整理撰稿人：中科院國家科學圖書館武漢分館先進制造與新材料團隊萬勇（E-mail:wany@mail.whlib.ac.cn）、王桂芳

審稿專家：中科院金屬所譚若兵研究員

先進材料可能實現(xiàn)原創(chuàng)突破和全面提升

整理撰稿人：中科院國家科學圖書館武漢分館先進制造與新材料團隊萬勇（E-mail:wany@mail.whlib.ac.cn）、王桂芳

審稿專家：中科院金屬所譚若兵研究員

1 主要科技內(nèi)涵及意義

先進材料是影響現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展的重要科技之一，其發(fā)展將使得產(chǎn)品科技含量高密化、生產(chǎn)周期大為縮短，并推動高科技產(chǎn)業(yè)崛起和發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結構將發(fā)生重大的變化，為人類創(chuàng)造個性化生活方式和生活理念，甚至影響國際政治格局等。

以輕量化材料為例?，F(xiàn)代交通工具的輕量化離不開鋁/鎂/鈦合金及碳纖維復合材料。據(jù)估計，若汽車改用輕量化材料，能減重約20%。數(shù)據(jù)顯示，車身減重10%可降低油耗6%—8%，提高效率5.5%，降低噪聲2 dB[1]。輕量化材料可成為解決石油資源緊缺和全球變暖的重要措施之一，為全世界的可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻。

2 當前世界進展

進入21世紀后，為搶占未來經(jīng)濟發(fā)展制高點，世界各國特別是一些發(fā)達國家都把發(fā)展先進材料作為產(chǎn)業(yè)進步、國民經(jīng)濟發(fā)展和保障國防安全的重要推動力，呈現(xiàn)出基礎研究受重視、研發(fā)投入加大、研發(fā)經(jīng)費集中于戰(zhàn)略性重點領域、政策扶持力度增強、企業(yè)在創(chuàng)新中作用突出等發(fā)展趨勢。

美國把生物材料、信息材料、納米材料、極端環(huán)境材料及材料計算科學等列為主要前沿研究方向，支持相關科技發(fā)展，以滿足國防、能源、電子等重要部門和領域的需求。

日本在21世紀先進材料發(fā)展規(guī)劃中把研究開發(fā)資源與環(huán)境相協(xié)調(diào)的材料以及減輕環(huán)境污染且有利于再利用的材料作為主要考核指標，制定了一系列的發(fā)展計劃。

歐盟第七框架計劃（FP7）有10項優(yōu)先發(fā)展主題，其中多項與先進材料有關。在石墨烯、航空航天材料、超材料、超導材料等方向保持領先優(yōu)勢。各成員國也都有各自的先進材料相關發(fā)展規(guī)劃[2]。

3 中國的優(yōu)勢

3.1 高性能鋼鐵

鋼鐵產(chǎn)量是衡量一個國家工業(yè)化水平和國防實力的標志之一。我國是鋼鐵生產(chǎn)和消費大國，粗鋼產(chǎn)量連續(xù)16年位居世界第一。通過一系列項目的實施，我國鋼鐵基礎研究取得了顯著進展。如我國研制的超級鋼，在不改變成分的條件下，調(diào)整工藝改變組織，使低碳鋼、低合金鋼、合金結構鋼的強度成倍提高，已投入批量生產(chǎn)，領先世界。

3.2 重大工程關鍵材料

隨著國家科技支撐計劃“高速列車關鍵材料及部件可靠性”等專項的實施，我國高速鐵路材料發(fā)展很快，從專用材生產(chǎn)到配套材料提供大力開展國產(chǎn)化研究，進展顯著。

核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為核電相關材料技術的國產(chǎn)化提供了機遇，核電關鍵材料的國產(chǎn)化是我國實現(xiàn)核電自主化的前提和基礎。此方面研究吸引了很多科研生產(chǎn)單位的關注和參與。

近年來，我國通過材料研究結合工藝模擬，發(fā)展出可視化鑄鍛技術，完成了大型鑄鋼支承輥、船用曲軸、三峽水輪機轉輪鑄件、核電大型鍛件等國產(chǎn)化任務，保障了大型鑄鍛件的自主供應，還改進了大型鋼錠的質量。

自主研制開發(fā)出新型高強韌低淬火敏感性鋁合金，其主要成分發(fā)明專利通過了國際知識產(chǎn)權組織審核并獲得正式公布。

3.3 超導及納米孿晶強化金屬

我國在超導研究方面有很好的基礎，尤其是中科院物理所以400余篇鐵基超導論文、總引用14 000次以上，使我國牢牢占據(jù)了鐵基超導研究的制高點[3]。中科院電工所2012年通過優(yōu)化制備工藝，大幅提高超導電流，其載流性能在10 T強磁場下達到17 000 A/cm2的國際最高紀錄，進一步證明了在強電應用方面的巨大潛力[4]。

中科院金屬所2004年發(fā)現(xiàn)納米孿晶金屬銅，2009年又發(fā)現(xiàn)其中的極值強度和超高加工硬化效應。納米孿晶強化及材料已成為國際材料領域中的研究熱點，該項工作引領了國際納米材料的研究并帶動了相關先進材料與技術的研發(fā)[5]。

4 未來標志性目標或成果

以鋼鐵為代表的基礎原材料是現(xiàn)代高新技術產(chǎn)業(yè)的基礎、先導和重要組成部分。預計“十二五”末期，我國進口量較大的高強高韌汽車用鋼、硅鋼片等品種將實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，國內(nèi)市場占有率逾90%；船用耐蝕鋼、低溫壓力容器板、高速鐵路車輪及車軸鋼、高壓鍋爐管等自給率達80%。400 MPa及以上高強度螺紋鋼筋比例超過80%[6]。

國家重大工程關鍵材料將逐步實現(xiàn)自給并形成自主標準。如高速鐵路關鍵材料采供將從現(xiàn)行的歐日標準逐步過渡到中國標準，開發(fā)出一批具有自主知識產(chǎn)權的關鍵部件材料產(chǎn)品并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[7]。在核電關鍵材料方面，第四臺AP1000核電機組建成之后，我國第三代核電設備和關鍵材料的國產(chǎn)化水平將超過80%[8]。在大飛機關鍵材料方面，大型客機高性能輕合金、復合材料等也將越來越多地使用國產(chǎn)材料，大幅提高性能指標的同時使成本降得更低。

1錢占偉,耿富榮,雷發(fā)常等.汽車輕量化之白車身減重.機電工程技術，2012,41（6）：133-136.

2蘇波.中國新材料產(chǎn)業(yè)年度發(fā)展報告（2012）.北京:電子工業(yè)出版社，2013.

3楊衛(wèi).為創(chuàng)新驅動發(fā)展強本固基.求是理論網(wǎng),2013-07-16.http://www.qstheory.cn/kj/yjsk/201307/t20130716_ 249545.htm.

4 Chao Yao,Yanwei Ma,Xianping Zhang et al.Fabrication and transport properties of Sr0.6K0.4Fe2As2multifilamentary superconducting wires.Appl.Phys.Lett.,2013,102：082602.

5畢偉,劉言.科學家在納米孿晶金屬研究中獲重要進展.科學時報，2010-05-06.

6國家工信部.鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃.2011.

7國家發(fā)改委高技術產(chǎn)業(yè)司,中國材料研究學會.中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2010）.北京:化學工業(yè)出版社，2011.

8中國第三代核電設備和關鍵材料國產(chǎn)化水平將超80%.新華網(wǎng)，2012-03-10.http://news.xinhuanet.com/politics/ 2012lh/2012-03/10/c_111634000.htm.