2003年的材料科學(xué)領(lǐng)域，各國科學(xué)家無論是在基礎(chǔ)研究還是在應(yīng)用研究方面都取得了一系列令人振奮的成就。

    這一年，美國利用超高密度晶格和電路制作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm的鉑納米線；法國利用粉末冶金制成了具有完美彈塑性的純納米晶體銅；中國用微波等離子體輔助化學(xué)沉積法在鐵針尖端合成一種新納米結(jié)構(gòu)——管狀石墨錐；日本用單層碳納米管與有機(jī)熔鹽制成高度導(dǎo)電的聚合物納米管復(fù)合材料。

    這一年，德國科學(xué)家巧妙地利用交流電介電泳技術(shù)，將金屬與半導(dǎo)體單壁碳納米管成功分離；法國科學(xué)家用超高真空掠入射小角Ｘ射線散射裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米結(jié)構(gòu)生長過程中的形狀、尺寸、生長模式和排序的原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；中國科學(xué)家用高分子基體效應(yīng)結(jié)合冷凍干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了納米金屬簇的宏觀合成，為納米金屬簇催化劑的工業(yè)化應(yīng)用提供了依據(jù)。

    這一年，將具有一定特性的納米材料制作成有效實(shí)用的納米器件在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得突破，科學(xué)家用特定的蛋白質(zhì)或化合物取代用硅納米線制成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極用以診斷前列腺癌、直腸癌等疾病，成百倍地提高了診斷的靈敏度。

    這一年，中國科學(xué)家在C60納米材料與納米結(jié)構(gòu)研究中獲得重要進(jìn)展，通過將C60分子組裝在一單層分子膜的表面，利用掃描隧道顯微鏡首次獲得能夠分辨C－C雙鍵和單鍵的C60單分子圖像，英國《自然》雜志率先對(duì)此項(xiàng)成果進(jìn)行了介紹。

    正如中國科學(xué)院院士、中國工程院院士師昌緒所講的，回顧人類的歷史，石器、青銅、鋼鐵（工業(yè)革命）、硅（信息時(shí)代）等材料研究上的重大突破無疑是“人類進(jìn)步的里程碑”。如今，隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，新材料實(shí)際上已經(jīng)成為了“高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)”，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步發(fā)揮著決定性作用。

世界百花齊放

    材料不僅是當(dāng)前世界新技術(shù)革命的三大支柱（材料、信息、能源）之一。而且又與信息技術(shù)、生物技術(shù)一起構(gòu)成了２１世紀(jì)世界最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ娜�大領(lǐng)域之一。因此，材料、特別是新材料，目前正受到了世界各國，尤其是先進(jìn)國家的高度重視，得到了全球科學(xué)家的特別青睞。而納米材料和技術(shù)作為下一次工業(yè)革命的核心，成為各國技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。發(fā)達(dá)國家為搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地，紛紛制定出相關(guān)戰(zhàn)略計(jì)劃并投入巨資。

    美國政府一直將材料科學(xué)和技術(shù)列為重要的研究領(lǐng)域，自２００１年以來，政府對(duì)納米研發(fā)的投入增加了８３％，２００４財(cái)政年度的研發(fā)預(yù)算近８．５億美元，比上一財(cái)年增加１０％。美國不斷加大執(zhí)行“國家納米計(jì)劃”的力度，并且制定了新的戰(zhàn)略目標(biāo)：到２０１０年培養(yǎng)８０萬納米科技人才，確保美國在２１世紀(jì)占據(jù)納米領(lǐng)域的霸主地位。日本通產(chǎn)省從２００１年起實(shí)施為期７年的“納米材料工程”計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃每年的投資額為５０億日元，同時(shí)設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新５年科技基本計(jì)劃的研究開發(fā)重點(diǎn)。日本近日成立了有２６８家大型企業(yè)參加的納米技術(shù)商務(wù)推進(jìn)協(xié)會(huì)，促進(jìn)納米技術(shù)研究成果盡早產(chǎn)業(yè)化。

     德國自１９９４年起啟動(dòng)了為期１０年的跨世紀(jì)國家級(jí)材料研究計(jì)劃，目標(biāo)是通過產(chǎn)品創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，在新材料制備、加工和應(yīng)用三個(gè)方面，確保德國的國際領(lǐng)先地位，并創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。英國是世界上最早制定出“國家納米計(jì)劃”的國家，現(xiàn)有１０００家公司、３０所大學(xué)和７個(gè)研究機(jī)構(gòu)在積極開展納米技術(shù)應(yīng)用方面的研究工作。法國政府近年來對(duì)納米技術(shù)的支持有增無減，尤其是從２００３年開始實(shí)施的國家納米科技投資計(jì)劃，計(jì)劃用３年的時(shí)間投入５０００萬歐元用于納米科學(xué)基礎(chǔ)研究；建立５個(gè)納米技術(shù)研究中心以及“國家微米和納米研究網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目；促進(jìn)納米技術(shù)研究成果向中小企業(yè)與新興企業(yè)轉(zhuǎn)化。歐盟也制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃，先進(jìn)材料技術(shù)是其中的九大研究開發(fā)領(lǐng)域之一，其累計(jì)投資已超過６．７１億歐元，占整個(gè)計(jì)劃投資總額的４．４％。

中國迎頭趕上

    如今，從宇宙探索、海洋開發(fā)，到國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；從航天航空、交通運(yùn)輸，到衛(wèi)星通訊、地質(zhì)勘探；從環(huán)境保護(hù)、災(zāi)情預(yù)報(bào)，到包括生命科學(xué)在內(nèi)的每一項(xiàng)現(xiàn)代科學(xué)研究；從生產(chǎn)過程檢測(cè)與控制，到人民群眾的日常生活等，幾乎都離不開新材料與新材料的應(yīng)用技術(shù)。新材料已經(jīng)滲入了新技術(shù)革命的所有領(lǐng)域，涉及到國民經(jīng)濟(jì)的每個(gè)部門，進(jìn)入了大眾生活的各個(gè)方面。

    ２０世紀(jì)８０年代以來，以信息、生物、新材料等高新技術(shù)為代表的新技術(shù)革命浪潮有力地沖擊著全球。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)所具有的高增長性和對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的巨大滲透作用，使得各國政府均把它放在關(guān)系國家生存與發(fā)展的戰(zhàn)略地位加以扶持。正是在這樣的前提下，中國政府將新材料列為各重大科技開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃重點(diǎn)支持的技術(shù)領(lǐng)域。

    我國正在制訂的中長期科學(xué)技術(shù)規(guī)劃，要求具有全局性、長遠(yuǎn)性和前瞻性，并密切結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、國家安全和可持續(xù)發(fā)展，在所設(shè)立的２０個(gè)戰(zhàn)略專題中，有制造業(yè)發(fā)展科技問題、國防科技問題、戰(zhàn)略高技術(shù)問題、基礎(chǔ)科學(xué)問題等七個(gè)專題與材料科技密切相關(guān)。僅這一點(diǎn)，足以使材料科技的重要性表現(xiàn)無遺。

    近年來，很多行業(yè)在重大共性技術(shù)上都取得了突破，推動(dòng)了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和效益的提高。在電子、光子材料方面，到２０１０年，我國所占世界的市場(chǎng)份額約為１０％，即我國光電子產(chǎn)品的年總產(chǎn)值將達(dá)到２０００億元人民幣。我國稀土資源非常豐富，稀土永磁材料的發(fā)展迅猛異常，全世界的年平均增長值為２３％，而我國則高達(dá)６０％。據(jù)預(yù)測(cè)，２０１０年我國的產(chǎn)量將達(dá)５．４萬噸，產(chǎn)值３１億美元。信息材料是發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)，我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要集成電路材料、敏感元器件材料、光導(dǎo)纖維、磁、光記錄材料。我國大直徑硅片、大容量光纖、敏感材料等方面，需求大而產(chǎn)量低，部分依賴進(jìn)口，成為我國發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”。

機(jī)遇挑戰(zhàn)并存

    盡管新材料研究正在全世界如火如荼地展開，但是科學(xué)家面前的道路依舊是艱難而曲折的。以納米技術(shù)為例，未來的應(yīng)用研究將主要集中在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等四大熱點(diǎn)領(lǐng)域，其中在芯片和癌癥診斷領(lǐng)域的應(yīng)用可望在１０年內(nèi)出現(xiàn)劃時(shí)代的突破。在癌癥研究領(lǐng)域，利用納米技術(shù)制成的傳感器可望使各種癌癥的早期診斷成為現(xiàn)實(shí)�，F(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了對(duì)前列腺癌、直腸癌等多種癌癥的早期診斷。納米傳感器靈敏度很高，在進(jìn)行血液檢測(cè)時(shí)，當(dāng)傳感器中預(yù)置的某種癌細(xì)胞抗體遇到相應(yīng)的抗原時(shí)，傳感器中的電流會(huì)發(fā)生變化，通過這種電流變化可以判斷血液中癌細(xì)胞的種類和濃度。在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域，如何讓芯片體積更小、速度更快是科學(xué)界一直研究的課題。

    目前用于芯片制造的光刻技術(shù)已經(jīng)接近于發(fā)展極限，要想把更多的晶體管集成到一塊芯片上已經(jīng)越來越難。美國納米技術(shù)專家們正在試圖把納米級(jí)的半導(dǎo)體材料做成晶體管，從而可以讓一塊芯片上容納更多的晶體管。這種芯片的運(yùn)算速度可望比傳統(tǒng)的硅芯片提高上千倍。此外，納米技術(shù)在光學(xué)材料和生物分子追蹤兩個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也是研究熱門。在光學(xué)材料研究領(lǐng)域，科學(xué)家們?cè)噲D改變某些半導(dǎo)體材料的分子結(jié)構(gòu)，用來生產(chǎn)特定的光學(xué)器件。而在生物分子追蹤領(lǐng)域，科學(xué)家把某種納米顆粒“粘”在生物分子上，然后利用納米顆粒的發(fā)光特性研究生物分子的行蹤。這對(duì)研究艾滋病病毒等在人體內(nèi)的活動(dòng)過程十分有益。

    針對(duì)我國目前的情況，師昌緒院士就曾指出，我國的傳統(tǒng)材料一直是支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，總產(chǎn)值大、產(chǎn)生污染多，并因消耗資源能源多而關(guān)系到國家的可持續(xù)發(fā)展。從目前情況看，傳統(tǒng)材料生產(chǎn)量大，而技術(shù)水平卻不高，有色金屬企業(yè)普遍規(guī)模小、技術(shù)落后、污染嚴(yán)重、效益差。塑料工業(yè)也存在競(jìng)爭(zhēng)能力差、半數(shù)依賴進(jìn)口的問題。因此必須進(jìn)行合理組織，重視材料的回收與再利用，合理調(diào)整鋼、塑料、水泥、木材之間的比例，國防關(guān)鍵材料及高附加值材料的生產(chǎn)更須立足國內(nèi)。同時(shí)我國還必須大力開發(fā)新材料，重視制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。信息功能材料是時(shí)代信息化的物質(zhì)基礎(chǔ)，必須放在先進(jìn)材料的優(yōu)先地位；滿足航空、航天及高速（高溫）動(dòng)力機(jī)械不斷發(fā)展的需求，必須重視高性能結(jié)構(gòu)材料；太陽能、風(fēng)能、生物能、地?zé)岬饶茉床牧希�盡管其大發(fā)展還有待時(shí)日，但從現(xiàn)在開始就應(yīng)開展研究與開發(fā)，近期內(nèi)應(yīng)對(duì)煤、水力發(fā)電、核能加強(qiáng)研究；對(duì)醫(yī)用生物材料、智能材料與催化材料的開發(fā)與應(yīng)用，以及材料的制造技術(shù)都應(yīng)重點(diǎn)投入。