縱觀歷史，以材料劃分時代是一大特色，如石器、青銅器、鐵器時代等，這足以說明人類文明與材料的關系。

    今天，我們周圍的物質世界發生了天翻地覆的變化，最新穎的智能手機、最新型的平板電腦、最時尚的可穿戴電子器件都充滿了時代感。然而，無論是谷歌眼鏡、阿特拉斯機器人、synapse芯片、人造樹葉、遠程醫療，還是阿科桑底生態城、特斯拉電動車、“和諧號”高鐵、神舟飛船，都離不開先進材料。先進材料科學與工程正在改變當今世界和我們的生活。

    一般來說，新出現的、具有優異性能或特殊功能的材料和傳統材料，改進后有明顯性能提高或產生新功能的材料均可稱為先進材料，主要包括新型功能材料、高性能結構材料和先進復合材料等。先進材料可以導致顛覆性技術的出現，從而推進產業變革。白光LED的出現，開辟了照明的新紀元；液晶屏替代陰極射線管，曾帶來了顯示革命；現在，OLED、打印顯示、激光顯示又開始崛起，可謂一代材料、一代器件、一代整機相繼出現。

    近十幾年，先進材料研究成果密集涌現，有人甚至斷言，21世紀將是材料“革命”的時代。特別是金融危機以來，各國政府紛紛加大財政投入：美國于2011年啟動的“先進制造伙伴關系計劃”中設置了“材料基因組”計劃；2013年歐盟“石墨烯旗艦項目”列支了10億歐元的巨額經費；德國、日本也在其國家高技術計劃中安排了先進材料的研發內容。不難看出，先進材料是戰略新興產業的基礎，采用先進材料已成為未來技術和新興產業的標志和特征之一，它有如下一些發展特點和重要意義。

    1）先進材料發展呈現出結構功能一體化、材料器件一體化、納米化、復合化的特點。其作用在高馬赫數飛行器、微納機電系統、新醫藥、高級化妝品和新能源電池方面發揮得淋漓盡致。

    2）先進材料在行業科技進步中舉足輕重。例如，高性能特殊鋼和高溫合金是高鐵輪對和飛機發動機最好的選擇，超高強鋁合金是大飛機框架的關鍵結構材料，高強高韌耐腐蝕鈦合金則是“蛟龍號”殼體及海洋工程不可或缺的材料。

    3）先進材料聯用或與其他學科、領域的深度融合成為其發展的另一特點。高k（編者注：指高介電常數）和更高k材料與新型金屬柵結合，引領集成電路順利走向45納米及以下精度技術節點；鈣鈦礦材料和有機材料聯用，催生了有前景的新型太陽能電池；智能材料與3D打印結合形成4D打印技術；有機復合材料、生物活性材料與臨床醫學結合，分別產生和發展了“電子皮膚”和組織再生工程；碳纖維及復合材料已用于航空航天和先進交通工具；化合物半導體材料使太赫茲技術在環境監測、醫療、反恐等方面得以應用；超材料以微結構和先進材料相結合，在電磁波和光學領域獲得引人注目的成果；柔性電子學材料、新能源材料、生物醫用材料的市場前景廣闊。

    4）先進材料與物質科學發展相輔相成。自旋電子學材料、鐵基及新型超導材料的研究方興未艾。阻變、相變及磁存儲材料將改變傳統的半導體存儲器；納米孿晶結構研究探索出一條合成超硬材料的新路徑；富勒烯、碳納米管開辟了碳基材料的發展前景；石墨烯剝離成功，引發了二硫化鉬、單層錫、黑磷、硅烯、鍺烯等二維材料的研究熱潮。

    5）高通量計算、高通量合成與表征以及大型數據庫加速了材料設計、性能預測和制備工藝模擬，大幅縮短了研發周期、降低了生產成本，為先進材料研發和產業化提供了具有變革性的新方式。低錸高溫合金和新型鋰離子電池電極材料就是很好的實例。不久前，在拓撲絕緣體材料中，計算預測的量子反常霍爾現象已被實驗證實。此外，具有超級導電能力的砷化鎘材料也是理論計算在前，實驗在后。

    6）先進材料研究成果正快速產業化并不斷降低成本。據市場預測，直徑450毫米硅片將用于14納米及以下技術節點的集成電路，可繼續降低成本，使新技術和新產品以最短的時間、最合理的價格普惠大眾。

    7）先進材料的研發與生產還必須考慮節能環保與可再生，并進行全生命周期評價，諸如有毒材料的替代、中重稀土的減量使用、膜材料用于海水淡化、建筑節能材料的應用、生物基材料的研發以及“短小輕薄”理念付諸實踐等。同時，低碳及環境友好的制備技術也得到快速發展，如共軛微孔高分子材料捕獲二氧化碳并將其催化為環碳酸脂。

    8）先進材料發展要注重軍民融合，鼓勵開拓“軍轉民”產品市場。寬禁帶碳化硅、氮化鎵基的下一代射頻高能效高功率器件，即為有潛力的軍民融合高端電子產品。

    9）先進材料制備的新方法、新工藝、新裝備至關重要，必須協調發展。先進材料也是我國“工業強基”的四大支柱之一；發展先進制造業，實現“中國制造2025”亟需大量先進材料。近年來，我國先進材料研發水平不斷提高，產業發展迅猛，但核心競爭力不強，部分高端產品仍受制于人。今后，關鍵先進材料的研發、工程化與產業化將是我國研究單位、大學、企業、政府和市場關注和著力的重點。

    展望未來，先進材料的研發涉及納米尺度、飛秒時間、量子力學原理等，并將呈現多學科交叉融合的特點，宜采用自上而下和自下而上相結合的技術路線。此外，還需要進一步加強理論計算與數據挖掘，加強問題導向與市場導向，加強創新驅動，加強與重大工程和新興產業的結合，促進先進材料的工程化、產業化向更高層次、更科學化、更綜合化、更系統化的方向發展。可以預見，先進材料的集群式出現以及眾多顛覆性技術的應運而生，將成為新一輪科技革命和產業變革最明亮的曙光。

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責任編輯：王元

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