先进材料可能实现原创突破和全面提升

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆武汉分馆先进制造与新材料团队万勇（E-mail:wany@mail.whlib.ac.cn）、王桂芳

审稿专家：中科院金属所谭若兵研究员

先进材料可能实现原创突破和全面提升

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆武汉分馆先进制造与新材料团队万勇（E-mail:wany@mail.whlib.ac.cn）、王桂芳

审稿专家：中科院金属所谭若兵研究员

1 主要科技内涵及意义

先进材料是影响现代社会经济发展的重要科技之一，其发展将使得产品科技含量高密化、生产周期大为缩短，并推动高科技产业崛起和发展，产业结构将发生重大的变化，为人类创造个性化生活方式和生活理念，甚至影响国际政治格局等。

以轻量化材料为例。现代交通工具的轻量化离不开铝/镁/钛合金及碳纤维复合材料。据估计，若汽车改用轻量化材料，能减重约20%。数据显示，车身减重10%可降低油耗6%—8%，提高效率5.5%，降低噪声2 dB[1]。轻量化材料可成为解决石油资源紧缺和全球变暖的重要措施之一，为全世界的可持续发展做出巨大贡献。

2 当前世界进展

进入21世纪后，为抢占未来经济发展制高点，世界各国特别是一些发达国家都把发展先进材料作为产业进步、国民经济发展和保障国防安全的重要推动力，呈现出基础研究受重视、研发投入加大、研发经费集中于战略性重点领域、政策扶持力度增强、企业在创新中作用突出等发展趋势。

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等列为主要前沿研究方向，支持相关科技发展，以满足国防、能源、电子等重要部门和领域的需求。

日本在21世纪先进材料发展规划中把研究开发资源与环境相协调的材料以及减轻环境污染且有利于再利用的材料作为主要考核指标，制定了一系列的发展计划。

欧盟第七框架计划（FP7）有10项优先发展主题，其中多项与先进材料有关。在石墨烯、航空航天材料、超材料、超导材料等方向保持领先优势。各成员国也都有各自的先进材料相关发展规划[2]。

3 中国的优势

3.1 高性能钢铁

钢铁产量是衡量一个国家工业化水平和国防实力的标志之一。我国是钢铁生产和消费大国，粗钢产量连续16年位居世界第一。通过一系列项目的实施，我国钢铁基础研究取得了显著进展。如我国研制的超级钢，在不改变成分的条件下，调整工艺改变组织，使低碳钢、低合金钢、合金结构钢的强度成倍提高，已投入批量生产，领先世界。

3.2 重大工程关键材料

随着国家科技支撑计划“高速列车关键材料及部件可靠性”等专项的实施，我国高速铁路材料发展很快，从专用材生产到配套材料提供大力开展国产化研究，进展显著。

核电产业的发展为核电相关材料技术的国产化提供了机遇，核电关键材料的国产化是我国实现核电自主化的前提和基础。此方面研究吸引了很多科研生产单位的关注和参与。

近年来，我国通过材料研究结合工艺模拟，发展出可视化铸锻技术，完成了大型铸钢支承辊、船用曲轴、三峡水轮机转轮铸件、核电大型锻件等国产化任务，保障了大型铸锻件的自主供应，还改进了大型钢锭的质量。

自主研制开发出新型高强韧低淬火敏感性铝合金，其主要成分发明专利通过了国际知识产权组织审核并获得正式公布。

3.3 超导及纳米孪晶强化金属

我国在超导研究方面有很好的基础，尤其是中科院物理所以400余篇铁基超导论文、总引用14 000次以上，使我国牢牢占据了铁基超导研究的制高点[3]。中科院电工所2012年通过优化制备工艺，大幅提高超导电流，其载流性能在10 T强磁场下达到17 000 A/cm2的国际最高纪录，进一步证明了在强电应用方面的巨大潜力[4]。

中科院金属所2004年发现纳米孪晶金属铜，2009年又发现其中的极值强度和超高加工硬化效应。纳米孪晶强化及材料已成为国际材料领域中的研究热点，该项工作引领了国际纳米材料的研究并带动了相关先进材料与技术的研发[5]。

4 未来标志性目标或成果

以钢铁为代表的基础原材料是现代高新技术产业的基础、先导和重要组成部分。预计“十二五”末期，我国进口量较大的高强高韧汽车用钢、硅钢片等品种将实现规模化生产，国内市场占有率逾90%；船用耐蚀钢、低温压力容器板、高速铁路车轮及车轴钢、高压锅炉管等自给率达80%。400 MPa及以上高强度螺纹钢筋比例超过80%[6]。

国家重大工程关键材料将逐步实现自给并形成自主标准。如高速铁路关键材料采供将从现行的欧日标准逐步过渡到中国标准，开发出一批具有自主知识产权的关键部件材料产品并实现产业化[7]。在核电关键材料方面，第四台AP1000核电机组建成之后，我国第三代核电设备和关键材料的国产化水平将超过80%[8]。在大飞机关键材料方面，大型客机高性能轻合金、复合材料等也将越来越多地使用国产材料，大幅提高性能指标的同时使成本降得更低。

1钱占伟,耿富荣,雷发常等.汽车轻量化之白车身减重.机电工程技术，2012,41（6）：133-136.

2苏波.中国新材料产业年度发展报告（2012）.北京:电子工业出版社，2013.

3杨卫.为创新驱动发展强本固基.求是理论网,2013-07-16.http://www.qstheory.cn/kj/yjsk/201307/t20130716_ 249545.htm.

4 Chao Yao,Yanwei Ma,Xianping Zhang et al.Fabrication and transport properties of Sr0.6K0.4Fe2As2multifilamentary superconducting wires.Appl.Phys.Lett.,2013,102：082602.

5毕伟,刘言.科学家在纳米孪晶金属研究中获重要进展.科学时报，2010-05-06.

6国家工信部.钢铁工业“十二五”发展规划.2011.

7国家发改委高技术产业司,中国材料研究学会.中国新材料产业发展报告（2010）.北京:化学工业出版社，2011.

8中国第三代核电设备和关键材料国产化水平将超80%.新华网，2012-03-10.http://news.xinhuanet.com/politics/ 2012lh/2012-03/10/c_111634000.htm.