新材料与信息、能源并列为现代文明的三大支柱,是当今人类社会赖以生存和发展的重要条件。世界各国均把大力研究和开发新材料作为21世纪的重大战略决策。美国在生物材料、信息材料、纳米材料、极端环境材料及材料计算科学等新材料科技领域保持全球的领先地位;日本、欧盟、韩国也相当重视新材料的发展。我国社会经济持续快速发展,城市化、工业化进程加快,新材料的应用领域进一步拓宽,产业波及效应逐步提高,新材料产业的发展前景非常广阔。
1、新型结构材料开发与应用
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。21世纪初,交通运输业消耗的铝材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。镁合金材料,具有较高强度和刚度,具有良好铸造性能和减振性能的轻质合金材料,在现代汽车中已得到广泛的应用,被业内公认为“最有前途的轻量化材料”之一,未来几十年内镁合金材料将成为需求增长最快的有色金属。钛合金材料的发展将由军工领域逐步向民用转化,其中美国、独联体、日本占全球总产量的83%,钛和钛合金在航空航天领域的大量应用,占产量的40~50%,在非航空应用比例为50%~60%,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。
2、新型功能材料及其应用技术面临新突破
生物医用材料的发展面临技术突破。高分子材料在医学上的应用就有90多个品种、1800余种制品,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。先进复合材料进入规模化应用时代,如:日本正在制造碳纤维-酚醛树脂复合材料车身用在新一代高超列车上,降低噪音,减少振动和低能耗地保持车厢温度。战斗机的隐身技术主要使用具有隐身功能(吸收雷达波和红外线)的吸波碳化硅纤维、碳纤维复合材料等。当前研制出的高温超导材料,临界温度最高可达160K。从目前国际上高温超导产业化应用的趋势来看,将在能源、信息、交通、仪器等领域有重大应用。
3、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,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。当前美国AMD公司已开始量产90nm(纳米)的高性能集成电路芯片,而国际上对65nm技术的开发也趋于成熟。随着集成电路集成度的增加,将由单片集成向系统集成发展。新型电子元器件材料主要向小型化、片式化、集成化方向发展。电子元器件正进入以新型电子元器件为主体的新一代元器件时代,它将基本上取代传统元器件。
4、纳米科技及纳米材料
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,在21世纪初的20年,纳米电子代替微电子、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发展趋势。美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究,决定加大投资,这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。近年来,我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果,引起了国际上的关注。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过:70年代重视微米的国家如今都成为发达国家,现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。
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,将极大地推动新能源材料的发展。