国家重点基础研究发展规划
材料领域战略研讨报告
?国民经济对材料领域基础研究的重大需求
?材料科学基础研究国外发展趋势
?材料科学研究领域国内现状, 优势及特色
?国家相关科技计划中对材料领域的部署情况
?材料科学领域到 2010年的发展目标与战略重点
材料是一个大系统, 渗透在全
部制造技术之中, 是相互联系和相
互影响的循环周期 (如图所示 )。 材
料科学与工程领域是综合了物理,
化学, 数学, 生物等基础科学和冶
金, 机械, 化工, 电工等工程技术
而形成的一门多学科交叉的综台性
科学与技术 。
图, 材料的全循环周期和对国家经济和社会发展的作用
1.1 基础产业及支柱产业的发展对材料的需求
1.国民经济和社会发展对该领域基础研究的重大需求
1.2 高新技术产业的发展对材料基础研究的需求
1.3 提高人民生活环境质量对材料基础研究的需求
1.4 材料科学自身发展的巨大需求
2.材料科学基础研究国外发展趋势
?材料的复合化与集成化：集成度提
高，产品小型化，精巧化，功能复
合化，高功率化；材料的复合化具
有综合性能好的特点。
?材料科学向定量化与材料设计方向
发展：以多层次规律的认识为基础，
建立微观结构参量与宏观性能的定
量解析关系，建立物理数学模型进
行数值模拟仿真，建立数据库专家
系统，发展虚拟制造加工体系。
?材料的合成制备受到重视：完善成
熟可控制备工艺，使先进材料组织
性能稳定可靠，成品率高，可重复
性好，成本下降。
?在传统结构材料的改性上已开始向
少添加元素、通过制备工艺控制组
织，达到高性能的方向发展，既实
现了性能的升级、材料的换代，又
有利于材料生产的环境协调与循环
再生，体现了材料产业的可持续发
展趋势。
?学科交叉日趋明显：结构材料领域，
材料学与力学交叉；功能材料领域，
材料学与物理及化学交叉：生物材料
领域，材料学与生物医学交叉等。在
学科交叉中，材料学科自身的发展与
其它高技术领域的发展相互促进。
3.材料研究领域国内现状
?我国新材料研究与发展多从跟踪模仿起
步，拥有知识产权与创新的理论和技术
不多，而且在基础研究与技术推广上尚
不通畅；
? 我国的材料研究和整体发展水平与工业发达
国家相比存在相当大的差距，难以适应下世
纪国民经济和社会发展的需要，难以适应经
济转型和迎接知识经济时代的到来。
? 对传统材料的升级改造重视不够，以规模扩
大型发展为主，高性能材料品种依赖进口。
4.国家相关科技计划中对材料领域的部署情况
国家自然科学基金
国家攀登计划
国家前沿高技术领域
5.材料科学领域到 2010年的发展目标与战略重点
?传统材料改造升级涉及的重大基础问题
?发展高新技术产业的材料科学研究
?提高人民生活质量的材料科学基础研究
?材料科学自身发展的科学基础
1） 提供钢的高洁净度基础理论, 微米亚微
米组织的形成理论, 非平衡状态的物理金属
学问题, 高洁净度钢的微合金化基础理论等
四个理论基础 。 建立合计设计方法和理论,
加工技术, 分析测试技术, 服役性能等相关
技术的基础理论 。
?传统材料改造升级涉及的重大基础问题
本方向的发展目标和战略重点：
2） 为发展高效, 低耗, 环境友好的非铁金
属提取冶金新技术和高性能非铁金属材料制
备, 加工, 成形新技术奠定理论基础 。 这些
技术包括：符合我国资源特点的非铁金属提
取过程强化技术；短流程, 近终形制备成形
技术；台金成分与结构优化设计技术；固态
转变组织精确控制技术 。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
3） 建立具有自主知识产权的高性能水泥体
系，并为实现下述指标提供理论基础：水泥
综合性能提高 30％一 50％，水泥熟料用量减
少 20％一 50％，水泥主产能耗降低 25％，环
境负荷减轻 30％一 50％。重点发展以硅酸二
钙为主导矿物的低钙水泥熟料矿物系列、多
组分复合的低钙复合水泥系列。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
4） 为研究高可靠性的高性能高温结构材
料和具有多功能、集成化、微型化、高效
能、低功耗的功能陶瓷奠定理论基础。重
点是研究可以在 1400℃ 以上在大气中长期
使用的高温结构能陶瓷、高效能换能陶瓷、
弛豫型铁电体陶瓷、高品质因素和低介质
损耗的微波介质材料、纳米复合功能陶瓷
及其薄膜材料等功能陶瓷相关的基础问题。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
5） 合成高分子的原料主要来自石油和天然
气，而石油和天然气是我国的主要能源且资
源有限，因此，高分子材料的研究重点是开
展新一代高分子材料的制备、加工、结构、
性能的相关基础研究，包括：大品种的技术
革新；高分子合金及复合材料制备新技术；
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
6） 研究无机／金属、无机／有机以及有机／
金属多相复合材料的复合效应，建立复合材料
制备的科学基础及表征评价技术。研究重点向
复合材料的功能化、智能化发展，充分研究其
界面、结构形式和提高其可靠性的途径。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
本方向所涉及重大科学问题：
? 新型钢铁材料的科学基础 (启动项目 )
? 提高非铁金属材料质量的科学基础
? 高性能水泥材料化学与物理
? 先进陶瓷材料的科学问题
? 先进高分子材料合成与结构控制
? 复合材料的复合效应与制备的科学基础
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
?发展高新技术产业的材料科学研究
本方向的发展目标和战略重点：
1） 研究新型稀土材料的机理、体系和制备
条件，为国家的重大稀土应用决策提供权威
性依据，也为我国稀土资源的优化利用奠定
基础。
2） 根据我国的经济实力和需求，结合国际
的发展趋势和国内的现状，以光电信息材料
为主，兼顾微电子材料，并密切注意光子和
磁电子材料发展，以有良好基础和特色的材
料体系为重点，以材料设计和制备为基础，
以相应器件和应用为背景，建立相关理论和
技术体系，重点突破若干材料，重视自主知
识产权，为发展相关元器件与实现产业优奠
定科学基础。
发展高新技术产业的材料科学研究
3） 发展直到原子尺度上材料特征化的手段，
改进和创造氧化物超导材料的制备和处理的
工艺技术，发展和探索强关联电于系统和复
杂氧化物材料的基本物理概念和图象。这些
努力又为改进和优化高温超导的实用化线
(带 )材、块材、薄膜、电子器件提供科学基
础和方案。
发展高新技术产业的材料科学研究
4） 开展信息产业和新型能源技术需要的关
键纳米功能材料和相关技术的研究以及纳米
结构材料 (纳米金属和纳米陶瓷材料 )和在传
统工程材料的改性上的应用研究。
发展高新技术产业的材料科学研究
5） 材料智能化方面战略重点主要有：飞行
器机翼的疲劳断裂监测及形状自适应控制，
控制的智能蒙皮；建筑材料振动的主动控制
及风灾和地震时的自适应控制；在用系统性
能评估和残留寿命预测：生物医用材料及生
物工程涉及的材料的智能化。
发展高新技术产业的材料科学研究
本方向涉及的重大科学问题：
? 稀土功能材料的科学基础 (启动项目 )
? 信息功能材料的科学基础
? 高温超导的重大科学问题
? 材料智能化的重大科学问题
? 纳米结构与纳米材料的重大科学问题
发展高新技术产业的材料科学研究
?提高人民生活质量的材料科学基础研究
与人民生活质量提高密切相关的材料主要
包括生物医用材料, 生态环境材料等 。 其科
学基础研究应发展和建立完整的科学理论,
形成和健全我国自己的生物医用材料, 生态
环境材料的研究体系, 并为其产业化的建立,
萌生国民经济新的增长点, 提高人民的生活
质量, 减少环境污染带来的严重危害, 促进
人口, 资源, 环境的协调发展产生直接的效
应, 以实现我国社会, 经济的可持续发展 。
?材料科学自身发展的科学基础
本方向的发展目标和战略重点：
1） 在充分研究先进制备, 加工成型技
术的化学物理原理的基础上, 利用新的
物理效应和化学反应原理, 创新出 1-2
种新的更先进的材料制备工艺技术, 或
后处理, 加工成型新原理和新技术 。
2） 通过对材料在服役环境下行为的检
测，研究多因素对材料损伤、失效的交
互作用规律和演化过程，发展出可靠性、
寿命评价的技术方法和延缓、控制损伤
和失效的新科学、新技术。
材料科学自身发展的科学基础
3） 收集和设立材料组分、制备、加工、
性能和服役行为等综合数据库，在此基
础上建立起有效的数理模型，进一步发
展相互作用势和备结构层次的计算方法，
将材料的设计、后处理、加工成型以及
服役行为的研究从半经验估计逐步推进
到定量预测和控制的新阶段。
材料科学自身发展的科学基础
其重大的料学问题为：
材料科学自身发展的科学基础
?先进材料制备与加工成型技术的科学基础
?材料的环境服役行为与失效机理
?材料的计算设计和模拟仿真
材料领域战略研讨报告
?国民经济对材料领域基础研究的重大需求
?材料科学基础研究国外发展趋势
?材料科学研究领域国内现状, 优势及特色
?国家相关科技计划中对材料领域的部署情况
?材料科学领域到 2010年的发展目标与战略重点
材料是一个大系统, 渗透在全
部制造技术之中, 是相互联系和相
互影响的循环周期 (如图所示 )。 材
料科学与工程领域是综合了物理,
化学, 数学, 生物等基础科学和冶
金, 机械, 化工, 电工等工程技术
而形成的一门多学科交叉的综台性
科学与技术 。
图, 材料的全循环周期和对国家经济和社会发展的作用
1.1 基础产业及支柱产业的发展对材料的需求
1.国民经济和社会发展对该领域基础研究的重大需求
1.2 高新技术产业的发展对材料基础研究的需求
1.3 提高人民生活环境质量对材料基础研究的需求
1.4 材料科学自身发展的巨大需求
2.材料科学基础研究国外发展趋势
?材料的复合化与集成化：集成度提
高，产品小型化，精巧化，功能复
合化，高功率化；材料的复合化具
有综合性能好的特点。
?材料科学向定量化与材料设计方向
发展：以多层次规律的认识为基础，
建立微观结构参量与宏观性能的定
量解析关系，建立物理数学模型进
行数值模拟仿真，建立数据库专家
系统，发展虚拟制造加工体系。
?材料的合成制备受到重视：完善成
熟可控制备工艺，使先进材料组织
性能稳定可靠，成品率高，可重复
性好，成本下降。
?在传统结构材料的改性上已开始向
少添加元素、通过制备工艺控制组
织，达到高性能的方向发展，既实
现了性能的升级、材料的换代，又
有利于材料生产的环境协调与循环
再生，体现了材料产业的可持续发
展趋势。
?学科交叉日趋明显：结构材料领域，
材料学与力学交叉；功能材料领域，
材料学与物理及化学交叉：生物材料
领域，材料学与生物医学交叉等。在
学科交叉中，材料学科自身的发展与
其它高技术领域的发展相互促进。
3.材料研究领域国内现状
?我国新材料研究与发展多从跟踪模仿起
步，拥有知识产权与创新的理论和技术
不多，而且在基础研究与技术推广上尚
不通畅；
? 我国的材料研究和整体发展水平与工业发达
国家相比存在相当大的差距，难以适应下世
纪国民经济和社会发展的需要，难以适应经
济转型和迎接知识经济时代的到来。
? 对传统材料的升级改造重视不够，以规模扩
大型发展为主，高性能材料品种依赖进口。
4.国家相关科技计划中对材料领域的部署情况
国家自然科学基金
国家攀登计划
国家前沿高技术领域
5.材料科学领域到 2010年的发展目标与战略重点
?传统材料改造升级涉及的重大基础问题
?发展高新技术产业的材料科学研究
?提高人民生活质量的材料科学基础研究
?材料科学自身发展的科学基础
1） 提供钢的高洁净度基础理论, 微米亚微
米组织的形成理论, 非平衡状态的物理金属
学问题, 高洁净度钢的微合金化基础理论等
四个理论基础 。 建立合计设计方法和理论,
加工技术, 分析测试技术, 服役性能等相关
技术的基础理论 。
?传统材料改造升级涉及的重大基础问题
本方向的发展目标和战略重点：
2） 为发展高效, 低耗, 环境友好的非铁金
属提取冶金新技术和高性能非铁金属材料制
备, 加工, 成形新技术奠定理论基础 。 这些
技术包括：符合我国资源特点的非铁金属提
取过程强化技术；短流程, 近终形制备成形
技术；台金成分与结构优化设计技术；固态
转变组织精确控制技术 。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
3） 建立具有自主知识产权的高性能水泥体
系，并为实现下述指标提供理论基础：水泥
综合性能提高 30％一 50％，水泥熟料用量减
少 20％一 50％，水泥主产能耗降低 25％，环
境负荷减轻 30％一 50％。重点发展以硅酸二
钙为主导矿物的低钙水泥熟料矿物系列、多
组分复合的低钙复合水泥系列。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
4） 为研究高可靠性的高性能高温结构材
料和具有多功能、集成化、微型化、高效
能、低功耗的功能陶瓷奠定理论基础。重
点是研究可以在 1400℃ 以上在大气中长期
使用的高温结构能陶瓷、高效能换能陶瓷、
弛豫型铁电体陶瓷、高品质因素和低介质
损耗的微波介质材料、纳米复合功能陶瓷
及其薄膜材料等功能陶瓷相关的基础问题。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
5） 合成高分子的原料主要来自石油和天然
气，而石油和天然气是我国的主要能源且资
源有限，因此，高分子材料的研究重点是开
展新一代高分子材料的制备、加工、结构、
性能的相关基础研究，包括：大品种的技术
革新；高分子合金及复合材料制备新技术；
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
6） 研究无机／金属、无机／有机以及有机／
金属多相复合材料的复合效应，建立复合材料
制备的科学基础及表征评价技术。研究重点向
复合材料的功能化、智能化发展，充分研究其
界面、结构形式和提高其可靠性的途径。
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
本方向所涉及重大科学问题：
? 新型钢铁材料的科学基础 (启动项目 )
? 提高非铁金属材料质量的科学基础
? 高性能水泥材料化学与物理
? 先进陶瓷材料的科学问题
? 先进高分子材料合成与结构控制
? 复合材料的复合效应与制备的科学基础
传统材料改造升级涉及的重大基础问题
?发展高新技术产业的材料科学研究
本方向的发展目标和战略重点：
1） 研究新型稀土材料的机理、体系和制备
条件，为国家的重大稀土应用决策提供权威
性依据，也为我国稀土资源的优化利用奠定
基础。
2） 根据我国的经济实力和需求，结合国际
的发展趋势和国内的现状，以光电信息材料
为主，兼顾微电子材料，并密切注意光子和
磁电子材料发展，以有良好基础和特色的材
料体系为重点，以材料设计和制备为基础，
以相应器件和应用为背景，建立相关理论和
技术体系，重点突破若干材料，重视自主知
识产权，为发展相关元器件与实现产业优奠
定科学基础。
发展高新技术产业的材料科学研究
3） 发展直到原子尺度上材料特征化的手段，
改进和创造氧化物超导材料的制备和处理的
工艺技术，发展和探索强关联电于系统和复
杂氧化物材料的基本物理概念和图象。这些
努力又为改进和优化高温超导的实用化线
(带 )材、块材、薄膜、电子器件提供科学基
础和方案。
发展高新技术产业的材料科学研究
4） 开展信息产业和新型能源技术需要的关
键纳米功能材料和相关技术的研究以及纳米
结构材料 (纳米金属和纳米陶瓷材料 )和在传
统工程材料的改性上的应用研究。
发展高新技术产业的材料科学研究
5） 材料智能化方面战略重点主要有：飞行
器机翼的疲劳断裂监测及形状自适应控制，
控制的智能蒙皮；建筑材料振动的主动控制
及风灾和地震时的自适应控制；在用系统性
能评估和残留寿命预测：生物医用材料及生
物工程涉及的材料的智能化。
发展高新技术产业的材料科学研究
本方向涉及的重大科学问题：
? 稀土功能材料的科学基础 (启动项目 )
? 信息功能材料的科学基础
? 高温超导的重大科学问题
? 材料智能化的重大科学问题
? 纳米结构与纳米材料的重大科学问题
发展高新技术产业的材料科学研究
?提高人民生活质量的材料科学基础研究
与人民生活质量提高密切相关的材料主要
包括生物医用材料, 生态环境材料等 。 其科
学基础研究应发展和建立完整的科学理论,
形成和健全我国自己的生物医用材料, 生态
环境材料的研究体系, 并为其产业化的建立,
萌生国民经济新的增长点, 提高人民的生活
质量, 减少环境污染带来的严重危害, 促进
人口, 资源, 环境的协调发展产生直接的效
应, 以实现我国社会, 经济的可持续发展 。
?材料科学自身发展的科学基础
本方向的发展目标和战略重点：
1） 在充分研究先进制备, 加工成型技
术的化学物理原理的基础上, 利用新的
物理效应和化学反应原理, 创新出 1-2
种新的更先进的材料制备工艺技术, 或
后处理, 加工成型新原理和新技术 。
2） 通过对材料在服役环境下行为的检
测，研究多因素对材料损伤、失效的交
互作用规律和演化过程，发展出可靠性、
寿命评价的技术方法和延缓、控制损伤
和失效的新科学、新技术。
材料科学自身发展的科学基础
3） 收集和设立材料组分、制备、加工、
性能和服役行为等综合数据库，在此基
础上建立起有效的数理模型，进一步发
展相互作用势和备结构层次的计算方法，
将材料的设计、后处理、加工成型以及
服役行为的研究从半经验估计逐步推进
到定量预测和控制的新阶段。
材料科学自身发展的科学基础
其重大的料学问题为：
材料科学自身发展的科学基础
?先进材料制备与加工成型技术的科学基础
?材料的环境服役行为与失效机理
?材料的计算设计和模拟仿真
