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1、国家重点基础研究发展规划国家重点基础研究发展规划材料领域战略研讨报告材料领域战略研讨报告5国民经济对材料领域基础研究的重大需求5材料科学基础研究国外发展趋势5材料科学研究领域国内现状、优势及特色5国家相关科技计划中对材料领域的部署情况5材料科学领域到2010年的发展目标与战略重点 材材料料是是一一个个大大系系统统，渗渗透透在在全全部部制制造造技技术术之之中中，是是相相互互联联系系和和相相互互影影响响的的循循环环周周期期( (如如图图所所示示) )。材材料料科科学学与与工工程程领领域域是是综综合合了了物物理理、化化学学、数数学学、生生物物等等基基础础科科学学和和冶冶金金、机机械械、化化工工、电电
2、工工等等工工程程技技术术而而形形成成的的一一门门多多学学科科交交叉叉的的综综台台性性科学与技术。科学与技术。图图. 材料的全循环周期和对国家经济和社会发展的作用材料的全循环周期和对国家经济和社会发展的作用1.1 1.1 基础产业及支柱产业的发展对材料的需求基础产业及支柱产业的发展对材料的需求 1.1.国民经济和社会发展对该领域基础研究的重大需求国民经济和社会发展对该领域基础研究的重大需求1.2 1.2 高新技术产业的发展对材料基础研究的需求高新技术产业的发展对材料基础研究的需求 1.3 1.3 提高人民生活环境质量对材料基础研究的需求提高人民生活环境质量对材料基础研究的需求1.4 1.4 材料
3、科学自身发展的巨大需求材料科学自身发展的巨大需求2.2.材料科学基础研究国外发展趋势材料科学基础研究国外发展趋势8材料的复合化与集成化：集成度提材料的复合化与集成化：集成度提高，产品小型化，精巧化，功能复高，产品小型化，精巧化，功能复合化，高功率化；材料的复合化具合化，高功率化；材料的复合化具有综合性能好的特点。有综合性能好的特点。8材料科学向定量化与材料设计方向材料科学向定量化与材料设计方向发展：以多层次规律的认识为基础，发展：以多层次规律的认识为基础，建立微观结构参量与宏观性能的定建立微观结构参量与宏观性能的定量解析关系，建立物理数学模型进量解析关系，建立物理数学模型进行数值模拟仿真，建立
4、数据库专家行数值模拟仿真，建立数据库专家系统，发展虚拟制造加工体系。系统，发展虚拟制造加工体系。8材料的合成制备受到重视：完善成材料的合成制备受到重视：完善成熟可控制备工艺，使先进材料组织熟可控制备工艺，使先进材料组织性能稳定可靠，成品率高，可重复性能稳定可靠，成品率高，可重复性好，成本下降。性好，成本下降。8在传统结构材料的改性上已开始向在传统结构材料的改性上已开始向少添加元素、通过制备工艺控制组少添加元素、通过制备工艺控制组织，达到高性能的方向发展，既实织，达到高性能的方向发展，既实现了性能的升级、材料的换代，又现了性能的升级、材料的换代，又有利于材料生产的环境协调与循环有利于材料生产的环
5、境协调与循环再生，体现了材料产业的可持续发再生，体现了材料产业的可持续发展趋势。展趋势。8学科交叉日趋明显：结构材料领域，学科交叉日趋明显：结构材料领域，材料学与力学交叉；功能材料领域，材料学与力学交叉；功能材料领域，材料学与物理及化学交叉：生物材料材料学与物理及化学交叉：生物材料领域，材料学与生物医学交叉等。在领域，材料学与生物医学交叉等。在学科交叉中，材料学科自身的发展与学科交叉中，材料学科自身的发展与其它高技术领域的发展相互促进。其它高技术领域的发展相互促进。3.3.材料研究领域国内现状材料研究领域国内现状我国新材料研究与发展多从跟踪模仿起我国新材料研究与发展多从跟踪模仿起步，拥有知识产
6、权与创新的理论和技术步，拥有知识产权与创新的理论和技术不多，而且在基础研究与技术推广上尚不多，而且在基础研究与技术推广上尚不通畅；不通畅；我国的材料研究和整体发展水平与工业发达我国的材料研究和整体发展水平与工业发达国家相比存在相当大的差距，难以适应下世国家相比存在相当大的差距，难以适应下世纪国民经济和社会发展的需要，难以适应经纪国民经济和社会发展的需要，难以适应经济转型和迎接知识经济时代的到来。济转型和迎接知识经济时代的到来。对传统材料的升级改造重视不够，以规模扩对传统材料的升级改造重视不够，以规模扩大型发展为主，高性能材料品种依赖进口。大型发展为主，高性能材料品种依赖进口。4.4.国家相关科
7、技计划中对材料领域的部署情况国家相关科技计划中对材料领域的部署情况国家自然科学基金国家攀登计划国家前沿高技术领域5.5.材料科学领域到材料科学领域到20102010年的发展目标与战略重点年的发展目标与战略重点传统材料改造升级涉及的重大基础问题发展高新技术产业的材料科学研究提高人民生活质量的材料科学基础研究材料科学自身发展的科学基础1 1） 提提供供钢钢的的高高洁洁净净度度基基础础理理论论、微微米米亚亚微微米米组组织织的的形形成成理理论论、非非平平衡衡状状态态的的物物理理金金属属学学问问题题、高高洁洁净净度度钢钢的的微微合合金金化化基基础础理理论论等等四四个个理理论论基基础础。建建立立合合计计设
8、设计计方方法法和和理理论论、加加工工技技术术、分分析析测测试试技技术术、服服役役性性能能等等相相关关技术的基础理论。技术的基础理论。传统材料改造升级涉及的重大基础问题本方向的发展目标和战略重点：本方向的发展目标和战略重点：2 2） 为为发发展展高高效效、低低耗耗、环环境境友友好好的的非非铁铁金金属属提提取取冶冶金金新新技技术术和和高高性性能能非非铁铁金金属属材材料料制制备备、加加工工、成成形形新新技技术术奠奠定定理理论论基基础础。这这些些技技术术包包括括：符符合合我我国国资资源源特特点点的的非非铁铁金金属属提提取取过过程程强强化化技技术术；短短流流程程、近近终终形形制制备备成成形形技技术术；台
9、台金金成成分分与与结结构构优优化化设设计计技技术术；固固态态转变组织精确控制技术。转变组织精确控制技术。传统材料改造升级涉及的重大基础问题传统材料改造升级涉及的重大基础问题3 3） 建立具有自主知识产权的高性能水泥体建立具有自主知识产权的高性能水泥体系，并为实现下述指标提供理论基础：水泥系，并为实现下述指标提供理论基础：水泥综合性能提高综合性能提高3030一一5050，水泥熟料用量减，水泥熟料用量减少少2020一一5050，水泥主产能耗降低，水泥主产能耗降低2525，环，环境负荷减轻境负荷减轻3030一一5050。重点发展以硅酸二。重点发展以硅酸二钙为主导矿物的低钙水泥熟料矿物系列、多钙为主导
10、矿物的低钙水泥熟料矿物系列、多组分复合的低钙复合水泥系列。组分复合的低钙复合水泥系列。传统材料改造升级涉及的重大基础问题传统材料改造升级涉及的重大基础问题4 4） 为研究高可靠性的高性能高温结构材料为研究高可靠性的高性能高温结构材料和具有多功能、集成化、微型化、高效能、和具有多功能、集成化、微型化、高效能、低功耗的功能陶瓷奠定理论基础。重点是研低功耗的功能陶瓷奠定理论基础。重点是研究可以在究可以在14001400以上在大气中长期使用的高以上在大气中长期使用的高温结构能陶瓷、高效能换能陶瓷、弛豫型铁温结构能陶瓷、高效能换能陶瓷、弛豫型铁电体陶瓷、高品质因素和低介质损耗的微波电体陶瓷、高品质因素和
11、低介质损耗的微波介质材料、纳米复合功能陶瓷及其薄膜材料介质材料、纳米复合功能陶瓷及其薄膜材料等功能陶瓷相关的基础问题。等功能陶瓷相关的基础问题。传统材料改造升级涉及的重大基础问题传统材料改造升级涉及的重大基础问题5 5） 合成高分子的原料主要来自石油和天然合成高分子的原料主要来自石油和天然气，而石油和天然气是我国的主要能源且资气，而石油和天然气是我国的主要能源且资源有限，因此，高分子材料的研究重点是开源有限，因此，高分子材料的研究重点是开展新一代高分子材料的制备、加工、结构、展新一代高分子材料的制备、加工、结构、性能的相关基础研究，包括：大品种的技术性能的相关基础研究，包括：大品种的技术革新；
12、高分子合金及复合材料制备新技术；革新；高分子合金及复合材料制备新技术；传统材料改造升级涉及的重大基础问题传统材料改造升级涉及的重大基础问题6 6） 研究无机金属、无机有机以及有机研究无机金属、无机有机以及有机金属多相复合材料的复合效应，建立复合材料金属多相复合材料的复合效应，建立复合材料制备的科学基础及表征评价技术。研究重点向制备的科学基础及表征评价技术。研究重点向复合材料的功能化、智能化发展，充分研究其复合材料的功能化、智能化发展，充分研究其界面、结构形式和提高其可靠性的途径。界面、结构形式和提高其可靠性的途径。传统材料改造升级涉及的重大基础问题传统材料改造升级涉及的重大基础问题本方向所涉及
13、重大科学问题：本方向所涉及重大科学问题：新型钢铁材料的科学基础新型钢铁材料的科学基础( (启动项目启动项目) )提高非铁金属材料质量的科学基础提高非铁金属材料质量的科学基础高性能水泥材料化学与物理高性能水泥材料化学与物理先进陶瓷材料的科学问题先进陶瓷材料的科学问题先进高分子材料合成与结构控制先进高分子材料合成与结构控制复合材料的复合效应与制备的科学基础复合材料的复合效应与制备的科学基础传统材料改造升级涉及的重大基础问题传统材料改造升级涉及的重大基础问题发展高新技术产业的材料科学研究本方向的发展目标和战略重点：本方向的发展目标和战略重点：1 1） 研究新型稀土材料的机理、体系和制备研究新型稀土材
14、料的机理、体系和制备条件，为国家的重大稀土应用决策提供权威条件，为国家的重大稀土应用决策提供权威性依据，也为我国稀土资源的优化利用奠定性依据，也为我国稀土资源的优化利用奠定基础。基础。2 2） 根据我国的经济实力和需求，结合国际根据我国的经济实力和需求，结合国际的发展趋势和国内的现状，以光电信息材料的发展趋势和国内的现状，以光电信息材料为主，兼顾微电子材料，并密切注意光子和为主，兼顾微电子材料，并密切注意光子和磁电子材料发展，以有良好基础和特色的材磁电子材料发展，以有良好基础和特色的材料体系为重点，以材料设计和制备为基础，料体系为重点，以材料设计和制备为基础，以相应器件和应用为背景，建立相关理
15、论和以相应器件和应用为背景，建立相关理论和技术体系，重点突破若干材料，重视自主知技术体系，重点突破若干材料，重视自主知识产权，为发展相关元器件与实现产业优奠识产权，为发展相关元器件与实现产业优奠定科学基础。定科学基础。发展高新技术产业的材料科学研究发展高新技术产业的材料科学研究3 3） 发展直到原子尺度上材料特征化的手段，发展直到原子尺度上材料特征化的手段，改进和创造氧化物超导材料的制备和处理的改进和创造氧化物超导材料的制备和处理的工艺技术，发展和探索强关联电于系统和复工艺技术，发展和探索强关联电于系统和复杂氧化物材料的基本物理概念和图象。这些杂氧化物材料的基本物理概念和图象。这些努力又为改进
16、和优化高温超导的实用化线努力又为改进和优化高温超导的实用化线( (带带) )材、块材、薄膜、电子器件提供科学基材、块材、薄膜、电子器件提供科学基础和方案。础和方案。发展高新技术产业的材料科学研究发展高新技术产业的材料科学研究4 4） 开展信息产业和新型能源技术需要的关开展信息产业和新型能源技术需要的关键纳米功能材料和相关技术的研究以及纳米键纳米功能材料和相关技术的研究以及纳米结构材料结构材料( (纳米金属和纳米陶瓷材料纳米金属和纳米陶瓷材料) )和在传和在传统工程材料的改性上的应用研究。统工程材料的改性上的应用研究。发展高新技术产业的材料科学研究发展高新技术产业的材料科学研究5 5） 材料智能
17、化方面战略重点主要有：飞行材料智能化方面战略重点主要有：飞行器机翼的疲劳断裂监测及形状自适应控制，器机翼的疲劳断裂监测及形状自适应控制，控制的智能蒙皮；建筑材料振动的主动控制控制的智能蒙皮；建筑材料振动的主动控制及风灾和地震时的自适应控制；在用系统性及风灾和地震时的自适应控制；在用系统性能评估和残留寿命预测：生物医用材料及生能评估和残留寿命预测：生物医用材料及生物工程涉及的材料的智能化。物工程涉及的材料的智能化。发展高新技术产业的材料科学研究发展高新技术产业的材料科学研究本方向涉及的重大科学问题：本方向涉及的重大科学问题：稀土功能材料的科学基础稀土功能材料的科学基础( (启动项目启动项目) )
18、信息功能材料的科学基础信息功能材料的科学基础高温超导的重大科学问题高温超导的重大科学问题材料智能化的重大科学问题材料智能化的重大科学问题纳米结构与纳米材料的重大科学问题纳米结构与纳米材料的重大科学问题发展高新技术产业的材料科学研究发展高新技术产业的材料科学研究提高人民生活质量的材料科学基础研究 与与人人民民生生活活质质量量提提高高密密切切相相关关的的材材料料主主要要包包括括生生物物医医用用材材料料、生生态态环环境境材材料料等等。其其科科学学基基础础研研究究应应发发展展和和建建立立完完整整的的科科学学理理论论，形形成成和和健健全全我我国国自自己己的的生生物物医医用用材材料料、生生态态环环境境材材
19、料料的的研研究究体体系系，并并为为其其产产业业化化的的建建立立，萌萌生生国国民民经经济济新新的的增增长长点点，提提高高人人民民的的生生活活质质量量，减减少少环环境境污污染染带带来来的的严严重重危危害害，促促进进人人口口、资资源源、环环境境的的协协调调发发展展产产生生直直接接的的效效应，以实现我国社会、经济的可持续发展。应，以实现我国社会、经济的可持续发展。材料科学自身发展的科学基础本方向的发展目标和战略重点：本方向的发展目标和战略重点：1） 在充分研究先进制备、加工成型技术的化学物理原理的基础上，利用新的物理效应和化学反应原理，创新出1-2种新的更先进的材料制备工艺技术、或后处理、加工成型新原
20、理和新技术。2） 通过对材料在服役环境下行为的检测，研究多因素对材料损伤、失效的交互作用规律和演化过程，发展出可靠性、寿命评价的技术方法和延缓、控制损伤和失效的新科学、新技术。材料科学自身发展的科学基础材料科学自身发展的科学基础3） 收集和设立材料组分、制备、加工、性能和服役行为等综合数据库，在此基础上建立起有效的数理模型，进一步发展相互作用势和备结构层次的计算方法，将材料的设计、后处理、加工成型以及服役行为的研究从半经验估计逐步推进到定量预测和控制的新阶段。材料科学自身发展的科学基础材料科学自身发展的科学基础其重大的料学问题为：其重大的料学问题为：材料科学自身发展的科学基础材料科学自身发展的科学基础先进材料制备与加工成型技术的科学基础先进材料制备与加工成型技术的科学基础材料的环境服役行为与失效机理材料的环境服役行为与失效机理材料的计算设计和模拟仿真材料的计算设计和模拟仿真
