材料是人類生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，它既包括日常廣泛使用的水泥、陶瓷、玻璃、金屬、木材和高分子材料，也包括那些通過創(chuàng)新工藝制造出的具有特殊性能和功能的材料，如納米材料、光電子材料、量子材料、超材料等。材料是一個既古老又充滿活力的科技領(lǐng)域。從歷史上看，人類從使用天然材料的石器時代開始，材料科技的進步推動著人類文明不斷走向銅器時代、鐵器時代和硅時代（電子時代）。現(xiàn)在，鋼鐵和水泥的制造與使用仍被看作是一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)；碳纖維、高溫合金、隱身材料、激光晶體等先進材料發(fā)展水平則被視為一個國家國防技術(shù)水平的標(biāo)志。而未來，正如湯森路透所言：“材料研究中的革命性發(fā)現(xiàn)會使21世紀人類社會和人們生活方式產(chǎn)生深遠的變化。” 材料科技是一個多學(xué)科交叉融合的領(lǐng)域，它的發(fā)展既依賴于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，同時也與機械工程、信息工程、裝備與制造技術(shù)、航空航天、汽車、核電等工業(yè)技術(shù)緊密相連。因此，材料科技一直是近一個世紀以來世界上幾個最重要的科技領(lǐng)域之一。各發(fā)達國家無不把材料科技放在至關(guān)重要的位置進行規(guī)劃和部署，涌現(xiàn)出一批像美國的橡樹嶺國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室、日本國立材料科學(xué)研究所、德國馬普學(xué)會鋼鐵研究所等世界知名的材料研究機構(gòu)。世界上絕大多數(shù)研究型大學(xué)均設(shè)立了材料院系，以滿足工業(yè)發(fā)展對大量材料領(lǐng)域人才的需求。近年來，基于再工業(yè)化以及鞏固科技領(lǐng)先優(yōu)勢的需要，美歐日等多國加大了對材料研發(fā)的頂層設(shè)計和規(guī)劃，相繼發(fā)布了“材料基因組計劃”“材料發(fā)展路線圖”“冶金歐洲”等發(fā)展規(guī)劃，并投入巨資推動材料科技的加速發(fā)展。
傳統(tǒng)意義上材料科技的主要任務(wù)是研究材料成分、制備與加工、組織結(jié)構(gòu)、性能和使役行為等要素以及它們之間的相互關(guān)系，以發(fā)現(xiàn)新的材料或?qū)ΜF(xiàn)有材料進行性能和功能提升。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展對材料需求的不斷變化和相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，近年來材料研究呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢。
材料技術(shù)與納米技術(shù)、信息技術(shù)的深度融合使人們對材料結(jié)構(gòu)性能的認識更加深入，對材料制備過程和功能調(diào)控更加精準(zhǔn)。隨著計算技術(shù)和各種分析測試技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以觀察和測試材料中單個原子的行為，可以進一步理解材料性能與成分、組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并通過跨尺度構(gòu)筑與組織結(jié)構(gòu)調(diào)控提高材料的綜合性能或者獲得特殊性能材料。納米技術(shù)實現(xiàn)了材料在納米尺度上的制備、測試、結(jié)構(gòu)調(diào)控、性能表征。以碳納米材料（如石墨烯、納米碳管等）為代表的大量納米材料，由于結(jié)構(gòu)尺寸接近電子的相干長度而表現(xiàn)出奇特的電、熱、光、磁性能。金屬材料的結(jié)構(gòu)納米化可使其強度提高10倍以上，大大拓寬了金屬材料的性能和用途。信息技術(shù)與材料制備技術(shù)的融合，使材料微觀結(jié)構(gòu)的定量調(diào)控能力不斷提高，從而實現(xiàn)各類性能和可靠性的定量可控。
降低材料制備與使用各環(huán)節(jié)的能耗物耗及環(huán)境污染，降低材料全壽命成本，滿足可持續(xù)發(fā)展需求。人類社會由于工業(yè)快速發(fā)展需要使用大量的材料，帶來原材料短缺尤其是稀貴元素匱乏、能源大量消耗和溫室氣體排放等一系列問題。如何實現(xiàn)材料的可持續(xù)發(fā)展已成為材料科學(xué)家們關(guān)注的焦點。降低材料及器件制備與使用各環(huán)節(jié)的能耗、物耗，重視回收與再利用，發(fā)展替代稀貴和有毒元素的方法，成為材料科技的前沿方向。在中國科學(xué)院2009年發(fā)布的《中國至2050年先進材料科技發(fā)展路線圖》中我們提出，應(yīng)對材料從原料、部件、系統(tǒng)再到廢料回收利用全壽命周期的能耗、物耗及對環(huán)境的影響進行綜合評估，以降低材料的全壽命成本。2012年英國劍橋大學(xué)一些學(xué)者通過對以鋼和鋁為代表的金屬材料從礦石的開采、冶煉、加工、有效使用和循環(huán)等各個環(huán)節(jié)的能耗、物耗、氣體排放進行全周期分析，提出了類似的概念和觀點，推動材料可持續(xù)發(fā)展。
探索新材料原理，發(fā)展新制備技術(shù)，減少材料對稀貴元素的依賴。能源、軍工、航空航天、電子等諸多領(lǐng)域所需的高性能材料往往需要消耗大量的稀貴元素。例如，計算機、高性能顯示屏、移動電話、電力馬達、鋰離子電池、光電催化等所用的功能材料，主要靠稀土或稀貴金屬元素實現(xiàn)性能的提升。但地球上稀貴元素儲量有限，其戰(zhàn)略重要性與日俱增。有數(shù)據(jù)顯示，全世界稀貴金屬已探明的靜態(tài)可采儲量可開采年限分別是：釩233年、鈾110年、鈦95年、鎢64年、鉬42年、鍺40年、銻24年、金18年、銀16年、銦10年。同時，開采和提純這些稀貴金屬也加重了對環(huán)境的破壞。此外，一些現(xiàn)有材料通過添加有毒元素以達到性能目標(biāo)，給環(huán)境和人類健康帶來不利影響。在加緊儲存稀貴元素的同時，世界各國也在發(fā)展替代稀貴元素和有毒元素的材料技術(shù)。例如，日本2007年啟動的“元素戰(zhàn)略計劃”，就是為推動研制稀貴元素替代物的一種嘗試。
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