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功能材料的前世今生与未来

2016-07-22    来源:     字号:【

功能材料的概念是美国J.A.Morton于1965年首先提出来的。20世纪60年代以来,各种现代技术的兴起,强烈刺激了功能材料的发展。同时,由于固体物理、固体化学、量子理论、结构化学、生物物理和生物化学等学科的飞速发展以及各种制备功能材料的新技术和现代分析测试技术在功能材料研究和生产中的实际应用,许多新功能材料不仅已经在实验室中研制出来,而且已经小批量生产和得到应用,并在不同程度上推动或加速了各种技术的进一步发展。

20世纪七八十年代以来,材料发展出现了新的动向,结构材料与功能材料的关系发生了根本性的变化。随着电力技术的发展,电工冶金、金属磁功能材料和金属电功能材料已得到较大的发展。50年代随着微电子学技术的发展,半导体电子功能材料迅速发展。60年代出现激光技术,光学材料面貌为之一新。70年代光电子材料,80年代形状记忆合金、储能材料得到迅速发展。90年代电子信息、能源、制造业技术的发展,特别是国防科技及武器装备的发展需要推动功能材料快速发展。

以功能材料为核心的新材料产业已被公认为是全球最重要、发展最快的高新技术产业之一,发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。在全球新材料研究领域中,功能材料约占85%以上,它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点,也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。

20世纪末期到21世纪初期(“九五”“十五”期间),“863”、“973’’、国家自然科学基金等开辟了计算机材料、稀土功能材料、生物医用材料、超导材料、储氢等新能源材料、金刚石薄膜、高性能固体推进剂材料、红外隐身材料、材料设计与性能预测等功能材料新领域,取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果。自2010年以来,我国功能材料产业规模稳步增长,轨道交通、电子通信、新能源、航空航天发展迅猛,新能源材料、电子信息材料、半导体材料、纤维复合材料、生物功能材料、电磁屏蔽材料、轻质高强铝合金和镁合金等新型功能材料企业及产业化基地逐步建成并投产。

《新材料产业“十二五”规划》中提出,材料工业是国民经济的基础产业,新材料是材料工业发展的先导,是重要的战略性新兴产业,而功能材料占材料工业的80%以上。因此,“十二五”甚至“十三五”时期皆是我国功能材料科技与产业由大变强的关键时期。加快培育和发展功能材料科技与产业,对于引领材料工业升级换代,支撑战略性新兴产业发展,保障国家重大工程建设,促进传统产业转型升级,构建国际竞争新优势具有重要的战略意义。

 功能材料是关系到我国能否顺利实现第三步战略目标的关键新材料,在国家政策的引导下,通过采用新的制备技术和学科交叉来提高已有基础性功能材料及器件的技术水平、功能特性和产业规模;跟踪国外技术发展与自主创新相结合,功能材料的发展和应用已向清洁高效能源技术、环境技术等重要领域扩展,材料的环境适应性和极限使用性能日益受到关注;在新型功能材料、光电子材料与器件、纳米和薄膜材料与器件、智能材料与工程结构技术等方面的研发与产业化已经取得了重要发展。

功能材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料,而且是改造与提升我国基础工业和传统产业的基础,直接关系到我国资源、环境及社会的可持续发展。 

未来,高性能特种功能材料行业发展趋势是技术提升、结构调整、品种优化、质量提高、淘汰落后;企业重组、产业集中和产品优化。节约能源、保护环境是特种功能材料的发展方向,产品将向特、精、高的方向发展,向深加工、高附加值发展,企业向低成本、高效率、生态型发展;部分不符合市场需求的产品和中小型企业将最终退出市场。节约资源、随着互联网、移动通信等新一代电子信息技术的迅速崛起,作为一大批基础电子元器件技术核心的信息功能材料将日益成为我国发展相关高技术的需求重点。

我国能源(超临界、超超临界大型火电机组、大型民用核电站等)、冶金、航空航天、石油化工、煤化工等行业重大装备技术升级,以及电动汽车、物联网等行业的发展,对新能源材料及元件提出了高精度、大容量、长寿命(10年以上)、大功率充放电等特殊要求。

本文内容摘自《中国战略性新兴产业研究与发展•功能材料》


《中国战略性新兴产业研究与发展》丛书是2013、2015国家出版基金项目。《功能材料》是2015《中国战略性新兴产业研究与发展》丛书最先出版一本,由重庆材料研究院有限公司、中国仪器仪表学会仪表功能材料分会、中国仪器仪表行业协会仪表功能材料分会共同组编,刘庆宾任主编,40多位作者历时一年精心编著。篇幅所限,仅收录了纳米功能材料、3D打印材料、电磁流变材料、生物功能材料、土木工程功能材料、新能源材料6类材料,同时附加了钒钛碲铋资源潜力分析,从材料、器件、资源多角度为产业的未来发展把脉。

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