世界新材料技术及其产业发展总体态势

世界新材料技术及其产业发展总体态势

21世纪是科学发现和技术发展出现密集创新的时代，新技术不断涌现，多种学科交叉和融合，由此带动高新技术产业群迅速崛起。新材料技术已被世界公认为最重要、发展最快的高新技术产业之一，并对其他高技术发展提供重要的支撑。本文着重阐述目前世界新材料技术发展的动向，未来新材料技术的主要发展趋势，同时阐明若干国家和地区促进新材料科技和产业发展的战略和举措。

新材料是指新近发展起来的或正在发展中的、比传统材料具备更优异性能与工艺并且具有特

殊性能的一类材料。新材料是在传统材料基础上发展形成的，但又突破传统材料而拓展新的领域。

进入21世纪，新材料产业已被世界公认为最重要、发展最快的高新技术产业之一，对工业、农业、社会以及国防和其他高新技术产业的发展都起着重要的支撑作用。美国、欧洲、日本等工业发达国家都十分重视新材料技术的发展，为保持其经济和科技的领先地位，都把发展新材料作为科技发展战略的重要组成部分，在制定国家科技与产业发展计划时，将新材料技术列为21世纪优先发展的关键技术之一，予以重点发展。

若干前沿新材料科技的发展动向

1.纳米科技研发形成国际浪潮，纳米材料生物效应引起关注

纳米材料和纳米技术是20世纪末兴起的一个高新科技领域，基于纳米材料和纳米科技在电子、信息、新型陶瓷、生物、化工、医药、机械、交通、能源、国防等领域有着重要意义和广泛的应用前景。21世纪前20年，纳电子代替微电子、纳米加工代替传统加工、纳米材料代替微米材料、纳米生物技术代替微米生物技术是未来发展趋势，因此纳米材料和纳米技术备受世界各发达国家的重视和支持。以美国为例，美国在《21世纪纳米技术研究开发法案》中批准联邦政府从2005年以后的4年中将投入约37亿美元用于纳米材料与技术的研究开发。欧盟、日本、韩国等国家相继投入大量经费用于支持本国纳米科技研究领域。

随着纳米科技的发展，如何有效避免潜在的风险成为世界各国日益关注的课题，相应的研究

也随之开展，目的是寻求降低风险的渠道，最终保证纳米技术的安全应用。值得一提的是我国从事的纳米生物效应研究单位，已成功地将纳米材料的生物效应应用到肿瘤的医学诊断和治疗技术的探索上，并取得了多项重要成果。

2.新型结构材料应用广泛，发展前景乐观

低成本、高性能先进钢铁材料仍然是21世纪的主要结构材料。钢铁材料性能优异、价格低廉，易于循环利用，是最传统和最主要的结构材料。2004年，世界范围内钢产量首次突破10

亿吨，但从世界各国钢铁材料的发展状况看，特别是随着发展中国家的钢铁材料需求的增长，在可预见的将来, 低成本、高性能、高附加值的先进钢铁材料是新一代钢铁材料的发展方向，并将成为在许多领域广泛应用的主要结构材料。

铝合金材料发展迅猛，蕴育着巨大的市场潜力。铝合金由于密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，在轻金属及合金中应用最广、用量最多。21世纪初，交通运输业消耗的铝占全世界原铝产量的27.6%，日本在交通运输业等领域的消费达30%以上。随着交通运输业现代化进程的加快，低成本、高性能的铝及铝合金材料在航空、航天和汽车三大领域的应用日益增加。

镁合金材料的应用领域逐渐拓宽，市场前景广阔。镁合金被业内公认为“最有前途的轻量化材料”之一，未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。随着欧洲汽车制造商提出“3公升汽油轿车”新概念，以及美国提出的“PNGV”（新一代交通工具）的合作计划，推动了镁合金在汽车、摩托车等交通类产品的应用，使镁合金零件成为世界各大汽车公司零件的重要发展方向。随着镁合金生产技术的多项突破，电子及家电用镁合金消费量剧增。

钛合金材料的发展将由军工领域逐步向民用转化。钛和钛合金因其密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性，倍受世人瞩目。从世界主要钛生产国的产量及所占比例来看，美国、独联体、日本占全球总产量的83%。继钛和钛合金在航空航天领域的大量应用，火力、核电厂，及板式热交换器等方面已占总消费量的41.9%。随着钛和钛合金在化学工业及油气田钻探装置以及体育用品等方面的推广应用，钛和钛合金产业前景广阔。

高温结构材料作为宇航领域的主导材料之一，用量逐渐增加。随着航空、航天技术的发展，对材料性能的要求越来越高。美国的先进发动机计划AFT和IHPTET的总目标是将发动机的推重比提高达20。发动机零件应力水平越来越高，特别是为适应航空发动机的涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室等材料的需求，各国均建立了各自的高温结构材料体系。高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料等成为高温结构材料的重要组成部分。其中Inconel 718（GH4169）和Hastoloyx合金的应用量，已占先进发动机用高温合金的60%；研制的高温结构复合材料，满足了航空航天领域对高温材料的需要。国外新一代运载火箭、战略导弹及其推进系统的关键结构材料几乎全部复合材料化；C/C复合材料已成为对宇航发动机减重、节油、提高推重比、增大飞行半径与航程、提高战技术比能不可替代的材料。

高分子材料的发展及应用出现新契机。高分子材料与金属材料、无机非金属材料是三大基本原材料。高分子材料主要包括合成树脂、合成橡胶和合成纤维等，在经济发展和科技创新领域得到了广泛的应用，发挥着越来越重要的作用。最近，日本科学家用高分子材料代替无毒性的病毒作载体，进行基因治疗实验获得了成功，更大大拓展了高分子材料在生物医用材料领域的应用范围。发达国家在药物控制释放体系、骨科固定、组织工程和医用手术缝合线等方面，部分已经产业化。

3.新型功能材料及其应用技术面临新突破

超导材料的临界温度在逐步提高，超导材料向低成本和实用化方向发展。当前研制出的高温超导材料中，临界温度最高的可达160K。从目前国际上高温超导产业化应用的趋势来看，从以军事领域为主向民用领域扩展，例如，超导滤波系统在第三代移动通信中得到了的应用，并将在能源、信息、交通、仪器等领域有重大应用。此外，在继续改善BSCCO带材（也称为第一代带材）的同时，各国正在努力研究开发在柔性金属基带上涂以YBCO（YBa2Cu3Ox，x=6-7，钇-

钡-铜氧化物）厚膜的涂层导体（第二代高温超导带材）。铋系高温超导线材目前已实现商品化。

新能源材料发展前景广阔。新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，主要包括以储氢材料、燃料电池材料、Si半导体材料为代表的太阳能电池材料以及反应堆核能材料等。当前的研究热点和前沿技术包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。21世纪，将面临世界范围的能源危机，各国对新能源材料发展的高度重视，极大地推动了新能源材料的发展。

生物医用材料的发展面临重大的技术突破。生物医学材料是用于诊断、治疗、修复或替换病损组织、器官或增进功能的天然或人造高技术新材料。生物医学材料应用广泛，全世界仅高分子材料在医学上的应用就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10％～20％的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破，生物材料的应用将更加广泛。

智能材料代表了材料科学较为活跃的发展方向。智能材料是能随周围环境的变化而自动调节自身功能与特性的一种材料，它可以满足人类的特定要求，达到自诊断、自适应甚至自修复的目的。智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能），智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。目前具有传感与传动特性的智能材料，如形状记忆合金、磁感应材料、智能高分子材料和芯片化的材料多功能技术等得到飞速发展，这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域。

4.电子信息材料发展呈现新趋势

随着电子学向光电子学、光子学迈进，业内普遍认为微电子材料在未来10～15年仍是最基本的信息材料，光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的电子信息材料。电子、光电子用功能单晶将以大尺寸、高均匀性、晶格高完整性为主要发展方向，而新型元器件将向低维化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。

纳米电子学是当今电子学发展的一个重要方向。随着固体器件朝着小尺度、低维方向的发展，它已经发展成为一种纳米量子结构。由于纳米量子结构中受限电子呈现出许多与它们在三维结构中十分不同的、物理内涵十分丰富的新量子现象和效应，它一直在源源不断地被人们用来研制具