【材料课件】第五章国内外材料领域发展新动向及战略部署

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‹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主要内容基础及支柱产业的发展前沿科技的发展生活质量的提高材料科学自身的发展材料科技重大需求经济和社会发展对材料科技的重大需求外力经济和社会发展对材料科技的重大需求原材料工业原料工程材料产品设计制造装配农业、建筑、环境国防、信息、交通能源、健康……废料再生循环分类/再制造制备矿产制备开采材料的全生命循环周期基础及支柱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高光能长寿农膜长寿命农林机械高分子材料－滴灌技术和沟渠防渗－西部节水工程稀土肥料社会主义新农村建设新材料技术助力经济和社会发展对材料科技的重大需求建筑基础及支柱产业的发展水泥铝合金门窗镁合金散热器钢结构－鸟巢膜－水立方金属材料无机非金属瓷砖高分子材料国防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中国无人机战机与导弹核潜艇航空母舰卫星火箭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信息电话的演变历史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集成电路计算机的发展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能源铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂离子电池燃料电池太阳能电池锂电池的应用锂电池太阳能电池燃料电池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环境过滤材料－多孔陶瓷隔音材料－泡沫铝空气净化材料环保材料材料与环境的交互作用原料开采生产与制造使用废弃运输再生循环材料的全生命周期示意图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交通基础设施各种交通工具探索海洋奥秘探索宇宙空间探索智力环境科学技术空间科学技术新材料科学技术新能源与再生能源信息科学技术生物科学技术海洋科学技术实现人类可持续发展探求人类与环境和谐共存方式探索生命本质探索物质结构人世界前沿科技领域前沿科技的发展材料科技重大需求经济和社会发展对材料科技的重大需求在第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索海洋奥秘探索宇宙空间探索智力环境科学技术空间科学技术新材料科学技术新能源与再生能源信息科学技术生物科学技术海洋科学技术实现人类可持续发展探求人类与环境和谐共存方式探索生命本质探索物质结构人世界前沿科技领域世界前沿科技领域的发展动向¾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纳米半导体宽带通信技术世界前沿科技领域的发展动向¾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干细胞生物芯片转基因食品世界前沿科技领域的发展动向¾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世界前沿科技领域的发展动向太空攻防火星探测太空行走¾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世界前沿科技领域的发展动向无人机航空发动机¾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可燃冰燃料电池车世界前沿科技领域的发展动向数控机床光刻机世界前沿科技领域的发展动向¾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‹重大装备制造技术世界前沿科技领域的发展动向¾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、机器人等技术产业世界新材料技术发展态势分析总体态势¾纳米科技研发形成国际浪潮，纳米生物效应引起关注¾新型结构材料应用广泛，发展前景乐观¾新型功能材料及其应用技术面临新的突破¾电子信息材料发展呈现新的趋势研究进展世界纳米材料与纳米科技发展态势‹纳米材料的内涵不断扩大‹纳米材料的制备技术不断发展世界新材料技术发展态势分析纳米颗粒纳米线（丝、管）介孔材料模板制备技术、粉末冶金技术、非水热合成技术……世界纳米材料与纳米科技发展态势‹纳米生物医学器件世界新材料技术发展态势分析检测生物毒性的纳米传感器纳米药物研究进展检测单分子的纳米传感器‹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。‹纳米科技与其他学科的交叉融合加速世界新材料技术发展态势分析纳米科技向物理、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。世界纳米材料与纳米科技发展态势发展趋势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。世界新材料技术发展态势分析世界纳米材料与纳米科技发展态势发展趋势‹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。分子开关单电子晶体管结构纳米发动机组装的纳米汽车纳米齿轮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、纳米特种功能材料世界新材料技术发展态势分析纳米TiO2光催化纳米Ag的消毒杀菌纳米能源材料发展趋势纳米Pt电极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世界新材料技术发展态势分析纳米复合纳米弥散颗粒增强结构材料纳米钢管纳米钛合金球拍发展趋势‹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世界新材料技术发展态势分析世界新型结构材料发展态势质量上：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＋研究进展‹铝合金材料工艺技术趋于成熟，高档铝材成为发展趋势世界新材料技术发展态势分析世界新型结构材料发展态势铸造铝合金变形镁合金发展趋势‹钛合金技术显著进步，由军用逐渐走向民用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世界新材料技术发展态势分析镁合金的应用发展趋势9高强高韧9耐热抗蠕变9强耐腐蚀9变形镁合金发展方向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。世界新材料技术发展态势分析火箭喷嘴用陶瓷复材研究现状航空发动机9Inconel718和Hastoloyx等变形高温合金占先进发动机用高温合金的60％；9铸造高温合金从定向凝固发展为单晶；9美、俄在Ni3Al和Ti3Al合金取得技术突破；9美国研制出SiCf/SiC陶瓷材料；9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。SiCf/SiC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世界新材料技术发展态势分析研究现状9三大高分子（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；9乙丙橡胶的生产技术进入一个新的阶段9高分子的绿色工程技术受到普遍重视9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9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工程塑料特种纤维世界新型功能材料发展态势‹超导材料研究进展显著，发展前景十分广阔世界新材料技术发展态势分析超导材料新能源材料生物医用材料智能材料CuYCuCuCuCuCuCuCuBaBaOOOOOOYBCO超导电缆磁悬浮列车核磁共振中国实现2〃双面YBCO薄膜小批量生产，临界电流密度Jc大于106A/cm2，Jc分布的不均匀性小于10％。‹新能源材料世界新材料技术发展态势分析质子交换膜燃料电池固体氧化物固体氧化物燃料电池在800℃功率最大可达1.9W/cm2。太阳能电池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。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。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锂电池世界新型功能材料发展态势‹生物医用材料世界新材料技术发展态势分析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生物陶瓷氧化铝、氧化锆、磷酸钙、碳素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。世界新型功能材料发展态势‹智能材料世界新材料技术发展态势分析会发电的网球拍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。世界新型功能材料发展态势‹智能材料研究世界新材料技术发展态势分析纳米智能材料世界新型功能材料发展态势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。世界电子信息材料发展态势‹微电子、光电子外延材料世界新材料技术发展态势分析美、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