材料學的未來展望

材料是人類生活和生產的物質基礎，是人類認識自然和改造自然的工具。人類文明曾被劃分為舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代等，由此可見材料的發展對人類社會的影響——沒有材料就是沒有發展。先進複合材料（Advanced Composites ACM）專指可用於加工主承力結構和次承力結構、其剛度和強度性能相當於或超過鋁合金的複合材料。目前主要指有較高強度和模量的硼纖維、碳纖維、芳綸等增強的複合材料隨着航空航天技術的不斷髮展，促進了材料的不斷更新，發展和進步，各種新材料不斷湧現並得到應用，尤其以先進複合材料的發展和應用最突出，眾所周知，由於航空航天飛行器的特殊使用環境，飛行器的製造材料要求非常之高，飛機和衞星製造材料要求質量輕、強度高、耐高温、耐腐蝕，這些苛刻的條件，只有藉助新材料技術才能解決。先進複合材料具有質量輕，較高的比強度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、導熱、隔熱、隔音、減振、耐高（低）温，獨特的耐燒蝕性、透電磁波，吸波隱蔽性、材料性能的可設計性、製備的靈活性和易加工性等特點，被大量地應用到航空航天等軍事領域中，是製造飛機、火箭、航天飛行器等軍事武器的理想材料。

20 世紀以來，物理、化學、力學、生物學等學科的研究和發展推動了對於物質結構、材料的物理化學和力學性能的深入認識和了解。同時，金屬學、冶金學、工程陶瓷技術、高分子科學、半導體科學、複合材料科學以及納米技術等學科的發展促進了各種新型材料的產生,並推進了對於材料的製備、生產工藝、結構、性能及其相互之間關係的研究，為材料的設計、製造、工藝優化和材料功能和性能的合理使用，提供了充分的科學依據。現代材料科學更注重於研究新型複合材料和納米材料的製備和創新，對於設計具有不同性能要求的材料複合工藝和納米態材料的凝聚過程，以及各類材料之間的相互滲透和交叉的性能以及綜合性能的研究給予了更多的重視。現代材料科學的發展不僅與揭露材料本質及其演化規律的物理化學性質和力學性能有關，而且與使用材料的工程技術學科以及製造加工材料的工程學科有着相互交叉性的密切關係。在此基礎上，“材料科學與工程”逐步形成學科，並發展成為一門獨立的一級學科。作為一級學科的“材料科學與工程”下分三個二級學科：材料物理與化學、材料學、材料加工工程。

材料的未來發展

新材料的誕生會帶動相關產業和技術的迅速發展，甚至會催生新的產業和技術領域。材料科學現已發展成為一門跨學科的綜合性學科。根據我國當前及未來發展的實際情況，新材料領域值得注意的新發展方向主要有半導體材料、結構材料、有機／高分子材料、敏感與傳感轉換材料、納米材料、生物材料及複合材料。

1.半導體材料

隨着高科技發展的需要，半導體及其應用研究的中心正向直接影響市場的微型或低維量子器件、改善傳輸質量和效率、增大功率和距離等方向發展，半導體化合物（GaAs、InAs、GaN、SiC等）具有重要的應用前景。

2.結構材料

Fe基、Al基、Ti基以及Mg基合金作為力學材料的主體，構成了系列結構材料，其主要功能是承擔負載（如火車、汽車、飛機）。汽車用鋼近年來已從一般鋼鐵發展為使用燦合金或特殊的高強Mg基合金，高強Ti合金在高強鋼中有重要位置，不鏽鋼則有取代碳鋼的趨勢。用於軍用飛機的Al合金及一般鋼材則被先進的Ti合金及高分子基複合材料所取代。進一步還需要發展碳纖維增強複合材料或Al基複合材料。結構材料的主體有：（1）鋼鐵；（2）Al合金；（3）Mg合金；（4）Ti合金；（5）結構陶瓷及陶瓷基複合材料。

3.有機／高分子材料

有機／高分子材料是現代工業和高新技術的重要基石，已成為國民經濟基礎產業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運而生，尤其是有機及聚合物分子或少數分子組合體的光、電和磁特性將成為高分子向功能化以及微型器件化發展的重要方向。主要有以下三個研究方向：（1）分子材料與分子電子器件研究；（2）光電信息功能高分子材料研究；（3）生物醫用高分子材料。

4, 導電高分子材料

導電高分子材料科學是近年來發展較快的領域,自1977 年第一個導電高分子聚乙炔(PAC) 發現以來,對導電聚合物的合成、結構、導電機理、性能、應用等方面有許多新認識,現已發展成為一門相對獨立的學科。其可分為結構型導電高分子和複合型導電高分子類。主要應用在發光二極管、抗靜電、導電性應用、電磁屏蔽與隱身等領域中〔3〕。從導電機理的角度看,導電高分子大致可分為兩大類:一類是複合型導電高分子材料,它是指在普通的聚合物中加入各種導電性填料而製成的,這些導電性填料可以是銀、鎳、鋁等金屬的微細粉末、導電性碳黑、石墨及各種導電金屬鹽等,此類導電高分子材料在國內外已得以廣泛的應用,如抗靜電、電磁波屏蔽、微波吸收、電子元件中的電極等。還有一類是結構型導電高分子材料,即依靠高分子本身產生的導電載流子導電,這類導電高分子材料一般經“摻雜”(P 型摻雜或N 型摻雜) 後具有高的導電性能(電導率增加幾個數量級)，多為共軛型高聚物聚乙炔、聚對苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯基乙炔等是目前研究較多的導電高分子材料。這種功能高分子除具有優異的壓電特性外，還具有熱釋電效應，可廣泛地用於武器、電聲、超聲、診斷醫療傳感器、無損測試、地震預報等諸多領域。

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