专家谈材料.doc

类别科学学科有机材料二级学科智能材料软物质及其智能材料相对于“硬物质”(如金属、半导体及各种功能物质)，其自组织行为和对称性是由内在特殊相互作用和随机涨落而引起称之为软物质，软物质(Softmatter)或软凝聚态物质(Softcondensedmatter)是指处于固体和理想流体之间的复杂态物质，其基本特性是对外界微小作用的敏感性、非线性响应、自组织行为等。通常由天然和合成大分子，如液晶、聚合物、胶体、生命物质（细胞、蛋白质、DNA）等。被冠以“当代牛顿”的法国著名物理学家，诺贝尔奖获得者de Gennes在诺贝尔奖授奖会上以“软物质”为演讲题目，引起广泛关注。简介部分近年来，国际上许多大学和研究机构均在大力开展软物质的研究。美国和欧洲各国开展研究比较广泛深入，日本科技厅也设立重大项目支持此类研究，软物质已成为国际上受到普遍重视的新学科领域，跨越化学、物理、生物三大学科，是化学和物理科学通向生命科学的桥梁，软物质代表了21世纪科学发展的重要趋势。英国皇家化学会创刊软物质（Soft Matter）杂志，表明该领域研究日益受到国际科学界重视的一个标志。现状部分目前软物质的一些科学关键问题没有得到明明晰，如软物质结构形态与响应的内在联系、小变形大应变的物理图像、链结构和凝聚态结构调控等一系列重大科学问题，对前瞻性的软物质新材料、新概念、新原理和新方法等原始创新探索有待提高。问题部分到2020年，我国在软物质及其智能材料科学研究方面，预计将在以下几个方面开展基础问题研究并取得进展：预期目标部分1、解决新型软物质的设计和开发等方面的重大基础问题。借助现代设计如计算机模拟设计理念，在软物质材料中引入对各种环境因素如电，光，pH生物信号等敏感的基团或介质，制备具有高强度，高敏感性和抗疲劳的新型智能软物质材料。预期目标材料设计2、以现有或新型软物质材料为基础，通过设计新型的软物质驱动机制和模式，掌握其性质和构效关系，解决高效能量转换传感器，仿生柔性机械系统的设计和制备等方面一些重大问题。预期目标机理3、从单一的智能传感/驱动材料，向集成多功能传感/驱动的智能结构与系统方向发展。开发出一系列传感材料、压电材料、形状记忆材料、电致活性材料、电（磁）流变液体材料、电（磁）致伸缩材料、仿生材料、电（光、热）致变色材料等基本智能材料元件。预期目标材料4、建立与生物材料相类似，具有自我感知、自我调节能力的高效仿生功能系统和各类多功能性的集成系统如集成微流控系统和生物拟态机械系统。结构健康监测和损伤自修复、振动主动控制、主动变形控制、自适应结构、人工肌肉等应用领域将覆盖航空航天、先进制造、建筑、机器人、医学等领域。预期目标应用（撰稿人：中科院化学所徐坚）类别技术学科无机/有机材料二级学科纤维材料高性能碳纤维及其复合材料以高强高模为特性的聚丙烯腈（PAN）碳纤维及其复合材料，是世界各国发展高新技术、国防尖端装备和改造传统产业的物质基础和技术先导，在国防领域高新武器装备、国民经济重大领域的能源、交通、工业、民生具有广泛应用，国家中长期科技发展规划纲要和国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定予以了战略布局和重点部署。简介部分经过多年的持续努力，我国高性能纤维制备与应用技术取得了重大突破，具备年产千吨CCF-1碳纤维、年产百吨CCF-3碳纤维等关键纤维材料的制备能力，已初步建立起国产高性能纤维制备技术研发、工程实践和产业建设的较完整体系，产品质量不断提高，产学研用格局初步形成，有效缓解了国民经济和国防建设对国产高性能纤维的迫切需求。现状部分相对高速发展的国民经济与国防建设，我国高性能碳纤维关键技术、产业化技术仍相对薄弱，表现为纤维性能不高(碳纤维不到T800)、产品稳定性差(平均合格率50)，高性能纤维一些关键问题还没有完全突破，同时对前瞻性的碳纤维材料、新概念、新原理和新方法探索不够，自主创新能力不强，中国高性能碳纤维和复合材料关键技术整体仍处于有待全面突破的局面。问题题部分到2020年，我国在碳纤维及其复合材料技术方面，预计将在以下几个方面开展关键技术攻关并取得进展：预期目标部分1、国产PAN碳纤维实现高性能化、低成本与高效化、产品系列化和关键技术成熟化。完成高强型、高模型、高强中模型、高强高模型等聚丙烯腈基碳纤维的标准化、系列化和通用化，年产量达到万吨级以上，成为国际上碳纤维主要生产国和技术先进国。预期目标纤维技术2、复合材料制造技术先进化、低成本化，材料高性能化、多功能化和应用扩大化。液体成型、缠绕成型、自动铺放成型等高效工艺技术实现大规模应用，复合材料实现性能及质量一致性成倍提高同时成本显著降低；复合材料服役安全性和环境友好回收等取得进展。预期目标复合材料技术3、国产碳纤维及其复合材料在大飞机制造、航天工程、国防军工等高端领域用量大幅度增加；在国民经济重点领域，如能源工业、建筑工程、高速交通、海洋工程等形成巨大的民用碳纤维复合材料市场，建立起完整的碳纤维及其复合材料产业链。预期目标应用目标4、具有自主知识产权的新一代超高性能碳纤维将进入关键技术研发阶段，结构功能一体化的碳纤维及其复合材料开始得到实际应用，如自修复、智能化、光电声磁功能化等。预期目标新一代技术（撰稿人：基金委师昌绪中科院化学所徐坚）类别工程学科金属材料二级学科非晶材料非晶材料工程 以绿色、节能为特点的新一代软磁材料-非晶带材采用快速凝固、平面流高速连铸工艺、以每秒一百万度的冷却率从钢水直接凝固形成厚度约0.03mm的薄带。该材料应用于配电变压器铁芯的制造，其空载损耗约为硅钢材料的1/31/5，非晶材料作为典型的具有制造节能和应用节能的双绿色材料，在电力和电子领域得到了广泛的应用。此外由于其具有非晶优异的软磁性能，其不仅在民用，而且在军事领域具有重要的潜在应用价值。简介部分目前我国已成为世界上第二家具有万吨级非晶带材生产能力的国家，突破了日立金属公司对于配电变压器用非晶带材的市场垄断，形成了具有中国特色的配电变压器用非晶带材的生产工艺技术及装备技术，具备了四万吨/年非晶带材生产能力，以缓解了我国电力能源领域对于非晶带材迫切需求的现状。现状部分国家电网和南方电网要求2012年新增配电变压器的50%要采用非晶变压器，2013年该比例要达到55%，2014年该比例要达到60%，预计2013年需要非晶配电变压器约20万台，相应非晶合金宽带年需求量约11万吨以上。若采用非晶配电变压器替代S11型硅钢配电变压器将在20年使用寿命周期内节约电能109亿千瓦时、减排二氧化碳1000万吨、减排二氧化硫30万吨。然而，我国铁基非晶合金材料体系研发与国际先进水平还存在较明显的差距，年产能仅为四万吨，国产非晶合金宽带的生产装备综合水平较低，特别是工艺装备的自动化、信息化程度需要大幅度提升；国产非晶材料在高效电机等的应用尚未实现产业化。问题部分到2020年，我国在非晶材料工程方面，预计将在以下几个方面开展研发并取得进展：预期目标部分1、开发新一代高饱和磁感应强度、低铁损的新型非晶合金材料，使Bs1.6T；P50Hz,1.35T0.18W/kg；Pe50Hz,1.35T0.30VA/kg，综合性能达到国际领先水平。构建我国在非晶材料及制品领域的材料体系、自主知识产权体系和产品标准体系。预期目标材料工程2、持续提升非晶带材生产装备技术水平，实现工艺装备的集成化、自动化、数字化、信息化，实现非晶带材的高效连续生产。预期目标工程装备3、年产20-30万吨非晶带材、50万吨非晶铁芯、60万台非晶配电变压器产业化能力建设，使国产非晶制品产业链规模达到200