日新月異的現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展需要很多新型材料的支持。自從第三次科技浪潮席卷全球以來，新型材料同信息、能源一起，被稱為現(xiàn)代科技的三大支柱。新材料的誕生會(huì)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的迅速發(fā)展，甚至?xí)呱碌漠a(chǎn)業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域。材料科學(xué)現(xiàn)已發(fā)展成為一門跨學(xué)科的綜合性學(xué)科。根據(jù)我國當(dāng)前及未來發(fā)展的實(shí)際情況，新材料領(lǐng)域值得注意的新發(fā)展方向主要有半導(dǎo)體材料、結(jié)構(gòu)材料、有機(jī)／高分子材料、敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料、納米材料、生物材料及復(fù)合材料。
1 半導(dǎo)體材料
隨著高科技發(fā)展的需要，半導(dǎo)體及其應(yīng)用研究的中心正向直接影響市場的微型或低維量子器件、改善傳輸質(zhì)量和效率、增大功率和距離等方向發(fā)展，半導(dǎo)體化合物（GaAs、InAs、GaN、SiC等）具有重要的應(yīng)用前景。
半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的重要研究主題有：
�。�1）Si基積分電路設(shè)計(jì)，就材料物性而言涉及用于門（gates）電路控制的納米尺寸電介質(zhì)制造及特性研究。
�。�2）大能隙材料則在光電子學(xué)領(lǐng)域中具有關(guān)鍵的作用�？梢灶A(yù)期，Ⅲ―V族化合物材料具有重要應(yīng)用前景。
�。�3）納米電子學(xué)及納米物理學(xué)研究是微電子及光電子材料和器件發(fā)展的基礎(chǔ)，涉及半導(dǎo)體與有機(jī)或生物分子耦合，低維器件的量子尺寸效應(yīng)，半導(dǎo)體與超導(dǎo)體或磁性材料界面以及原子或分子尺度的存儲(chǔ)問題。建立原子學(xué)模擬與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)及量子力學(xué)跨層次―跨尺度關(guān)聯(lián)應(yīng)是該領(lǐng)域中的一個(gè)重要的研究方向。
2 結(jié)構(gòu)材料
Fe基、Al基、Ti基以及Mg基合金作為力學(xué)材料的主體，構(gòu)成了系列結(jié)構(gòu)材料，其主要功能是承擔(dān)負(fù)載（如火車、汽車、飛機(jī)）。汽車用鋼近年來已從一般鋼鐵發(fā)展為使用燦合金或特殊的高強(qiáng)Mg基合金，高強(qiáng)Ti合金在高強(qiáng)鋼中有重要位置，不銹鋼則有取代碳鋼的趨勢。用于軍用飛機(jī)的Al合金及一般鋼材則被先進(jìn)的Ti合金及高分子基復(fù)合材料所取代。進(jìn)一步還需要發(fā)展碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或Al基復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料的主體有：
（1） 鋼鐵
鋼鐵材料，特別是具有多相結(jié)構(gòu)和復(fù)雜成分的優(yōu)質(zhì)鋼具有重要的應(yīng)用前景和潛在優(yōu)勢，需要開展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。聯(lián)系微米和納米技術(shù)的納米層間結(jié)構(gòu)、織構(gòu)以及晶界和界面都可視為改善鋼鐵材料的重要途徑。
（2） Al合金
Al基材料及相應(yīng)的沉淀硬化效應(yīng)導(dǎo)致高強(qiáng)鋁合金的出現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)工藝已發(fā)展為“沉淀科學(xué)”，它涉及“相”間晶體結(jié)構(gòu)的匹配性以及合金的穩(wěn)定性，特別是時(shí)效合金的穩(wěn)定性直接影響航空或空間應(yīng)用，因此可視為Al合金基礎(chǔ)研究中的重要問題。
�。�3） Mg合金
鎂及鎂合金廣泛應(yīng)用于冶金、汽車、摩托車、航空航天、光學(xué)儀器、計(jì)算機(jī)、電子與通訊、電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)工具和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、減振性、可回收性、抗電磁干擾及優(yōu)良的屏蔽性能等特點(diǎn)，被譽(yù)為新型“綠色工程材料”、21世紀(jì)的“時(shí)代金屬”。
�。�4） Ti合金
Ti合金在軍用或民用航空工業(yè)的發(fā)展中有重要位置，多相納米尺度層狀微結(jié)構(gòu)問題對高強(qiáng)Ti基合金的特性具有重要意義，它將成為設(shè)計(jì)新Ti基合金的關(guān)鍵因素。
�。�5）結(jié)構(gòu)陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料
提高陶瓷材料的韌性和可靠性，降低陶瓷材料的制造成本是直接關(guān)系到陶瓷材料在高技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵。先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷近年的主要發(fā)展趨勢是：高延展性、超高強(qiáng)、超高韌、超高硬和耐高溫的新材料探索。具體說來主要有：
●向多層次、多相復(fù)合陶瓷方向發(fā)展；強(qiáng)韌化從纖維增韌、晶須增韌、顆粒彌散強(qiáng)化、相變增韌等發(fā)展到協(xié)同增韌；
●向納米陶瓷方向發(fā)展；
●加強(qiáng)陶瓷材料的剪裁與設(shè)計(jì)，如晶界和界面設(shè)計(jì)、晶粒取向設(shè)計(jì)、多相之間的復(fù)合設(shè)計(jì)、仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；
●Ti3SiC2和們Ti3AlC2等為代表的新型層狀三元碳化物和氮化物陶瓷；
●高性能多孔陶瓷材料；
●突破低成本、高性能先進(jìn)陶瓷制備工藝技術(shù)。
3 有機(jī)／高分子材料
有機(jī)／高分子材料是現(xiàn)代工業(yè)和高新技術(shù)的重要基石，已成為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)以及國家安全不可或缺的重要材料。一方面量大面廣的通用高分子材料需要不斷地升級改造，以降低成本、提高材料的使用性能；另一方面各類新型的高分子材料將應(yīng)運(yùn)而生，尤其是有機(jī)及聚合物分子或少數(shù)分子組合體的光、電和磁特性將成為高分子向功能化以及微型器件化發(fā)展的重要方向。
�。�1）分子材料與分子電子器件研究
該領(lǐng)域的主要研究方向是：新型功能分子的設(shè)計(jì)、合成與組裝；分子納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑；分子的組裝、自組裝以及自組裝技術(shù)在分子電子器件上的應(yīng)用研究。這些分子電子器件主要包括分子電開關(guān)、分子光開關(guān)和分子電光開關(guān)的設(shè)計(jì)、分子導(dǎo)線、分子整流器、分子開關(guān)、分子晶體管、分子馬達(dá)及分子邏輯器等。
（2）光電信息功能高分子材料研究重點(diǎn)主要在：
●有機(jī)／高分子光子晶體材料：探索有機(jī)／高分子形成光子材料的途徑；
●超高密度高分子存儲(chǔ)材料：開發(fā)存儲(chǔ)密度高的高分子材料；
●高分子傳輸材料：研究和開發(fā)應(yīng)用于通訊傳輸?shù)木哂休^高光學(xué)透過性，光學(xué)均勻，且高折射率、低光損耗的高分子塑料光纖；
●高分子顯示材料：有機(jī)／高分子電致發(fā)光材料、高分子液晶材料等，其發(fā)展方向?yàn)殚_發(fā)出具有高的電致發(fā)光效率、低驅(qū)動(dòng)電壓，具有不同發(fā)光波長（彩色）和長壽命的各種發(fā)光器件。
�。�3）生物醫(yī)用高分子材料包括：
●藥物載體與控釋材料：研究適于各類藥物的新型生物降解高分子載體和控釋材料的設(shè)計(jì)與合成，藥物與載體的相互作用以及藥物載體體系的生物醫(yī)學(xué)性能（注射、口服、吸收、分布、排泄等）評價(jià)；
●誘導(dǎo)組織自修復(fù)與再生材料：研究能夠誘導(dǎo)組織自修復(fù)與再生新型生物降解材料的設(shè)計(jì)與制備，材料的形態(tài)、孔度、降解速度等與組織自修復(fù)和再生過程的相互作用關(guān)系；
●生物醫(yī)用材料的表面修飾以及生物相容性研究：研究不同結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)用材料表面修飾新方法以解決材料的生物相容性問題等。
�。�4）與能源、環(huán)境相關(guān)的高分子功能材料
●燃料電池、太陽能電池的關(guān)鍵高分子材料：研究高能、長壽命固態(tài)電池及相關(guān)電極材料；研究不同有機(jī)光敏染料和納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)體系的太陽能電池，柔性、薄膜太陽能電池的研究將是未來發(fā)展的重要方向；
●吸收／分離高分子材料：重點(diǎn)研究用于廢氣與廢水處理的功能材料；具有高選擇性吸附、分離功能的膜及納米介孔材料等；
●環(huán)境敏感材料與材料智能化：研究對微量有害物質(zhì)等環(huán)境因素高靈敏度感應(yīng)和傳感材料及危害防護(hù)材料等；
●綠色、環(huán)保高分子材料研究：重點(diǎn)研究天然高分子材料（如淀粉、纖維素等）的改性等。
4 敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料
敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料是指對電、磁、光、聲、熱（溫度）、力、化學(xué)、生物變化敏感并具有轉(zhuǎn)換功能的材料，包括磁性材料、磁電材料、磁阻和巨磁阻材料、電磁液流變液體、磁致伸縮材料、電阻材料、超導(dǎo)材料、感光和發(fā)光材料、介電材料（介電、壓電、鐵電、熱釋電、微波材料）、氣敏、濕敏、溫敏材料、熱偶、記憶合金及儲(chǔ)氫材料、生物傳感材料及智能材料。
一般說來，任何一種物質(zhì)，在不同的溫度、壓力和外場（如引力場、電場、磁場等）的影響下，將呈現(xiàn)不同的物態(tài)。敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料的關(guān)鍵是突出各種因素時(shí)相變中的變化過程。
5 納米科學(xué)與技術(shù)
�。�1）研究方向
研究物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出的物理、化學(xué)和生物特性，單分子的特性和相互作用，為以原子、分子為起點(diǎn)，設(shè)計(jì)和構(gòu)筑新的納米結(jié)構(gòu)、材料和器件，提供科學(xué)基礎(chǔ)和理論準(zhǔn)備。加強(qiáng)對納米結(jié)構(gòu)新的測試和表征方法的研究和探索，加深對納米科技理論和方法的理解。
（2）應(yīng)用方向
納米技術(shù)的發(fā)展有5個(gè)主要方向：
以納米材料（顆粒、C60、碳納米管）為代表的方向；以從微電子向納電子轉(zhuǎn)化為代表的方向；以微光、機(jī)、電集成系統(tǒng)向納光、機(jī)、電集成系統(tǒng)為代表的方向（MEMS――NEMS）；以納米生物學(xué)、系統(tǒng)為代表的方向；以納米物理化學(xué)性質(zhì)、制備、表征等為代表的方向。
�。�3）納米技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用
目前，納米技術(shù)在紡織方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在納米復(fù)合纖維及納米技術(shù)在紡織后整理等方面。
①納米復(fù)合纖維
化學(xué)纖維中加入納米級添加劑，可以制造出新一代功能性更強(qiáng)的、不同用途的優(yōu)良復(fù)合化學(xué)纖維。這種方法的技術(shù)難度比直接制造納米纖維的難度要低，是近期內(nèi)納米技術(shù)在紡織領(lǐng)域中應(yīng)用的主導(dǎo)方向。結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況，應(yīng)考慮發(fā)展以下幾類纖維：
●抗紫外纖維
納米TiO2和納米ZnO等陶瓷粉，由于小尺寸效應(yīng)，對光的吸收性很強(qiáng)。以它們?yōu)闊o機(jī)紫外線屏蔽劑制成的抗紫外線型纖維或織物，不僅可全面抵御UV-A、UV-B對人體皮膚的傷害，而且還能反射可見光和紅外線，具有遮熱功能，以此類纖維制成的織物，便于印染整理，手感柔軟，透氣涼爽，服用性好。目前從國內(nèi)外研制生產(chǎn)的品種來看，涉及到滌綸、維綸、腈綸、錦綸、丙綸和粘膠纖維等。
●抗菌、抑菌和除臭纖維
納米級TiO2和ZnO等光催化無機(jī)抗菌劑可應(yīng)用于超細(xì)纖維等特殊場合，是前景廣闊的新型抗菌材料。它們可作為添加劑加到滌綸、丙綸、錦綸、腈綸、粘膠等化纖中，賦予各類纖維及其織物抗菌、抑菌、除臭功能，從而起到保健和美學(xué)作用，所制成的纖維不僅具有疏水導(dǎo)濕性、快干性、抗污性、密度小和手感柔軟等特點(diǎn)，且抗菌性能持久。
●導(dǎo)電纖維
將二氧化錫和氧化鋅等白色納米粉體與纖維高聚物混合紡絲或通過吸附法及浸漬化學(xué)反應(yīng)使其覆蓋于纖維表面上，制成白色導(dǎo)電纖維，可用來制作防護(hù)服、工作服和裝飾性導(dǎo)電材料。
●遠(yuǎn)紅外纖維
此類纖維可以吸收太陽光和人體輻射的遠(yuǎn)紅外線，也可以發(fā)射出波長和功率與其溫度相適應(yīng)的遠(yuǎn)紅外線，因而使織物具有更好的保暖效果；它還能吸引人體自身向外散發(fā)的熱量，并再向人體反射易吸收的遠(yuǎn)紅外線。同時(shí)，由于特殊的物理效能刺激人體生理發(fā)生變化，還能達(dá)到保健和抑菌的作用。遠(yuǎn)紅外纖維除了具有反射功能外，還兼有抗可見光、近紅外線和抗紫外線的功能，可用來制作夏日服裝、野外工作服、遮陽傘及裝飾用布等，孕育著十分廣闊的市場。
●空氣負(fù)離子纖維
奇冰石納米復(fù)合粉是將多種天然礦石進(jìn)行深度加工，并添加納米TiO2等納米粉體制成的性能奇特的超細(xì)粉體。添加了奇冰石的丙綸、滌綸纖維，可以產(chǎn)生空氣負(fù)離子，發(fā)射遠(yuǎn)紅外電磁波，還可以釋放人體需要的微量元素，因此可制作保健服、內(nèi)衣、室內(nèi)裝飾布、窗簾、家用紡織品、汽車裝飾布等。它還可以為人體隨時(shí)補(bǔ)充所需要的微量元素，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)藥工程和紡織工程的完美結(jié)合，易被廣大消費(fèi)者接受，具有較大的市場潛力。
●高強(qiáng)高模量纖維
納米碳管的強(qiáng)度極高，彈性模量也很高，甚至可以彎曲后再彈回，可用于制備高強(qiáng)高彈性纖維。另外，粘土與聚合物的復(fù)合能夠大大提高材料的強(qiáng)度和模量，北京服裝學(xué)院利用納米粘土的這種功能，與聚酰胺插層聚合開發(fā)尼龍納米功能纖維，使纖維的強(qiáng)度和模量有很大的提高，尤其是模量，可以提高2倍，但纖維的紡絲性能沒有明顯的改變。
除了上述功能纖維以外，采用納米粉體對纖維進(jìn)行改性，還可以開發(fā)多種功能纖維，如變色纖維、耐熱纖維、芳香纖維、磁性纖維、儲(chǔ)能纖維、發(fā)光纖維、阻燃纖維、吸水吸濕纖維、防水拒油纖維等。
�、诩{米技術(shù)在織物后整理中的應(yīng)用
●直接涂層法獲得功能性涂層
先將納米微粒直接加入到織物整理劑中，使其均勻分散，然后使織物通過包含納米微粒的整理液，在粘合劑作用下直接涂覆在織物表面，形成功能性涂層。
●接枝技術(shù)法獲得功能性涂層
對于某些涂層牢度不夠、功能性不持久的情況，可采用接枝技術(shù)。具體可采用兩條技術(shù)路線：一是將對納米材料有很強(qiáng)的配位能力的有機(jī)化合物接枝到棉纖維上，制成簡單的有機(jī)分子模板，再將納米團(tuán)簇組裝到纖維上；二是在制備納米微粒時(shí)，用可接枝到纖維上的化合物作為捕獲劑，使納米微粒通過捕獲劑進(jìn)行表面修飾形成“團(tuán)簇”，再把“團(tuán)簇”接枝到纖維上。
�。�4）納米改性涂料
實(shí)驗(yàn)研究表明，在各類涂料中添加納米材料，如納米TiO2，可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院和家庭內(nèi)墻涂飾；防紫外線涂料，用于生產(chǎn)防紫外線陽傘；吸波隱身涂料，用于隱形飛機(jī)、隱形軍艦等國防工業(yè)領(lǐng)域及其他需要電磁波屏蔽場所的涂敷。在涂料中添加納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍提高，涂料的質(zhì)量和檔次大大升級。納米二氧化鈦超親水性和超親油性的開發(fā)應(yīng)用將為涂層材料帶來革命，使表面具有自清潔功效，防污、防霧、易洗、易干。納米材料改性外墻涂料的耐洗刷性可由原來的1000多次提高到1萬多次，老化時(shí)間延長2倍多，利用納米材料的光學(xué)性能改性后的顏料色彩艷麗、保持持久且極易分散。
�。�5）納米稀土
納米稀土是目前國內(nèi)納米材料發(fā)展的熱點(diǎn)之一。目前正在重點(diǎn)開發(fā)紡織纖維用納米稀土材料、PDP\LED用稀土發(fā)光材料、稀土熒光粉和高性能稀土合金。
納米稀土的主要應(yīng)用方向?yàn)槠囄矚獯呋瘎ㄈ缂{米CeO2）、紡織纖維添加劑、高性能稀土發(fā)光材料、陶瓷及涂層等。
�。�6）納米陶瓷
氧化釔鋯是一種應(yīng)用廣泛的陶瓷材料，用納米氧化釔和氧化鋯能在較低溫度下燒結(jié)成氧化鋯陶瓷，具有很高的強(qiáng)度和韌性，可用作刀具和耐磨零件，也可制成陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)部件。此外，稀土氧化物等納米材料可以摻入普通陶瓷粉，噴涂在陶瓷基體上形成無機(jī)陶瓷臘（膜），代替聚四氟乙烯有機(jī)膜，做成耐熱、無鉛、不粘的日用陶瓷炊具。
�。�7）高分子納米材料
高分子材料將是納米材料的主體之一，高分子納米材料的發(fā)展將主要涉及如下一些重要方向：
●結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌可控的高分子納米材料制備技術(shù)：高分子納米材料的形成機(jī)理與生長動(dòng)力學(xué)；高分子納米材料的制備新方法；高分子納米材料的穩(wěn)定性。
●高分子納米圖案的有序化自組裝技術(shù)：運(yùn)用分子組裝、自組織和模板技術(shù)，組裝成各類圖案化的高分子陣列，形成納、微電子器件或者作為納、微電子器件的模板或者襯底。
●高分子納米復(fù)合材料：研究高分子材料與其他納米顆�；蛘呃w維的復(fù)合，將有可能使高分子納米材料走向?qū)嵱没?br />
（8）納米電子學(xué)
納米尺寸效應(yīng)導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)受限，誘發(fā)量子尺寸效應(yīng)。納米技術(shù)在實(shí)質(zhì)上推動(dòng)了在分子水平上具有新奇的物理、化學(xué)或生物特性的新材料、新器件設(shè)計(jì)。從這個(gè)意義上講，納米技術(shù)的中心在納米電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到實(shí)現(xiàn)。
預(yù)期Si基納米器件仍將保持中心的位置。相應(yīng)的關(guān)于量子尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)、交換耦合、納米線的傳導(dǎo)性以及納米尺度上的磁性和鐵電特性的研究，構(gòu)成設(shè)計(jì)納米尺度新器件的物理基礎(chǔ)。
分子電子學(xué)及單壁納米碳管和富勒烯（碳原子團(tuán)）的研究，光納米電子學(xué)及III-V族量子點(diǎn)材料和器件的研究，都是迅速發(fā)展中的納米技術(shù)的新領(lǐng)域和新趨勢。基于納米磁性材料的巨磁阻現(xiàn)象及相關(guān)器件的研究也在迅速進(jìn)展中。
�。�9）納米發(fā)動(dòng)機(jī)
生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)僅有一個(gè)病毒大小，由兩部分組成：一部分用有機(jī)物充當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)，另一部分用鎳無機(jī)物充當(dāng)螺旋槳，整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)長750nm，寬150nm。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由ATP（三磷酸腺苷）提供能量，由ATP合成酶驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。每加一次能量，納米發(fā)動(dòng)機(jī)可連續(xù)工作1小時(shí)�？茖W(xué)家高度評價(jià)此項(xiàng)科技成果，認(rèn)為生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒋笥杏梦渲�。例如，它可以充�?dāng)一個(gè)“小護(hù)士”，巡視全身；它還可以在體內(nèi)充當(dāng)一個(gè)“小藥劑師”，解釋細(xì)胞發(fā)出的化學(xué)信號(hào)，計(jì)算必要的劑量，在人體內(nèi)直接分配藥量等。
6 生物材料
人造生物類材料是指人造類生物材料和人造具有生物活性或某種生物功能的材料，也包括天然生物材料的改性、處理和在材料制備方面的應(yīng)用。
類生物材料包括仿生材料、生物醫(yī)用材料、生物靈性材料，即在電、光、磁等作用下具有伸縮功能的類似生物的智能材料，如聚合物人造肌肉（科學(xué)美國人，2003，12）。
這門學(xué)科特點(diǎn)是物理、化學(xué)、生物、材料、光電子的交叉；納米、微米，宏觀尺度的交叉；原子、分子、大分子、超分子的交叉；無機(jī)、有機(jī)、高分子的交叉和復(fù)合。關(guān)鍵問題是自組裝。
7 復(fù)合材料
復(fù)合材料的新課題包括不同尺度（納米到大分子）、不同形狀（顆粒、纖維、薄膜、塊體等）、不同方式（混合、融合、鍵合、接枝等）的有機(jī)―無機(jī)復(fù)合、聚合物―聚合物的復(fù)合、染料與織物的復(fù)合。
8 今后一段時(shí)期的重點(diǎn)方向
�。�1）材料與器件
●半導(dǎo)體照明――以白光照明為龍頭的寬禁帶半導(dǎo)體
●全固態(tài)激光器――以紫外、深紫外、三原色為龍頭
●微光電子材料和芯片――以12英寸硅片和光電芯片為龍頭
●先進(jìn)生物類材料
●優(yōu)良服役性能材料
●氫能與燃料電池關(guān)鍵材料
●飛行器材料
�。�2）技術(shù)與裝備
●鋼鐵制造新流程
●高性能材料復(fù)合技術(shù)
●廢棄物的資源化和回收技術(shù)
●超大噸位鍛壓機(jī)
●大宗料高效化學(xué)反應(yīng)裝置
●納微米加工、表征裝備
（本文根據(jù)邵立勤在首屆中國高校材料院長論壇暨新材料產(chǎn)學(xué)研交流會(huì)上的發(fā)言整理）
1 半導(dǎo)體材料
隨著高科技發(fā)展的需要，半導(dǎo)體及其應(yīng)用研究的中心正向直接影響市場的微型或低維量子器件、改善傳輸質(zhì)量和效率、增大功率和距離等方向發(fā)展，半導(dǎo)體化合物（GaAs、InAs、GaN、SiC等）具有重要的應(yīng)用前景。
半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的重要研究主題有：
�。�1）Si基積分電路設(shè)計(jì)，就材料物性而言涉及用于門（gates）電路控制的納米尺寸電介質(zhì)制造及特性研究。
�。�2）大能隙材料則在光電子學(xué)領(lǐng)域中具有關(guān)鍵的作用�？梢灶A(yù)期，Ⅲ―V族化合物材料具有重要應(yīng)用前景。
�。�3）納米電子學(xué)及納米物理學(xué)研究是微電子及光電子材料和器件發(fā)展的基礎(chǔ)，涉及半導(dǎo)體與有機(jī)或生物分子耦合，低維器件的量子尺寸效應(yīng)，半導(dǎo)體與超導(dǎo)體或磁性材料界面以及原子或分子尺度的存儲(chǔ)問題。建立原子學(xué)模擬與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)及量子力學(xué)跨層次―跨尺度關(guān)聯(lián)應(yīng)是該領(lǐng)域中的一個(gè)重要的研究方向。
2 結(jié)構(gòu)材料
Fe基、Al基、Ti基以及Mg基合金作為力學(xué)材料的主體，構(gòu)成了系列結(jié)構(gòu)材料，其主要功能是承擔(dān)負(fù)載（如火車、汽車、飛機(jī)）。汽車用鋼近年來已從一般鋼鐵發(fā)展為使用燦合金或特殊的高強(qiáng)Mg基合金，高強(qiáng)Ti合金在高強(qiáng)鋼中有重要位置，不銹鋼則有取代碳鋼的趨勢。用于軍用飛機(jī)的Al合金及一般鋼材則被先進(jìn)的Ti合金及高分子基復(fù)合材料所取代。進(jìn)一步還需要發(fā)展碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或Al基復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料的主體有：
（1） 鋼鐵
鋼鐵材料，特別是具有多相結(jié)構(gòu)和復(fù)雜成分的優(yōu)質(zhì)鋼具有重要的應(yīng)用前景和潛在優(yōu)勢，需要開展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。聯(lián)系微米和納米技術(shù)的納米層間結(jié)構(gòu)、織構(gòu)以及晶界和界面都可視為改善鋼鐵材料的重要途徑。
（2） Al合金
Al基材料及相應(yīng)的沉淀硬化效應(yīng)導(dǎo)致高強(qiáng)鋁合金的出現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)工藝已發(fā)展為“沉淀科學(xué)”，它涉及“相”間晶體結(jié)構(gòu)的匹配性以及合金的穩(wěn)定性，特別是時(shí)效合金的穩(wěn)定性直接影響航空或空間應(yīng)用，因此可視為Al合金基礎(chǔ)研究中的重要問題。
�。�3） Mg合金
鎂及鎂合金廣泛應(yīng)用于冶金、汽車、摩托車、航空航天、光學(xué)儀器、計(jì)算機(jī)、電子與通訊、電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)工具和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、減振性、可回收性、抗電磁干擾及優(yōu)良的屏蔽性能等特點(diǎn)，被譽(yù)為新型“綠色工程材料”、21世紀(jì)的“時(shí)代金屬”。
�。�4） Ti合金
Ti合金在軍用或民用航空工業(yè)的發(fā)展中有重要位置，多相納米尺度層狀微結(jié)構(gòu)問題對高強(qiáng)Ti基合金的特性具有重要意義，它將成為設(shè)計(jì)新Ti基合金的關(guān)鍵因素。
�。�5）結(jié)構(gòu)陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料
提高陶瓷材料的韌性和可靠性，降低陶瓷材料的制造成本是直接關(guān)系到陶瓷材料在高技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵。先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷近年的主要發(fā)展趨勢是：高延展性、超高強(qiáng)、超高韌、超高硬和耐高溫的新材料探索。具體說來主要有：
●向多層次、多相復(fù)合陶瓷方向發(fā)展；強(qiáng)韌化從纖維增韌、晶須增韌、顆粒彌散強(qiáng)化、相變增韌等發(fā)展到協(xié)同增韌；
●向納米陶瓷方向發(fā)展；
●加強(qiáng)陶瓷材料的剪裁與設(shè)計(jì)，如晶界和界面設(shè)計(jì)、晶粒取向設(shè)計(jì)、多相之間的復(fù)合設(shè)計(jì)、仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；
●Ti3SiC2和們Ti3AlC2等為代表的新型層狀三元碳化物和氮化物陶瓷；
●高性能多孔陶瓷材料；
●突破低成本、高性能先進(jìn)陶瓷制備工藝技術(shù)。
3 有機(jī)／高分子材料
有機(jī)／高分子材料是現(xiàn)代工業(yè)和高新技術(shù)的重要基石，已成為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)以及國家安全不可或缺的重要材料。一方面量大面廣的通用高分子材料需要不斷地升級改造，以降低成本、提高材料的使用性能；另一方面各類新型的高分子材料將應(yīng)運(yùn)而生，尤其是有機(jī)及聚合物分子或少數(shù)分子組合體的光、電和磁特性將成為高分子向功能化以及微型器件化發(fā)展的重要方向。
�。�1）分子材料與分子電子器件研究
該領(lǐng)域的主要研究方向是：新型功能分子的設(shè)計(jì)、合成與組裝；分子納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑；分子的組裝、自組裝以及自組裝技術(shù)在分子電子器件上的應(yīng)用研究。這些分子電子器件主要包括分子電開關(guān)、分子光開關(guān)和分子電光開關(guān)的設(shè)計(jì)、分子導(dǎo)線、分子整流器、分子開關(guān)、分子晶體管、分子馬達(dá)及分子邏輯器等。
（2）光電信息功能高分子材料研究重點(diǎn)主要在：
●有機(jī)／高分子光子晶體材料：探索有機(jī)／高分子形成光子材料的途徑；
●超高密度高分子存儲(chǔ)材料：開發(fā)存儲(chǔ)密度高的高分子材料；
●高分子傳輸材料：研究和開發(fā)應(yīng)用于通訊傳輸?shù)木哂休^高光學(xué)透過性，光學(xué)均勻，且高折射率、低光損耗的高分子塑料光纖；
●高分子顯示材料：有機(jī)／高分子電致發(fā)光材料、高分子液晶材料等，其發(fā)展方向?yàn)殚_發(fā)出具有高的電致發(fā)光效率、低驅(qū)動(dòng)電壓，具有不同發(fā)光波長（彩色）和長壽命的各種發(fā)光器件。
�。�3）生物醫(yī)用高分子材料包括：
●藥物載體與控釋材料：研究適于各類藥物的新型生物降解高分子載體和控釋材料的設(shè)計(jì)與合成，藥物與載體的相互作用以及藥物載體體系的生物醫(yī)學(xué)性能（注射、口服、吸收、分布、排泄等）評價(jià)；
●誘導(dǎo)組織自修復(fù)與再生材料：研究能夠誘導(dǎo)組織自修復(fù)與再生新型生物降解材料的設(shè)計(jì)與制備，材料的形態(tài)、孔度、降解速度等與組織自修復(fù)和再生過程的相互作用關(guān)系；
●生物醫(yī)用材料的表面修飾以及生物相容性研究：研究不同結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)用材料表面修飾新方法以解決材料的生物相容性問題等。
�。�4）與能源、環(huán)境相關(guān)的高分子功能材料
●燃料電池、太陽能電池的關(guān)鍵高分子材料：研究高能、長壽命固態(tài)電池及相關(guān)電極材料；研究不同有機(jī)光敏染料和納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)體系的太陽能電池，柔性、薄膜太陽能電池的研究將是未來發(fā)展的重要方向；
●吸收／分離高分子材料：重點(diǎn)研究用于廢氣與廢水處理的功能材料；具有高選擇性吸附、分離功能的膜及納米介孔材料等；
●環(huán)境敏感材料與材料智能化：研究對微量有害物質(zhì)等環(huán)境因素高靈敏度感應(yīng)和傳感材料及危害防護(hù)材料等；
●綠色、環(huán)保高分子材料研究：重點(diǎn)研究天然高分子材料（如淀粉、纖維素等）的改性等。
4 敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料
敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料是指對電、磁、光、聲、熱（溫度）、力、化學(xué)、生物變化敏感并具有轉(zhuǎn)換功能的材料，包括磁性材料、磁電材料、磁阻和巨磁阻材料、電磁液流變液體、磁致伸縮材料、電阻材料、超導(dǎo)材料、感光和發(fā)光材料、介電材料（介電、壓電、鐵電、熱釋電、微波材料）、氣敏、濕敏、溫敏材料、熱偶、記憶合金及儲(chǔ)氫材料、生物傳感材料及智能材料。
一般說來，任何一種物質(zhì)，在不同的溫度、壓力和外場（如引力場、電場、磁場等）的影響下，將呈現(xiàn)不同的物態(tài)。敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料的關(guān)鍵是突出各種因素時(shí)相變中的變化過程。
5 納米科學(xué)與技術(shù)
�。�1）研究方向
研究物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出的物理、化學(xué)和生物特性，單分子的特性和相互作用，為以原子、分子為起點(diǎn)，設(shè)計(jì)和構(gòu)筑新的納米結(jié)構(gòu)、材料和器件，提供科學(xué)基礎(chǔ)和理論準(zhǔn)備。加強(qiáng)對納米結(jié)構(gòu)新的測試和表征方法的研究和探索，加深對納米科技理論和方法的理解。
（2）應(yīng)用方向
納米技術(shù)的發(fā)展有5個(gè)主要方向：
以納米材料（顆粒、C60、碳納米管）為代表的方向；以從微電子向納電子轉(zhuǎn)化為代表的方向；以微光、機(jī)、電集成系統(tǒng)向納光、機(jī)、電集成系統(tǒng)為代表的方向（MEMS――NEMS）；以納米生物學(xué)、系統(tǒng)為代表的方向；以納米物理化學(xué)性質(zhì)、制備、表征等為代表的方向。
�。�3）納米技術(shù)在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用
目前，納米技術(shù)在紡織方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在納米復(fù)合纖維及納米技術(shù)在紡織后整理等方面。
①納米復(fù)合纖維
化學(xué)纖維中加入納米級添加劑，可以制造出新一代功能性更強(qiáng)的、不同用途的優(yōu)良復(fù)合化學(xué)纖維。這種方法的技術(shù)難度比直接制造納米纖維的難度要低，是近期內(nèi)納米技術(shù)在紡織領(lǐng)域中應(yīng)用的主導(dǎo)方向。結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況，應(yīng)考慮發(fā)展以下幾類纖維：
●抗紫外纖維
納米TiO2和納米ZnO等陶瓷粉，由于小尺寸效應(yīng)，對光的吸收性很強(qiáng)。以它們?yōu)闊o機(jī)紫外線屏蔽劑制成的抗紫外線型纖維或織物，不僅可全面抵御UV-A、UV-B對人體皮膚的傷害，而且還能反射可見光和紅外線，具有遮熱功能，以此類纖維制成的織物，便于印染整理，手感柔軟，透氣涼爽，服用性好。目前從國內(nèi)外研制生產(chǎn)的品種來看，涉及到滌綸、維綸、腈綸、錦綸、丙綸和粘膠纖維等。
●抗菌、抑菌和除臭纖維
納米級TiO2和ZnO等光催化無機(jī)抗菌劑可應(yīng)用于超細(xì)纖維等特殊場合，是前景廣闊的新型抗菌材料。它們可作為添加劑加到滌綸、丙綸、錦綸、腈綸、粘膠等化纖中，賦予各類纖維及其織物抗菌、抑菌、除臭功能，從而起到保健和美學(xué)作用，所制成的纖維不僅具有疏水導(dǎo)濕性、快干性、抗污性、密度小和手感柔軟等特點(diǎn)，且抗菌性能持久。
●導(dǎo)電纖維
將二氧化錫和氧化鋅等白色納米粉體與纖維高聚物混合紡絲或通過吸附法及浸漬化學(xué)反應(yīng)使其覆蓋于纖維表面上，制成白色導(dǎo)電纖維，可用來制作防護(hù)服、工作服和裝飾性導(dǎo)電材料。
●遠(yuǎn)紅外纖維
此類纖維可以吸收太陽光和人體輻射的遠(yuǎn)紅外線，也可以發(fā)射出波長和功率與其溫度相適應(yīng)的遠(yuǎn)紅外線，因而使織物具有更好的保暖效果；它還能吸引人體自身向外散發(fā)的熱量，并再向人體反射易吸收的遠(yuǎn)紅外線。同時(shí)，由于特殊的物理效能刺激人體生理發(fā)生變化，還能達(dá)到保健和抑菌的作用。遠(yuǎn)紅外纖維除了具有反射功能外，還兼有抗可見光、近紅外線和抗紫外線的功能，可用來制作夏日服裝、野外工作服、遮陽傘及裝飾用布等，孕育著十分廣闊的市場。
●空氣負(fù)離子纖維
奇冰石納米復(fù)合粉是將多種天然礦石進(jìn)行深度加工，并添加納米TiO2等納米粉體制成的性能奇特的超細(xì)粉體。添加了奇冰石的丙綸、滌綸纖維，可以產(chǎn)生空氣負(fù)離子，發(fā)射遠(yuǎn)紅外電磁波，還可以釋放人體需要的微量元素，因此可制作保健服、內(nèi)衣、室內(nèi)裝飾布、窗簾、家用紡織品、汽車裝飾布等。它還可以為人體隨時(shí)補(bǔ)充所需要的微量元素，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)藥工程和紡織工程的完美結(jié)合，易被廣大消費(fèi)者接受，具有較大的市場潛力。
●高強(qiáng)高模量纖維
納米碳管的強(qiáng)度極高，彈性模量也很高，甚至可以彎曲后再彈回，可用于制備高強(qiáng)高彈性纖維。另外，粘土與聚合物的復(fù)合能夠大大提高材料的強(qiáng)度和模量，北京服裝學(xué)院利用納米粘土的這種功能，與聚酰胺插層聚合開發(fā)尼龍納米功能纖維，使纖維的強(qiáng)度和模量有很大的提高，尤其是模量，可以提高2倍，但纖維的紡絲性能沒有明顯的改變。
除了上述功能纖維以外，采用納米粉體對纖維進(jìn)行改性，還可以開發(fā)多種功能纖維，如變色纖維、耐熱纖維、芳香纖維、磁性纖維、儲(chǔ)能纖維、發(fā)光纖維、阻燃纖維、吸水吸濕纖維、防水拒油纖維等。
�、诩{米技術(shù)在織物后整理中的應(yīng)用
●直接涂層法獲得功能性涂層
先將納米微粒直接加入到織物整理劑中，使其均勻分散，然后使織物通過包含納米微粒的整理液，在粘合劑作用下直接涂覆在織物表面，形成功能性涂層。
●接枝技術(shù)法獲得功能性涂層
對于某些涂層牢度不夠、功能性不持久的情況，可采用接枝技術(shù)。具體可采用兩條技術(shù)路線：一是將對納米材料有很強(qiáng)的配位能力的有機(jī)化合物接枝到棉纖維上，制成簡單的有機(jī)分子模板，再將納米團(tuán)簇組裝到纖維上；二是在制備納米微粒時(shí)，用可接枝到纖維上的化合物作為捕獲劑，使納米微粒通過捕獲劑進(jìn)行表面修飾形成“團(tuán)簇”，再把“團(tuán)簇”接枝到纖維上。
�。�4）納米改性涂料
實(shí)驗(yàn)研究表明，在各類涂料中添加納米材料，如納米TiO2，可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院和家庭內(nèi)墻涂飾；防紫外線涂料，用于生產(chǎn)防紫外線陽傘；吸波隱身涂料，用于隱形飛機(jī)、隱形軍艦等國防工業(yè)領(lǐng)域及其他需要電磁波屏蔽場所的涂敷。在涂料中添加納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍提高，涂料的質(zhì)量和檔次大大升級。納米二氧化鈦超親水性和超親油性的開發(fā)應(yīng)用將為涂層材料帶來革命，使表面具有自清潔功效，防污、防霧、易洗、易干。納米材料改性外墻涂料的耐洗刷性可由原來的1000多次提高到1萬多次，老化時(shí)間延長2倍多，利用納米材料的光學(xué)性能改性后的顏料色彩艷麗、保持持久且極易分散。
�。�5）納米稀土
納米稀土是目前國內(nèi)納米材料發(fā)展的熱點(diǎn)之一。目前正在重點(diǎn)開發(fā)紡織纖維用納米稀土材料、PDP\LED用稀土發(fā)光材料、稀土熒光粉和高性能稀土合金。
納米稀土的主要應(yīng)用方向?yàn)槠囄矚獯呋瘎ㄈ缂{米CeO2）、紡織纖維添加劑、高性能稀土發(fā)光材料、陶瓷及涂層等。
�。�6）納米陶瓷
氧化釔鋯是一種應(yīng)用廣泛的陶瓷材料，用納米氧化釔和氧化鋯能在較低溫度下燒結(jié)成氧化鋯陶瓷，具有很高的強(qiáng)度和韌性，可用作刀具和耐磨零件，也可制成陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)部件。此外，稀土氧化物等納米材料可以摻入普通陶瓷粉，噴涂在陶瓷基體上形成無機(jī)陶瓷臘（膜），代替聚四氟乙烯有機(jī)膜，做成耐熱、無鉛、不粘的日用陶瓷炊具。
�。�7）高分子納米材料
高分子材料將是納米材料的主體之一，高分子納米材料的發(fā)展將主要涉及如下一些重要方向：
●結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌可控的高分子納米材料制備技術(shù)：高分子納米材料的形成機(jī)理與生長動(dòng)力學(xué)；高分子納米材料的制備新方法；高分子納米材料的穩(wěn)定性。
●高分子納米圖案的有序化自組裝技術(shù)：運(yùn)用分子組裝、自組織和模板技術(shù)，組裝成各類圖案化的高分子陣列，形成納、微電子器件或者作為納、微電子器件的模板或者襯底。
●高分子納米復(fù)合材料：研究高分子材料與其他納米顆�；蛘呃w維的復(fù)合，將有可能使高分子納米材料走向?qū)嵱没?br />
（8）納米電子學(xué)
納米尺寸效應(yīng)導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)受限，誘發(fā)量子尺寸效應(yīng)。納米技術(shù)在實(shí)質(zhì)上推動(dòng)了在分子水平上具有新奇的物理、化學(xué)或生物特性的新材料、新器件設(shè)計(jì)。從這個(gè)意義上講，納米技術(shù)的中心在納米電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到實(shí)現(xiàn)。
預(yù)期Si基納米器件仍將保持中心的位置。相應(yīng)的關(guān)于量子尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)、交換耦合、納米線的傳導(dǎo)性以及納米尺度上的磁性和鐵電特性的研究，構(gòu)成設(shè)計(jì)納米尺度新器件的物理基礎(chǔ)。
分子電子學(xué)及單壁納米碳管和富勒烯（碳原子團(tuán)）的研究，光納米電子學(xué)及III-V族量子點(diǎn)材料和器件的研究，都是迅速發(fā)展中的納米技術(shù)的新領(lǐng)域和新趨勢。基于納米磁性材料的巨磁阻現(xiàn)象及相關(guān)器件的研究也在迅速進(jìn)展中。
�。�9）納米發(fā)動(dòng)機(jī)
生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)僅有一個(gè)病毒大小，由兩部分組成：一部分用有機(jī)物充當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)，另一部分用鎳無機(jī)物充當(dāng)螺旋槳，整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)長750nm，寬150nm。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由ATP（三磷酸腺苷）提供能量，由ATP合成酶驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。每加一次能量，納米發(fā)動(dòng)機(jī)可連續(xù)工作1小時(shí)�？茖W(xué)家高度評價(jià)此項(xiàng)科技成果，認(rèn)為生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒋笥杏梦渲�。例如，它可以充�?dāng)一個(gè)“小護(hù)士”，巡視全身；它還可以在體內(nèi)充當(dāng)一個(gè)“小藥劑師”，解釋細(xì)胞發(fā)出的化學(xué)信號(hào)，計(jì)算必要的劑量，在人體內(nèi)直接分配藥量等。
6 生物材料
人造生物類材料是指人造類生物材料和人造具有生物活性或某種生物功能的材料，也包括天然生物材料的改性、處理和在材料制備方面的應(yīng)用。
類生物材料包括仿生材料、生物醫(yī)用材料、生物靈性材料，即在電、光、磁等作用下具有伸縮功能的類似生物的智能材料，如聚合物人造肌肉（科學(xué)美國人，2003，12）。
這門學(xué)科特點(diǎn)是物理、化學(xué)、生物、材料、光電子的交叉；納米、微米，宏觀尺度的交叉；原子、分子、大分子、超分子的交叉；無機(jī)、有機(jī)、高分子的交叉和復(fù)合。關(guān)鍵問題是自組裝。
7 復(fù)合材料
復(fù)合材料的新課題包括不同尺度（納米到大分子）、不同形狀（顆粒、纖維、薄膜、塊體等）、不同方式（混合、融合、鍵合、接枝等）的有機(jī)―無機(jī)復(fù)合、聚合物―聚合物的復(fù)合、染料與織物的復(fù)合。
8 今后一段時(shí)期的重點(diǎn)方向
�。�1）材料與器件
●半導(dǎo)體照明――以白光照明為龍頭的寬禁帶半導(dǎo)體
●全固態(tài)激光器――以紫外、深紫外、三原色為龍頭
●微光電子材料和芯片――以12英寸硅片和光電芯片為龍頭
●先進(jìn)生物類材料
●優(yōu)良服役性能材料
●氫能與燃料電池關(guān)鍵材料
●飛行器材料
�。�2）技術(shù)與裝備
●鋼鐵制造新流程
●高性能材料復(fù)合技術(shù)
●廢棄物的資源化和回收技術(shù)
●超大噸位鍛壓機(jī)
●大宗料高效化學(xué)反應(yīng)裝置
●納微米加工、表征裝備
（本文根據(jù)邵立勤在首屆中國高校材料院長論壇暨新材料產(chǎn)學(xué)研交流會(huì)上的發(fā)言整理）
