材料科學(xué)與工程方法論—3.材料科學(xué)與工程的整體觀

1、四四一一三三五五六六二二 三、新材料_ 何謂材料？ 是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。 材料=物質(zhì) 物質(zhì)材料 是能為人類所能接受地、經(jīng)濟地制造有用器件的物質(zhì)。判據(jù)判據(jù)判據(jù)：判據(jù)：判斷的準(zhǔn)則或依據(jù)判斷的準(zhǔn)則或依據(jù)什么樣的什么樣的“物資物資” 才能叫材料才能叫材料 定義就是一種判據(jù)，定義中的定義就是一種判據(jù)，定義中的“種差種差”便是判據(jù)。便是判據(jù)。定義定義 中材料和非材料兩種物質(zhì)的差別：中材料和非材料兩種物質(zhì)的差別：材料的現(xiàn)代判據(jù)（材料的現(xiàn)代判據(jù)（5個判據(jù)間的關(guān)系）：個判據(jù)間的關(guān)系）：判據(jù)判據(jù)1資源判據(jù)資源判據(jù)材料資源分為：自然和再生兩種。材料資源分為：自然和再生兩種。目前

2、金屬的資源日趨枯竭（如表）。目前金屬的資源日趨枯竭（如表）。各國依據(jù)自己的資源情況，頒布政各國依據(jù)自己的資源情況，頒布政策引導(dǎo)材料的生產(chǎn)和科研。策引導(dǎo)材料的生產(chǎn)和科研。例如：美國在第二次世界大戰(zhàn)及朝鮮例如：美國在第二次世界大戰(zhàn)及朝鮮戰(zhàn)爭期間，頒布了合金元素的使用政戰(zhàn)爭期間，頒布了合金元素的使用政策，促進了硼鋼和鎢鉬系高速鋼的科策，促進了硼鋼和鎢鉬系高速鋼的科研與生產(chǎn)。戰(zhàn)爭結(jié)束后，取消了這些研與生產(chǎn)。戰(zhàn)爭結(jié)束后，取消了這些政策，硼鋼產(chǎn)量大減，而鎢鉬系高速鋼由于技術(shù)上和經(jīng)濟上的優(yōu)越性，代替了絕政策，硼鋼產(chǎn)量大減，而鎢鉬系高速鋼由于技術(shù)上和經(jīng)濟上的優(yōu)越性，代替了絕大部分鎢系高速鋼。大部分鎢系高速鋼。

3、判據(jù)判據(jù)2能源判據(jù)能源判據(jù)目前，全世界能源供應(yīng)緊張，材料的生產(chǎn)和使用都要考慮能耗問題。目前，全世界能源供應(yīng)緊張，材料的生產(chǎn)和使用都要考慮能耗問題。降低能耗和材料的消耗，不僅是滿足經(jīng)濟判據(jù)要求的組成部分，而且是未了降低能耗和材料的消耗，不僅是滿足經(jīng)濟判據(jù)要求的組成部分，而且是未了滿足政府法令的要求，能源和資源已突出為獨立的判據(jù)。滿足政府法令的要求，能源和資源已突出為獨立的判據(jù)。為了降低能耗，促進新技術(shù)、新材料的研發(fā)和應(yīng)用，以及再生金屬的應(yīng)用。為了降低能耗，促進新技術(shù)、新材料的研發(fā)和應(yīng)用，以及再生金屬的應(yīng)用。研究表明：研究表明：資源的耗竭以及人均能耗碎國民生產(chǎn)總值線性增加。資源的耗竭以及人均能耗碎

4、國民生產(chǎn)總值線性增加。這是值得材這是值得材料工作重視的。料工作重視的。判據(jù)判據(jù)3環(huán)保判據(jù)環(huán)保判據(jù) 西方西方國家在發(fā)展初期，材料生產(chǎn)不考慮環(huán)保問題。但是，現(xiàn)在環(huán)境國家在發(fā)展初期，材料生產(chǎn)不考慮環(huán)保問題。但是，現(xiàn)在環(huán)境污染十分嚴(yán)重。因此，全世界都非常重材料生產(chǎn)和科研的環(huán)保判據(jù)。污染十分嚴(yán)重。因此，全世界都非常重材料生產(chǎn)和科研的環(huán)保判據(jù)。材料的生產(chǎn)和使用，材料的生產(chǎn)和使用，需要重視需要重視“三廢三廢”的處理、噪聲的降低、生態(tài)平衡等的處理、噪聲的降低、生態(tài)平衡等環(huán)境問題，否則，將遭到大自然的報復(fù)，違反環(huán)境保護法令的規(guī)定。環(huán)境問題，否則，將遭到大自然的報復(fù)，違反環(huán)境保護法令的規(guī)定。判據(jù)判據(jù)4質(zhì)量判據(jù)質(zhì)量

5、判據(jù)材料的質(zhì)量是否能制造有用器件的先決條件，因此，質(zhì)量是材料的一個材料的質(zhì)量是否能制造有用器件的先決條件，因此，質(zhì)量是材料的一個重要技術(shù)判據(jù)。重要技術(shù)判據(jù)。材料的質(zhì)量：材料的質(zhì)量：內(nèi)在和表面質(zhì)量兩種。內(nèi)在和表面質(zhì)量兩種。內(nèi)在質(zhì)量：內(nèi)在質(zhì)量：材料的成分、組織、結(jié)構(gòu)、宏觀缺陷等是否滿足或超過技術(shù)材料的成分、組織、結(jié)構(gòu)、宏觀缺陷等是否滿足或超過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。工程角度考慮，就是材料的性能是否達(dá)到或超過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。工程角度考慮，就是材料的性能是否達(dá)到或超過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。的要求。表面質(zhì)量：表面質(zhì)量：表面缺陷、表面粗糙度、尺寸公差等。表面缺陷、表面粗糙度、尺寸公差等。判據(jù)判據(jù)5經(jīng)濟判據(jù)經(jīng)濟判據(jù)材

6、料的生產(chǎn)和科研，必須進行材料的生產(chǎn)和科研，必須進行成本分析和經(jīng)濟核算成本分析和經(jīng)濟核算，從而計算經(jīng)濟效果。，從而計算經(jīng)濟效果。對材料的生產(chǎn)進行成本分析，從中可以找出降低成本的環(huán)節(jié)，然后尋求措對材料的生產(chǎn)進行成本分析，從中可以找出降低成本的環(huán)節(jié)，然后尋求措施。施?！皟r值工程價值工程”技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合的邊緣技術(shù)科學(xué)。它所研究的成本，是技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合的邊緣技術(shù)科學(xué)。它所研究的成本，是整個生產(chǎn)過程以及隨后的產(chǎn)品貯存、流通、銷售、使用、維護全過程的費整個生產(chǎn)過程以及隨后的產(chǎn)品貯存、流通、銷售、使用、維護全過程的費用，這種分析和研究，不僅可提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且可提高全社會的用，這種分析和研究，不僅可

7、提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且可提高全社會的經(jīng)濟效益。經(jīng)濟效益。判據(jù)小結(jié)判據(jù)小結(jié) 地位？ 是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ) 20世紀(jì)70年代，信息、材料和能源譽為當(dāng)代文明的三大支柱； 80年代，新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù) 并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志。 21世紀(jì) 七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一 是人類社會進步的標(biāo)志是人類社會進步的標(biāo)志( (里程碑里程碑) )石器時代陶器時代青銅時代鐵器時代信息時代 材料的發(fā)展，經(jīng)歷三個階段： “拾柴禾”、“炒菜”、“剪裁設(shè)計” 是一切高技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)是一切高技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)一種嶄新技術(shù)的實現(xiàn)，往往需要嶄新材料的支持 1942年鎳基超合金 1970年光

8、導(dǎo)纖維 1911年低溫超導(dǎo)和1986年高溫超導(dǎo) 何謂新材料？ 新出現(xiàn)或正在發(fā)展中的具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能的材料，或是高技術(shù)發(fā)展需要，具有特殊性能的材料，或由于采用新技術(shù)（工藝、裝備），使材料性能比原有性能有明顯提高或出現(xiàn)新功能的材料。（傳統(tǒng)材料是指那些已經(jīng)成熟且在工業(yè)中已批量生產(chǎn)并大量應(yīng)用的材料，如鋼鐵、水泥、塑料） 誤區(qū)？ 傳統(tǒng)材料與新材料有明確界限 傳統(tǒng)材料永遠(yuǎn)不會成為新材料，新材料一成不變 新材料產(chǎn)業(yè)？ 主要產(chǎn)品是新材料和由新材料的性能、價值所主導(dǎo)的延伸產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。其內(nèi)涵由新材料、新材料技術(shù)（工藝和裝備）、材料新技術(shù)（工藝和裝備）組成。 新材料技術(shù)？ 制備、合成、加工、處理新材料

9、的工藝或裝備 材料新技術(shù)？ 在不降低性能的基礎(chǔ)上，有效的降低制備、合成、加工、處理材料過程中的能耗、成本或減少污染的技術(shù)（工藝、裝備）。 發(fā)展的特點？ 新材料的研究發(fā)展成為一種國家行為。 新材料的發(fā)展從革新走向革命。 新材料的研究開發(fā)和應(yīng)用目標(biāo)緊密結(jié)合。 重視新材料合成制備應(yīng)用的全過程。 提高工業(yè)界制備應(yīng)用新材料的能力。 抓好基礎(chǔ)，提前安排重要新材料的研制。 重視新材料的環(huán)境因素。 類型？ 按特性： 金屬材料：金屬材料： 黑色金屬鋼、鑄鐵、鐵合金 有色金屬黑色金屬以外的金屬及合 金，如Cu、Al等 (重金屬、輕金屬、貴金屬、難熔金屬) 無機非金屬材料：硅酸鹽材料無機非金屬材料：硅酸鹽材料 陶瓷

10、、玻璃、水泥和耐火材料 有機高分子材有機高分子材料：料：C、H、N、O等為基礎(chǔ)等為基礎(chǔ) 塑料、橡膠、纖維、粘合劑和涂料 復(fù)合材料：復(fù)合材料： 由兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同組織結(jié) 構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而構(gòu) 成的具有新的性能的材料。 按作用： 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能為主要的性能； 功能材料功能材料物理性能為主要的性能。 金屬材料絕大部分都是結(jié)構(gòu)材料，但也有一些功能材料，如形狀記憶合金、儲氫合金、金屬超導(dǎo)材料等。陶瓷材料有的作為結(jié)構(gòu)材料，有的作為功能材料。 目前應(yīng)用和研究的是以金屬材料為主，原因：有成熟的大量生產(chǎn)工藝，可大規(guī)模生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定，人們已養(yǎng)成使用金屬材料的習(xí)慣； 加工性

11、能、使用性能好，強韌性配合好；礦產(chǎn)豐富；價格/性能比占一定優(yōu)勢。 情況？ 金屬材料，長盛不衰 鋼鐵鋼鐵現(xiàn)代工業(yè)化的基礎(chǔ)現(xiàn)代工業(yè)化的基礎(chǔ) 世界：鋼鐵年總產(chǎn)量約15億噸，占金屬材料總量的94% 中國：年產(chǎn)量超過7億噸 應(yīng)用：(1)汽車工業(yè)卡車車重的2/3 (2)電力系統(tǒng)工業(yè)鍋爐、高壓鍋爐、熱交換 器、大型轉(zhuǎn)子和葉輪、變壓器鐵芯 (3)工程機械起重機、挖掘機、拖拉機 (4)鐵路與橋梁 (5)船舶與海上鉆井平臺 (6)兵器坦克、大炮、槍械 (7)石油開采機械、輸油管道、泵站 (8)化工壓力容器、反應(yīng)釜和管道 (9)建筑鋼筋和構(gòu)架 工程結(jié)構(gòu)材料之王 鑄鐵 碳素鋼 合金鋼(合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊鋼)

12、 五光十色的有色金屬五光十色的有色金屬 中國：總產(chǎn)量占世界第四位 Al、Cu、Pb、Zn占生產(chǎn)總量的95% (1)(1)輕合金輕合金 鋁合金：密度2.7g/cm3，只有鋼的2/3 抗大氣腐蝕 優(yōu)良的導(dǎo)電性，導(dǎo)電率是銅的2/3 比強度(強度/密度)比鋼高得多 很好的加工性能 應(yīng)用：航空(協(xié)和式超音速飛機全部結(jié)構(gòu)的71%是 用特殊鋁合金制造的)、高速火車和汽車(鋁 型材、鋁制發(fā)動機、活塞、散熱器) Al-Li合金含2%3%Li，密度減少8%，剛性增大15% 飛機改用Al-Li合金，重量減輕8%16% 鈦合金：密度4.5g/cm3，強度高，比強度高于鋁合金 耐高溫、耐腐蝕 應(yīng)用：F-14、F-15飛

13、機上用量占結(jié)構(gòu)總量的25% F-100、TF-39飛機發(fā)動機上用量達(dá)33% 遠(yuǎn)程火箭的液氫(-253)儲罐 鎂合金：密度1.74g/cm3，比強度高，減震能力強 21世紀(jì)的“綠色”工程材料 應(yīng)用：筆記本電腦、移動電話、攝像機、汽車、 航空航天 1993年美國底特律的通用、福特與克萊斯特3大汽車集團與美國能源部簽署“PNGV”計劃，生產(chǎn)3L/100km耗油的6人載客汽車，80%以上零部件可回收。 1996年德國教育部投資2400萬馬克，由阿侖工大、慕尼黑工大、杜易斯堡大學(xué)和大眾汽車公司等44家單位展開汽車輕量化的“MADICA”計劃。 鈹合金：密度1.8g/cm3，比剛度大，慣性低 比熱大 熱中

14、子吸收截面低，中子反射截面高 應(yīng)用：慣性導(dǎo)航及航天低重量剛性件、散熱片、 飛行器頭部、X射線窗口、原子反應(yīng)堆中 的反射層 (2)(2)部分重有色合金部分重有色合金 銅合金(紫、黃、青、白)、鋅合金、鎳合金、錳合金 (3)(3)低熔點合金低熔點合金 Pb(327)、Sn(232)、Cd(321)、Bi(271)、 In(157)、Ga(29.8)、Hg(-39)，用于保險絲等 (4) (4)難熔金屬難熔金屬 鎢合金、鉬合金、鈮合金、鉭合金 用于高溫環(huán)境 (5)(5)貴金屬貴金屬 Au、Ag、Pt、 Rh、 Pd、Ir、Os、Ru (6) (6)稀土金屬稀土金屬 (7) (7)精密合金精密合金 彈

15、性合金、膨脹合金、引線框架合金、電熱合金、熱電偶 神秘的形狀記憶合金神秘的形狀記憶合金 形狀記憶效應(yīng)：合金經(jīng)變形后，在一定條件下，仍能恢復(fù)至原始形狀的現(xiàn)象。 TMs，成型TMf，變形TAs，加熱 未來能源之星未來能源之星儲氫合金儲氫合金 1Kg氫氣燃燒可放出14104J熱量2倍石油放出的熱量 沖出傳統(tǒng)觀念的非晶態(tài)金屬沖出傳統(tǒng)觀念的非晶態(tài)金屬 是目前所知的強度最高、韌性最好、最耐腐蝕和最易磁化的金屬材料。 應(yīng)用：非晶軟磁合金，新一代變壓器鐵芯材料(極易 磁化、矯頑力低、有很高的電阻，可以大大降 低渦流損耗)可以節(jié)約2030億美元。 鐵基非晶態(tài)合金，可制作 快中子反應(yīng)堆的化學(xué)過濾 器。 非晶釬焊合

16、金，用于高溫 合金和不銹鋼的釬焊，代 替金基釬焊合金用于飛機 發(fā)動機部件焊接。 古老的陶瓷，舊貌換新顏 威力無比的先進結(jié)構(gòu)陶瓷威力無比的先進結(jié)構(gòu)陶瓷 先進結(jié)構(gòu)陶瓷工程陶瓷 高溫下、強腐蝕條件下、沖刷和摩擦條件下保持高的剛度、強度、硬度、化學(xué)穩(wěn)定性和耐用度。 (1)(1)工程陶瓷家族中的主要代表工程陶瓷家族中的主要代表 氧化鋁陶瓷(Al2O3)：熔點2050，硬度在超硬材料 的前八名之列，電阻很高。 氮化硅陶瓷(Si3N4)：人工合成，無熔點，1860分 解，具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能 碳化硅陶瓷(SiC)：高溫力學(xué)性能是目前陶瓷材料中最 優(yōu)秀的，強度從室溫到1600維持 不變，硬度僅次于金剛石和立

17、方 BN，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能優(yōu)良。 (2) (2)高溫下的最強者高溫下的最強者 高分子材料，使用溫度300 金屬材料，空氣中使用溫度1000 應(yīng)用：洲際導(dǎo)彈、空間實驗室、航天飛機、衛(wèi)星等外 表面的隔熱瓦(1400) (3) (3)世上最堅硬的材料大軍世上最堅硬的材料大軍 金屬材料，存在紅硬性(在一定溫度下硬度下降) 陶瓷材料，溫度高于1000硬度幾乎不下降 應(yīng)用：刀具 (4)(4)最惡劣條最惡劣條件下的過硬部隊 高溫(ZrO2陶瓷在20002200工作上千小時不損壞)、極低溫(液氫、液氮溫區(qū))、放射性(中子吸收棒、中子減速器、反射屏等)、海水侵蝕和強酸強堿的腐蝕 奇妙無窮的功能陶瓷奇妙無窮的功能陶

18、瓷 可以通過電、磁、光、熱、彈性等直接效應(yīng)和耦合效應(yīng)或者化學(xué)和生物效應(yīng)來實現(xiàn)某種特殊功能的先進陶瓷材料。 (1) (1) 絕緣陶瓷或裝置陶瓷絕緣陶瓷或裝置陶瓷 電子工業(yè)和微電子工業(yè)中的電絕緣器件、集成電路中的基片和包封等。 (2) (2)電介質(zhì)陶瓷和電容器陶瓷電介質(zhì)陶瓷和電容器陶瓷 制造中、高頻電路中的電容器和微波諧振器、濾波器等。 (3) (3)壓電陶瓷、電致伸縮陶瓷和熱釋電陶瓷壓電陶瓷、電致伸縮陶瓷和熱釋電陶瓷 電聲、水聲、超聲和電控位移技術(shù)中應(yīng)用 (4) (4)半導(dǎo)體陶瓷和敏感陶瓷半導(dǎo)體陶瓷和敏感陶瓷 機敏陶瓷、熱敏、壓敏、濕敏、氣敏、光敏陶瓷，在自動控制工程中起重要作用 其他： 導(dǎo)電陶

19、瓷、電解質(zhì)陶瓷、超導(dǎo)陶瓷、磁性陶瓷、光學(xué)功能陶瓷、化學(xué)功能陶瓷、生物功能陶瓷等 年輕的高分子材料，千姿百態(tài) 現(xiàn)代生活中的高分子材料現(xiàn)代生活中的高分子材料 (1)(1)從人造棉到仿毛仿絲從人造棉到仿毛仿絲 “的確良”織物(聚對苯二甲酸乙二醇酯紡制的滌綸)：易洗免燙 尼龍襪(聚酰胺制成尼龍)：堅固耐磨 腈綸棉(聚丙烯腈紡制的腈綸)：質(zhì)輕保暖、不蛀不霉 維尼綸織物(聚乙烯醇縮甲醛制成維尼綸)：透氣干爽 (2) (2)從農(nóng)業(yè)地膜到不粘鍋從農(nóng)業(yè)地膜到不粘鍋 塑料地膜：保溫保濕的聚乙烯 “尿不濕”：高吸水性高分子 “不粘鍋”：光滑耐溫的聚四氟乙烯膜 (3) (3)從家具到活動房屋從家具到活動房屋 吊燈和鍍

20、塑燈具：美觀大方 丙綸地毯和人造大理石：色澤鮮艷 水溶性涂料和壁紙：花色豐富 波形瓦：質(zhì)輕防雨 活動房：易拆易運 充氣頂棚的整體式展覽館：輕巧實用 (4) (4)從自行車到汽車輪船從自行車到汽車輪船 輪胎、保險杠、防沖撞護條板、發(fā)動機散熱風(fēng)扇、通風(fēng)空調(diào)、音響、電器和儀表盤、方向盤、座椅、內(nèi)飾、玻璃鋼汽艇 (5) (5)從體育用品到宇宙飛船從體育用品到宇宙飛船 正反膠球拍、跳高撐桿、賽車、滑雪板、網(wǎng)球拍、飛船膠粘劑、替代手術(shù)縫線的膠粘劑 工程塑料，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的挑戰(zhàn)者工程塑料，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的挑戰(zhàn)者 工程上作結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的塑料 良好的耐磨、耐熱、吸震和自潤滑性，優(yōu)良的電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性

21、和易成型性 (1) (1)普通工程塑料普通工程塑料 部分代替金屬材料、木材或陶瓷等作為結(jié)構(gòu)材料 (2) (2)高性能工程塑料高性能工程塑料 具有剛性骨架，可以做到強度比金屬高，更耐腐蝕，成本低，成型性好，在家用電器、建筑構(gòu)件、軍用品中用途廣泛。 功能高分子各顯神通功能高分子各顯神通 由高分子制成的具有某種特性的材料 (1) (1)感光高分子感光高分子 感光樹脂印刷板、光刻膠、光致變色高分子 (2) (2)壓電高分子壓電高分子 音頻換能器、電機械換能器、超聲波探頭 (3)(3)具有分離功能的高分子具有分離功能的高分子 離子交換樹脂、分離膜、中空纖維膜 (4) (4)高分子試劑和高分子催化劑高分子

22、試劑和高分子催化劑 電子與光電子材料，信息時代的基石 現(xiàn)代電子器件的基礎(chǔ)：單晶硅和砷化鎵現(xiàn)代電子器件的基礎(chǔ)：單晶硅和砷化鎵 (1) (1)單晶硅單晶硅 硅器件=98%半導(dǎo)體器件 硅單晶材料拉制的直徑大小被視為一個國家半導(dǎo)體材料技術(shù)水平的標(biāo)志。 純度99.99999%電子級純材料是材料的最高純度 大直徑、高均勻性和高完整性 光特效應(yīng)太陽能電池 溫差電效應(yīng)溫差發(fā)電堆(溫差致冷器) 壓阻效應(yīng)加速度傳感器(控制安全氣袋) (2)(2)砷化鎵砷化鎵 計算機運算速度芯片材料(單晶硅、砷化鎵) 電子在砷化鎵中的運動速度比在硅中快計算機運算速度更快 砷化鎵集成電路的速度比硅集成電路提高1000倍，功耗降低一個

23、數(shù)量級。 應(yīng)用：1/2用于軍事技術(shù)的航天技術(shù)(如電子對抗) 1/3用于通信技術(shù) 1/5用于計算機和測量系統(tǒng) 激光材料與光通信媒體激光材料與光通信媒體 (1)(1)激光材料爭奇斗艷激光材料爭奇斗艷 高功率固體激光材料：晶體或玻璃基質(zhì)中均勻摻入少量離子 應(yīng)用廣泛的氣體激光材料：He、CO2、H2 小巧玲瓏的半導(dǎo)體激光器：砷化鎵、鎵鋁砷 (2)21 (2)21世紀(jì)之光世紀(jì)之光 極高的方向性(射程遠(yuǎn)，準(zhǔn)確性好) 鮮艷的單色性(激光大屏幕投影電視) 驚人的亮度(產(chǎn)生幾千度到幾萬度的高溫) 奇妙的相干性(全息照相) 應(yīng)用：激光雷達(dá)、激光測距、激光通信、全人類同時通話 (3) (3)光子通信的媒體光子通信的

24、媒體 信息的載體是電子時，信息傳媒是金屬導(dǎo)線 信息的載體是光子時，信息傳媒是光導(dǎo)纖維 光導(dǎo)纖維：一種比頭發(fā)絲還細(xì)的玻璃纖維絲 應(yīng)用的前提：光傳輸衰減很小 信息高速公路：1993年9月克林頓總統(tǒng)宣布實話的“美國全國信息基礎(chǔ)設(shè)施計劃”，耗資4000億美元，歷時數(shù)十年。 超導(dǎo)材料，神奇的無電阻導(dǎo)體 零電阻現(xiàn)象零電阻現(xiàn)象 邁納斯效應(yīng)邁納斯效應(yīng) 邁斯納效應(yīng)又叫完全抗磁性，1933年邁斯納發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體一旦進入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強度恒為零。觀察邁納斯效應(yīng)的磁懸浮試驗觀察邁納斯效應(yīng)的磁懸浮試驗 在錫盤上放一條永久磁鐵，當(dāng)溫度低于錫的轉(zhuǎn)變溫度時，小磁鐵會離開錫盤飄然升起，升至一定距離

25、后，便懸空不動了，這是由于磁鐵的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，在錫盤感應(yīng)出持續(xù)電流的磁場，與磁鐵之間產(chǎn)生了排斥力，磁體越遠(yuǎn)離錫盤，斥力越小，當(dāng)斥力減弱到與磁鐵的重力相平衡時，就懸浮不動了。 生物醫(yī)用材料，造福千秋萬代 生物醫(yī)用材料(生物材料或醫(yī)用材料)：是一類與人體組織、體液或血液相接觸，具有人體器官和組織的功能或部分功能的材料，是制造人工器官、醫(yī)療裝置和藥物的基礎(chǔ)。 類別類別 硬組織材料：用作骨科和齒科材料 軟組織材料：用作眼科及一些填充和修復(fù)材料 吸附分離材料：用于人工腎、肝、肺的膜材料和吸附 劑材料 心血管材料和人工血液材料 組織粘合劑和縫合線材料 用作藥物和藥物載體的材料 一次性使用的醫(yī)用材料

26、：紗布、輸液器、注射器 要求要求 耐生物老化性 物理和力學(xué)性能好 便于消毒和滅菌 生物相容性好 納米材料，小尺寸中的大世界 空間尺度的劃分空間尺度的劃分 宇觀(Cosmoscopic) 遙觀(Remote sensoscopic) 宏觀(Macroscopic) 顯微觀(Optico-microscopic) 介觀(Mesoscopic) 或納米觀(Nanoscopic): 1100nm 納米納米 1納米(nm)=1毫米(mm)的百萬分之一=10-9米(m) 納米技術(shù)納米技術(shù) 在納米尺度(1100nm)上對物質(zhì)和材料進行研究和處理的技術(shù)被稱為納米技術(shù)。 納米材料納米材料 納米材料: 在納米量級

27、(1100nm)內(nèi)調(diào)控物質(zhì)結(jié)構(gòu)制成 的具有特異性能的新材料 四大特點: 尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子 比例大 四大效應(yīng): 小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道 效應(yīng)、表面效應(yīng) 納米材料特性取決于制備方法 進一步認(rèn)識納米進一步認(rèn)識納米 蛋白質(zhì)、DNA、RNA、病毒，都在1100nm的范圍 光合作用在“納米車間” 進行 細(xì)胞中的一些結(jié)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機械”，細(xì)胞象一個“納米工廠” 蓮花荷葉出污泥而不染:“荷葉效應(yīng)” 納米結(jié)構(gòu)是生命現(xiàn)象中基本的東西 媒體中的納米怪象媒體中的納米怪象 納米冰箱 納米洗衣機 國外納米技術(shù)進展國外納米技術(shù)進展 1990年，IBM公司用原子排出“I

28、BM” 1991年，NEC實驗室觀察到碳納米管 合成了其它納米管材料 實心的納米棒、納米線、量子線 朗訊公司和牛津大學(xué): 納米鑷子 碳納米管“秤”，稱量一個病毒的重量 稱量單個原子重量的“納米秤” 應(yīng)用應(yīng)用 能源領(lǐng)域石油、煤等不可再生資源 環(huán)保領(lǐng)域解決水污染的問題 解決空氣污染的問題 微電子納米電子器件、納米線、納米傳感器 信息領(lǐng)域光纖、發(fā)光器件 功能性涂料、薄膜防靜電涂料 特殊視覺涂料 紫外線吸收涂層 耐磨、防腐、耐高溫、耐沖刷 涂層 機械納米結(jié)構(gòu)單元和納米機械 結(jié)構(gòu)陶瓷增強、增韌、助燒結(jié) 化學(xué)化工催化劑、助催化劑、阻燃劑 鎳催化氧化丙醛，當(dāng)鎳的粒徑在5nm以下，反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化，生成

29、酒精的轉(zhuǎn)化率迅速增大 塑料和橡膠制品成型劑、補強劑、抗老化劑 OA領(lǐng)域復(fù)印機和激光打印機的墨粉 噴墨打印機墨水、高級墨水 納米藥物磁性納米粒子藥物 衛(wèi)生保健品防曬霜 紡織品反射紅外線型化纖 殺菌滅菌除臭型化纖 國防納米探測系統(tǒng) 納米材料提高武器打擊 納米材料提高防護能力 納米機械系統(tǒng)制造的小型機器人 雷達(dá)隱身技術(shù) 國際新材料發(fā)展趨勢及特點 隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展和一體化進程的加速，以及資源、能源和環(huán)境問題受到世界各國越來越多的關(guān)注，近年來新材料的發(fā)展呈現(xiàn)出以下主 要特點。 產(chǎn)業(yè)規(guī)模急劇擴大，市場需求旺盛； 新材料的發(fā)展更加注重可持續(xù)發(fā)展 ； 新材料的發(fā)展更體現(xiàn)體現(xiàn) “以人為本”； 新材料產(chǎn)業(yè)整

30、合重組趨勢加劇，上下游產(chǎn)業(yè)進一步融合； 新材料的發(fā)展由軍事需求轉(zhuǎn)向經(jīng)濟需求； 新材料向多功能、智能化方向發(fā)展，開發(fā)與應(yīng)用聯(lián)系更加緊密。 研發(fā)方向？ 結(jié)構(gòu)材料和功能材料 金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、高分子材料、高純度材料以及生物、超導(dǎo)和納米材料等。 戰(zhàn)略目標(biāo)？ (1)力求繼續(xù)保持某些材料領(lǐng)域在世界上的領(lǐng)先地位，如航空航天、能源工業(yè)、化工、金屬材料、超導(dǎo)材料、聚合材料等； (2)大力發(fā)展對促進國民經(jīng)濟發(fā)展和提高國防實力有影響的領(lǐng)域，如電子信息工業(yè)、通訊設(shè)施、計算機產(chǎn)業(yè)等。 基本策略？ (1)在處理發(fā)展高新技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)關(guān)系的同時，做到研發(fā)新材料與有效使用傳統(tǒng)材料有機結(jié)合； (2)在注重研發(fā)高新技

31、術(shù)所需新材料的同時，對于現(xiàn)有的一般技術(shù)所需要的材料進行優(yōu)選和更新，進而提高利用率。 使研發(fā)新材料有的放矢、重點突出、周期縮短、效果顯著。 發(fā)展重點？ 材料的復(fù)合化和多功能化 根本出路？ 優(yōu)化材料的制備工藝和改進加工技術(shù)，以達(dá)到提高效率、減低成本、減少能耗、縮短流程的目的。 關(guān)注的因素？ (1)增強環(huán)境意識，將研發(fā)新材料與生態(tài)、環(huán)境密切結(jié)合起來，增強材料使用壽命、提高循環(huán)使用以及再生利用的比率； (2)環(huán)境凈化、對人類生存無害。 未來材料學(xué)研究體現(xiàn)的技術(shù)特征 ？ 制作技術(shù)：新的加工工藝和制造方法將使材料的生產(chǎn)實現(xiàn)從實驗室走向工業(yè)化； 模仿技術(shù)：從材料的自然特性仿制到材料混合特性的研究； 預(yù)測技術(shù)

32、：開發(fā)新的模型和試驗方法，從而縮短材料的試驗周期。 十大材料學(xué)研究領(lǐng)域： (1)(1)催化劑催化劑 是生產(chǎn)化學(xué)化工制品、石油衍生物、肥料、醫(yī)藥等產(chǎn)品的核心要素，對減少機動車輛、發(fā)電站和化工廠的廢氣廢料排放保護生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著巨大作用。 借助于掃描隧道顯微鏡等科學(xué)儀器，研究納米材料用做催化劑的性能。 (2) (2)光學(xué)材料和光電材料光學(xué)材料和光電材料光學(xué)材料在光通信、數(shù)據(jù)存儲和加工以及傳感、顯示等技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。光發(fā)射二極管和激光器等光學(xué)儀器廣泛應(yīng)用于人類生活的各行各業(yè)。 重點研發(fā)：新光學(xué)材料體系的研發(fā)以及在納米尺度上對新材料的控制能力，最終設(shè)計出3D納米主結(jié)構(gòu)的光發(fā)射儀器； 開發(fā)大

33、型、高效率的白光發(fā)射極，取代目前普遍使用的白熾燈； 開發(fā)光數(shù)字系統(tǒng)，使所有數(shù)據(jù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)能夠通過光設(shè)備而非電子設(shè)備進行處理，從而減少“光電”轉(zhuǎn)換和“電光”轉(zhuǎn)換； 進一步提高諸如、等二維存儲媒體存儲容量，借助干擾和全息技術(shù)開發(fā)三維數(shù)據(jù)存儲媒體。 (3) (3)有機電子學(xué)和光電學(xué)有機電子學(xué)和光電學(xué)開發(fā)廉價、大容量的硅電子新產(chǎn)品，使具有電致發(fā)光、傳導(dǎo)和半傳導(dǎo)性能。柔性基質(zhì)的有機物在智能卡、特征儀器、智能和響應(yīng)式織物、微型反應(yīng)器、汽車零部件和大型數(shù)據(jù)顯示等方面獲得應(yīng)用。 (4) (4)磁性材料磁性材料對數(shù)據(jù)高存儲密度的要求促進磁性介質(zhì)不斷從微型轉(zhuǎn)向納型。 納磁學(xué)的研究方向是開發(fā)隨機存取磁存儲器（），以

34、取代目前的互補金屬氧化物半導(dǎo)體存儲芯片（）。具有非易失性存儲特性，而且能夠達(dá)到每比特納米的小型化程度。 (5) (5)仿生材料仿生材料生物材料的一個顯著特征就是具有多樣化規(guī)模的組織結(jié)構(gòu)。 未來仿生學(xué)的研究集中在兩個方面： 一是仿生材料體積小型化和功能多樣化； 二是仿生材料的有機復(fù)合。 (6)納米生物技術(shù)納米生物技術(shù)加強納米生物技術(shù)在人工物質(zhì)和生物物質(zhì)組合領(lǐng)域的研究，從而設(shè)計出納型合成材料，生成分子結(jié)構(gòu)，為開發(fā)各種高值產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。 (7)超導(dǎo)體超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)體從大規(guī)模能源系統(tǒng)到小型電子系統(tǒng)等領(lǐng)域都獲得十分廣泛的應(yīng)用，但目前高溫超導(dǎo)體的造價過于昂貴。開發(fā)對局部材料的納型控制技術(shù)是降低高溫超導(dǎo)體設(shè)

35、備制造成本的關(guān)鍵所在。 (8)復(fù)合材料復(fù)合材料研究開發(fā)新的、具有特殊性能的基體、纖維和化合物，如具有導(dǎo)電特性的高分子復(fù)合材料、殘余材料、殘余材料的可再循環(huán)利用等。加強對生物材料、分子電子學(xué)、仿生材料、納米物理材料、陶瓷、金屬基體材料的研究。 (9)生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)學(xué)材料在保證安全的前提下開發(fā)相容性更好、耐腐蝕、持久性更好的人體組織器官修復(fù)和替換醫(yī)學(xué)材料。加強對納米生物技術(shù)材料的研究，開發(fā)用于針對目前難治之癥的納粒子藥物嵌入系統(tǒng)以及小型侵入手術(shù)和非侵入診斷系統(tǒng)。 (10)智能紡織材料智能紡織材料開發(fā)多功能紡織材料，使纖維表面功能化，如具有抗菌、血壓控制以及通過紡織纖維與皮膚界面來控制藥物釋放等

36、功效。開發(fā)智能紡織材料和非織材料在鐵路、航空、建筑等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 (1)開發(fā)出實用的高溫超導(dǎo)材料并將其應(yīng)用到開發(fā)出實用的高溫超導(dǎo)材料并將其應(yīng)用到 若干領(lǐng)域；若干領(lǐng)域； (2)轉(zhuǎn)換效率在轉(zhuǎn)換效率在20以上的太陽能電池進入實用階段；以上的太陽能電池進入實用階段； (3)納米材料制備技術(shù)的開發(fā)及納米材料、納米器件在納米材料制備技術(shù)的開發(fā)及納米材料、納米器件在 若干領(lǐng)域的應(yīng)用；若干領(lǐng)域的應(yīng)用；(4)開發(fā)出汽車動力用燃料電池；開發(fā)出汽車動力用燃料電池； (5)可在可在350高溫下持續(xù)工作的聚合物基復(fù)合材料進高溫下持續(xù)工作的聚合物基復(fù)合材料進 入實用階段；入實用階段； (6)開發(fā)出與人骨基本相同的磷灰

37、石基復(fù)合材料；開發(fā)出與人骨基本相同的磷灰石基復(fù)合材料； (7)開發(fā)出金屬間化合物基高溫結(jié)構(gòu)材料；開發(fā)出金屬間化合物基高溫結(jié)構(gòu)材料； (8)開發(fā)出適用于汽車及其他民用工業(yè)的鈦合金；開發(fā)出適用于汽車及其他民用工業(yè)的鈦合金； (9)開發(fā)出適用于汽車等交通工具的低成本、高強度鋁、開發(fā)出適用于汽車等交通工具的低成本、高強度鋁、 鎂合金；鎂合金；(10)開發(fā)出實用的全光開關(guān)材料和技術(shù)；開發(fā)出實用的全光開關(guān)材料和技術(shù)； (11)開發(fā)出單電子存儲器元件；開發(fā)出單電子存儲器元件；(12)新一代鋼鐵材料（即新一代鋼鐵材料（即“超級鋼超級鋼”）進入實用階段；）進入實用階段；(13)開發(fā)出適用的塑料再生、循環(huán)利用技術(shù)

38、；開發(fā)出適用的塑料再生、循環(huán)利用技術(shù)；(14)開發(fā)出高能量、高密度、持久耐用的充電電池；開發(fā)出高能量、高密度、持久耐用的充電電池；(15)開發(fā)出實用的太陽能分解水制造氫的技術(shù)。開發(fā)出實用的太陽能分解水制造氫的技術(shù)。 材料產(chǎn)業(yè)？ 材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值占全部工業(yè)總產(chǎn)值的材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值占全部工業(yè)總產(chǎn)值的30% 鋼材、水泥、平板玻璃等產(chǎn)量均居世界第一位。鋼材、水泥、平板玻璃等產(chǎn)量均居世界第一位。 十種有色金屬、純堿等產(chǎn)量居世界第二位十種有色金屬、純堿等產(chǎn)量居世界第二位 傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)需向高性能化、多功能化、復(fù)合傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)需向高性能化、多功能化、復(fù)合化、智能化和低成本化的高附加值的新材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化、智能化和低成

39、本化的高附加值的新材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移移 新材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀？ 經(jīng)過幾十年奮斗，我國新材料產(chǎn)業(yè)從無到有，不斷發(fā)展經(jīng)過幾十年奮斗，我國新材料產(chǎn)業(yè)從無到有，不斷發(fā)展壯大，在體系建設(shè)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)進步等方面取得明顯成壯大，在體系建設(shè)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)進步等方面取得明顯成就，為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)做出了重大貢獻，具備了良好發(fā)就，為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)做出了重大貢獻，具備了良好發(fā)展基礎(chǔ)。同時，新材料產(chǎn)業(yè)在國際產(chǎn)業(yè)布局中正處于由低級展基礎(chǔ)。同時，新材料產(chǎn)業(yè)在國際產(chǎn)業(yè)布局中正處于由低級向高級發(fā)展的階段，產(chǎn)業(yè)呈集聚發(fā)展趨勢、區(qū)域特色明顯，向高級發(fā)展的階段，產(chǎn)業(yè)呈集聚發(fā)展趨勢、區(qū)域特色明顯，形成了各有優(yōu)勢、各具特色的發(fā)展格局。

40、受我國新材料市場形成了各有優(yōu)勢、各具特色的發(fā)展格局。受我國新材料市場的發(fā)展?jié)摿Φ奈?，國際材料巨頭紛紛調(diào)整其在中國的戰(zhàn)略的發(fā)展?jié)摿Φ奈?，國際材料巨頭紛紛調(diào)整其在中國的戰(zhàn)略布局，杜邦、拜耳、巴斯夫、京瓷等跨國企業(yè)紛紛增加投資，布局，杜邦、拜耳、巴斯夫、京瓷等跨國企業(yè)紛紛增加投資，尋求更深的戰(zhàn)略合作。尋求更深的戰(zhàn)略合作。 (1)(1)新材料產(chǎn)業(yè)體系初步形成新材料產(chǎn)業(yè)體系初步形成(2)(2)新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大(3)(3)部分關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破部分關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破 我國的新材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的基地建設(shè)始于我國的新材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的基地建設(shè)始于1995年年 目前，科技部共計批準(zhǔn)區(qū)

41、域性新材料產(chǎn)業(yè)基地目前，科技部共計批準(zhǔn)區(qū)域性新材料產(chǎn)業(yè)基地37家，其中高家，其中高新司批準(zhǔn)建立的國家新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地新司批準(zhǔn)建立的國家新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地22家，國家火家，國家火炬計劃批準(zhǔn)建立的基地炬計劃批準(zhǔn)建立的基地15家。家。 另外，還有兩家與材料相關(guān)的基地：吳江光電纜產(chǎn)業(yè)基地和另外，還有兩家與材料相關(guān)的基地：吳江光電纜產(chǎn)業(yè)基地和十堰汽車關(guān)鍵部件產(chǎn)業(yè)基地十堰汽車關(guān)鍵部件產(chǎn)業(yè)基地。 長三角地區(qū)：長三角地區(qū)：(一)寧波新材料產(chǎn)業(yè)國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地(二)連云港新材料產(chǎn)業(yè)國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地(三)江陰國家新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地(四)國家火炬計劃海門新材料產(chǎn)業(yè)基地(五) 上海國家半

42、導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地(六)常州新型涂料產(chǎn)業(yè)化基地(七)紹興紡織新材料特色產(chǎn)業(yè)基地 新材料產(chǎn)業(yè)集群珠三角和東南沿海地區(qū)：珠三角和東南沿海地區(qū)：(一)佛山新材料產(chǎn)業(yè)基地(二)國家火炬計劃閩東南電子與信息產(chǎn)業(yè)基地(三)廈門國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地(四)廣州新材料產(chǎn)業(yè)基地(五)潮州日用陶瓷特色產(chǎn)業(yè)基地(六)廣西省柳州市新材料產(chǎn)業(yè)基地北方地區(qū)：北方地區(qū)：(一)中關(guān)村永豐國家新材料技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化基地(二)天津國家納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地(三)淄博國家新材料產(chǎn)業(yè)化基地(四)萊蕪國家新材料產(chǎn)業(yè)化基地(五)吉林省國家科技攻關(guān)鎂合金應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化基地(六)大連新材料產(chǎn)業(yè)國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地(七)威海國家先進復(fù)合

43、材料高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地中部地區(qū)：中部地區(qū)：(一)國家光電子產(chǎn)業(yè)基地武漢中國光谷(二)銅陵電子材料產(chǎn)業(yè)基地(三)馬鞍山國家新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地(四)河南濮陽生物化工產(chǎn)業(yè)基地(五)洛陽新材料產(chǎn)業(yè)國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地(六)湖南國家新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地(七)鄭州超硬材料產(chǎn)業(yè)園(八)宜春國家鋰電新能源高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地 西部地區(qū)：西部地區(qū)：(一)寶雞國家新材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地(二)甘肅省金昌市新材料產(chǎn)業(yè)國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地(三)四川省綿陽國家新材料產(chǎn)業(yè)化基地(四)重慶鎂合金產(chǎn)業(yè)基地(五)甘肅省蘭白金有色金屬新材料產(chǎn)業(yè)化基地(六)陜西新材料產(chǎn)業(yè)基地(七)貴陽國家級新材料產(chǎn)業(yè)化基地(八)內(nèi)蒙古鄂爾多斯市

44、新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地(九)內(nèi)蒙古包頭稀土新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地(十)四川省攀枝花國家新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地(十一)四川省德陽國家新材料產(chǎn)業(yè)化基地 新材料產(chǎn)業(yè)問題？ (1)(1)一些靠企業(yè)自發(fā)形成的新材料企業(yè)集中區(qū)域一些靠企業(yè)自發(fā)形成的新材料企業(yè)集中區(qū)域 內(nèi)產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度不高，產(chǎn)業(yè)布局不合理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不健內(nèi)產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度不高，產(chǎn)業(yè)布局不合理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不健 康，多數(shù)企業(yè)沒有經(jīng)濟規(guī)模，產(chǎn)業(yè)集成度低，市場競爭康，多數(shù)企業(yè)沒有經(jīng)濟規(guī)模，產(chǎn)業(yè)集成度低，市場競爭 力差力差; ; (2) (2)依靠民營的體制優(yōu)勢、市場開拓能力發(fā)展的新材料企業(yè)依靠民營的體制優(yōu)勢、市場開拓能力發(fā)展的新材料企業(yè) 集中區(qū)域產(chǎn)業(yè)

45、結(jié)構(gòu)趨同，缺乏地方產(chǎn)業(yè)特色，缺乏形成集中區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨同，缺乏地方產(chǎn)業(yè)特色，缺乏形成 地方產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的后勁地方產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的后勁; ; (3) (3)西部大多數(shù)省份資源優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來，沒有形成產(chǎn)業(yè)西部大多數(shù)省份資源優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來，沒有形成產(chǎn)業(yè) 配套體系，資源浪費嚴(yán)重。配套體系，資源浪費嚴(yán)重。 新材料技術(shù)的特點：基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性新材料產(chǎn)業(yè)特點? (1) 應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V、相互之間關(guān)聯(lián)度小應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V、相互之間關(guān)聯(lián)度小 新材料種類紛繁，涉及多個不同的行業(yè)，不僅有市新材料種類紛繁，涉及多個不同的行業(yè)，不僅有市場一度熱衷的納米材料、磁性材料等產(chǎn)品，還有與能源場一度熱衷的納米材料、磁性材料等產(chǎn)品，還有與能源結(jié)合

46、緊密的新型能源材料，與信息產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合的光通結(jié)合緊密的新型能源材料，與信息產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合的光通訊材料，更有聚氨酯、氯化聚乙烯、有機氟材料等傳統(tǒng)訊材料，更有聚氨酯、氯化聚乙烯、有機氟材料等傳統(tǒng)的高分子材料。而生產(chǎn)這些產(chǎn)品的公司分處不同的行業(yè)，的高分子材料。而生產(chǎn)這些產(chǎn)品的公司分處不同的行業(yè)，無論是設(shè)備，生產(chǎn)技術(shù)，還是銷售市場都存在較大的差無論是設(shè)備，生產(chǎn)技術(shù)，還是銷售市場都存在較大的差異。可以說并不存在共同的市場基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)性較差，各異?？梢哉f并不存在共同的市場基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)性較差，各公司的個性要強于整個公司的個性要強于整個“行業(yè)行業(yè)”的共性。的共性。 (2) 投資與技術(shù)高度密集投資與技術(shù)高度密集 技術(shù)

47、密集是指新材料在研制和制造過程中技術(shù)的多樣性、技術(shù)密集是指新材料在研制和制造過程中技術(shù)的多樣性、邊緣性和綜合性。新材料行業(yè)涉及自然科學(xué)和工程技術(shù)，多學(xué)邊緣性和綜合性。新材料行業(yè)涉及自然科學(xué)和工程技術(shù)，多學(xué)科交叉滲透，知識和技術(shù)高度密集。投資密集是指研究開發(fā)和科交叉滲透，知識和技術(shù)高度密集。投資密集是指研究開發(fā)和生產(chǎn)新材料產(chǎn)品要求有一定的投資強度。新材料行業(yè)的放大技生產(chǎn)新材料產(chǎn)品要求有一定的投資強度。新材料行業(yè)的放大技術(shù)復(fù)雜，行業(yè)裝備一次性投入大，尤其是在工程化研究以及建術(shù)復(fù)雜，行業(yè)裝備一次性投入大，尤其是在工程化研究以及建立規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)線時，更要求比較大的投資。立規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)線時，更要求比較大

48、的投資。 (3) 高風(fēng)險、高收益高風(fēng)險、高收益 從風(fēng)險的角度看，首先，由于應(yīng)用領(lǐng)域的進步，對新材從風(fēng)險的角度看，首先，由于應(yīng)用領(lǐng)域的進步，對新材料的技術(shù)要求進一步提高，研發(fā)風(fēng)險提高；其次，新材料品種料的技術(shù)要求進一步提高，研發(fā)風(fēng)險提高；其次，新材料品種多，大批量產(chǎn)品相對較少，由于工藝集成度加大，生產(chǎn)流程縮多，大批量產(chǎn)品相對較少，由于工藝集成度加大，生產(chǎn)流程縮短，知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)和產(chǎn)品的效率提高，存在行業(yè)風(fēng)險；第三，短，知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)和產(chǎn)品的效率提高，存在行業(yè)風(fēng)險；第三，由于高新技術(shù)發(fā)展迅猛，新材料本身更新?lián)Q代速度加快，生命由于高新技術(shù)發(fā)展迅猛，新材料本身更新?lián)Q代速度加快，生命周期縮短，產(chǎn)品風(fēng)險加

49、大。從收益的角度看，與其他傳統(tǒng)行業(yè)周期縮短，產(chǎn)品風(fēng)險加大。從收益的角度看，與其他傳統(tǒng)行業(yè)的上市公司相比，新材料上市公司近年業(yè)績優(yōu)良。的上市公司相比，新材料上市公司近年業(yè)績優(yōu)良。 (4) 新材料產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度高新材料產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)度高從新材料產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)系來說，具有如下特點：從新材料產(chǎn)業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的關(guān)系來說，具有如下特點：先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性和帶動性。新材料廣泛應(yīng)用于信息、能先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性和帶動性。新材料廣泛應(yīng)用于信息、能源、交通、醫(yī)療等各個領(lǐng)域，是其他高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的源、交通、醫(yī)療等各個領(lǐng)域，是其他高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)；基礎(chǔ)和先導(dǎo)；新材料產(chǎn)業(yè)與上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)進一

50、步融合，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)垂新材料產(chǎn)業(yè)與上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)進一步融合，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)垂直擴散。新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特直擴散。新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是下與用戶的進一步創(chuàng)新開發(fā)，才能使新材料產(chǎn)品最終走向別是下與用戶的進一步創(chuàng)新開發(fā)，才能使新材料產(chǎn)品最終走向市場。如上游的汽車工業(yè)投資增加要求汽車材料工業(yè)要配套發(fā)市場。如上游的汽車工業(yè)投資增加要求汽車材料工業(yè)要配套發(fā)展。反之，在一種新型半導(dǎo)體材料投資規(guī)模生產(chǎn)之時，一定要展。反之，在一種新型半導(dǎo)體材料投資規(guī)模生產(chǎn)之時，一定要考慮到下游應(yīng)用市場的投資現(xiàn)狀、裝備、設(shè)計、生產(chǎn)能力等等考慮到下游應(yīng)用市場的投資現(xiàn)狀、裝備、設(shè)計、生產(chǎn)能

51、力等等 ；新材料與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)橫向擴散。隨著新材料與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)橫向擴散。隨著高技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)向新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。高技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)向新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 新材料產(chǎn)業(yè)在區(qū)域發(fā)展的地位? 新材料產(chǎn)業(yè)推動著機械、能源、化工、輕紡等新材料產(chǎn)業(yè)推動著機械、能源、化工、輕紡等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，已成為區(qū)域已成為區(qū)域經(jīng)濟新的增長點。經(jīng)濟新的增長點。 中國進入中國進入WTO后，伴隨著全球性的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，后，伴隨著全球性的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，產(chǎn)業(yè)格局也正在發(fā)生重大變化。產(chǎn)業(yè)格局也正在發(fā)生重大變化?！笆澜绻S世界工廠”“中國制中國制

52、造造”預(yù)示著中國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在從勞動密集型向著資預(yù)示著中國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在從勞動密集型向著資本密集型和技術(shù)的不斷創(chuàng)新方面發(fā)展。這種變化對新本密集型和技術(shù)的不斷創(chuàng)新方面發(fā)展。這種變化對新材料產(chǎn)業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。要求它更快發(fā)展，以適應(yīng)材料產(chǎn)業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。要求它更快發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代化現(xiàn)代化“中國制造中國制造”的巨大市場需求，研究區(qū)域的經(jīng)濟的巨大市場需求，研究區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展，就要研究新材料產(chǎn)業(yè)。發(fā)展，就要研究新材料產(chǎn)業(yè)。 西部新材料行動？ 通過整合國家與地方的資源，強化東西部聯(lián)動，通過整合國家與地方的資源，強化東西部聯(lián)動，推動西部具有資源特色和競爭力的新材料行業(yè)發(fā)展，推動西部具有資源特色和競爭力的新

53、材料行業(yè)發(fā)展，建立若干個新材料產(chǎn)業(yè)基地，促進西部資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)建立若干個新材料產(chǎn)業(yè)基地，促進西部資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，用新材料打造西部新經(jīng)濟?；癁榻?jīng)濟優(yōu)勢，用新材料打造西部新經(jīng)濟。 區(qū)域基地的建設(shè)應(yīng)該放在全省、全國、甚至全區(qū)域基地的建設(shè)應(yīng)該放在全省、全國、甚至全球的大背景下考慮，要有更高層次上的總體規(guī)劃。球的大背景下考慮，要有更高層次上的總體規(guī)劃。 “中國制造”問題？ 是在世界經(jīng)濟全球化發(fā)展背景下，在國際分工基礎(chǔ)之上的世界性的制造業(yè)問題，而不僅僅是中國民族工業(yè)的問題。 是中國在近二十年的市場化改革和對外開放之后，在以加入為契機，即將全面融入國際社會之際遇到的關(guān)系國家發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。 “新材料

54、”與“中國制造”的關(guān)系？ (1)材料工業(yè)是中國制造業(yè)的上游產(chǎn)業(yè)，是中國制造業(yè)的組成部分之一，制造業(yè)的各個領(lǐng)域都離不開新材料，新材料是中國制造業(yè)的基礎(chǔ),材料工業(yè)肩負(fù)著為制造業(yè)發(fā)展提供原材料的責(zé)任； (2)制造業(yè)是材料工業(yè)的下游產(chǎn)業(yè)，是材料工業(yè)的主要產(chǎn)業(yè)客戶，制造業(yè)發(fā)展是材料工業(yè)發(fā)展的市場基礎(chǔ)，材料工業(yè)與制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可分割的兩個環(huán)節(jié),是價值創(chuàng)造的共同的主體。 中國制造業(yè)的發(fā)展客觀上帶動中國新材料的發(fā)展，而材料工業(yè)是中國制造業(yè)價值鏈上的核心環(huán)節(jié)之一，它的發(fā)展同時對制造業(yè)的發(fā)展也起到一個支撐與促進作用。 新材料應(yīng)積極尋找與中國制造的接口 新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題：

55、成果較多，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)化的卻較少，即產(chǎn)業(yè)和研究嚴(yán)重脫節(jié)。 新材料生產(chǎn)的整個技術(shù)沒有固化成一個程序上的東西。 新材料領(lǐng)域的研發(fā)特色：新材料領(lǐng)域的研發(fā)特色： 供給非常大，需求也非常大。 新材料如何找到與新材料如何找到與“中國制造中國制造”的接口？的接口？ 新材料應(yīng)該為中國制造提供服務(wù)。只有中國制造有了市場，新材料才能得到快速發(fā)展。 目前的新材料項目往往是依據(jù)研發(fā)能力來提出的，對于市場特別是對于“中國制造”的依賴程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 新材料如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化？新材料如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化？ 技術(shù)是為產(chǎn)業(yè)服務(wù)的，應(yīng)該能夠用現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)來解決產(chǎn)業(yè)化的問題。 企業(yè)應(yīng)成為創(chuàng)新的主體 企業(yè)成為科技創(chuàng)新的主體，學(xué)校、科研機構(gòu)應(yīng)考慮

56、如何以企業(yè)為主體，配合企業(yè)來推動成果的產(chǎn)業(yè)化。 新材料帶動中國經(jīng)濟實現(xiàn)跨越式發(fā)展 國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與制造業(yè) 信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料 信息技術(shù)：無知識產(chǎn)權(quán)，中國的目標(biāo)是與臺灣地區(qū)、日本爭奪優(yōu)勢(對于美國則根本無競爭力) 生物技術(shù)：無源創(chuàng)性，只有中藥現(xiàn)代化有可能占據(jù)一席之地，但存在國際認(rèn)可問題。 新材料：擁有豐富的原材料，研究如何通過深 加工來提升其附加值，可以深入到中 國的大部分地區(qū)，包括邊遠(yuǎn)地區(qū)和貧 困山區(qū)等。 在某種意義上，新材料是唯一一個能使中國經(jīng)濟實現(xiàn)跨越式發(fā)展的領(lǐng)域。 信息化帶動工業(yè)化的前提下新材料地位信息化帶動工業(yè)化的前提下新材料地位 以高新技術(shù)帶動改造傳

57、統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 以信息化帶動工業(yè)化(解決了信息對稱的問題和發(fā)展模式的問題，但卻沒有解決內(nèi)涵問題) 以新材料增強中國制造業(yè)的競爭能力 “中國制造”對新材料產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動力： 突出應(yīng)用導(dǎo)向突出應(yīng)用導(dǎo)向 推動產(chǎn)業(yè)融合推動產(chǎn)業(yè)融合 加快創(chuàng)新響應(yīng)加快創(chuàng)新響應(yīng) 注重可持續(xù)發(fā)展注重可持續(xù)發(fā)展 過去十年，中國出現(xiàn)了若干從很小規(guī)模爆發(fā)式增長到百億乃至千億級規(guī)模的細(xì)分領(lǐng)域，比如多晶硅、釹鐵硼永磁材料、MDI等。與之相伴，國內(nèi)一批新材料特色產(chǎn)業(yè)基地崛起，高成長企業(yè)不斷涌現(xiàn)。據(jù)初步統(tǒng)計，截止到2012年底，中國已陸續(xù)在全國27個省市建立了138個新材料產(chǎn)業(yè)基地；中國資本市場上新材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的上市公司達(dá)159家，A股市值超過800

58、0億元。從從“中國制造中國制造”到到“中國創(chuàng)造中國創(chuàng)造” 從“中國制造”走向“中國創(chuàng)造”新材料產(chǎn)業(yè)驅(qū)動力： 新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展 前沿技術(shù)突破前沿技術(shù)突破 重點產(chǎn)業(yè)和重大工程支撐重點產(chǎn)業(yè)和重大工程支撐 新材料發(fā)展走原始創(chuàng)新之路，需要技術(shù)、市場政策的配合和聯(lián)動。 通過明晰產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略，解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展頂層設(shè)計的問題； 通過做強產(chǎn)業(yè)鏈條，實現(xiàn)新材料與下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的高端融合發(fā)展； 通過重塑商業(yè)模式，把握市場先導(dǎo)性、技術(shù)響應(yīng)度、資源控制力等關(guān)鍵要素。 要實現(xiàn)由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)型升級，中國新材料必須走原始創(chuàng)新的道路，新材料領(lǐng)域也將出現(xiàn)若干原創(chuàng)新興產(chǎn)業(yè)。大力發(fā)展原創(chuàng)新興產(chǎn)業(yè)，不僅是加快搶占新材料

59、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略制高點、塑造區(qū)域個性的戰(zhàn)略抉擇，還是引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整、發(fā)展方式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的重要途徑，更是贏得后危機時代發(fā)展先機、打造全球創(chuàng)新“尖峰”的有力抓手。材料科學(xué)與工程的關(guān)系材料科學(xué)與工程的關(guān)系 定義： 材料科學(xué)：是一門科學(xué)，從事材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分 析、認(rèn)識、設(shè)計及控制方面的研究。其 目的揭示材料的行為，給予材料屬性的 描述或建立模型，解釋結(jié)構(gòu)與材料性能 之間的關(guān)系。 材料工程：是一個工程領(lǐng)域，其目的在于經(jīng)濟地、 而又為社會所能接受地控制材料的結(jié) 構(gòu)、性能和形狀。材料學(xué)科材料學(xué)科溯源（歷史分析）溯源（歷史分析）材料學(xué)科的形成：學(xué)校、學(xué)會和期刊三方面材料學(xué)科的形成：學(xué)校、學(xué)會和期刊三方面學(xué)校：學(xué)

60、校：美國麻省理工學(xué)院（美國麻省理工學(xué)院（MIT）為例：）為例：材料學(xué)科的分與合材料學(xué)科的分與合MSE與社會科學(xué)的結(jié)合，形成了材料學(xué)與社會科學(xué)的結(jié)合，形成了材料學(xué)Materialogy學(xué)會：學(xué)會：以美國的相關(guān)學(xué)會為例。以美國的相關(guān)學(xué)會為例。學(xué)術(shù)期刊：學(xué)術(shù)期刊： 材料科學(xué)與工程的提出(1) 1957年年10月月4日和日和11月月3日蘇聯(lián)發(fā)射兩顆人造衛(wèi)星，日蘇聯(lián)發(fā)射兩顆人造衛(wèi)星， 分別重分別重80千克和千克和500千克。千克。(2) 1958年年1月月31日美國發(fā)射日美國發(fā)射“探測者探測者1號號”人造衛(wèi)星僅人造衛(wèi)星僅8 千克。千克。(3) 對此美國有關(guān)部門聯(lián)合向總統(tǒng)提出報告，認(rèn)為美對此美國有關(guān)部門聯(lián)