功能高分子材料
? 医用高分子
? 人工生体软组织 ? 人工生体硬组织
? 药用高分子
? 高分子药物 ? 高分子载药体系
? 医疗器械与诊断材料 ? 医用修复材料
? 龋齿密封材料、外科缝合线、高分子绷托 ? 眼球人工玻璃体 ? 隐形眼镜
? 人工脏器
? 人造皮肤、人工骨、肌肉腱、角膜、喉、食道、人工肺、肾、肝、心脏等等。在美国，每年有几百万件人工器件或
修复材料植入病人体内。
导电高聚物应用前景
? 二次电池、太阳能电池 ? 传感器 ? 电磁屏蔽材料 ? 隐身材料 ? 金属防腐
液晶高分子材料
? 强度和模量极高 ? 液晶概念
既具有液体的流动性，又有晶体的各向异性。
? 应用
? 防弹背心
? 火箭发动机外壳、导弹壳体
? 阿波罗登月飞船软着陆降落伞绳、直升飞机吊绳、人造卫星电子部件等等。
高聚物的分子间作用力
? 范德华力 ? 氢键
? 用内聚能或内聚能密度来表征分子间作用力的大小
? 橡胶内聚能密度小于334.94J/cm ? 纤维内聚能密度大于418.68J/cm
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聚合物分离膜
? 超滤膜
? 污水处理 ? 食品浓缩、灭菌
? 药物精制、浓缩，血液过滤等
? 反渗透膜
? 大规模海水和苦咸水的淡化
? 制备医药、电子工业用无菌、去离子和超纯水
? 气体分离膜等等
高分子材料的可持续性发展
? 废弃物的环境污染 ? 可降解聚合物
? 部分降解 ? 完全降解
? 回收利用技术 展望
? 环境协调性发展 ? 传统材料提高生产效率 ? 材料的复合、合金化技术 ? 新功能材料的开发 ? 分子设计
国家重点基础研究发展规划材料领域战略研讨报告
? 国民经济对材料领域基础研究的重大需求 ? 材料科学基础研究国外发展趋势
? 材料科学研究领域国内现状、优势及特色 ? 国家相关科技计划中对材料领域的部署情况 ? 材料科学领域到2010年的发展目标与战略重点 1.国民经济和社会发展对该领域基础研究的重大需求 1.1 基础产业及支柱产业的发展对材料的需求 1.2 高新技术产业的发展对材料基础研究的需求 1.3 提高人民生活环境质量对材料基础研究的需求 1.4 材料科学自身发展的巨大需求 2.材料科学基础研究国外发展趋势
? 材料的复合化与集成化：集成度提高，产品小型化，精巧化，功能复合化，高功率化；材料的复合化具
有综合性能好的特点。
? 材料科学向定量化与材料设计方向发展：以多层次规律的认识为基础，建立微观结构参量与宏观性能的
定量解析关系，建立物理数学模型进行数值模拟仿真，建立数据库专家系统，发展虚拟制造加工体系。 ? 材料的合成制备受到重视：完善成熟可控制备工艺，使先进材料组织性能稳定可靠，成品率高，可重复
性好，成本下降。
? 在传统结构材料的改性上已开始向少添加元素、通过制备工艺控制组织，达到高性能的方向发展，既实
现了性能的升级、材料的换代，又有利于材料生产的环境协调与循环再生，体现了材料产业的可持续发展趋势。
? 学科交叉日趋明显：结构材料领域，材料学与力学交叉；功能材料领域，材料学与物理及化学交叉：生物
材料领域，材料学与生物医学交叉等。在学科交叉中，材料学科自身的发展与其它高技术领域的发展相互促进。
3.材料研究领域国内现状
? 我国新材料研究与发展多从跟踪模仿起步，拥有知识产权与创新的理论和技术不多，而且在基础研究与技
术推广上尚不通畅；
? 对传统材料的升级改造重视不够，以规模扩大型发展为主，高性能材料品种依赖进口。
? 我国的材料研究和整体发展水平与工业发达国家相比存在相当大的差距，难以适应下世纪国民经济和社会
发展的需要，难以适应经济转型和迎接知识经济时代的到来。
5.材料科学领域到2010年的发展目标与战略重点
? 传统材料改造升级涉及的重大基础问题 ? 发展高新技术产业的材料科学研究 ? 提高人民生活质量的材料科学基础研究 ? 材料科学自身发展的科学基础
? 传统材料改造升级涉及的重大基础问题 本方向的发展目标和战略重点：
1） 提供钢的高洁净度基础理论、微米亚微米组织的形成理论、非平衡状态的物理金属学问题、高洁净度钢的微合金化基础理论等四个理论基础。建立合计设计方法和理论、加工技术、分析测试技术、服役性能等相关技术的基础理论。
2） 为发展高效、低耗、环境友好的非铁金属提取冶金新技术和高性能非铁金属材料制备、加工、成形新技术奠定理论基础。这些技术包括：符合我国资源特点的非铁金属提取过程强化技术；短流程、近终形制备成形技术；台金
成分与结构优化设计技术；固态转变组织精确控制技术。
3） 建立具有自主知识产权的高性能水泥体系，并为实现下述指标提供理论基础：水泥综合性能提高30％一50％，水泥熟料用量减少20％一50％，水泥主产能耗降低25％，环境负荷减轻30％一50％。重点发展以硅酸二钙为主导矿物的低钙水泥熟料矿物系列、多组分复合的低钙复合水泥系列。
4） 为研究高可靠性的高性能高温结构材料和具有多功能、集成化、微型化、高效能、低功耗的功能陶瓷奠定理论基础。重点是研究可以在1400℃以上在大气中长期使用的高温结构能陶瓷、高效能换能陶瓷、弛豫型铁电体陶瓷、高品质因素和低介质损耗的微波介质材料、纳米复合功能陶瓷及其薄膜材料等功能陶瓷相关的基础问题。
5） 合成高分子的原料主要来自石油和天然气，而石油和天然气是我国的主要能源且资源有限，因此，高分子材料的研究重点是开展新一代高分子材料的制备、加工、结构、性能的相关基础研究，包括：大品种的技术革新；高分子合金及复合材料制备新技术；
6） 研究无机／金属、无机／有机以及有机／金属多相复合材料的复合效应，建立复合材料制备的科学基础及表征评价技术。研究重点向复合材料的功能化、智能化发展，充分研究其界面、结构形式和提高其可靠性的途径。
本方向所涉及重大科学问题：
? 新型钢铁材料的科学基础(启动项目) ? 提高非铁金属材料质量的科学基础 ? 高性能水泥材料化学与物理 ? 先进陶瓷材料的科学问题
? 先进高分子材料合成与结构控制
? 复合材料的复合效应与制备的科学基础
发展高新技术产业的材料科学研究 本方向的发展目标和战略重点：
1） 研究新型稀土材料的机理、体系和制备条件，为国家的重大稀土应用决策提供权威性依据，也为我国稀土资源的优化利用奠定基础。
2） 根据我国的经济实力和需求，结合国际的发展趋势和国内的现状，以光电信息材料为主，兼顾微电子材料，并密切注意光子和磁电子材料发展，以有良好基础和特色的材料体系为重点，以材料设计和制备为基础，以相应器件和应用为背景，建立相关理论和技术体系，重点突破若干材料，重视自主知识产权，为发展相关元器件与实现产业优奠定科学基础。
3） 发展直到原子尺度上材料特征化的手段，改进和创造氧化物超导材料的制备和处理的工艺技术，发展和探索强关联电于系统和复杂氧化物材料的基本物理概念和图象。这些努力又为改进和优化高温超导的实用化线(带)材、块材、薄膜、电子器件提供科学基础和方案。
4） 开展信息产业和新型能源技术需要的关键纳米功能材料和相关技术的研究以及纳米结构材料(纳米金属和纳米陶瓷材料)和在传统工程材料的改性上的应用研究。
5） 材料智能化方面战略重点主要有：飞行器机翼的疲劳断裂监测及形状自适应控制，控制的智能蒙皮；建筑材料振动的主动控制及风灾和地震时的自适应控制；在用系统性能评估和残留寿命预测：生物医用材料及生物工程涉及的材料的智能化。
本方向涉及的重大科学问题：
? 稀土功能材料的科学基础(启动项目) ? 信息功能材料的科学基础 ? 高温超导的重大科学问题 ? 材料智能化的重大科学问题
? 纳米结构与纳米材料的重大科学问题
材料科学自身发展的科学基础 本方向的发展目标和战略重点：
1） 在充分研究先进制备、加工成型技术的化学物理原理的基础上，利用新的物理效应和化学反应原理，创新出1-2
种新的更先进的材料制备工艺技术、或后处理、加工成型新原理和新技术。
2） 通过对材料在服役环境下行为的检测，研究多因素对材料损伤、失效的交互作用规律和演化过程，发展出可靠性、寿命评价的技术方法和延缓、控制损伤和失效的新科学、新技术。
3） 收集和设立材料组分、制备、加工、性能和服役行为等综合数据库，在此基础上建立起有效的数理模型，进一步发展相互作用势和备结构层次的计算方法，将材料的设计、后处理、加工成型以及服役行为的研究从半经验估计逐步推进到定量预测和控制的新阶段。
其重大的料学问题为：
? 先进材料制备与加工成型技术的科学基础 ? 材料的环境服役行为与失效机理 ? 材料的计算设计和模拟仿真
材料发展总的趋势
21世纪重点发展的高技术领域的材料选择
1．信息科学技术 信息材料 2．新能源科学技术 新能源材料 3．生物科学技术 生物材料 4．空间科学技术 空间技术用材料 5．生态环境科学技术 环保材料
6．用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术
信息科学技术正在发生结构性变革，仍然是经济持续增长的主导力量
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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
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
? 对生命现象本质和过程研究，进入了定量和系统整合阶段
? 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 ? 蛋白质科学正向深度和广度迅速发展
? 干细胞及再生医学的研究及应用为人类健康开辟了新道路 ? 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
? 对生命现象的本质和过程研究，进入了定量和系统整合阶段
? 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 ? 蛋白质科学正向深度和广度迅速发展
? 干细胞及再生医学的研究及应用为人类健康开辟了新道路 ? 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
? 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
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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重点领域之一
电子信息材料技术进展迅速，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。 新型功能材料及其应用技术面临新的突破（超导材料、智能材料、生物医用材料）
新型结构材料发展前景乐观（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）
高技术新材料及其特点
? 高技术新材料是指为高技术领域，如信息、生物、新能源、航天航空、海洋、环境等高技术的发展提供的
先进材料。
? 综合利用现代先进科学技术成就，多学科交叉，知识密集；
? 往往在一些特定条件下（如高温、高压、急冷、超净等）才能完成其制备生产，依赖新技术、新工艺、精
确控制和检测；
? 高技术新材料发展与基础理论研究密切相关，理论突破带动新材料产生，从原理提出变成产品的时间变得
越来越短，材料合成和加工技术水平越来越高，科学转化为生产力的速度越来越快； ? 需要的研究投资量大，有赖于知识创新和技术创新； ? 更新换代快，品种多，生产规模不大。
新材料发展的三个主要方向：
1. 在可预见的时期内改造和更新现有材料，发挥其性能潜力仍是关注的重点：
2. 适当集中，突出重点，积极研究与开发高技术新材料，根据市场需求和材料科学自身发展，围绕重点领域，特别是高技术及其产业发展的需求；
3. 重视研究材料制备、使用和废弃全过程中的与生态环境协调。发展生态环境材料，解决材料节约资源、节能、再生循环和环境保护，探索和实施材料的可持续发展战略。
新材料的发展趋势
1. 注重多学科交叉，综合利用现代科学技术最新成就，促进材料科学与材料工程、各大类材料之间的交叉、借鉴、互补，充实和完善以成分与结构、性质、合成与加工、使用性能为核心知识，能指导各类材料研究与开发的材料科学与工程学科。
2. 新心理整体向着高性能化、多功能化、复合化、智能化和经济实用化方向发展。
3. 结构材料仍然是研究与开发的主体，高技术新材料研究与开发与现有材料提升改造并重，以满足工业经济和国防安全的基础产业的需求；功能材料均是21世纪新材料研究与开发的热点，其动力主要来自于高技术需求和有关材料行为深层次的认识和控制的科学进展。
4. 重视基础性研究，实现在微观、介观和宏观不同层次上，在分子、原子、电子层次上按预定性能设计和制备
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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
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
天然气水合物的开发受到重视用能技术发展前景广阔