材料科学与工程学导论—第五章—国内外材料领域发展新

材料科学与工程导论EngineeringScience各章节内容回顾绪论以材料科学与工程“四要素”为核心的共性基础知识结构材料功能材料材料科学前沿报告国内外材料领域发展新动向及战略部署主要内容经济和社会发展对材料科技的重大需求世界前沿科技领域的发展动向世界新材料技术发展态势分析我国相关科技规划中对材料领域的部署情况经济和社会发展对材料科技的重大需求基础及支柱产业的发展材料科技重大需求前沿科技的发展生活质量的提高外力材料科学自身的发展经济和社会发展对材料科技的重大需求开采制备原材料工业原料制备工程材料矿产再生循环分类/再制造产品设计制造装配农业、建筑、环境废料国防、信息、交通能源、健康……基础及支柱材料的全生命循环周期产业的发展经济和社会发展对材料科技的重大需求农业基础及支柱产业的发展社新会长寿命农林机械高光能长寿农膜材料技术助主义新农村高分子材料－稀土肥料力建设滴灌技术和沟渠防渗－西部节水工程经济和社会发展对材料科技的重大需求无机非金属建筑基础及支柱产业的发展高分子材料金属材料水泥铝合金门窗瓷砖镁合金散热器膜－水立方钢结构－鸟巢经济和社会发展对材料科技的重大需求中国无人机国防基础及支柱产业的发展火箭战机与导弹核潜艇航空母舰卫星经济和社会发展对材料科技的重大需求信息基础及支柱产业的发展机械计算机电子计算机晶体管计算机当代计算机电子管晶体管计算机的发展电话的演变历史集成电路经济和社会发展对材料科技的重大需求能源基础及支柱产业的发展锂离子电池铅酸电池锂镍镉电池镍氢电池燃料电池太阳能电池电池锂电池的应用燃料电池太阳能电池经济和社会发展对材料科技的重大需求环保材料环境基础及支柱产业的发展过滤材料－多孔陶瓷隔音材料－泡沫铝空气净化材料材料的全生命周期示意图原料开采运输生产与制造使用再生循环废弃材料与环境的交互作用经济和社会发展对材料科技的重大需求交通基础及支柱产业的发展基础设施各种交通工具探质索本命生术技学科料材新技术构物质结索探生物科学科学技术空间探索宇宙空间海洋科探索海洋奥秘技学术经济和社会发展对材料科技的重大需求实现人类可持续发展新能源与再生能源信息科学技术人探索智力前沿科技的发展重大需求环境科学技术材料科技探求人类与环境和谐共存方式世界前沿科技领域在第2节重点讲解经济和社会发展对材料科技的重大需求生活质量的提高留声机唱片机录音机CD机MP3旅行工具的变化经济和社会发展对材料科技的重大需求材料科学自身的发展材料科学还远没有物理、化学等基础科学那样成熟，一直处于不断发展完善之中，如：对材料的介观结构的认识还有待进一步深入随着运算速度的增加，计算材料学将不断发展材料的绿色制备技术仍处于研究之中纳米材料对生物、伦理学的影响也有待评价距离随心所欲自由设计材料仍存在相当差距探质索本物命生术技学科料材新术质结索探构学技生物科科学技术空间探索宇宙空间海洋科探索海洋奥秘技学术世界前沿科技领域的发展动向实现人类可持续发展新能源与再生能源信息科学技术人探索智力环境科学技术探求人类与环境和谐共存方式世界前沿科技领域世界前沿科技领域的发展动向信息科学技术正在发生结构性变革，成为经济持续增长的主导力量通信网络技术为信息产业注入强大活力宽带通信已成为国际上应用最广的通信技术半导体技术进入纳米时代计算机智能技术日新月异通信网络技术宽带通信技术纳米半导体世界前沿科技领域的发展动向生物技术正经历着一场前所未有的技术革命，一个庞大的生物产业正在孕育和形成基因组学、蛋白质科学、干细胞及再生医学的研究成为生命科学的前沿与热点生物芯片在医疗和科研领域发挥巨大作用转基因技术及应用呈现出高速发展的态势生物芯片转基因食品干细胞世界前沿科技领域的发展动向航天技术快速发展，不断开辟人类探索的新空间太空探索带动太空探索技术加速发展研制多种用途的人货分离的新一代航天飞行器成未来趋势小卫星技术日趋成熟并将广泛应用太空攻防技术成为未来航天技术发展的重要领域太空行走火星探测太空攻防世界前沿科技领域的发展动向航空技术发展面临历史性机遇，应用前景广阔高超声速导弹、飞机有望在2020年左右进入实际应用高效、环保发动机的研制倍受关注智能结构技术开始得到应用，如智能蒙皮、变形飞机等无人驾驶飞机称为研究热点航空发动机无人机世界前沿科技领域的发展动向能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实现可持续发展煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点核能技术酝酿新的突破氢能技术研发和商业应用加速新能源和可再生能源技术展现良好前景核电站燃料电池车可燃冰世界前沿科技领域的发展动向先进制造技术向绿色制造、高技术化、信息化、极端制造方向发展，成为提升产业竞争力的关键技术光机电一体化技术微电子光刻技术重大装备制造技术数控机床光刻机世界前沿科技领域的发展动向新材料技术出现群体性突破，将对21世纪基础科学和几乎所有工业领域产生革命性影响纳米技术是前沿技术中最具前瞻性和带动性的领域之一光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的电子信息材料新型功能材料（超导材料、智能材料、生物医用材料）及其应用技术面临新的突破新型结构材料（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）发展前景乐观世界前沿科技领域的发展动向主要国家和地区发展前沿科技的基本策略美国的全面领先战略：2005年科技预算1320亿美元，相当于欧盟十五国的1.5倍。重视信息技术、生物技术（人类基因组、生物防恐监测等）、航天技术、核能技术、氢能技术、甲烷市场化伙伴计划、纳米技术、先进制造技术等。欧盟的前沿技术发展战略：“科学与社会行动计划”、“伽利略计划”、“保障欧洲进入太空计划”、“欧盟智能能源行动计划”等。重视信息技术、航天技术、生命科学、氢能源和燃料电池技术、纳米科技等世界前沿科技领域的发展动向主要国家和地区发展前沿科技的基本策略日本的重点跨越战略：04年发布“新产业创造”战略，率先发展燃料电池、信息家电、机器人等技术产业俄罗斯将新材料与化学工艺列为02-06年度9个优先发展方向，重点发展陶瓷和玻璃、膜技术、特种合金、超导技术、微型冶金生产技术等韩国的国际争先战略：尖端技术发展计划，重点发展微电子、机械制造、先进材料、精细化工、能源及生命科学等世界新材料技术发展态势分析总体态势纳米科技研发形成国际浪潮，纳米生物效应引起关注新型结构材料应用广泛，发展前景乐观新型功能材料及其应用技术面临新的突破电子信息材料发展呈现新的趋势世界新材料技术发展态势分析研究进展纳米材料的内涵不断扩大世界纳米材料与纳米科技发展态势纳米颗粒纳米线（丝、管）介孔材料纳米材料的制备技术不断发展模板制备技术、粉末冶金技术、非水热合成技术……世界新材料技术发展态势分析研究进展纳米生物医学器件检测生物毒性的纳米传感器世界纳米材料与纳米科技发展态势检测单分子的纳米传感器纳米药物世界新材料技术发展态势分析发展趋势世界纳米材料与纳米科技发展态势纳米科技由基础研究向技术应用转化，其产业应用成为关注焦点。美国国家科学基金会预测，未来15-20年，全球纳米市场规模达1万亿美元/年。纳米科技与其他学科的交叉融合加速纳米科技向物理、化学、材料、信息、生物、医学、国防、环境、能源、农业和食品等不同领域渗透。世界新材料技术发展态势分析发展趋势世界纳米材料与纳米科技发展态势逐渐转向以加工和器件为核心的材料研究分子开关、分子储存器、单分子整流器等原型分子器件已开发成功。分子开关纳米齿轮单电子晶体管结构纳米发动机组装的纳米汽车世界新材料技术发展态势分析发展趋势世界纳米材料与纳米科技发展态势纳米能源材料、纳米净化材料、纳米特种功能材料纳米TiO2光催化纳米能源材料纳米Pt电极纳米Ag的消毒杀菌世界新材料技术发展态势分析发展趋势世界纳米材料与纳米科技发展态势纳米结构材料、纳米复合材料的研究和应用纳米钢管纳米钛合金球拍纳米弥散颗粒增强结构材料纳米复合世界新材料技术发展态势分析研究进展世界新型结构材料发展态势世界钢产量突破10亿吨，高性能钢铁材料发展引起各国关注质量上：组织精确控制，细晶化、纯净化和均质化＋工艺上：短流程、高效率、节能降耗、发展循环经济超级钢的低成本制造技术世界新材料技术发展态势分析发展趋势世界新型结构材料发展态势铝合金材料工艺技术趋于成熟，高档铝材成为发展趋势铸造铝合金钛合金技术显著进步，由军用逐渐走向民用变形镁合金发展方向世界新材料技术发展态势分析发展趋势世界新型结构材料发展态势镁合金发展势头较好，研发和应用各具特色高强高韧耐热抗蠕变变形镁合金强耐腐蚀镁合金的应用世界新材料技术发展态势分析研究现状世界新型结构材料发展态势高温结构材料－世界各国高度重视，进展显著。Inconel718和Hastoloyx等变形高温合金占先进发动机用高温合金的60％；铸造高温合金从定向凝固发展为单晶；美、俄在Ni3Al和Ti3Al合金取得技术突破；美国研制出SiCf/SiC陶瓷材料；中国开发了定向凝固、单晶合金、粉末合金和氧化物弥散强化合金等新型合金，总体上与世界领先水平差距不大。航空发动机SiCf/SiC火箭喷嘴用陶瓷复材世界新材料技术发展态势分析研究现状世界新型结构材料发展态势高端高分子材料的发展得到重视三大高分子（树脂、橡胶、纤维）世界年产量达1.8亿吨，80％以上为合成树脂和塑料；乙丙橡胶的生产技术进入一个新的阶段高分子的绿色工程技术受到普遍重视过渡族催化剂逐渐成为国际研究热点，中国“十五”期间在高效聚烯烃催化剂、茂金属催化剂研究方面取得重要成果目前我国每年仍需大量进口高分子高端产品子午线轮胎特种纤维特种工程塑料世界新材料技术发展态势分析世界新型功能材料发展态势超导材料新能源材料生物医用材料智能材料超导材料研究进展显著，发展前景十分广阔CuCu超核OCuBaOOCu导电缆磁共振YCuOCu中国实现2〃双面YBCO薄OBaOCuCuYBCO磁悬浮列车膜小批量生产，临界电流密度Jc大于106A/cm2，Jc分布的不均匀性小于10％。燃料电池世界新材料技术发展态势分析新能源材料世界新型功能材料发展态势锂质子交换膜固体氧化物电池中国钴酸锂4000吨/年，占世界50％深圳比亚迪为亚洲最大的电池制造商世界光伏装机容量超1500MW；2015年多晶硅转换效率达18％，成本1美元。太阳能电池固体氧化物燃料电池在800℃功率最大可达1.9W/cm2。05年中国无锡尚德太阳能公司在纽约上市，市值达21.75亿美元，进入世界光伏产业5强。世界新材料技术发展态势分析生物医用材料世界新型功能材料发展态势生物陶瓷氧化铝、氧化锆、磷酸钙、碳素医用金属及合金医用不锈钢医用钴基合金医用钛及钛合金医用高分子医用聚乙烯、聚氨酯、聚硅氧烷生物衍生材料猪心瓣膜、再生胶原、壳聚糖、凝胶医用复合材料羟基磷石灰增强聚乙烯碳纤维增强聚乳酸目前全球生物医用材料产值达800亿美元，预计2010年超过4000亿美元。世界新材料技术发展态势分析世界新型功能材料发展态势智能材料智能材料通常指具有感知刺激、对之进行分析、处理、判断，并采取一定措施适度响应的材料，一般由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分组成。未来飞机将无须操作机翼就能自动拐弯，可减少拉力和降低油耗。形状记忆合金－飞船网状自展天线会发电的网球拍世界新材料技术发展态势分析世界新型功能材料发展态势智能材料研究纳米智能材料06年11月,大众公司推出由纳米智能材料设计的概念车-Nanospyder。该车车身由智能纳米材料组成。利用纳米材料构成直径小于0.5mm的网格结构，组成了极为坚固的车身结构，并且在车辆受到撞击后，纳米材料能够改变排列形式，让坚固的车身转化为可以吸收能量的软性材料。单硅基材料晶硅芯片世界新材料技术发展态势分析世界电子信息材料发展态势微电子、光电子外延材料光电子材料新型元器件材料微电子、光电子外延材料美、德、日的六大硅片公司销售量占世界90％以上；预计2006年单晶硅和外延片产量达到13.4亿平方英寸。16〃、18〃单晶硅的制备工艺和设备已取得显著进展，18〃单晶硅及其抛光片将在2016年大规模使用。世界新材料技术发展态势分析微电子、光电子外延材料世界电子信