材料基础上发展而成,传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料。

21 世纪最重要和最具发展潜力的领域。同传统材料一样,新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类,不同的分类之间相互交叉和嵌套。目前,一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域:电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生態环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。新材料是高新技术发展以及现代文明的物质基础,材料科学一直是活跃的科学前沿,直接推动人类社会巨大变革,为人类的文明奠定物质基础。

低碳经济是世界经济可持续发展的必由之路,也是现阶段经济发展的内在要求。世界经济的未来,离不开相关新材料产业的支撑。为推动经济向低消耗、低碳排放转型提供物质基础。

1低碳经济促进新材料的研发步伐

材料、能源、信息是现代技术文明的三大支柱,而能源和信息的发展又受制于材料的进步程度。新材料是科学技术的支撑和保证,各工业化国家都把发展新材料技术摆在特殊的战略位置上。

新材料种类有高性能结构材料、电子信息材料、医用生物材料和纳米材料。高性能结构材料是指高强度、高韧性、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等特殊性能的材料,还包括复合材料。复合材料是指由基体材料(树脂、金属、陶瓷等)和增强剂(有纤维状的、晶须状的、颗粒状的等)复合而成的材料,例如热塑性树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料及碳基复合材料等。

2低碳经济加剧发达国家竞争新材料产业

受资源短缺、气候变暖和金融危机等多重因素的影响,国际新材料产业呈现许多新的特点,诸如研发周期缩短、产业化进程加快,轻质材料、环保材料、高性能材料需求旺盛等。在低碳经济形势下,为保持其经济和科技的领先地位,美、欧、日等发达国家和地区都十分重视新材料技术的发展,把新材料作为科技发展战略的重要组成部分,将新材料技术列为优先发展的关键技术之一,予以重点支持。为抢占新材料产业发展制高点,近年来,国际上围绕新材料产业的竞争已经开始,并日益激烈。美、日、德等发达国家正纷纷制定和完善新材料产业的发展计划。公开数据显示,近 10 年来,世界新材料产业的产值以每年约 30%的速度增长。目前,世界上各种新材料的市场规模已超过 4 000 亿美元,而由新材料带动而产生的新产品和新技术市场则更为广阔,年营业额突破 2 万亿美元。

在美国,有近 1 / 3 的科技人员直接或间接从事与材料有关的研究和开发,近年来又创建了若干个新材料研究开发中心。美国新材料科技战略目标是保持本领域在全球的领导地位,支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等发展,满足能源等重要部门和领域对新材料的需求,制定了与低碳经济相关的新材料发展计划。

今后 10 年,材料科技的发展具有功能化、复合化、智能化特征,最活跃的将是信息功能材料、纳米材料、高性能陶瓷、生物材料、复合材料等。具有高比强度、高比刚度、耐高温高压、耐磨耐蚀等极端条件的结构材料、智能材料等,也将进一步受到重视而获得发展。

3新材料成为我国的经济增长点

在日前召开的国务院常务会议上,新材料被明确为战略性新兴产业的重点发展方向之一。国家已先后通过高技术产业化新材料专项等 7 个专项,大力支持新材料产业发展。在政策的大力支持下,我国的新材料产业将迎来高速成长期。有专家估计,2012 年国内新材料产业市场规模将超过 1 300 亿元。

3.1发展环境

近年来,由于国家给予了大力支持,我国新材料产业已经初步形成了比较完整的产业体系。国内新材料产业基地如雨后春笋般涌现,全国先后设立了 7 家新材料产业国家高新技术产业基地和七十余家新材料和相关特色产业基地。新材料产业基地逐步扩散辐射,带动周边地区形成了更大的区域新材料产业发展联盟,如长三角汽车材料和化工材料产业联盟、环渤海湾半导体材料产业联盟、珠三角多元新材料产业联盟等。新材料产业正逐步成为地区经济的重要增长极之一。在“转方式、调结构” 的背景下,战略性新兴产业也成为市场投资的热点。

3.2发展趋势

我国今后几年要大力培育战略性新兴产业,要大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息网络和高端制造产业。积极推进新能源汽车、“三网” 融合取得实质性进展,加快物联网的研发应用。加大对战略性新兴产业的投入和政策支持,按照生态产业化和产业生态化要求,大力推进生态化、低碳化先进制造业基地和现代服务业产业基地建设,重点打造具有自主创新能力和核心竞争力的光电、新能源、生物制药、电子信息、有色金属精深加工、航空、汽车及零部件等七大新型工业基地,全力打造 “中国服务外包示范城市”。只有在新材料领域不断进取、先声夺人,方可成就新能源、电动汽车、节能环保等其他新兴产业在世界经济版图的地位。

4结束语

低碳经济是全球经济的一次重大变革,它将为众多产业带来机遇和挑战。新材料产业既是实体经济的支撑性产业之一,同时又代表着高新技术的尖端领域,再加上与低碳经济的高度协调一致,已经成为当今世界重点关注的领域之一。在这样的大好形势之下,我国的新材料产业唯有抓住良机,开拓进取,才能占领新兴战略性产业的高地。

参考文献

[1]李震宇.新材料物性的第一原理研究[D].合肥:中国科技大学,2004:75?145.

[2]程开甲,程漱玉.论材料科学的理论基础[J].材料科学与工程,1998,16(1):1?7.

[3]程开甲,程漱玉.论共晶结构的机理[J].稀有金属材料与工程,2002,31(6):403?405.

[4]]刘 鹏,李木森,裴饴初,郝兆印,程开甲.铁碳化合物的制备及高温高压合成金刚石[J].机械工程材料,2000,24(3):31?35.

(作者单位:辽宁科技学院)

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