新材料的構(gòu)成和特征

2020-11-09

　　1、新材料的構(gòu)成

　　材料，我們每個人都不陌生，比如毛衣的構(gòu)成材料是毛線、瓷碗的制作材料是無機(jī)非金屬材料等等，我們生活中的方方面面都有材料的存在，那么什么是材料呢，材料是由什么構(gòu)成的呢。

　　正常來說，材料是指具有一定的化學(xué)成分與分子結(jié)構(gòu)，以及能提供一定的物理和化學(xué)性能使其可用來制造各種產(chǎn)品和工具的物質(zhì)。這個定義是非常廣泛的，它幾乎涉及人類生活和工作的方方面面，以及所有現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域和所有現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系。所以說材料是人類物質(zhì)文明的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。

　　那什么是新材料呢?新材料是指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料以及傳統(tǒng)材料成分、工藝改進(jìn)后性能明顯提高或具有新功能的材料。具體的分類如下圖所示：

　　圖一 新材料的分類



　　2、新材料的產(chǎn)業(yè)特征

　　(1)新材料：自主研發(fā)創(chuàng)新的重要性凸顯

　　在全世界的范圍內(nèi)，新材料的創(chuàng)新研發(fā)都得到高度重視，紛紛制定新材料發(fā)展規(guī)劃，在全面開發(fā)研究的基礎(chǔ)上，在市場和產(chǎn)業(yè)環(huán)境等不同層面出臺相應(yīng)的政策，全力提升新材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)水平。

　　圖二 世界部分國家的新材料領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃



　　(2)新材料：高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展促使新材料加快更新?lián)Q代

　　材料工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)，是重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。生產(chǎn)力是社會發(fā)展的根本動力，高新技術(shù)的突破加快了技術(shù)向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，同時對關(guān)鍵的基礎(chǔ)材料提出了新的挑戰(zhàn)和需求，例如：氮化鎵(GaN)等化合物半導(dǎo)體材料的發(fā)展，催生了半導(dǎo)體照明技術(shù);太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提高，極大地推進(jìn)了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　(3)跨國集團(tuán)占據(jù)主導(dǎo)地位、國企奮發(fā)追趕

　　新材料產(chǎn)業(yè)作為我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和“中國制造2025”重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，是我國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級和提升裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)。為使我國早日成為世界制造強(qiáng)國，我國加大對新材料產(chǎn)業(yè)的政策扶持力度、引進(jìn)外資、招納賢才等，從而擴(kuò)大我國新材料市場。一些著名的跨國公司通過對華新產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模的增加、投資形式和內(nèi)容的多元化等方式，不斷提升在華新材料產(chǎn)業(yè)的投資布局，從而帶動我國新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時，為解決跨國公司信息技術(shù)的壟斷，我國有關(guān)方面也正在努力提高攻克“關(guān)鍵核心技術(shù)”的創(chuàng)新能力。

　　目前，世界著名企業(yè)集團(tuán)憑借其技術(shù)研發(fā)、資金和人才等優(yōu)勢不斷向新材料領(lǐng)域拓展，在高附加值新材料產(chǎn)品中占據(jù)主導(dǎo)地位。比如：半導(dǎo)體硅材料市場份額的70%以上由日本信越、日本勝高和德國世創(chuàng)所占據(jù);飛利浦控股的美國流明的功率型白光LED國際領(lǐng)先，美國日本德國等國家的企業(yè)擁有70%LED外延生長和芯片制備核心專利。

　　(4)新材料綠色產(chǎn)業(yè)成為發(fā)展的重要趨勢

　　綠色經(jīng)濟(jì)是以市場為導(dǎo)向、以傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)為基礎(chǔ)、以經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的和諧為目的而發(fā)展起來的一種新的經(jīng)濟(jì)形式，是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)為適應(yīng)人類環(huán)保與健康需要而產(chǎn)生并表現(xiàn)出來的一種發(fā)展?fàn)顟B(tài)。如今，資源的日益枯竭、不斷惡化的生態(tài)環(huán)境和大幅提升的人均需求等發(fā)展困境，綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)成為人類共識，如何發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，成為最關(guān)鍵的問題。

　　以新材料產(chǎn)業(yè)為導(dǎo)向，壯大“綠色經(jīng)濟(jì)+新材料產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展，是各國目前奮斗的目標(biāo)。中國工程院院士屠海令院士曾說，綠色新材料產(chǎn)業(yè)的崛起，引起電力、建筑、汽車、通信等多個產(chǎn)業(yè)發(fā)生重大變革，綠色低碳的新材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化將成為今后發(fā)展的主要方向，未來在追求經(jīng)濟(jì)目的的同時更加注重資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、公共健康等社會目標(biāo)。

　　(5)新材料研發(fā)模式的變革、創(chuàng)新

　　過去，材料的研發(fā)模式主要依賴科學(xué)直覺與試錯的材料傳統(tǒng)研究方法，但這種模式效率低下、成本過高，弊端明顯，已不能適應(yīng)工業(yè)快速發(fā)展的需求，反而成為制約技術(shù)發(fā)展和工業(yè)進(jìn)步的瓶頸。近年來，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，利用新技術(shù)進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的成果大量涌現(xiàn)，其中最受到好評的是材料基因大數(shù)據(jù)驅(qū)動的新材料研發(fā)模式。

　　隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)的積累和人工智能算法的逐步成熟，以數(shù)據(jù)驅(qū)動的創(chuàng)新研究手段，已成為繼實(shí)驗(yàn)、理論和模擬之后的第四種研究范式，這也正在成為新材料研發(fā)的必然選擇。

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