材料领域发展的新浪潮

2017-01-22 11:47
张江科技评论 2017年3期
关键词:领域人类功能

材料是人类社会生活的物质基础,也是推动社会发展的动力。材料的发展及应用是人类社会文明和进步的重要标志之一。石器加工制作水平的提高带来了制陶、纺织等原始手工业的兴起;青铜、铁器时代材料技术的发展促进了农业和手工业的进步;钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用,使人类社会从农业和手工业社会进入了工业社会;半导体硅、高集成芯片技术的发展,则把人类由工业社会推向信息化与工业化高度结合的新型工业文明时代。

基于材料对社会发展的作用,人们将信息、能源和材料并列为现代文明发展的三大支柱,而在这三大支柱中,材料又是能源和信息的基础。因此,在科学技术快速发展的今天,新材料领域技术的研究仍旧是世界各国争相占领的制高点,《中国制造2025》更是将新材料作为大力发展的战略重点。

所谓新材料,是指新出现的具有优异性能或特殊功能的材料,或是传统材料改进后性能明显提高或产生新功能的材料。新材料的发展,要通过物理研究、材料设计、加工实验评价等一系列研究过程促进其发展模式的转变,实现材料结构功能一体化、功能材料智能化、材料与器件集成化。

随着科学技术的发展,对材料的性能提出了越来越高的要求,需要材料同时具备结构和功能特性。以材料学、力学为基础,物理、化学、数学等多学科交叉与融合产生的结构功能一体化材料成为某些高新技术领域发展的关键,受到了越来越多的关注。先进隐身吸波材料、轻质防弹材料、超轻浮力材料、阻尼与结构一体化材料等,将在军事国防、航空航天等领域发挥重要的作用。

材料学与信息科学的紧密结合可实现功能材料的智能化,这类材料同时具有感知和激励的双重功能。形状记忆合金、压电陶瓷、磁致伸缩材料、自修复材料等一系列智能材料的发展不仅会给航空航天、石油化工、汽车制造等重大工程领域带来变革,还将改善医疗健康、生存环境、衣食住行等人类生活的方方面面,解决传统材料难以解决的技术难题。

功能材料由单一功能向多种功能方向发展,并把功能材料与元器件结合起来,促进了元器件的小型化和多功能化。异质集成材料、生物兼容材料、宽禁带半导体材料的研发,将推动微电子技术的进一步发展。

此外,石墨烯、黑磷、内嵌富勒烯等新兴材料给新材料领域带来新的发展机遇。新材料与信息、生物等领域的加速融合,材料基因组计划、增材制造等新技术模式的应用,将进一步加快研发速度、降低研发成本,开创材料科学领域的新纪元。

未来,国家应加速产业结构调整、健全和完善新材料产品国家标准体系、建立和完善高效的投融资体系,为新材料产业研发及应用营造健康的环境;鼓励技术创新及技术改造、加大新材料领域人才的培养力度,为新材料领域的发展提供源源不断的生命力,真正将“材料先行”战略落到实处,支撑中国制造实现由大变强的历史跨越。

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