1、D 研究热点技术前沿: 当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。虽然光电子技术发展非常快，但是以集成电路为主的电子和微电子技术仍然在目前信息技术中占相当大的比重，以硅材料为主体、化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展的局面在 21 世纪仍将成为集成电路产业发展的主流。 单晶硅材料工业是现代信息产业的基础，在可以预见的将来仍将主宰微电子产业。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，生产和技术被日美少数几家大公司所垄断。我国初步具备了生产大直径单晶的产业
2、化能力，但在产品质量和加工深度等方面与国际水平有较大差距。 砷化镓材料（ GaAs ）被公认为是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展，以砷化镓为代表的第二代电子材料化合物半导体在世界范围内以超出预想的速度发展，全球砷化镓晶片市场正以30% 的年增长率迅速形成数十亿美元的大市场，预计未来20 年砷化镓市场都具有高增长性。 发光二极管（ LED ）是光电子技术最重要的应用之一。目前，日美两国几乎垄断了高亮度LED 市场。目前由于成本的原因，LED 只在特定应用中使用，要取代白炽灯用于普通照明，还有很长的路要走。 平板显示技术在信息产业中占据着十分重要的位置，包括无机发光二极管（ LED
3、）、液晶显示（LCD ）、阴极射线管技术（CRT ）以及近年来发展迅猛的等离子体（PDP ）、场致发射（FED ）和有机发光二极管（OLED ）等新型平板显示技术。平板化已成为显示技术的发展趋势，预测5 10 年内，PDP 、FED 和OLED 有可能分别成为40 英寸以上、20 40 英寸以及20 英寸以下显示应用领域的主要产品。E 发展趋势：电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。
4、一、集成电路和半导体器件用材料由单片集成向系统集成发展。微电子技术发展的主要途径是通过不断缩小器件的特征尺寸，增加芯片面积以提高集成度和信息处理速度，由单片集成向系统集成发展。二、光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展。光电集成将是21世纪光电子技术发展的一个重要方向。光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础。材料尺度逐步低维化由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。发展重点将主要集中在激光材料、红外探测器材料、液晶显示材料、高亮度发光二极管材料、光纤材料。三、新型电子元器件用材料主要向
5、小型化、片式化方向发展。磁性材料、电子陶瓷材料、压电晶体管材料、绿色电池和材料、信息传感材料和高性能封装材料等将成为发展的重点。F 应用实例图： 砷化镓聚焦镜片 单晶硅太阳能电池2新能源材料实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。在新技术的基础上，系统地开发和利用可再生资源。新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。B分类：（）裂变反应堆材料，如铀、钚等核燃料、反应堆结构材料、慢化剂、冷却剂及控制棒材料等。 （）聚变堆材料：包括热核聚变燃料、第一壁材料、氚增值剂、结构材料等。固体推进剂（）高能推进剂：包括液体推进剂、固体推进剂。 （）燃料电池材料：如电池电极材
6、料、电解质等。 （）氢能源材料：主要是固体储氢材料及其应用技术。 （）超导材料：传统超导材料、高温超导材料及在节能、储能方面的应用技术。 （）太阳能电池材料。 （）其它新能源材料：如风能、地热、磁流体发电技术中所需的材料。主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si半导体材料为代表的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。D 研究热点技术前沿：高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。充电电池技术是重点发展领域之一。充电电池属于储能器件，主要包括锂离子电池和镍氢
7、电池，另外还有镍锌电池、金属空气电池等。同时，燃料电池作为新型清洁能源，也倍受关注。燃料电池包括质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、氧化物燃料电池。燃料电池在内燃机和微型涡轮中具有重要应用前景，其中质子膜交换燃料电池（ PEMFC ）目前最为瞩目。锂离子电池是目前综合性能最好的电池体系，将是未来二次高能电池的主要发展方向。正极主要是含锂的过渡金属氧化物，负极主要是碳素材料（如石墨），电解质是含锂盐的有机溶液。由于它不含任何贵重金属，原材料都很便宜，降价空间很大。锂离子电池作为新一代的充电电池，近 10 年来迅速发展，以其高性能价格比优势在笔记本电脑、手机等移动电子终端设备领域占主导地位。燃料
8、电池是 20 世纪末兴起的，被认为是21 世纪最有希望替代石油的新能源技术，将成为未来环保汽车的主要动力。燃料电池包括燃料电极（氢气或甲醇、天然气等）和氧化电极（氧气或空气）。燃料电池是一种理想的、高效的能量转换系统，同时也是一种清洁能源，可应用于工业及生活的各个方面，如燃料电池电站、电动汽车及民用电器等场合。燃料电池及PEMFC 电动汽车的市场空间非常广阔，预计2010 年北美市场每年销售60 万辆低污染电动车，PEMFC 电动汽车占50% ，总销售额150 亿美元/ 年。世界发达国家及各主要汽车公司都投入大量的人力物力进行氢燃料电池汽车的研究，以PEMFC 为动力的各种型号的“零排放”汽车
9、已在发达国家商业示范运行，预计3 4 年后，将批量生产并投放市场。F 应用举例： 氢燃料电池 新能源动力车3纳米材料纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10100个原子紧密排列在一起的尺度。根据物理形态划分，纳米材料大致可分为纳米粉末（纳米颗粒）、纳米纤维（纳米管、纳米线）、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子被称为零维纳米材料，纳米纤维为一维纳米材料，而纳米膜（片、层）可以称为二维纳米材料，而有纳米结构的材料可以称为三维纳米材料。纳米抗菌材料，纳米陶瓷，纳米电缆，碳纳米管等
10、。以及包括金属、合金、氧经化物、氢化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料。以碳纳米管为代表的纳米组装材料；纳米陶瓷和纳米复合材料等高性能纳米结构材料；纳米涂层材料的设计与合成；单电子晶体管、纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制、C60超高密度信息存贮材料等。主要是纳米材料制备与应用关键技术，固态量子器件制备及纳米加工与组装技术。包括迄今为止纳米材料在理论研究、制各技术、应用研究上都取得了很大的进步，主要表现在以下几个方面31 理论方面纳米材料的研究在理论上，目前科学家们通过对纳米结构单元的研究，已经提出和采用了电子能级不连续性理论，量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应，宏观量子隧道效应
11、，库仑堵塞与量子隧穿，介电限域效应等等一整套理论、假设和推导，这些理论的诞生和发展，解释、归纳、总结了纳米材料的一些特性和物性的变化规律。32 制备技术方面在纳米材料的制备技术方面已取得了较大的成功，迄今为止，绝大部分金属、氧化物和碳等都能制备出来，许多金属、SiO：、TiO：、CaCO，、石墨等的纳米级材料，已经能够规模生产，还有一些纳米材料由于其应用产品尚未研制出来，故未能投入规模生产。33 应用研究方面331催化、降解材料领域。纳米颗粒由于其表面原子占有的体积比大，表面键态和电子态不同，原子配位不全等，可使表面活性增加，具有优异的催化特性，所以，纳米颗粒材料在催化剂材料中得到广泛的应用。
12、纳米TiO：的催化作用目前已知的有以下几种：3-311纳米TiO：能够催化马来酸酐发生聚合反应，使马来酸酐生成聚合物；3_312纳米TiO：能够催化降解甲基橙；3313纳米TiO2能够光催化降解十二烷基苯磺酸纳（SDlBS）：光催化降解水面石油；掺杂后的纳米TiO2能够光催化分解氯仿：332 环保与建筑材料业3321纳米抗菌材料研究发现：许多纳米材料都具有抗菌作用，纳米Ag、纳米SiO：、纳米TiO：、纳米C等都可作为抗菌材料使用。333电磁材料方面的应用纳米微粒具有独特的电学性能，所以，纳米材料可以做导电浆料，也可以做绝缘浆料，可以成为电极、超导体、静电屏蔽材料等等。334 生物医用材料可用
13、磁性纳米微粒涂覆高分子材料，将其在体外与蛋白质相结合，注入生物体内，用作药物载体，通过外加磁场的作用，纳米颗粒的磁性导航将药物直接送达病灶，达到定向治疗的目的。335光学材料的应用纳米材料与同质材料相比，具有明显的光学特性，有着极大的应用范围。336其他方面纳米颗粒由于具有大的比表面积、高活性、高扩散速度等特性，可以用于制造结构陶瓷材料。1加强控制工程的研究在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还
14、是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效应和渗流效应；三是通过设计纳米丝、管等的阵列体系（包括有序阵列和无序阵列）来获得所需要的特性。2近年来引人注目的新动向 颗粒膜巨磁电阻尚有潜力。
15、1992年，纳米颗粒膜巨磁电阻发现以来，一直引起人们的关注，美国布朗大学的科学家最近在4K的温度下,几个特斯拉的磁场，R/R上升到50，目前这一领域研究追求的目标是提高工作温度，降低磁场。如果在室温和零点几特斯拉磁场下，颗粒膜巨磁阻能达到10，那么就将接近适用的使用目标。目前国际上科学家们正在这一领域努力。 纳米防水膜 纳米管cup散热器4先进复合材料专指可用于主承力结构或次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。目前主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维和芳纶等增强的复合材料。当今，从技术成熟程度与应用范围看，碳纤维复合材料，尤其是树脂基碳纤维复合材料最为突出。复合材料按其组
16、成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。混杂复合材料。碳纤维与树脂基复合材料，金属陶瓷，弥散强化合金等复合材料的低成本制造技术，复合材料的界面控制和优化技术，不同尺度、不同结构异质材料复合新技术，以及复合增强材料的高性能、低成本化技术从应用上看，复合材料
17、在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新
18、型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。 航空航天领域应用 轿车领域5生态环境材料生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。良好的环境协调性是指资源、能源消耗少，环境污染小，再生循环利用率高。生物降解材料，长寿命高分子材料，仿生物材料。人造纤维，可降解塑料，人造有机发光材料。发展与环境相协调的材料及其设计与评价技术，如可完全降解农用塑料薄膜制备技
19、术，材料的延寿再生与综合利用新技术，降低材料生产的资源和能源消耗新技术。生态环境材料经过十几年的发展和研究，以下几点已为世界公认： 材料的环境性能将成为2l世纪新材料的一个基本性能；用LCA方法评价材料产业的资源和能源消耗、三废排放等将成为一项常规的评价方法；结合资源保护、资源综合利用，对不可再生资源的替代和再资源化研究将成为材料产业的重要发展方向；各种生态环境材料及其产品的开发和广泛应用是其发展的重点。 高分子生态环境材料未来的发展方向是： 开发高效生产技术，使高分子材料精细化、功能化、高性能化以及生态化；优化设计，根据各种高分子材料制品用途进行可降解或长寿命高分子材料的设计；探讨与环境协调
20、的再生循环方法，使高分子材料废弃物变废为宝，实现资源再生利用。 总之，生态环境材料必将成为未来新材料的一个重要分支，作为跨材料科学、环境科学以及生态科学等学科的新型材料，在保持资源平衡、能源平衡和环境平衡，实现社会和经济的可持续发展等方面将起到非常重要的作用。如果在生产和生活中广泛使用该类材料，就可以实现社会的可持续发展，使资源和能源得到有效的利用，使我们的生产和生活环境得到有效的保护。该类材料代表着科学技术发展的方向和社会发展进步的趋势，必将对人类社会进步起到巨大的推动作用。F 应用举例; 淀粉可降解塑料袋 人造纺织品6智能材料智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化并能实时地改变自身的一种或
21、多种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。（1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。（2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。C 代表举例：智能仿生材料，形状记忆合金，自滤玻璃等。D 研究热点和技术前沿：智能材料的设计与合成几乎横跨所有
22、的高技术学科领域。构成智然材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变液、磁致伸缩材料和智然高分子材料等 智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。构成智然材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变液、磁致伸缩材料和智然高分子材料等。智然材料的出现将使人类文明进入一个新的高度，但目前距离实用阶段还有一定的距离。今后的研究重点包括以下六个方面：（1） 智能材料概念设计的仿生学理论研究 （2） 材料智然内禀特性及智商评价体系的研究 （3） 耗散结构理论应用于智能
23、材料的研究 （4） 机敏材料的复合-集成原理及设计理论 （5） 智能结构集成的非线性理论 （6） 仿人智能控制理论 智能感光太阳镜 形状记忆合金7高性能结构材料是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。（1）金属类工程结构材料 钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。（2）高温合金和高性能合金 高温结构材料被世界各国列为高性能结构材料领域的重点发展的对象。高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等C 代表例子: 高温合金、新型
24、铝合金和镁合金、高温结构陶瓷材料和高分子合金.高性能结构材料是支撑航空航天、交通运输、电子信息、能源动力以及国家重大基础工程建设等领域的重要物质基础，是目前国际上竞争最激烈的高技术新材料领域之一。在传统材料改性优化方面，通过对钢铁凝固和结晶控制等基础理论研究，发现冶金过程晶粒细化调控可大大提高钢材强度，发展的新一代钢铁材料的强度约为目前普通钢材的一倍，研究成果已部分应用于汽车、建筑等行业，被国内冶金界认为是推动钢铁行业结构调整、产品更新换代、提高钢铁行业技术水平的一次“革命”。在高性能陶瓷部件方面，我国解决了耐高温、高强、耐磨损、耐腐蚀陶瓷部件的关键制备技术，在钢铁工业、精密机械、煤炭、电力和
25、环境保护等领域得到应用；研发出具有优异耐冲蚀磨损性能的煤矿重质选煤机用旋流器陶瓷内衬、潜水渣浆泵用耐磨陶瓷内衬，已在黄河治理中得到批量应用；研制的碳化硅泡沫陶瓷过滤器可替代氧化钇部分稳定氧化锆过滤器，用于不锈钢钢水的过滤。 在轮胎用稀土顺丁橡胶的工业化技术方面，完成了关键技术的突破，实现了国民经济支柱产业的提升。与传统的镍系顺丁橡胶相比，稀土顺丁橡胶的疲劳寿命提高50%，耐久性能提高32%，高速性能提高54%，表面温度降低20。高性能聚丙烯腈基碳纤维的技术研发突破了30年来我国不能规模制备军用碳纤维的瓶颈，为国防建设提供高性能碳纤维，并进入规模化生产。国产碳纤维复合材料已开始应用试验。在低烧蚀
26、率碳/碳复合材料及整体喷管研制方面，先后突破了准三维碳纤维预制体成型技术、大尺寸坯体制备技术、大尺寸预制体化学气相渗透增密技术、功能复合梯度涂层技术。碳/碳化硅复合材料关键技术取得创新性突破，实现了在1650氧化工作环境的大尺寸构件变形控制。钛铝金属间化合物材料的研发使我国完成了新一代主战坦克2台份涡轮增压器动力整机100小时考核，实现了发动机热端转动部件试车“零”的突破。复合功能薄膜浮法在线制备技术及新型节能镀膜玻璃的开发打破了我国此类产品一直依赖进口的局面；通过压力温度双重诱导与原位快速整体化，使高可靠性陶瓷部件批量化成熟关键技术级装备取得了创新性突破；高性能稀土永磁材料制各及关键技术取得
27、创新性突破，成功应用于“神舟5号”、“神舟6号”系列飞船等高端产品的关键部件；高温超导材料及应用研究掌握了具有自主知识产权的铋系高温超导长带和线材产业化关键技术，达到国际先进水平。E 发展趋势; 研制与开发具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能结构材料，是新一代高性能结构材料发展的主要方向。 高性能陶瓷轴承 高性能陶瓷管8新型功能材料（含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等）。新型功能材料是指具有电子和光学、电学、磁学等功能的特殊功能新材料。主要包括半导体材料、光电子材料、传感器材料、磁性材料、电子功能陶瓷、光传导纤维、绿色电池材料等。C代表例子：绿色电池材料，光
28、传导纤维，电子功能陶瓷等。D研究热点技术前沿：一、半导体材料在目前国际上，电子材料和器件的设计理论原理正在由传统电子学向以应用量子效应为基础的纳米电子学转移；宽带隙材料、硅基异质结构材料和光学功能材料等已经成为新一代光电子、光子信息技术发展的基础，成为当前电子信息材料研究和发展的重点。随着电子学向光电子学、光子学的迈进，尽管微电子材料在将来10至15年内仍是最基本的信息功能材料，而光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的领域。二、光电子材料光电集成是21世纪光电子技术发展的重要方向。其正在朝着“材料尺度低维化”的方向发展，由体材料转向薄层、超薄层和纳米结构材料等。在世界范围内，激光晶体材
29、料目前已经发展有数十种。固体激光晶体正在向高功率、LD泵浦、可调谐、新波长、多功能和新工艺的方向发展。应用最广泛、用量最大的激光晶体为Nd:YAG；应用较多的激光晶体有Nd:YLF、Ho:YAG、Er:YAG、Ti:AL2O3等。三、光传导纤维通信光纤材料在总体上向扩大容量、增加传输距离、降低损耗与色散、提高带宽、抑制非线性效应、实现密集波分复用、高灵敏度传感的方向发展。敷设量最大的目前为G.652光纤，其占敷设总量的90%以上。在新一代光纤通信系统中，最佳传输介质目前是G.655光纤，其适用于密集波分复用系统。国外制作的大尺寸光纤预制棒每棒拉丝目前最长达到1000公里。国外开发了通信光纤，还开发了保偏光纤、有源光纤、约外光纤、细径光纤、抗辐照光纤、耐高（低）温光纤、高强度光纤、增敏和退敏光纤等特种光纤。四、磁性材料 磁性材料主要用于计算机存储领域的磁记录设备和介质，磁记录器的高密度、低噪音、小型化等要求磁粉的颗粒尺
