材料科学与工程方法论-3 材料科学与工程的整体观

材料科学与工程(gōngchéng)方法论中南大学王德志共一百五十页

材料科学与工程(gōngchéng)的整体观

材料结构(jiégòu)、性能与表征的因果关系

材料设计与制备的统一性四

方法论概述一三五提纲六

环境、能源、信息、军工、铁道材料的发展观

材料科学与工程研究的客观规律性二共一百五十页

三、材料科学与工程(gōngchéng)的整体观共一百五十页新材料(cáiliào)

______支撑战略性新兴产业

开创划时代中国制造共一百五十页材料——人类文明进步(jìnbù)的阶梯◆何谓材料？

是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品(chǎnpǐn)的那些物质。

材料=物质物质≠材料

是能为人类所能接受地、经济地制造有用器件的物质。共一百五十页判据判据：判断的准则或依据什么样的“物资(wùzī)”才能叫材料

定义就是一种判据，定义中的“种差”便是判据。定义中材料和非材料两种物质的差别：材料的现代判据（5个判据间的关系）：共一百五十页判据1——资源判据材料资源分为：自然和再生两种。目前金属的资源日趋枯竭（如表）。各国依据自己的资源情况，颁布(bānbù)政策引导材料的生产和科研。例如：美国在第二次世界大战及朝鲜战争期间，颁布了合金元素的使用政策，促进了硼钢和钨钼系高速钢的科研与生产。战争结束后，取消了这些政策，硼钢产量大减，而钨钼系高速钢由于技术上和经济上的优越性，代替了绝大部分钨系高速钢。共一百五十页判据2——能源判据目前，全世界能源供应紧张，材料的生产和使用(shǐyòng)都要考虑能耗问题。降低能耗和材料的消耗，不仅是满足经济判据要求的组成部分，而且是未了满足政府法令的要求，能源和资源已突出为独立的判据。为了降低能耗，促进新技术、新材料的研发和应用，以及再生金属的应用。研究表明：资源的耗竭以及人均能耗碎国民生产总值线性增加。这是值得材料工作重视的。共一百五十页判据3——环保判据西方国家在发展初期，材料生产不考虑环保问题。但是，现在环境污染十分严重。因此，全世界都非常重材料生产和科研的环保判据。材料的生产和使用，需要重视“三废”的处理、噪声的降低、生态平衡等环境(huánjìng)问题，否则，将遭到大自然的报复，违反环境(huánjìng)保护法令的规定。共一百五十页判据4——质量判据材料的质量是否能制造有用器件的先决条件，因此，质量是材料的一个重要技术判据。材料的质量：内在和表面质量两种。内在质量：材料的成分、组织、结构、宏观缺陷等是否满足或超过技术标准的要求(yāoqiú)。工程角度考虑，就是材料的性能是否达到或超过技术标准的要求(yāoqiú)。表面质量：表面缺陷、表面粗糙度、尺寸公差等。共一百五十页判据5——经济判据材料的生产和科研，必须(bìxū)进行成本分析和经济核算，从而计算经济效果。对材料的生产进行成本分析，从中可以找出降低成本的环节，然后寻求措施。“价值工程”——技术与经济相结合的边缘技术科学。它所研究的成本，是整个生产过程以及随后的产品贮存、流通、销售、使用、维护全过程的费用，这种分析和研究，不仅可提高企业的经济效益，而且可提高全社会的经济效益。共一百五十页判据(pànjù)小结共一百五十页◆地位？

●是人类赖以生存和发展的物质基础

20世纪70年代，信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱；80年代，新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要(zhòngyào)标志。21世纪

七大战略性新兴产业之一

●是人类社会进步的标志(里程碑)石器时代→陶器时代→青铜时代→铁器时代→信息时代

材料的发展，经历三个阶段：

“拾柴禾”、“炒菜”、“剪裁设计”共一百五十页●是一切高技术发展的先导一种崭新技术的实现，往往需要(xūyào)崭新材料的支持1942年镍基超合金1970年光导纤维1911年低温超导和1986年高温超导共一百五十页新材料(cáiliào)——当代新技术革命的先锋

◆何谓新材料？

新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能的材料，或是高技术发展需要，具有特殊性能的材料，或由于采用新技术（工艺、装备），使材料性能比原有性能有明显提高或出现新功能的材料。（传统材料是指那些(nàxiē)已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料）

◆误区？▲传统材料与新材料有明确界限▲传统材料永远不会成为新材料，新材料一成不变共一百五十页◆新材料产业？

主要产品是新材料和由新材料的性能、价值所主导的延伸产品的产业。其内涵由新材料、新材料技术（工艺和装备）、材料新技术（工艺和装备）组成(zǔchénɡ)。◆新材料技术？制备、合成、加工、处理新材料的工艺或装备◆材料新技术？

在不降低性能的基础上，有效的降低制备、合成、加工、处理材料过程中的能耗、成本或减少污染的技术（工艺、装备）。共一百五十页◆发展的特点？●新材料的研究发展成为一种国家行为。

●新材料的发展从革新走向革命。

●新材料的研究开发(kāifā)和应用目标紧密结合。

●重视新材料合成制备应用的全过程。

●提高工业界制备应用新材料的能力。

●抓好基础，提前安排重要新材料的研制。

●重视新材料的环境因素。共一百五十页五彩缤纷的材料(cáiliào)王国

◆类型？

▲

按特性(tèxìng)：●金属材料：

黑色金属——钢、铸铁、铁合金

有色金属——黑色金属以外的金属及合金，如Cu、Al等(重金属、轻金属、贵金属、难熔金属)共一百五十页●无机非金属材料：硅酸盐材料

陶瓷、玻璃(bōlí)、水泥和耐火材料

●有机高分子材料：C、H、N、O等为基础

塑料、橡胶、纤维、粘合剂和涂料

●复合材料：

由两种或两种以上不同性质或不同组织结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而构成的具有新的性能的材料。共一百五十页▲按作用：●结构材料——力学性能为主要的性能；

●功能材料——物理性能为主要的性能。金属材料绝大部分都是结构材料，但也有一些功能材料，如形状记忆合金、储氢合金、金属超导材料等。陶瓷材料有的作为结构材料，有的作为功能材料。■目前应用和研究的是以金属材料为主，原因：①有成熟的大量生产工艺，可大规模生产，质量稳定，人们已养成使用金属材料的习惯；②加工性能、使用性能好，强韧性配合(pèihé)好；③矿产丰富；④价格/性能比占一定优势。共一百五十页◆情况？

▲金属材料，长盛不衰●钢铁——现代工业化的基础

世界：钢铁年总产量约15亿吨，占金属材料总量的94%中国：年产量超过7亿吨应用：(1)汽车(qìchē)工业——卡车车重的2/3常规钢材1389铅182塑料246高强度钢263铜与黄铜42橡胶134不锈钢45锌16玻璃89其他钢43粉末冶金件27液体与润滑190生铁408其他材料99总计3171共一百五十页(2)电力系统——工业锅炉、高压锅炉、热交换器、大型转子和叶轮、变压器铁芯(3)工程机械——起重机、挖掘机、拖拉机(4)铁路与桥梁(5)船舶与海上钻井平台(6)兵器——坦克、大炮、枪械(7)石油——开采机械(jīxiè)、输油管道、泵站(8)化工——压力容器、反应釜和管道(9)建筑钢筋和构架

工程结构材料之王铸铁碳素钢合金钢(合金结构钢、合金工具钢、特殊钢)共一百五十页

●五光十色的有色金属

中国：总产量占世界第四位Al、Cu、Pb、Zn占生产总量的95%

(1)轻合金

①铝合金：密度2.7g/cm3，只有钢的2/3抗大气(dàqì)腐蚀优良的导电性，导电率是铜的2/3比强度(强度/密度)比钢高得多很好的加工性能应用：航空(协和式超音速飞机全部结构的71%是用特殊铝合金制造的)、高速火车和汽车(铝型材、铝制发动机、活塞、散热器)Al-Li合金——含2%~3%Li，密度减少8%，刚性增大15%飞机改用Al-Li合金，重量减轻8%~16%共一百五十页

②钛合金：密度4.5g/cm3，强度高，比强度高于铝合金耐高温、耐腐蚀应用：F-14、F-15飞机上用量占结构总量的25%F-100、TF-39飞机发动机上用量达33%远程火箭的液氢(-253℃)储罐③镁合金：密度1.74g/cm3，比强度高，减震能力强21世纪的“绿色”工程(gōngchéng)材料应用：笔记本电脑、移动电话、摄像机、汽车、航空航天1993年美国底特律的通用、福特与克莱斯特3大汽车集团与美国能源部签署“PNGV”计划，生产3L/100km耗油的6人载客汽车，80%以上零部件可回收。1996年德国教育部投资2400万马克，由阿仑工大、慕尼黑工大、杜易斯堡大学和大众汽车公司等44家单位展开汽车轻量化的“MADICA”计划。共一百五十页

④铍合金：密度1.8g/cm3，比刚度大，惯性低比热大热中子吸收截面低，中子反射截面高应用：惯性导航及航天低重量(zhòngliàng)刚性件、散热片、飞行器头部、X射线窗口、原子反应堆中的反射层

(2)部分重有色合金

铜合金(紫、黄、青、白)、锌合金、镍合金、锰合金

(3)低熔点合金

Pb(327℃)、Sn(232℃)、Cd(321℃)、Bi(271℃)、In(157℃)、Ga(29.8℃)、Hg(-39℃)，用于保险丝等共一百五十页(4)难熔金属

钨合金、钼合金、铌合金、钽合金用于高温(gāowēn)环境

(5)贵金属Au、Ag、Pt、Rh、Pd、Ir、Os、Ru(6)稀土金属(7)精密合金

弹性合金、膨胀合金、引线框架合金、电热合金、热电偶共一百五十页●神秘的形状记忆合金

形状记忆效应(xiàoyìng)：合金经变形后，在一定条件下，仍能恢复至原始形状的现象。

T>Ms，成型→T<Mf，变形→T<As，接入→T>As，加热共一百五十页●未来能源之星——储氢合金

1Kg氢气燃烧可放出14×104J热量(rèliàng)>2倍石油放出的热量(rèliàng)状态氢的密度/原子.cm-3气态氢(0.1MPa)5.4×1019液态氢4.2×1022固态氢5.3×1022LaNi3储氢合金中的氢7.6×1022Ti系储氢合金中的氢9.1×1022氢化物吸氢量/%(质量)氢密度/1022原子.cm-3分解压力/MPaMg2NiH43.60.1(250℃)LaNi5H61.46.20.4(50℃)MnNiH6.31.45.73.4(50℃)MnNi4.5-Al0.5H4.91.24.80.5(50℃)TiFeH1.91.85.71.0(50℃)TiMnH1.51.8-0.5~0.8(20℃)TiFe0.85-Mn0.15H1.91.8-0.5(50℃)MgH27.66.60.1(289℃)VH23.810.50.1(13℃)共一百五十页

●冲出传统观念的非晶态金属

是目前所知的强度(qiángdù)最高、韧性最好、最耐腐蚀和最易磁化的金属材料。应用：非晶软磁合金，新一代变压器铁芯材料(极易磁化、矫顽力低、有很高的电阻，可以大大降低涡流损耗)可以节约20~30亿美元。铁基非晶态合金，可制作快中子反应堆的化学过滤器。非晶钎焊合金，用于高温合金和不锈钢的钎焊，代替金基钎焊合金用于飞机发动机部件焊接。共一百五十页

▲古老的陶瓷，旧貌换新颜●威力无比的先进结构陶瓷

先进结构陶瓷——工程陶瓷高温下、强腐蚀条件下、冲刷(chōngshuā)和摩擦条件下保持高的刚度、强度、硬度、化学稳定性和耐用度。

(1)工程陶瓷家族中的主要代表

①氧化铝陶瓷(Al2O3)：熔点2050℃，硬度在超硬材料的前八名之列，电阻很高。

②氮化硅陶瓷(Si3N4)：人工合成，无熔点，1860℃分解，具有优异的高温力学性能共一百五十页

③碳化硅陶瓷(SiC)：高温(gāowēn)力学性能是目前陶瓷材料中最优秀的，强度从室温到1600℃维持不变，硬度仅次于金刚石和立方BN，导电和导热性能优良。(2)高温下的最强者

高分子材料，使用温度<300℃金属材料，空气中使用温度<1050℃陶瓷材料，空气中使用温度>1000℃应用：洲际导弹、空间实验室、航天飞机、卫星等外表面的隔热瓦(>1400℃)共一百五十页(3)世上最坚硬(jiānyìng)的材料大军金属材料，存在红硬性(在一定温度下硬度下降)陶瓷材料，温度高于1000℃硬度几乎不下降应用：刀具

(4)最恶劣条件下的过硬部队高温(ZrO2陶瓷在2000~2200℃工作上千小时不损坏)、极低温(液氢、液氮温区)、放射性(中子吸收棒、中子减速器、反射屏等)、海水侵蚀和强酸强碱的腐蚀共一百五十页●奇妙无穷的功能陶瓷

可以通过电、磁、光、热、弹性等直接效应和耦合效应或者化学和生物效应来实现某种特殊功能的先进陶瓷材料。(1)绝缘陶瓷或装置陶瓷

电子工业和微电子工业中的电绝缘器件、集成电路中的基片和包封等。(2)电介质陶瓷和电容器陶瓷

制造(zhìzào)中、高频电路中的电容器和微波谐振器、滤波器等。共一百五十页(3)压电陶瓷、电致伸缩(shēnsuō)陶瓷和热释电陶瓷

电声、水声、超声和电控位移技术中应用(4)半导体陶瓷和敏感陶瓷

机敏陶瓷、热敏、压敏、湿敏、气敏、光敏陶瓷，在自动控制工程中起重要作用

其他：导电陶瓷、电解质陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、光学功能陶瓷、化学功能陶瓷、生物功能陶瓷等共一百五十页

▲年轻的高分子材料，千姿百态

●现代(xiàndài)生活中的高分子材料

(1)从人造棉到仿毛仿丝

“的确良”织物(聚对苯二甲酸乙二醇酯纺制的涤纶)：易洗免烫

尼龙袜(聚酰胺制成尼龙)：坚固耐磨

腈纶棉(聚丙烯腈纺制的腈纶)：质轻保暖、不蛀不霉

维尼纶织物(聚乙烯醇缩甲醛制成维尼纶)：透气干爽

新的合成纤维从“仿真”到“超真”过渡(2)从农业地膜到不粘锅

塑料地膜：保温保湿的聚乙烯

“尿不湿”：高吸水性高分子

“不粘锅”：光滑耐温的聚四氟乙烯膜

共一百五十页(3)从家具到活动房屋吊灯和镀塑灯具：美观大方丙纶地毯和人造大理石：色泽(sèzé)鲜艳

水溶性涂料和壁纸：花色丰富波形瓦：质轻防雨活动房：易拆易运充气顶棚的整体式展览馆：轻巧实用

(4)从自行车到汽车轮船

轮胎、保险杠、防冲撞护条板、发动机散热风扇、通风空调、音响、电器和仪表盘、方向盘、座椅、内饰、玻璃钢汽艇(5)从体育用品到宇宙飞船

正反胶球拍、跳高撑杆、赛车、滑雪板、网球拍、飞船胶粘剂、替代手术缝线的胶粘剂共一百五十页

●工程塑料，传统结构材料的挑战者

工程上作结构材料应用的塑料良好的耐磨、耐热、吸震和自润滑性，优良的电绝缘性、化学稳定性、耐腐蚀性和易成型性(1)普通工程塑料

部分代替金属材料、木材或陶瓷等作为结构材料(2)高性能工程塑料

具有刚性骨架，可以做到强度比金属高，更耐腐蚀，成本低，成型性好，在家用电器、建筑构件、军用品中用途(yòngtú)广泛。共一百五十页●功能高分子各显神通

由高分子制成的具有某种特性的材料(1)感光(gǎnguāng)高分子感光树脂印刷板、光刻胶、光致变色高分子(2)压电高分子音频换能器、电机械换能器、超声波探头

(3)具有分离功能的高分子离子交换树脂、分离膜、中空纤维膜(4)高分子试剂和高分子催化剂

共一百五十页

▲电子与光电子材料，信息时代的基石●现代(xiàndài)电子器件的基础：单晶硅和砷化镓(1)单晶硅

硅器件=98%半导体器件硅单晶材料拉制的直径大小被视为一个国家半导体材料技术水平的标志。纯度99.99999%电子级纯材料是材料的最高纯度

大直径、高均匀性和高完整性

光特效应——太阳能电池温差电效应——温差发电堆(温差致冷器)压阻效应——加速度传感器(控制安全气袋)共一百五十页

(2)砷化镓

计算机运算速度——芯片材料(单晶硅、砷化镓)电子在砷化镓中的运动速度比在硅中快——计算机运算速度更快砷化镓集成电路的速度比硅集成电路提高(tígāo)1000倍，功耗降低一个数量级。应用：1/2用于军事技术的航天技术(如电子对抗)1/3用于通信技术1/5用于计算机和测量系统共一百五十页●激光材料与光通信媒体

(1)激光材料争奇斗艳

高功率固体激光材料：晶体或玻璃基质中均匀掺入少量离子应用广泛的气体激光材料：He、CO2、H2小巧玲珑的半导体激光器：砷化镓、镓铝砷(2)21世纪之光

极高的方向性(射程远，准确性好)鲜艳的单色性(激光大屏幕投影(tóuyǐng)电视)惊人的亮度(产生几千度到几万度的高温)奇妙的相干性(全息照相)应用：激光雷达、激光测距、激光通信、全人类同时通话共一百五十页(3)光子通信的媒体

信息的载体是电子时，信息传媒是金属导线信息的载体是光子时，信息传媒是光导纤维光导纤维：一种比头发丝还细的玻璃纤维丝应用的前提：光传输衰减很小信息高速公路：1993年9月克林顿总统宣布实话的“美国全国信息基础设施(jīchǔshèshī)计划”，耗资4000亿美元，历时数十年。共一百五十页

▲超导材料，神奇的无电阻导体●零电阻现象●迈纳斯效应

迈斯纳效应又叫完全抗磁性，1933年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零。观察(guānchá)迈纳斯效应的磁悬浮试验在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起，升至一定距离后，便悬空不动了，这是由于磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。共一百五十页

▲生物医用材料，造福千秋万代

生物医用材料(生物材料或医用材料)：是一类与人体组织、体液或血液(xuèyè)相接触，具有人体器官和组织的功能或部分功能的材料，是制造人工器官、医疗装置和药物的基础。●类别

硬组织材料：用作骨科和齿科材料软组织材料：用作眼科及一些填充和修复材料吸附分离材料：用于人工肾、肝、肺的膜材料和吸附剂材料共一百五十页心血管材料和人工血液材料组织粘合剂和缝合线材料用作药物和药物载体的材料一次性使用的医用材料：纱布(shābù)、输液器、注射器

●要求

耐生物老化性物理和力学性能好便于消毒和灭菌生物相容性好共一百五十页▲纳米材料，小尺寸中的大世界●空间尺度的划分

宇观(Cosmoscopic)遥观(Remotesensoscopic)宏观(Macroscopic)显微观(wēiguān)(Optico-microscopic)介观(Mesoscopic)或纳米观(Nanoscopic):1~100nm●纳米

1纳米(nm)=1毫米(mm)的百万分之一=10-9米(m)共一百五十页●纳米技术

在纳米尺度(1~100nm)上对物质和材料进行研究和处理的技术被称为纳米技术。●纳米材料

纳米材料:在纳米量级(1~100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料四大特点:尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大四大效应:小尺寸效应、量子(liàngzǐ)尺寸效应、宏观量子(liàngzǐ)隧道效应、表面效应纳米材料特性取决于制备方法共一百五十页●进一步认识纳米

蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范围光合作用在“纳米车间”进行细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂”莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应(xiàoyìng)”纳米结构是生命现象中基本的东西●媒体中的纳米怪象纳米冰箱纳米洗衣机共一百五十页●国外纳米技术进展

1990年，IBM公司用原子排出“IBM”1991年，NEC实验室观察(guānchá)到碳纳米管合成了其它纳米管材料实心的纳米棒、纳米线、量子线朗讯公司和牛津大学:纳米镊子碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量称量单个原子重量的“纳米秤”共一百五十页●应用

能源领域——石油、煤等不可再生资源环保领域——解决水污染的问题

——解决空气污染的问题微电子——纳米电子器件、纳米线、纳米传感器信息领域——光纤、发光器件功能性涂料、薄膜——防静电涂料

——特殊视觉涂料——紫外线吸收涂层——耐磨、防腐、耐高温、耐冲刷涂层机械——纳米结构单元和纳米机械结构陶瓷(táocí)——增强、增韧、助烧结共一百五十页化学化工——催化剂、助催化剂、阻燃剂镍催化氧化丙醛，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，生成酒精的转化率迅速增大塑料和橡胶——制品成型剂、补强剂、抗老化剂OA领域——复印机和激光打印机的墨粉

——喷墨打印机墨水、高级墨水纳米药物——磁性纳米粒子药物卫生保健品——防晒霜纺织品——反射红外线型化纤(huàxiān)

——杀菌灭菌除臭型化纤国防——纳米探测系统——纳米材料提高武器打击——纳米材料提高防护能力——纳米机械系统制造的小型机器人——雷达隐身技术共一百五十页21世纪(shìjì)初的材料科学技术◆国际新材料发展趋势及特点

随着全球经济的高速发展和一体化进程的加速，以及资源、能源和环境问题受到世界各国越来越多的关注，近年来新材料的发展呈现出以下主要特点。产业规模急剧扩大，市场需求旺盛；新材料的发展更加注重可持续发展；新材料的发展更体现体现“以人为本”；新材料产业整合重组趋势加剧，上下游产业进一步融合；新材料的发展由军事需求转向(zhuǎnxiàng)经济需求；新材料向多功能、智能化方向发展，开发与应用联系更加紧密。共一百五十页俄罗斯新材料发展战略◆研发方向？结构材料和功能材料金属材料、陶瓷材料、复合材料、高分子材料、高纯度材料以及生物、超导和纳米材料等。◆战略目标？(1)力求继续保持某些材料领域在世界上的领先地位，如航空航天、能源工业、化工、金属材料、超导材料、聚合材料等；(2)大力发展对促进国民经济发展和提高国防实力有影响的领域，如电子信息工业(gōngyè)、通讯设施、计算机产业等。

◆基本策略？(1)在处理发展高新技术和传统产业关系的同时，做到研发新材料与有效使用传统材料有机结合；(2)在注重研发高新技术所需新材料的同时，对于现有的一般技术所需要的材料进行优选和更新，进而提高利用率。使研发新材料有的放矢、重点突出、周期缩短、效果显著。共一百五十页◆发展重点？

材料的复合化和多功能化◆根本出路？优化材料的制备工艺和改进加工技术，以达到(dádào)提高效率、减低成本、减少能耗、缩短流程的目的。

◆关注的因素？(1)增强环境意识，将研发新材料与生态、环境密切结合起来，增强材料使用寿命、提高循环使用以及再生利用的比率；(2)环境净化、对人类生存无害。

共一百五十页美国(měiɡuó)共一百五十页◆未来材料学研究体现的技术特征？

①制作技术：新的加工(jiāgōng)工艺和制造方法将使材料的生产实现从实验室走向工业化；②模仿技术：从材料的自然特性仿制到材料混合特性的研究；③预测技术：开发新的模型和试验方法，从而缩短材料的试验周期。

欧盟拟着力(zhuólì)推动的十大材料科学研究领域共一百五十页◆十大材料学研究领域：

(1)催化剂

是生产化学化工制品、石油衍生物、肥料、医药等产品的核心要素，对减少机动车辆、发电站和化工厂的废气废料排放保护生态环境发挥着巨大作用。借助于扫描隧道显微镜等科学仪器，研究纳米材料用做催化剂的性能。

(2)光学材料和光电材料

光学材料在光通信、数据存储和加工以及传感、显示等技术领域发挥着十分重要的作用。光发射二极管和激光器等光学仪器广泛应用于人类生活的各行各业。

重点研发：☀新光学材料体系的研发以及在纳米尺度(chǐdù)上对新材料的控制能力，最终设计出3D纳米主结构的光发射仪器；

☀开发大型、高效率的白光发射极，取代目前普遍使用的白炽灯；☀开发光数字系统，使所有数据或部分数据能够通过光设备而非电子设备进行处理，从而减少“光电”转换和“电光”转换；☀进一步提高诸如ＣＤ、ＤＶＤ等二维存储媒体存储容量，借助干扰和全息技术开发三维数据存储媒体。

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(3)有机电子学和光电学

开发廉价、大容量的硅电子新产品，使具有电致发光、传导(chuándǎo)和半传导(chuándǎo)性能。柔性基质的有机物在智能卡、特征仪器、智能和响应式织物、微型反应器、汽车零部件和大型数据显示等方面获得应用。

(4)磁性材料

对数据高存储密度的要求促进磁性介质不断从微型转向纳型。纳磁学的研究方向是开发随机存取磁存储器（ＭＲＡＭ），以取代目前的互补金属氧化物半导体存储芯片（ＣＭＯＳ）。ＭＲＡＭ具有非易失性存储特性，而且能够达到每比特１００纳米的小型化程度。

(5)仿生材料

生物材料的一个显著特征就是具有多样化规模的组织结构。未来仿生学的研究集中在两个方面：一是仿生材料体积小型化和功能多样化；二是仿生材料的有机复合。

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(6)纳米生物技术

加强纳米生物技术在人工物质和生物物质组合领域的研究，从而设计出纳型合成材料，生成分子结构，为开发各种高值产品奠定基础。

(7)超导体

高温超导体从大规模能源系统到小型电子系统等领域都获得十分广泛的应用，但目前高温超导体的造价过于昂贵。开发对局部材料的纳型控制技术是降低高温超导体设备制造成本的关键所在。

(8)复合材料

研究开发新的、具有特殊性能的基体、纤维和化合物，如具有导电特性的高分子复合材料、残余材料、残余材料的可再循环利用等。加强对生物材料、分子电子学、仿生材料、纳米物理材料、陶瓷、金属基体材料的研究。

(9)生物医学材料

在保证安全的前提下开发相容性更好、耐腐蚀、持久性更好的人体组织器官修复和替换医学材料。

加强对纳米生物技术材料的研究，开发用于针对目前难治之症的纳粒子药物嵌入系统以及小型侵入手术和非侵入诊断系统。

(10)智能纺织材料

开发多功能纺织材料，使纤维表面功能化，如具有抗菌、血压控制(kòngzhì)以及通过纺织纤维与皮肤界面来控制(kòngzhì)药物释放等功效。

开发智能纺织材料和非织材料在铁路、航空、建筑等领域的广泛应用。

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(1)开发出实用的高温超导材料并将其应用到若干领域；(2)转换效率在20％以上的太阳能电池进入实用阶段；(3)纳米材料制备技术的开发及纳米材料、纳米器件在若干领域的应用；

(4)开发出汽车动力用燃料电池；(5)可在350℃高温下持续工作(gōngzuò)的聚合物基复合材料进入实用阶段；(6)开发出与人骨基本相同的磷灰石基复合材料；(7)开发出金属间化合物基高温结构材料；(8)开发出适用于汽车及其他民用工业的钛合金；

中国未来20年材料(cáiliào)技术领域15项关键技术共一百五十页

(9)开发出适用于汽车等交通工具的低成本、高强度铝、镁合金；

(10)开发出实用的全光开关材料和技术；(11)开发出单电子存储器元件；

(12)新一代钢铁材料（即“超级钢”）进入实用阶段；

(13)开发出适用的塑料再生(zàishēng)、循环利用技术；

(14)开发出高能量、高密度、持久耐用的充电电池；

(15)开发出实用的太阳能分解水制造氢的技术。

共一百五十页我国新材料产业(chǎnyè)的现状及问题

◆材料产业？

材料产业总产值占全部工业总产值的30%

钢材、水泥(shuǐní)、平板玻璃等产量均居世界第一位。十种有色金属、纯碱等产量居世界第二位

传统材料产业需向高性能化、多功能化、复合化、智能化和低成本化的高附加值的新材料产业转移

共一百五十页◆新材料产业现状？

经过几十年奋斗，我国新材料产业从无到有，不断发展壮大，在体系建设、产业规模、技术进步等方面取得明显成就，为国民经济和国防建设做出了重大贡献，具备了良好发展基础。同时，新材料产业在国际产业布局中正处于由低级向高级发展的阶段，产业呈集聚发展趋势、区域特色明显，形成了各有优势、各具特色的发展格局(géjú)。受我国新材料市场的发展潜力的吸引，国际材料巨头纷纷调整其在中国的战略布局，杜邦、拜耳、巴斯夫、京瓷等跨国企业纷纷增加投资，寻求更深的战略合作。

(1)新材料产业体系初步形成 (2)新材料产业规模不断壮大 (3)部分关键技术取得重大突破共一百五十页

我国的新材料产业(chǎnyè)领域的基地建设始于1995年目前，科技部共计批准区域性新材料产业基地37家，其中高新司批准建立的国家新材料成果转化及产业化基地22家，国家火炬计划批准建立的基地15家。另外，还有两家与材料相关的基地：吴江光电缆产业基地和十堰汽车关键部件产业基地。

共一百五十页长三角地区：

(一)宁波新材料产业国家高技术产业基地

(二)连云港新材料产业国家高技术产业基地

(三)江阴国家新材料成果转化(zhuǎnhuà)及产业化基地

(四)国家火炬计划海门新材料产业基地

(五)上海国家半导体照明工程产业化基地

(六)常州新型涂料产业化基地

(七)绍兴纺织新材料特色产业基地新材料(cáiliào)产业集群珠三角和东南沿海地区：

(一)佛山新材料产业基地

(二)国家火炬计划闽东南电子与信息产业基地

(三)厦门国家半导体照明工程产业化基地

(四)广州新材料产业基地

(五)潮州日用陶瓷特色产业基地

(六)广西省柳州市新材料产业基地共一百五十页北方地区：

(一)中关村永丰国家新材料技术成果转化与产业化基地

(二)天津(tiānjīn)国家纳米技术产业化基地

(三)淄博国家新材料产业化基地

(四)莱芜国家新材料产业化基地

(五)吉林省国家科技攻关镁合金应用及产业化基地

(六)大连新材料产业国家高技术产业基地

(七)威海国家先进复合材料高新技术产业基地中部地区(dìqū)：

(一)国家光电子产业基地——武汉•中国光谷

(二)铜陵电子材料产业基地

(三)马鞍山国家新材料成果转化及产业化基地

(四)河南濮阳生物化工产业基地

(五)洛阳新材料产业国家高技术产业基地

(六)湖南国家新材料成果转化及产业化基地

(七)郑州超硬材料产业园

(八)宜春国家锂电新能源高新技术产业化基地

共一百五十页西部地区(dìqū)：

(一)宝鸡国家新材料高技术产业基地

(二)甘肃省金昌市新材料产业国家高技术产业基地

(三)四川省绵阳国家新材料产业化基地

(四)重庆镁合金产业基地

(五)甘肃省兰白金有色金属新材料产业化基地

(六)陕西新材料产业基地

(七)贵阳国家级新材料产业化基地

(八)内蒙古鄂尔多斯市新材料成果转化及产业化基地

(九)内蒙古包头稀土新材料成果转化及产业化基地

(十)四川省攀枝花国家新材料成果转化及产业化基地

(十一)四川省德阳国家新材料产业化基地共一百五十页◆新材料产业问题？

(1)一些靠企业自发形成的新材料企业集中区域内产业关联度不高，产业布局不合理、产业结构不健康，多数企业没有经济规模，产业集成度低，市场竞争力差;(2)依靠民营的体制优势、市场开拓能力发展的新材料企业集中区域产业结构趋同，缺乏(quēfá)地方产业特色，缺乏(quēfá)形成地方产业优势的后劲;(3)西部大多数省份资源优势没有发挥出来，没有形成产业配套体系，资源浪费严重。共一百五十页新材料(cáiliào)产业的经济特征

新材料技术的特点：基础性和先导性◆新材料产业特点?

(1)应用领域宽广、相互之间关联度小新材料种类纷繁，涉及多个不同的行业，不仅有市场一度热衷的纳米材料、磁性材料等产品，还有与能源结合紧密的新型能源材料，与信息产业紧密结合的光通讯材料，更有聚氨酯、氯化聚乙烯、有机氟材料等传统的高分子材料。而生产这些产品的公司分处不同的行业，无论是设备，生产技术，还是销售市场都存在较大的差异。可以说并不存在共同的市场基础，关联性较差，各公司的个性(gèxìng)要强于整个“行业”的共性。共一百五十页

(2)投资与技术高度密集技术密集是指新材料在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性和综合性。新材料行业涉及自然科学和工程技术，多学科交叉渗透，知识(zhīshi)和技术高度密集。投资密集是指研究开发和生产新材料产品要求有一定的投资强度。新材料行业的放大技术复杂，行业装备一次性投入大，尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时，更要求比较大的投资。

(3)高风险、高收益

从风险的角度看，首先，由于应用领域的进步，对新材料的技术要求进一步提高，研发风险提高；其次，新材料品种多，大批量产品相对较少，由于工艺集成度加大，生产流程缩短，知识转化为技术和产品的效率提高，存在行业风险；第三，由于高新技术发展迅猛，新材料本身更新换代速度加快，生命周期缩短，产品风险加大。从收益的角度看，与其他传统行业的上市公司相比，新材料上市公司近年业绩优良。共一百五十页

(4)新材料产业与其他产业的关联度高

从新材料产业与其他产业的关系来说，具有如下特点：

①先导性、基础性和带动性。新材料广泛应用于信息、能源、交通、医疗等各个领域，是其他高新技术及其产业发展的基础和先导；

②新材料产业与上下游相关产业进一步融合，产业结构垂直扩散。新材料产业的发展依赖于上下游相关产业的发展，特别是下与用户的进一步创新开发，才能使新材料产品最终走向市场。如上游的汽车工业投资增加要求汽车材料工业要配套发展。反之，在一种新型半导体材料投资规模生产之时，一定要考虑到下游应用市场的投资现状、装备、设计、生产能力等等；

③新材料与传统产业紧密结合，产业结构横向扩散。随着(suízhe)高技术的发展，传统材料产业向新材料产业发展。共一百五十页◆新材料产业在区域发展的地位?

新材料产业推动着机械、能源、化工、轻纺等传统产业的技术改造和产品结构的调整，已成为区域经济新的增长点。中国进入WTO后，伴随着全球性的产业转移，产业格局也正在发生重大变化。“世界工厂”“中国制造”预示着中国的产业结构正在从劳动密集型向着资本密集型和技术的不断创新方面发展。这种变化对新材料产业提出了新的挑战。要求它更快发展，以适应现代化“中国制造”的巨大(jùdà)市场需求，研究区域的经济发展，就要研究新材料产业。

共一百五十页◆西部新材料行动？

通过整合国家与地方的资源，强化东西部联动，推动西部具有资源特色和竞争力的新材料行业发展，建立若干个新材料产业基地，促进西部资源优势转化为经济优势，用新材料打造西部新经济。区域基地的建设(jiànshè)应该放在全省、全国、甚至全球的大背景下考虑，要有更高层次上的总体规划。

共一百五十页以新材料带动(dàidòng)“中国制造”

◆“中国制造”问题？

是在世界经济全球化发展背景下，在国际分工基础之上的世界性的制造业问题，而不仅仅是中国民族(mínzú)工业的问题。是中国在近二十年的市场化改革和对外开放之后，在以加入ＷＴＯ为契机，即将全面融入国际社会之际遇到的关系国家发展的重大战略问题。

共一百五十页◆“新材料”与“中国制造”的关系？

(1)材料工业是中国制造业的上游产业，是中国制造业的组成部分之一，制造业的各个领域都离不开新材料，新材料是中国制造业的基础,材料工业肩负着为制造业发展提供原材料的责任；(2)制造业是材料工业的下游产业，是材料工业的主要产业客户，制造业发展是材料工业发展的市场基础，材料工业与制造业是产业发展中不可分割的两个(liǎnɡɡè)环节,是价值创造的共同的主体。中国制造业的发展客观上带动中国新材料的发展，而材料工业是中国制造业价值链上的核心环节之一，它的发展同时对制造业的发展也起到一个支撑与促进作用。

共一百五十页◆

新材料应积极寻找与中国制造的接口

◎新材料产业(chǎnyè)发展中存在的问题：

成果较多，能够实现转化的却较少，即产业和研究严重脱节。新材料生产的整个技术没有固化成一个程序上的东西。

◎新材料领域的研发特色：

供给非常大，需求也非常大。

共一百五十页

◎新材料如何找到与“中国制造”的接口？

新材料应该为中国制造提供服务。只有中国制造有了市场，新材料才能得到快速发展。目前的新材料项目往往是依据研发能力来提出的，对于市场特别是对于“中国制造”的依赖(yīlài)程度远远不够。

◎新材料如何实现产业化？

技术是为产业服务的，应该能够用现代工业技术来解决产业化的问题。共一百五十页◆

企业应成为创新的主体

企业成为科技创新的主体，学校、科研机构应考虑如何(rúhé)以企业为主体，配合企业来推动成果的产业化。

◆新材料带动中国经济实现跨越式发展

◎国家高新技术产业与制造业

信息技术、生物技术、新材料

信息技术：无知识产权，中国的目标是与台湾地区、日本争夺优势(对于美国则根本无竞争力)生物技术：无源创性，只有中药现代化有可能占据一席之地，但存在国际认可问题。共一百五十页新材料：拥有丰富的原材料，研究如何通过(tōngguò)深加工来提升其附加值，可以深入到中国的大部分地区，包括边远地区和贫困山区等。在某种意义上，新材料是唯一一个能使中国经济实现跨越式发展的领域。

◎信息化带动工业化的前提下新材料地位

以高新技术带动改造传统产业以信息化带动工业化(解决了信息对称的问题和发展模式的问题，但却没有解决内涵问题)

以新材料增强中国制造业的竞争能力

共一百五十页“中国制造”对新材料产业的驱动力：

突出应用导向推动产业融合加快创新响应注重可持续发展

过去十年(shínián)，中国出现了若干从很小规模爆发式增长到百亿乃至千亿级规模的细分领域，比如多晶硅、钕铁硼永磁材料、MDI等。与之相伴，国内一批新材料特色产业基地崛起，高成长企业不断涌现。据初步统计，截止到2012年底，中国已陆续在全国27个省市建立了138个新材料产业基地；中国资本市场上新材料产业领域的上市公司达159家，A股市值超过8000亿元。从“中国制造(zhìzào)”到“中国创造”共一百五十页从“中国制造”走向“中国创造”新材料产业驱动力：

新兴产业发展前沿技术突破重点产业和重大工程支撑

新材料发展走原始创新之路，需要技术、市场政策的配合和联动。通过明晰产业战略，解决产业发展顶层设计的问题；通过做强产业链条，实现新材料与下游应用产业的高端融合发展；通过重塑商业模式，把握市场先导性、技术响应度、资源控制力等关键要素。要实现由“中国制造”向“中国创造”的转型升级(shēngjí)，中国新材料必须走原始创新的道路，新材料领域也将出现若干原创新兴产业。大力发展原创新兴产业，不仅是加快抢占新材料产业战略制高点、塑造区域个性的战略抉择，还是引领产业结构战略调整、发展方式结构转变的重要途径，更是赢得后危机时代发展先机、打造全球创新“尖峰”的有力抓手。共一百五十页材料科学与工程(gōngchéng)的关系◆

定义：

材料科学：是一门科学，从事材料本质的发现、分析、认识、设计及控制方面的研究。其目的揭示材料的行为，给予材料属性的描述或建立模型，解释结构与材料性能之间的关系(guānxì)。材料工程：是一个工程领域，其目的在于经济地、而又为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状。共一百五十页材料学科—溯源（历史分析）材料学科的形成：学校、学会(xuéhuì)和期刊三方面学校：美国麻省理工学院（MIT）为例：共一百五十页材料(cáiliào)学科的分与合MSE与社会科学的结合，形成了材料学—Materialogy共一百五十页学会：以美国(měiɡuó)的相关学会为例。共一百五十页学术期刊：共一百五十页

◆材料科学与工程的提出(1)1957年10月4日和11月3日苏联发射两颗人造卫星，

分别重80千克和500千克。(2)1958年1月31日美国发射“探测者1号”人造卫星仅8

千克。(3)

对此美国有关部门联合向总统提出报告，认为美

国在先进材料的研究方面落后于苏联是关键。(4)1958年3月18日总统通过科学顾问委员会发布(fābù)“全国

材料规划”，决定12所大学成立材料研究实验室。

●从此出现了“材料科学与工程”学科的提法。共一百五十页

◆材料科学与工程的研究内容(1)研究材料的结构与成分，即研究材料由哪些种类的原子构成的，以及这些(zhèxiē)原子的排列方式。(2)研究材料的各种性能，这些性能一般是在实验室中测量的。(3)材料的加工与合成，即材料的制备科学与工艺，包括传统材料制备工艺的改进和新材料制备工艺的研究。(4)材料在服役条件下的行为，此时材料经受综合性能的考验。

共一百五十页

◆材料科学与工程的相互关系(1)材料科学具有“研究为什么”的性质。核心是建立结构－性能的关系。(2)材料工程具有“解决怎样做”的性质。是能为社会所接受地获得材料的结构、性能和形状。（要考虑5个判据：经济、质量、资源、环保、能源）(3)材料科学为材料工程提供设计依据，为更好地选择材料、使用材料、发展新材料提供理论(lǐlùn)基础。(4)材料工程为材料科学提供丰富的研究课题和物质基础。(5)材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没有明显的界线。在解决实际问题中，不能将科学因素和工程因素独立考虑。因此，人们常将二者合称为材料科学与工程。共一百五十页

材料科学与工程：研究材料的组成与结构、性质、合成(héchéng)与制备、使用性能和它们相互间的密切关系。

共一百五十页

◆材料科学的核心(héxīn)

●通过过程现象揭示材料组成-工艺-结构-性能的

关联。

●过程是理解结构和性能的重要环节。

●结构决定性能，组成与工艺决定结构的形成。

●结构因素包括：组成基元、排列、结合类型和

运动方式。

●结构的层次：原子结构、原子排列、相结

构、显微组织、结构缺陷等。

●材料聚集态：一维、二维、三维方向上小尺寸

的材料称低维材料，低维材料具有体材料所不

具备的性质。共一百五十页◆材料科学的三个重要属性：是多学科的交叉(物理学、化学、冶金学、金属学、高分子化学及计算科学(kēxué))；(2)是一种与实际使用结合非常密切的科学(发展材料科学的目的在于开发新材料，提高材料的性能和质量，合理使用材料，降低成本和减少污染等)；(3)是一个正在发展中的科学(随有关学科的发展而得到充实)。材料科学与工程学科是工学领域的基础学科。共一百五十页◆

基础学科发展奠定材料科学的基础

●量子力学、固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等基础学科的发展为材料科学奠定了重要基础。

●现代分析技术和设备的更新，加深了对物质结构和物理化学性质的理解。

●冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等自身的发展也使对材料(cáiliào)的本质认识大大系统化（组成-制备-结构-性能的关系），为学科发展打下了坚实的基础。共一百五十页◆

材料科学范畴下不同材料应用理论的交叉融合●

作为钢热处理的马氏体相变理论由金属学科建立，后来(hòulái)氧化锆增韧陶瓷中同样发现了马氏体相变现象，并用来解释相变增韧机理。●缺陷行为、平衡热力学、扩散、塑性变形和断裂机理、界面的精细结构与行为、晶体和玻璃的结构以及它们之间的关系、材料中电子的迁移与约束、原子聚集体的统计力学等概念，在各类材料中得到应用。共一百五十页◆

材料(cáiliào)测试技术及工艺技术的交叉融合●材料结构与性能的表征参数相通，如显微镜、电子显微镜、表面测试及物理性能测试等。●材料制备与加工中，许多工艺相通，如挤压对金属材料用于成型或冷加工硬化；对高分子材料，通过挤压成丝可使有机纤维的比强度和比刚度大幅度提高。

●粉末冶金和现代陶瓷制造已经很难找出明显的区别。●溶胶—凝胶法应用于各种材料的制备，是利用金属有机化合物的水解而得到纳米高纯氧化物粒子的方法。

共一百五十页◆

现代材料技术从多样化、单一化走向一体化、复合化

●打破了单一材料间的界限，许多不同类型材料相互代替和补充(bǔchōng)，充分发挥各种材料的优越性。

●复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合。

●如果对不同类型材料没有一个较全面的认识，对复合材料的设计及性质的理解必然受到影响。共一百五十页材料科学与工程的研发(yánfā)思路(1)依据工程构件服役行为确定所需材料性能；(2)依据性能要求，确定所需材料结构；(3)制定材料生产工艺，获得所需材料结构；(4)采用必要设备，保证工艺实施；或反其道而行之的思路：(5)只有适当(shìdàng)的设备才能保证工艺；(6)只有通过工艺才能改变结构；(7)结构决定性能；(8)材料的性能决定工程构件的行为。共一百五十页共一百五十页传统(chuántǒng)材料的可持续发展

(1)误区：a.“夕阳工业”；b.可取代和抛弃。(2)传统(chuántǒng)材料的特点：a.量大面广；b.是矿产资源消耗大户；c.在制备过程中污染严重。

共一百五十页

(3)传统材料的可持续发展(fāzhǎn)：

a.开发节约资源、低污染的生产流程；(“零排放”流程)b.发展环境友好材料(或环境材料)，指与环境相适应的材料，即节约资源、少污染、易回收或可降解材料；c.开发高性能、长寿命材料是节约资源、减少污染最有效的途径；d.用新技术改造传统材料生产流程。共一百五十页传统(chuántǒng)材料的可持续发展

(1)误区：a.“夕阳工业”；b.可取代和抛弃。(2)传统材料(cáiliào)的特点：a.量大面广；b.是矿产资源消耗大户；c.在制备过程中污染严重。

共一百五十页

(3)传统材料的可持续(chíxù)发展：

a.开发节约资源、低污染的生产流程；(“零排放”流程)b.发展环境友好材料(或环境材料)，指与环境相适应的材料，即节约资源、少污染、易回收或可降解材料；c.开发高性能、长寿命材料是节约资源、减少污染最有效的途径；d.用新技术改造传统材料生产流程。共一百五十页二十大未来最有潜力(qiánlì)的新材料共一百五十页1、石墨(shímò)烯共一百五十页突破性：非同寻常的导电性能、极低的电阻率极低和极快的电子迁移的速度、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性。发展趋势：2010年诺贝尔物理学奖造就近年技术和资本市场(shìchǎng)石墨烯炙手可热，未来5年将在光电显示、半导体、触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、复合材料、生物医药等领域将爆发式增长。主要研究机构（公司）：GrapheneTechnologies，AngstronMaterials，GrapheneSquare，常州第六元素，宁波墨西等。共一百五十页2、气凝胶共一百五十页突破性：高孔隙率、低密度质轻、低热导率，隔热保温特性优异(yōuyì)。发展趋势：极具潜力的新材料，在节能环保、保温隔热电子电器、建筑等领域有巨大潜力。主要研究机构（公司）：阿斯彭美国，W.R.Grace，日本Fuji-Silysia公司等。共一百五十页3、碳纳米管共一百五十页突破性：高电导率、高热导率、高弹性模量、高抗拉强度等。发展趋势：功能(gōngnéng)器件的电极、催化剂载体、传感器等。主要研究机构（公司）：Unidym,Inc.，TorayIndustries,Inc.，BayerMaterialsScienceAG，MitsubishiRayonCo.,Ltd.深圳市贝特瑞，苏州第一元素等。共一百五十页4、富勒烯共一百五十页突破性：具有线性和非线性光学特性，碱金属富勒烯超导性等。发展趋势：未来在生命科学、医学、天体物理等领域有重要前景，有望用在光转换器、信号转换和数据存储等光电子器件上。主要研究机构（公司(ɡōnɡsī)）：MichiganStateUniversity，厦门福纳新材等。共一百五十页5、非晶合金(héjīn)共一百五十页突破性：高强韧性、优良的导磁性和低的磁损耗(sǔnhào)、优异的液态流动性。发展趋势：在高频低损耗变压器、移动终端设备的结构件等。主要研究机构（公司）：LiquidmetalTechnologies,Inc.，中科院金属所，比亚迪股份有限公司等。共一百五十页6、泡沫(pàomò)金属共一百五十页突破性：重量轻、密度低、孔隙率高、比表面积大。发展趋势：具有导电性，可替代无机(wújī)非金属材料不能导电的应用领域；在隔音降噪领域具有巨大潜力。主要研究机构（公司）：Alcan（美国铝业），RioTinto，Symat，NorskHydro等。共一百五十页7、离子(lízǐ)液体共一百五十页突破性：具有高热稳定性、宽液态温度范围、可调酸碱性、极性、配位能力等。发展趋势：在绿色化工领域(lǐnɡyù)，以及生物和催化领域(lǐnɡyù)具有广阔的应用前景。主要研究机构（公司）：SolventInnovation公司，巴斯夫，中科院兰州物理研究所，同济大学等。共一百五十页8、纳米(nàmǐ)纤维素共一百五十页突破性：具有良好的生物相容性、持水性、广范围的pH值稳定性；具有纳米网状结构，和很高的机械特性(tèxìng)等。发展趋势：在生物医学、增强剂、造纸工业、净化、传导与无机物复合食品、工业磁性复合物方面前景巨大。主要研究机构（公司）：CelluForce公司（加拿大），USForestService（美国林务局），Innventia公司（瑞典）等。共一百五十页