新材料是七大戰略性新興產業之一,主要服務于戰略性新興產業,同時也是新興產業發展的基礎及先導,新材料的應用領域基本集中在新興產業。我們重點從新興產業發展來探尋新材料的機會,重點研究節能環保材料、電子信息材料、生物材料、高端裝備材料、新能源材料、汽車材料。從應用領域來看,一個領域可能存在多種類型的新材料。
節能環保材料也叫生態環境材料,是指具有滿意的使用性能同時又被賦予優異的環境協調性的材料。主要包括環境友好材料、綠色
建筑材料和生態工程材料。 這類材料的特點是消耗的資源和能源少,對生態和環境污染小,再生利用率高,而且從材料制造、使用、廢棄直到再生循環利用的整個壽命過程,都與生態環境相協調。主要包括:環境相容材料,如純天然材料(木材、石材等)、仿生物材料(人工骨、人工器臟等)、綠色包裝材料(綠色包裝袋、包裝容器)、生態
建材(無毒裝飾材料等);環境降解材料(生物降解塑料等);環境工程材料,如環境修復材料、環境凈化材料(分子篩、離子篩材料)、環境替代材料(無磷洗衣粉助劑)等。
生態環境材料研究熱點和發展方向包括再生聚合物(塑料)的設計、材料環境協調性評價的理論體系、降低材料環境負荷的新工藝、新技術和新方法等。
電子信息材料是指在微電子、光電子技術和新型元器件基礎產品領域中所用的材料,主要可以分為以下幾大類:集成電路及
半導體材料:以硅材料為主體,新的化合物半導體材料及新一代高溫半導體材料也是重要組成部分,也包括高純化學試劑和特種電子氣體;光電子材料:激光材料,紅外探測器材料,
液晶顯示材料,高亮度發光二極管材料,
光纖材料等領域;新型電子元器件材料:磁性材料,電子陶瓷材料,壓電晶體管材料,信息傳感材料和高性能封裝材料等。
這些基礎材料及其產品支撐著
通信、計算機、信息家電與
網絡技術等現代信息產業的發展。微電子材料在未來10~15年仍是最基本的信息材料,光電子材料將成為發展最快和最有前途的信息材料。
電子信息材料的總體發展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發展。當前的研究熱點和技術前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導體材料為代表的第三代半導體材料、有機顯示材料以及各種納米電子材料等。
生物材料是和生命系統結合,用以診斷,治療或替換機體組織,器官或增進其功能的材料。它涉及材料,醫學,物理,生物化學及現代高技術等諸多學科領域,已成為21世紀主要支柱產業之一。
現在幾乎所有類型的材料在健康治療中都已得到應用,主要包括
金屬和合金,陶瓷,高分子材料,復合材料和生物質材料。高分子生物材料是生物醫用材料中最活躍的領域;金屬生物材料仍是臨床應用最廣泛的承力植入材料,醫用鈦及其合金,以及Ni-Ti形狀記憶合金的研究與開發是一個熱點,無機生物材料近年來越來越受到重視。
目前,國際生物醫用材料研究和發展的主要方向,一是模擬人體硬軟組織,器官和血液等的組成,結構和功能而開展的仿生或功能設計與制備,二是賦予材料優異的生物相容性,生物活性或生命活性。就具體材料來說,主要包括藥物控制釋放材料,組織工程材料,仿生材料,納米生物材料,生物活性材料,介入診斷和治療材料,可降解和吸收生物材料,新型人造器官,人造血液等。
航空航天、軌道交通、海洋工程等高端裝備制造業,需要各類軸承鋼、油船耐腐蝕合金鋼、軌道交通大規格鋁合金型材、高精度可轉位硬質合金切削工具材料。大型客機等航空航天產業發展需要高性能鋁材,碳纖維及其復合材料應用比重將大幅增加。
新能源和再生清潔能源技術是21世紀世界經濟發展中最具有決定性影響的五個技術領域之一,新能源包括太陽能、生物質能、核能、風能、地熱、海洋能等一次能源以及二次電源中的
氫能等。
新能源材料則是指實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術中所要用到的關鍵材料。主要包括儲氫電極合金材料為代表的鎳氫電池材料、嵌鋰碳負極和LiCoO2正極為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料、Si半導體材料為代表的太陽能電池材料以及鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料等。
當前研究熱點和技術前沿包括高能儲氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。
新能源汽車材料主要包括三大類:驅動電機材料、動力電池材料、輕量化材料。在各種驅動電機中,永磁電機適用于電動汽車對高功率、大密度電機的要求。永磁材料在新能源汽車中有著重要地位;動力電池材料方面,目前主要以鋰電池為主;輕量化材料包括超輕汽車
高強度鋼、先進鋁合金、
鎂合金、鈦合金材料,工程塑料和復合材料。
汽車材料的需求呈現出以下特點:輕量化與環保是主要需求發展方向;各種材料在汽車上的應用比例正在發生變化,主要變化趨勢是高強度鋼和超高強度鋼,鋁合金,鎂合金,塑料和復合材料的用量將有較大的增長,汽車車身結構材料將趨向多材料設計方向。同時汽車材料的回收利用也受到更多的重視,電動汽車,代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發和應用工作不斷加強。