新材料技術

新材料按材料的屬性劃分，有金屬材料、無機非金屬材料（如陶瓷、砷化鎵半導體等）、有機高分子材料、先進複合材料四大類。按材料的使用性能性能分，有結構材料和功能材料。結構材料主要是利用材料的力學和理化性能，以滿足高強度、高剛度、高硬度、耐高溫、耐磨、耐蝕、抗輻照等性能要求；功能材料主要是利用材料具有的電、磁、聲、光熱等效應，以實現某種功能，如半導體材料、磁性材料、光敏材料、熱敏材料、隱身材料和製造原子彈、氫彈的核材料等。新材料在國防建設上作用重大。例如，超純硅、砷化鎵研製成功，導致大規模和超大規模集成電路的誕生，使計算機運算速度從每秒幾十萬次提高到現在的每秒百億次以上；航空發動機材料的工作溫度每提高100℃，推力可增大24%；隱身材料能吸收電磁波或降低武器裝備的紅外輻射，使敵方探測系統難以發現，等等。

新材料技術被稱為“發明之母”和“產業糧食”。

新材料技術的發展不僅促進了信息技術和生物技術的革命，而且對製造業、物資供應以及個人生活方式產生重大的影響。記者日前採訪了中國科學院“高科技發展報告”課題組的有關專家，請他們介紹了當前世界上新材料技術的研究進展情況及發展趨勢。材料技術的進步使得“晶元上的實驗室”成為可能，大大促進了現代生物技術的發展。新材料技術的發展賦予材料科學新的內涵和廣闊的發展空間。

目前，新材料技術正朝著研製生產更小、更智能、多功能、環保型以及可定製的產品、元件等方向發展納米材料20世紀90年代，全球逐步掀起了納米材料研究熱潮。由於納米技術從根本上改變了材料和器件的製造方法，使得納米材料在磁、光、電敏感性方面呈現出常規材料不具備的許多特性，在許多領域有著廣闊的應用前景。專家預測，納米材料的研究開發將是一次技術革命，進而將引起21世紀又一次產業革命。

日本三井物產公司曾在去年末宣布該公司將批量生產碳納米管，從2002年4月開始建立年產量120噸的生產設備，9月份投入試生產，這是世界上首次批量生產低價納米產品。美國ibm公司的科研人員，在2001年4月，用碳納米管製造出了第一批晶體管，這一利用電子的波性，而不是常規導線實現傳遞住處的技術突破，有可能導致更快更小的產品出現，並可能使現有的硅晶元技術逐漸被淘汰。

在碳納米管研究方興未艾的同時，納米事業的新秀－－“納米帶”又問世了。在美國喬治亞理工學院工作的三位中國科學家2001年初利用高溫氣體固相法，在世界上首次合成了半導體化物納米帶狀結構。這是繼發現多壁碳納米管和合成單壁納米管以來，一維納米材料合成領域的又一大突破。

這種納米帶的橫截面是一個窄矩形結構，帶寬為30～300mm，厚度為5～10nm，而長度可達幾毫米，是迄今為止合成的惟一具有結構可控且無缺陷的寬頻半導體准一維帶狀結構。目前已經成功合成了氧化錫、氧化銦、氧化隔等材料納米帶。由於半導體氧化物納米帶克服了碳納米管的不穩定性和內部缺陷問題，具有比碳納米管更獨特和優越的結構及物理性能，因而能夠更早地投入工業生產和商業開發。

超導材料超導材料在電動機、變壓器和磁懸浮列車等領域有著巨大的市場，如用超導材料製造電機可增大極限輸出量20倍，減輕重量90%。超導材料的研製，關鍵在於提高材料的臨界溫度，若此問題得到解決，則會使許多領域產生重大變化。去年，科學家在超導材料上有不少新收穫，相繼發現了臨界溫度更訓的新型超導材料，使人類朝著開發室溫超導材料邁出了一大步。

在日本，有人發現二硼化鎂可在－234℃成為超導體，這是迄今為止發現臨界溫度最高的金屬化合物超導體。由於二硼化鎂的發現，使世界凝聚態物理學界為之振奮。由於二硼化鎂超導體易合成、易加工，很容易製成薄膜或線材，因而應用前景看好。

美國科學家在研製更具實用性超導材料方面取得了明顯的進展，並開始進入實用階段。美國底物律的福瑞斯比電站在地下鋪設了360多米的超導電纜，電纜中123kg重的導線是由含鉍、鍶、鈣、銅的氧化物超導瓷製造的。這是世界上首次實用的超導輸電線路。

我國在高溫超導產業化技術上也獲得了重大突破，目前已有高溫超導線材生產線投產。據估計，到2010年超導產品可有1000億美元的市場。但應當指出的是，除超導材料以外，還有許多配套技術需要解決，同時還要繼續研究開發高溫超導體，如室溫超導材料。

高性能結構材料高性能結構材料具有高溫強度好、耐磨損、抗腐蝕等優點。高溫結構陶瓷材料目前正在研製的有碳化硅、氧化硅、氮化硅、硼化物、增韌氧化鋯陶瓷和纖維增強無機合成材料等。如在內燃機中用陶瓷代替金屬可減少燃料消耗30%，提高熱效率50%。

高性能複合材料可以根據要求進行設計，能夠使材料揚避短，當前的研究重點有：纖維增強塑料、碳/碳複合材料、陶瓷基複合材料和金屬基複合材料。高分子功能材料是近年來發展最快的有機合成材料，每年的遞增速度達到14%。此外，美國科學家還發現了一種可和玻璃結合的化合物，這種硅烷化合物能夠粘在磷酸鹽玻璃表面，形成一個單一分子層和多分子層，從而可以保護玻璃表面，將腐蝕減少到最小程度，這一發現對提高玻璃的抗腐蝕性有重要意義。

隨著科學技術的進步，開拓了新材料的範圍，推動了新材料向更高、更新方向發展。化學工業生產了大量的化工新材料，為新材料的發展提供技術支持。同時，新材料的發展同樣可以推動化學工業的科技進步、產業結構的變化。

高性能結構材料的開發、應用，使一些化工機械、設備的大型化、高效化、高參數化、多功能化有了物質基礎，可以滿足化工生產高技術的要求，使一些化工工藝的實現成為可能。納米材料在化學工業可廣泛應用，是應用於多種化學感測器的最有前途的材料。展望21世紀，新材料技術的飛速發展，必將為我們的生活帶來更美好的明天。

當前，美國、歐洲、日本等發達國家和地區十分重視新材料技術的發展，都把發展新材料作為科技發展戰略的重要組成部分，在制定國家科技與產業發展計劃時，將新材料技術列為21世紀優先發展的關鍵技術之一，予以重點發展，以保持其經濟和科技的領先地位。

中國的新材料科技及產業的發展，在政府的大力關心和支持下，也取得了重大的進展和成績，為國民經濟和社會發展提供了強有力的支撐。

為研究我國新材料領域的發展現狀和態勢，本報告以中國期刊網資料庫作為統計分析源，從文獻計量學的角度進行分析研究，討論了新材料包括超導材料、金屬材料、非金屬材料、高分子材料和複合材料的理論研究、製備工藝、產品應用、技術裝備等方面的內容。

據統計，我國新材料領域2000年共發表論文15866篇，2005年增加到27278篇，增加了11412篇，增長幅度達71.9%。其中：2000年至2002年論文發表數量以每年2000多篇速度增加，增長幅度達13%以上；2003-2004年，發表論文總量雖然在增加，但增長速度有所減慢，其中2003年只比2002年增長了7.72%，2004年較2003年僅增長了4.09%；但到了2005年，發表的論文數量卻有了大幅度增加，數量達到4512篇，增長幅度為19.82%，呈現加速增長的趨勢。總體上看，從2000年到2005年我國的新材料領域發表論文數量呈波動式增長，並有加速的趨勢。

1、新材料各專業論文產出權重的年度變化

從2000年至2005年，新材料各專業發表論文數量占整個新材料領域的比重雖然每年都在變化，但總的分佈格局沒有被打破。高分子材料除2001年和2002年所佔比重低於50%以外，其它幾年均在50%以上，一直占居主導地位；複合材料所佔比重在20-30%之間，居第二位；非金屬材料所佔比重在一成多，居第三位；超導材料在整個材料領域所佔比例最小，居5個專業的最後一位。

從各專業的發展狀況分析，超導材料的發展呈上下波動，總體下降的趨勢；金屬材料作為一種傳統的優勢領域，其發展呈現大幅下降的局面；非金屬材料在整個材料領域基本保持穩定的態勢，其所佔比例變化不大；高分子材料是發展最快的學科，隨著新技術的不斷湧現，其在整個新材料領域中的權重呈波動增長的態勢；複合材料除2002年有所增加外，其他各年逐年下降，但降幅不大，年均降低1%。

2、新材料各專業論文產出數量的年度變化

2000年至2005年，從新材料各專業發表論文的數量及增長率來看，超導材料論文發表呈現增長正負相間的發展格局，但總量呈下降趨勢，降幅為10%左右；金屬材料的論文發表數量出現負增長，從2000年的1614篇減少到2005年的254篇，總降幅達84%；非金屬材料發表論文數量總的趨勢是穩步增長，且到了2005年有加速增長的趨勢，發表論文數量比2000年增長了1527篇，當年增長了29.3%，6年間總體增長了66.65%；高分子材料的論文數量也在不斷增加，從2000年的8201篇增加到2005年的15895篇，總增幅達93.3%，幾乎翻了一番；複合材料論文發表呈現波動的局面，2001年比2000年有較大幅度增加，但2003-2004年卻出現負增長，到2005年又增加至7215篇，比2000年的3672篇增加了近一倍。

1、新材料領域總體發展速度較快，勢頭強勁

材料是當前世界新技術革命的三大支柱(材料、信息、能源)之一，與信息技術、生物技術一起構成了21世紀世界最重要和最具發展潛力的三大領域之一。對材料的認識與利用能力，往往決定著社會的形態和人類生活的質量。人類的歷史已經證明，材料是人類社會發展的物質基礎和先導，而新材料則是人類社會進步的里程碑。新材料在發展高新技術、改造和提升傳統產業、增強綜合國力和國防實力方面起著重要的作用，而且在自然科學和工程技術領域中發展也越來越快，地位日趨重要。根據對同時段論文發表數量統計，6年間國內新材料領域論文發表數量的年平均增長率為9.15%，大於自然科學和工程技術領域8.34%的論文發表增長率；新材料領域發表論文占自然科學與工程技術領域發表論文的比重也保持上升的勢頭，6年間增長了0.13個百分點。

新材料領域的發展變化，得益於技術創新和成果轉化速度加快。前沿技術的突破使得新興材料產業不斷湧現，同時新材料與信息、能源、醫療衛生、交通、建築等產業結合越來越緊密，材料科學工程與其他學科交叉領域和規模都在不斷擴大，而且世界各國政府高度重視新材料產業的發展，制定了推動新材料產業和科技發展的相關計劃，在資金上給予大力扶持，從而推動了本領域的技術創新能力的提高和發展，取得了一系列可喜的研究成果，保證了新材料領域發展的欣欣向榮局面。

2、高分子材料、複合材料發展迅速

2.1高分子材料新的應用領域推動了自身的成長

高分子功能材料是近年來發展最快的有機合成材料，尤其在生物醫用材料、藥物控制釋放體系、骨科固定、組織工程和手術縫合線等方面不斷擴展其新的應用領域，全世界僅高分子材料在醫學上的應用就有90多個品種、1800餘種製品，西方國家在醫學上消耗的高分子材料每年以10-20%的速度增長。我國的高分子材料發展也十分迅速，2000年至2005年論文發表數量從1862篇增加到6640篇，6年間增長了256.61%。其中：高分子藥物方面的論文從182篇增加到802篇，增長幅度達340%；醫用高分子材料方面的論文從285篇增加到821篇，增長幅度達188%；仿生高分子材料的論文從416篇增加到1108篇，增長幅度達166%，高分子膜材料的論文從979篇增加到3909篇，增長幅度達299%。從上述數據中可以看出，高分子材料研發活躍，發展相當迅猛，已成為醫學和生物技術中不可缺少的組成部分，也是新材料領域發展最快的專業。

2.2複合功能材料拓展了新的發展空間

由於多種材料多學科的交叉、融合,使材料的複合化成為發展新材料的一種重要手段。利用多種基體與增強體的複合、多種層次的複合以及利用非線性複合效應可以創造出全新性能的材料。近年來先進複合材料及新工藝發展很快，目前複合材料的發展以樹脂基複合材料為主，特別是熱固性材料，它的技術最成熟，應用最廣。金屬基複合材料大部分處於研究開發階段，它特別適用於建造空間結構體。

陶瓷基複合材料是改進陶瓷的可靠性的重要途徑，從而使陶瓷材料優異的高溫性能得以應用。此外碳/碳複合材料在軍事技術上有很大實用價值，並已有一定的應用，其發展趨勢較快。從我國2000年至2005年複合功能材料論文發表情況來看，數量從3672篇增加到7215篇，6年總計增長96.49%。其中：金屬基複合材料論文從573篇增加到611篇，增幅6.6%；陶瓷基複合材料論文從298篇增加到1050篇，增幅252%；水泥基複合材料論文從1533篇增加到2428篇，增幅58.3%；聚合物基複合材料的論文從1134篇增加到2383篇，增幅110%；碳基複合材料論文從134篇增加到743篇，增幅達454%。從研究分析中可以看出，陶瓷基複合材料、聚合物基複合材料發展較快，這與其新工藝、新物質及新配方的不斷湧現密切相關，碳基複合材料也正從軍用轉向民用，使其發展呈快速增長的態勢。

2.3金屬材料發展趨於低谷，有待突破

相對於高分子材料、複合材料和非金屬材料的迅猛發展，歷史悠久的金屬材料的發展處於停滯甚至後退的局面，從2000年至2005年，我國金屬材料論文發表數量從1614篇減少到254篇，下降了535%。這一現象說明我們在該領域的技術創新能力不足。當前，世界金屬材料領域的發展出現了很多新的特點及增長點，高性能金屬材料發展迅速。我國目前高性能金屬材料的產品研製、加工成型技術、生產設備等多方面都存在問題，阻礙了金屬材料的發展。因此，只要加大金屬材料的技術創新力度，就一定能打破其發展停滯不前的局面，實現新的振興和快速發展就指日可待。