2003年的材料科學領(lǐng)域，各國科學家無論是在基礎研究還是在應用研究方面都取得了一系列令人振奮的成就。
這一年，美國利用超高密度晶格和電路制作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm的鉑納米線；法國利用粉末冶金制成了具有完美彈塑性的純納米晶體銅；中國用微波等離子體輔助化學沉積法在鐵針尖端合成一種新納米結(jié)構(gòu)——管狀石墨錐；日本用單層碳納米管與有機熔鹽制成高度導電的聚合物納米管復合材料。
這一年，德國科學家巧妙地利用交流電介電泳技術(shù)，將金屬與半導體單壁碳納米管成功分離；法國科學家用超高真空掠入射小角Ｘ射線散射裝置，實現(xiàn)了對納米結(jié)構(gòu)生長過程中的形狀、尺寸、生長模式和排序的原位、實時監(jiān)測；中國科學家用高分子基體效應結(jié)合冷凍干燥技術(shù)實現(xiàn)了納米金屬簇的宏觀合成，為納米金屬簇催化劑的工業(yè)化應用提供了依據(jù)。
這一年，將具有一定特性的納米材料制作成有效實用的納米器件在生物醫(yī)學領(lǐng)域取得突破，科學家用特定的蛋白質(zhì)或化合物取代用硅納米線制成場效應晶體管的柵極用以診斷前列腺癌、直腸癌等疾病，成百倍地提高了診斷的靈敏度。
這一年，中國科學家在C60納米材料與納米結(jié)構(gòu)研究中獲得重要進展，通過將C60分子組裝在一單層分子膜的表面，利用掃描隧道顯微鏡首次獲得能夠分辨C－C雙鍵和單鍵的C60單分子圖像，英國《自然》雜志率先對此項成果進行了介紹。
正如中國科學院院士、中國工程院院士師昌緒所講的，回顧人類的歷史，石器、青銅、鋼鐵（工業(yè)革命）、硅（信息時代）等材料研究上的重大突破無疑是“人類進步的里程碑”。如今，隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，新材料實際上已經(jīng)成為了“高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的先導和基礎”，對人類社會的進步發(fā)揮著決定性作用。
世界百花齊放
材料不僅是當前世界新技術(shù)革命的三大支柱（材料、信息、能源）之一。而且又與信息技術(shù)、生物技術(shù)一起構(gòu)成了２１世紀世界最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ娜箢I(lǐng)域之一。因此，材料、特別是新材料，目前正受到了世界各國，尤其是先進國家的高度重視，得到了全球科學家的特別青睞。而納米材料和技術(shù)作為下一次工業(yè)革命的核心，成為各國技術(shù)發(fā)展的熱點。發(fā)達國家為搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地，紛紛制定出相關(guān)戰(zhàn)略計劃并投入巨資。
美國政府一直將材料科學和技術(shù)列為重要的研究領(lǐng)域，自２００１年以來，政府對納米研發(fā)的投入增加了８３％，２００４財政年度的研發(fā)預算近８．５億美元，比上一財年增加１０％。美國不斷加大執(zhí)行“國家納米計劃”的力度，并且制定了新的戰(zhàn)略目標：到２０１０年培養(yǎng)８０萬納米科技人才，確保美國在２１世紀占據(jù)納米領(lǐng)域的霸主地位。日本通產(chǎn)省從２００１年起實施為期７年的“納米材料工程”計劃，這個計劃每年的投資額為５０億日元，同時設立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新５年科技基本計劃的研究開發(fā)重點。日本近日成立了有２６８家大型企業(yè)參加的納米技術(shù)商務推進協(xié)會，促進納米技術(shù)研究成果盡早產(chǎn)業(yè)化。
德國自１９９４年起啟動了為期１０年的跨世紀國家級材料研究計劃，目標是通過產(chǎn)品創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，在新材料制備、加工和應用三個方面，確保德國的國際領(lǐng)先地位，并創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點。英國是世界上最早制定出“國家納米計劃”的國家，現(xiàn)有１０００家公司、３０所大學和７個研究機構(gòu)在積極開展納米技術(shù)應用方面的研究工作。法國政府近年來對納米技術(shù)的支持有增無減，尤其是從２００３年開始實施的國家納米科技投資計劃，計劃用３年的時間投入５０００萬歐元用于納米科學基礎研究；建立５個納米技術(shù)研究中心以及“國家微米和納米研究網(wǎng)絡”項目；促進納米技術(shù)研究成果向中小企業(yè)與新興企業(yè)轉(zhuǎn)化。歐盟也制定了相應的發(fā)展計劃，先進材料技術(shù)是其中的九大研究開發(fā)領(lǐng)域之一，其累計投資已超過６．７１億歐元，占整個計劃投資總額的４．４％。
中國迎頭趕上
如今，從宇宙探索、海洋開發(fā)，到國防建設、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；從航天航空、交通運輸，到衛(wèi)星通訊、地質(zhì)勘探；從環(huán)境保護、災情預報，到包括生命科學在內(nèi)的每一項現(xiàn)代科學研究；從生產(chǎn)過程檢測與控制，到人民群眾的日常生活等，幾乎都離不開新材料與新材料的應用技術(shù)。新材料已經(jīng)滲入了新技術(shù)革命的所有領(lǐng)域，涉及到國民經(jīng)濟的每個部門，進入了大眾生活的各個方面。
２０世紀８０年代以來，以信息、生物、新材料等高新技術(shù)為代表的新技術(shù)革命浪潮有力地沖擊著全球。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)所具有的高增長性和對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的巨大滲透作用，使得各國政府均把它放在關(guān)系國家生存與發(fā)展的戰(zhàn)略地位加以扶持。正是在這樣的前提下，中國政府將新材料列為各重大科技開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化計劃重點支持的技術(shù)領(lǐng)域。
我國正在制訂的中長期科學技術(shù)規(guī)劃，要求具有全局性、長遠性和前瞻性，并密切結(jié)合經(jīng)濟社會發(fā)展、國家安全和可持續(xù)發(fā)展，在所設立的２０個戰(zhàn)略專題中，有制造業(yè)發(fā)展科技問題、國防科技問題、戰(zhàn)略高技術(shù)問題、基礎科學問題等七個專題與材料科技密切相關(guān)。僅這一點，足以使材料科技的重要性表現(xiàn)無遺。
近年來，很多行業(yè)在重大共性技術(shù)上都取得了突破，推動了行業(yè)的技術(shù)進步和效益的提高。在電子、光子材料方面，到２０１０年，我國所占世界的市場份額約為１０％，即我國光電子產(chǎn)品的年總產(chǎn)值將達到２０００億元人民幣。我國稀土資源非常豐富，稀土永磁材料的發(fā)展迅猛異常，全世界的年平均增長值為２３％，而我國則高達６０％。據(jù)預測，２０１０年我國的產(chǎn)量將達５．４萬噸，產(chǎn)值３１億美元。信息材料是發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎，我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要集成電路材料、敏感元器件材料、光導纖維、磁、光記錄材料。我國大直徑硅片、大容量光纖、敏感材料等方面，需求大而產(chǎn)量低，部分依賴進口，成為我國發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”。
機遇挑戰(zhàn)并存
盡管新材料研究正在全世界如火如荼地展開，但是科學家面前的道路依舊是艱難而曲折的。以納米技術(shù)為例，未來的應用研究將主要集中在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等四大熱點領(lǐng)域，其中在芯片和癌癥診斷領(lǐng)域的應用可望在１０年內(nèi)出現(xiàn)劃時代的突破。在癌癥研究領(lǐng)域，利用納米技術(shù)制成的傳感器可望使各種癌癥的早期診斷成為現(xiàn)實。現(xiàn)在，科學家已經(jīng)在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)了對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥的早期診斷。納米傳感器靈敏度很高，在進行血液檢測時，當傳感器中預置的某種癌細胞抗體遇到相應的抗原時，傳感器中的電流會發(fā)生變化，通過這種電流變化可以判斷血液中癌細胞的種類和濃度。在半導體芯片領(lǐng)域，如何讓芯片體積更小、速度更快是科學界一直研究的課題。
目前用于芯片制造的光刻技術(shù)已經(jīng)接近于發(fā)展極限，要想把更多的晶體管集成到一塊芯片上已經(jīng)越來越難。美國納米技術(shù)專家們正在試圖把納米級的半導體材料做成晶體管，從而可以讓一塊芯片上容納更多的晶體管。這種芯片的運算速度可望比傳統(tǒng)的硅芯片提高上千倍。此外，納米技術(shù)在光學材料和生物分子追蹤兩個領(lǐng)域的應用也是研究熱門。在光學材料研究領(lǐng)域，科學家們試圖改變某些半導體材料的分子結(jié)構(gòu)，用來生產(chǎn)特定的光學器件。而在生物分子追蹤領(lǐng)域，科學家把某種納米顆粒“粘”在生物分子上，然后利用納米顆粒的發(fā)光特性研究生物分子的行蹤。這對研究艾滋病病毒等在人體內(nèi)的活動過程十分有益。
針對我國目前的情況，師昌緒院士就曾指出，我國的傳統(tǒng)材料一直是支柱產(chǎn)業(yè)的基礎，總產(chǎn)值大、產(chǎn)生污染多，并因消耗資源能源多而關(guān)系到國家的可持續(xù)發(fā)展。從目前情況看，傳統(tǒng)材料生產(chǎn)量大，而技術(shù)水平卻不高，有色金屬企業(yè)普遍規(guī)模小、技術(shù)落后、污染嚴重、效益差。塑料工業(yè)也存在競爭能力差、半數(shù)依賴進口的問題。因此必須進行合理組織，重視材料的回收與再利用，合理調(diào)整鋼、塑料、水泥、木材之間的比例，國防關(guān)鍵材料及高附加值材料的生產(chǎn)更須立足國內(nèi)。同時我國還必須大力開發(fā)新材料，重視制造技術(shù)，實現(xiàn)跨越發(fā)展。信息功能材料是時代信息化的物質(zhì)基礎，必須放在先進材料的優(yōu)先地位；滿足航空、航天及高速（高溫）動力機械不斷發(fā)展的需求，必須重視高性能結(jié)構(gòu)材料；太陽能、風能、生物能、地熱等能源材料，盡管其大發(fā)展還有待時日，但從現(xiàn)在開始就應開展研究與開發(fā)，近期內(nèi)應對煤、水力發(fā)電、核能加強研究；對醫(yī)用生物材料、智能材料與催化材料的開發(fā)與應用，以及材料的制造技術(shù)都應重點投入。
這一年，美國利用超高密度晶格和電路制作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm的鉑納米線；法國利用粉末冶金制成了具有完美彈塑性的純納米晶體銅；中國用微波等離子體輔助化學沉積法在鐵針尖端合成一種新納米結(jié)構(gòu)——管狀石墨錐；日本用單層碳納米管與有機熔鹽制成高度導電的聚合物納米管復合材料。
這一年，德國科學家巧妙地利用交流電介電泳技術(shù)，將金屬與半導體單壁碳納米管成功分離；法國科學家用超高真空掠入射小角Ｘ射線散射裝置，實現(xiàn)了對納米結(jié)構(gòu)生長過程中的形狀、尺寸、生長模式和排序的原位、實時監(jiān)測；中國科學家用高分子基體效應結(jié)合冷凍干燥技術(shù)實現(xiàn)了納米金屬簇的宏觀合成，為納米金屬簇催化劑的工業(yè)化應用提供了依據(jù)。
這一年，將具有一定特性的納米材料制作成有效實用的納米器件在生物醫(yī)學領(lǐng)域取得突破，科學家用特定的蛋白質(zhì)或化合物取代用硅納米線制成場效應晶體管的柵極用以診斷前列腺癌、直腸癌等疾病，成百倍地提高了診斷的靈敏度。
這一年，中國科學家在C60納米材料與納米結(jié)構(gòu)研究中獲得重要進展，通過將C60分子組裝在一單層分子膜的表面，利用掃描隧道顯微鏡首次獲得能夠分辨C－C雙鍵和單鍵的C60單分子圖像，英國《自然》雜志率先對此項成果進行了介紹。
正如中國科學院院士、中國工程院院士師昌緒所講的，回顧人類的歷史，石器、青銅、鋼鐵（工業(yè)革命）、硅（信息時代）等材料研究上的重大突破無疑是“人類進步的里程碑”。如今，隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，新材料實際上已經(jīng)成為了“高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的先導和基礎”，對人類社會的進步發(fā)揮著決定性作用。
世界百花齊放
材料不僅是當前世界新技術(shù)革命的三大支柱（材料、信息、能源）之一。而且又與信息技術(shù)、生物技術(shù)一起構(gòu)成了２１世紀世界最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ娜箢I(lǐng)域之一。因此，材料、特別是新材料，目前正受到了世界各國，尤其是先進國家的高度重視，得到了全球科學家的特別青睞。而納米材料和技術(shù)作為下一次工業(yè)革命的核心，成為各國技術(shù)發(fā)展的熱點。發(fā)達國家為搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地，紛紛制定出相關(guān)戰(zhàn)略計劃并投入巨資。
美國政府一直將材料科學和技術(shù)列為重要的研究領(lǐng)域，自２００１年以來，政府對納米研發(fā)的投入增加了８３％，２００４財政年度的研發(fā)預算近８．５億美元，比上一財年增加１０％。美國不斷加大執(zhí)行“國家納米計劃”的力度，并且制定了新的戰(zhàn)略目標：到２０１０年培養(yǎng)８０萬納米科技人才，確保美國在２１世紀占據(jù)納米領(lǐng)域的霸主地位。日本通產(chǎn)省從２００１年起實施為期７年的“納米材料工程”計劃，這個計劃每年的投資額為５０億日元，同時設立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新５年科技基本計劃的研究開發(fā)重點。日本近日成立了有２６８家大型企業(yè)參加的納米技術(shù)商務推進協(xié)會，促進納米技術(shù)研究成果盡早產(chǎn)業(yè)化。
德國自１９９４年起啟動了為期１０年的跨世紀國家級材料研究計劃，目標是通過產(chǎn)品創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，在新材料制備、加工和應用三個方面，確保德國的國際領(lǐng)先地位，并創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點。英國是世界上最早制定出“國家納米計劃”的國家，現(xiàn)有１０００家公司、３０所大學和７個研究機構(gòu)在積極開展納米技術(shù)應用方面的研究工作。法國政府近年來對納米技術(shù)的支持有增無減，尤其是從２００３年開始實施的國家納米科技投資計劃，計劃用３年的時間投入５０００萬歐元用于納米科學基礎研究；建立５個納米技術(shù)研究中心以及“國家微米和納米研究網(wǎng)絡”項目；促進納米技術(shù)研究成果向中小企業(yè)與新興企業(yè)轉(zhuǎn)化。歐盟也制定了相應的發(fā)展計劃，先進材料技術(shù)是其中的九大研究開發(fā)領(lǐng)域之一，其累計投資已超過６．７１億歐元，占整個計劃投資總額的４．４％。
中國迎頭趕上
如今，從宇宙探索、海洋開發(fā)，到國防建設、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；從航天航空、交通運輸，到衛(wèi)星通訊、地質(zhì)勘探；從環(huán)境保護、災情預報，到包括生命科學在內(nèi)的每一項現(xiàn)代科學研究；從生產(chǎn)過程檢測與控制，到人民群眾的日常生活等，幾乎都離不開新材料與新材料的應用技術(shù)。新材料已經(jīng)滲入了新技術(shù)革命的所有領(lǐng)域，涉及到國民經(jīng)濟的每個部門，進入了大眾生活的各個方面。
２０世紀８０年代以來，以信息、生物、新材料等高新技術(shù)為代表的新技術(shù)革命浪潮有力地沖擊著全球。高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)所具有的高增長性和對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的巨大滲透作用，使得各國政府均把它放在關(guān)系國家生存與發(fā)展的戰(zhàn)略地位加以扶持。正是在這樣的前提下，中國政府將新材料列為各重大科技開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化計劃重點支持的技術(shù)領(lǐng)域。
我國正在制訂的中長期科學技術(shù)規(guī)劃，要求具有全局性、長遠性和前瞻性，并密切結(jié)合經(jīng)濟社會發(fā)展、國家安全和可持續(xù)發(fā)展，在所設立的２０個戰(zhàn)略專題中，有制造業(yè)發(fā)展科技問題、國防科技問題、戰(zhàn)略高技術(shù)問題、基礎科學問題等七個專題與材料科技密切相關(guān)。僅這一點，足以使材料科技的重要性表現(xiàn)無遺。
近年來，很多行業(yè)在重大共性技術(shù)上都取得了突破，推動了行業(yè)的技術(shù)進步和效益的提高。在電子、光子材料方面，到２０１０年，我國所占世界的市場份額約為１０％，即我國光電子產(chǎn)品的年總產(chǎn)值將達到２０００億元人民幣。我國稀土資源非常豐富，稀土永磁材料的發(fā)展迅猛異常，全世界的年平均增長值為２３％，而我國則高達６０％。據(jù)預測，２０１０年我國的產(chǎn)量將達５．４萬噸，產(chǎn)值３１億美元。信息材料是發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎，我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要集成電路材料、敏感元器件材料、光導纖維、磁、光記錄材料。我國大直徑硅片、大容量光纖、敏感材料等方面，需求大而產(chǎn)量低，部分依賴進口，成為我國發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”。
機遇挑戰(zhàn)并存
盡管新材料研究正在全世界如火如荼地展開，但是科學家面前的道路依舊是艱難而曲折的。以納米技術(shù)為例，未來的應用研究將主要集中在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等四大熱點領(lǐng)域，其中在芯片和癌癥診斷領(lǐng)域的應用可望在１０年內(nèi)出現(xiàn)劃時代的突破。在癌癥研究領(lǐng)域，利用納米技術(shù)制成的傳感器可望使各種癌癥的早期診斷成為現(xiàn)實。現(xiàn)在，科學家已經(jīng)在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)了對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥的早期診斷。納米傳感器靈敏度很高，在進行血液檢測時，當傳感器中預置的某種癌細胞抗體遇到相應的抗原時，傳感器中的電流會發(fā)生變化，通過這種電流變化可以判斷血液中癌細胞的種類和濃度。在半導體芯片領(lǐng)域，如何讓芯片體積更小、速度更快是科學界一直研究的課題。
目前用于芯片制造的光刻技術(shù)已經(jīng)接近于發(fā)展極限，要想把更多的晶體管集成到一塊芯片上已經(jīng)越來越難。美國納米技術(shù)專家們正在試圖把納米級的半導體材料做成晶體管，從而可以讓一塊芯片上容納更多的晶體管。這種芯片的運算速度可望比傳統(tǒng)的硅芯片提高上千倍。此外，納米技術(shù)在光學材料和生物分子追蹤兩個領(lǐng)域的應用也是研究熱門。在光學材料研究領(lǐng)域，科學家們試圖改變某些半導體材料的分子結(jié)構(gòu)，用來生產(chǎn)特定的光學器件。而在生物分子追蹤領(lǐng)域，科學家把某種納米顆粒“粘”在生物分子上，然后利用納米顆粒的發(fā)光特性研究生物分子的行蹤。這對研究艾滋病病毒等在人體內(nèi)的活動過程十分有益。
針對我國目前的情況，師昌緒院士就曾指出，我國的傳統(tǒng)材料一直是支柱產(chǎn)業(yè)的基礎，總產(chǎn)值大、產(chǎn)生污染多，并因消耗資源能源多而關(guān)系到國家的可持續(xù)發(fā)展。從目前情況看，傳統(tǒng)材料生產(chǎn)量大，而技術(shù)水平卻不高，有色金屬企業(yè)普遍規(guī)模小、技術(shù)落后、污染嚴重、效益差。塑料工業(yè)也存在競爭能力差、半數(shù)依賴進口的問題。因此必須進行合理組織，重視材料的回收與再利用，合理調(diào)整鋼、塑料、水泥、木材之間的比例，國防關(guān)鍵材料及高附加值材料的生產(chǎn)更須立足國內(nèi)。同時我國還必須大力開發(fā)新材料，重視制造技術(shù)，實現(xiàn)跨越發(fā)展。信息功能材料是時代信息化的物質(zhì)基礎，必須放在先進材料的優(yōu)先地位；滿足航空、航天及高速（高溫）動力機械不斷發(fā)展的需求，必須重視高性能結(jié)構(gòu)材料；太陽能、風能、生物能、地熱等能源材料，盡管其大發(fā)展還有待時日，但從現(xiàn)在開始就應開展研究與開發(fā)，近期內(nèi)應對煤、水力發(fā)電、核能加強研究；對醫(yī)用生物材料、智能材料與催化材料的開發(fā)與應用，以及材料的制造技術(shù)都應重點投入。
