新材料產業

新材料作為高新技術的基礎和先導,應用范圍極其廣泛,它同信息技術,生物技術一起成為二十一世紀重要和較具發展潛力的領域.同傳統材料一樣,新材料可以從結構組成,功能和應用領域等多種不同角度對其進行分類,不同的分類之間相互交叉和嵌套.

新材料主要有傳統材料革新和新型材料的推出構成,隨著高新技術的發展,新材料與傳統材料產業結合日益緊密,產業結構呈現出橫向擴散的特點.

新材料的分類:按照應用領域來分,一般把新材料歸為以下幾大類:

1 信息材料

電子信息材料及產品支撐著現代通信,計算機,信息網絡,微機械智能系統,工業自動化和家電等現代高技術產業.電子信息材料產業的發展規模和技術水平,在國民經濟中具有重要的戰略地位,是科技創新和國際競爭較為激烈的材料領域.微電子材料在未來10～15年仍是基本的信息材料,光電子材料將成為發展較快和較有前途的信息材料.信息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.

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.

2 能源材料

全球范圍內能源消耗在持續增長,80%的能源來自于化石燃料,從長遠來看,需要沒有污染和可持續發展的新型能源來代替所有化石燃料,未來的清潔能源包括氫能,太陽能,風能,核聚變能等.解決能源問題的關鍵是能源材料的突破,無論是提高燃燒效率以減少資源消耗,還是開發新能源及利用再生能源都與材料有著極為密切的關系.

傳統能源所需材料:主要是提高能源利用效率,現在集中在要發展超臨界蒸汽發電機組和整體煤氣化聯合循環技術上,這些技術對材料的要求都十分苛刻,如工程陶瓷,新型通道材料等;氫能和燃料電池:氫能生產,儲存和利用所需的材料和技術,燃料電池材料等;綠色二次電池:鎳氫電池,鋰離子電池以及高性能聚合物電池等新型材料;太陽能電池:多晶硅,非晶硅,薄膜電池等材料;核能材料:新型核電反應堆材料.

新能源材料就材料種類主要包括專用薄膜,聚合物電解液,催化劑和電極,先進光電材料,特制光譜塑料和涂層,碳納米管,金屬氫化物漿料,高溫超導材料,低成本低能耗民用工程材料,輕質,便宜,高效的絕緣材料,輕質,堅固,復合結構材料,超高溫合金,陶瓷和復合材料,抗輻射材料,低活性材料,抗腐蝕及抗壓力腐蝕裂解材料,機械和抗等離子腐蝕材料.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.

3 生物材料

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活躍的領域;金屬生物材料仍是臨床應用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.

4 汽車材料

汽車用材在整個材料市場中所占的比例很小,但是屬于技術要求高,技術含量高,附加值高的三高產品,代表了行業的較高水平.

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.

5納米材料與技術

納米材料及技術將成為第5次推動社會經濟各領域快速發展的主導技術,21世紀前20年將是納米材料與技術發展的關鍵時期.納電子代替微電子,納加工代替微加工,納米材料代替微米材料,納米生物技術代替微米尺度的生物技術,這已是不以人的意志為轉移的客觀規律.

納米材料與科技的研究開發大部分處于基礎研究階段,如納米電子與器件,納米生物等高風險領域,還沒有形成大規模的產業.但納米材料及技術在電子信息產業,生物醫藥產業,能源產業,環境保護等方面,對相關材料的制備和應用都將產生革命性的影響..

6 超導材料與技術

超導材料與技術是21世紀具有戰略意義的高新技術,廣泛用于能源,醫療,交通,科學研究及國防軍工等重大領域.超導材料的應用主要取決于材料本身性能及其制備技術的發展.

目前,低溫超導材料已經達到實用水平,高溫超導材料產業化技術也取得重大突破,高溫超導帶材和移動通訊用高溫超導濾波子系統將很快進商業化階段.

7 稀土材料

稀土材料是利用稀土元素優異的磁,光,電等特性開發出的一系列不可取代的,性能優越的新材料.稀土材料被廣泛應用于冶金機械,石油化工,輕工農業,電子信息,能源環保,國防軍工等多個領域,是當今世界各國改造傳統產業,發展高新技術和國防尖端技術不可缺少的戰略物資.

具體包括:稀土永磁材料:其是發展較快的稀土材料,包括NdFeB,SmCo等,廣泛應用于電機,電聲,醫療設備,磁懸浮列車及軍事工業等高技術領域;貯氫合金:主要用于動力電池和燃料電池;稀土發光材料:有新型高效節能環保光源用稀土發光材料,高清晰度,數字化彩色電視機和計算機顯示器用稀土發光材料,和特種或極端條件下應用的稀土發光材料等;稀土催化材料:發展重點是替代貴金屬,降低催化劑的成本,提高抗中毒性能和穩定性能;稀土在其他新材料中的應用:如精密陶瓷,光學玻璃,稀土刻蝕劑,稀土無機顏料等方面也正在以較高的速度增長,如稀土電子陶瓷,稀土無機顏料等.

8新型鋼鐵材料

鋼鐵材料是重要的基礎材料,廣泛應用于能源開發,交通運輸,石油化工,機械電力,輕工紡織,醫療衛生,建筑建材,家電通訊,國防建設以及高科技產業,并具有較強的競爭優勢.

新型鋼鐵材料發展的重點是高性鋼鐵材料.其方向為高性能,長壽命,在質量上已向組織細化和精 確控制,提高鋼材潔凈度和高均勻度方面發展.

9 新型有色金屬合金材料

主要包括鋁,鎂,鈦等輕金屬合金以及粉末冶金材料,高純金屬材料等.

鋁合金:包括各種新型高強高韌,高比強高比模,高強耐蝕可焊,耐熱耐蝕鋁合金材料,如Al-Li合金等;鎂合金:包括鎂合金和鎂-基復合材料,超輕高塑性Mg-Li-X系合金等;鈦合金材料:包括新型醫用鈦合金,高溫鈦合金,高強鈦合金,低成本鈦合金等;粉末冶金材料:產品主要包括鐵基,銅基汽車零件,難熔金屬,硬質合金等;高純金屬及材料:材料的純度向著更純化方向發展,其雜質含量達ppb級,產品的規格向著大型化方向發展.

10新型建筑材料

新型建筑材料主要包括新型墻體材料,化學建材,新型保溫隔熱材料,建筑裝飾裝修材料等.國際上建材的趨勢正向環保,節能,多功能化方向發展.

其中玻璃的發展趨勢是向著功能型,實用型,裝飾型,安全型和環保型五個方向發展,包括對玻璃原片進行表面改性或精加工處理,節能的低輻射(Low—E)和陽光控制低輻射(Sun-E)膜玻璃等;此外,還包括節能,環保的新型房建材料,以及滿足工程特殊需要的特種系列水泥等.

11新型化工材料

化工材料在國民經濟中有著重要地位,在航空航天,機械,石油工業,農業,建筑業,汽車,家電,電子,生物醫用行業等都起著重要的作用.

新型化工材料主要包括有機氟材料,有機硅材料,高性能纖維,納米化工材料,無機功能材料等;納米化工材料和特種化工涂料是近年來的研究熱點.精細化,專用化,功能化成了化工材料工業的重要發展趨勢.

12生態環境材料

生態環境材料是在人類認識到生態環境保護的重要戰略意義和世界各國紛紛走可持續發展道路的背景下提出來的,一般認為生態環境材料是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.

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.

13 軍工新材料

軍工材料對國防科技,國防力量的強弱和國民經濟的發展具有重要推動作用,是武器裝備的物質基礎和技術先導,是決定武器裝備性能的重要因素,也是拓展武器裝備新功能和降低武器裝備全壽命費用,取得和保持武器裝備競爭優勢的原動力.

隨著武器裝備的迅速發展,起支撐作用的材料技術發展呈現出以下趨勢:一是復合化:通過微觀,介觀和宏觀層次的復合大幅度提高材料的綜合性能;二是多功能化:通過材料成分,組織,結構的優化設計和精 確控制,使單一材料具備多項功能,達到簡化武器裝備結構設計,實現小型化,高可靠的目的;三是高性能化:材料的綜合性能不斷優化,為提高武器裝備的性能奠定物質基礎;四是低成本化:低成本技術在材料領域是一項高科技含量的技術,對武器裝備的研制和生產具有越來越重要的作用.