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—．新型材料当代新技术革命的先锋
新型材料,通常是指对现代化科学技术进步和国民经济发展以及提高综合国力有重大推动作用的最新发展或正在发展的材料。这些材料和传统材料相比具有优异的性能和特定的功能,是发展信息、航天、生物、能源以及海洋开发等高技术的重要物质基础。事实表明:历史上每一次重大的新技术的发现和某种新产品的研制成功,都往往有赖于新型材料的发现和应用。没有新型材料的开发应用,便谈不上新的技术产品和产业进步。新型材料无愧为当代新技术革命的先锋。因此,新型材料又被誉为“发明之母”。从这个意义上说,没有材料科学的发展,就不会有高新技术产品的出现,也就失去了人类社会进步的物质基础。
新型材料是当代社会经济的先导,是现代工业和现代农业发展的基础。现代工业不仅是直接生产各种材料,而且也是需要各种材料最多的领域,可以形象地把材料比做现代工业的骨肉。比如原子能工业、电子工业、海洋开发产业的发展,对材料提出了更新、更高的要求——原子能工业需要耐辐射和耐腐蚀材料；电子工业需要超纯、特薄、特细、特均匀的电子材料；海洋开发需要耐腐蚀和耐高压的材料……。倘若没有符合要求的高质量的材料作基础,便无现代工业可言。工业是如此,农业也是这样。农业的电气化、机械化、化学化、水利化、工厂化等,都离不开材料的支持。
新型材料是国防现代化的保证,国防现代化的关键是武器装备现代化。无论是常规武器还是核武器,都需要性能优异的新型材料。世界各国都把新型材料作为国防高技术发展的物质基础和突破口,谁能更快地开发和应用具有特定性能的新材料,谁就拥有更强大的技术潜力。反之,任何一种新的武器装备系统,离开新型材料的支撑都将无法研制出来。这一点,在1991年的海湾战争中明显地表现出来。人们从滚滚烟尘中的隐身飞机、反辐射导弹、精确制导武器、复合装甲坦克等性能优异的高技术武器装备,不难看出正是那些日新月异的结构材料、不断发展的高温材料、一物多用的复合材料、巧妙神奇的功能材料等构成了这一“现代高技术武器试验场”,也可以说是一次“最新军用材料展览会和竞赛表演”。
新型材料是科技进步的关键,现代技术特别是高技术的每一项新进展,都和新型材料开发应用有着密切的联系。没有高纯度的半导体材料,就不会有微电子技术；没有耐数千度高温的内烧蚀材料和涂层材料,人类邀游太空的梦想就无法成为现实；没有低损耗的光导纤维,便不会出现光通信技术……。相反,由于某些新材料不过关,有许多新技术的研究功亏一蒉,难以实现。如太阳能的利用问题,因目前还没有能够找到一种价格低、寿命长、光电转换效率很高的材料把光能转变为电能,所以只能“望阳兴叹”,任凭这宝贵的能源白白浪费掉。诸如此类的例子,不胜枚举。
材料科学的发展不仅是科技进步、社会发展的物质基础,同时也改变着人类社会的思维方式和实践方式,推动社会进步。如金属复杂氧化物陶瓷超导体的发现,改变了人们对导电物质的传统认识,进而开发出系列超导体系,带来科技史上的革命；超微颗粒材料的奇异特性,使人们可以研制出不同性质的功能材料。各种新型特殊材料的发现,使得当今科学和技术的发展,正在向包括超高压、超高温、超低温、超高速、超真空、超净、超纯、超导、超细微、超大规模等在内的自然界的各种“极限”逼近。极限化往往带来一系列在非极限条件下所没有的新效应,出现传统科学原理不再适应的新领域,使人类认识自然、改造自然的活动上升到一个新的水准。人们针对材料环境与性能的改变,通过各种不同外界条件下材料特性与材料结构的相互联系,以运动变化的观点认识新材料、研究新材料、开发新材料,也正是这种辩证逻辑的思维形式使人类在发展材料科学新概念、新构思、新方法的进程中永无止境。产生的新效应反过来又进一步改进人类的这种思维与实践活动,推动科技进步和社会发展。
材料科技水平,新型材料的发展,与一个国家的经济活力、军事实力和科技能力都有着十分密切的关系。因此,各发达国家都把新材料的研究与开发放在突出的地位,竞相制订发展规划,采取各种措施,力争抢占新材料技术“制高点”,以推动本国在各个高技术领域持续稳定地发展。在这方面,日本一马当先,把发展新材料作为“技术立国”的基础,并把新型材料的发展放在与微电子技术同等重要的地位,日本政府已经把新材料看做是走向未来的关键技术。美国政府则把新材料研究的重点放在军事高技术领域,政府各有关部门纷纷制定发展规划和研究课题。为了在军事工业中占优势,并保持在高技术中的领先地位,新型材料的研究与开发已进人“白热化”的程度。在其《国家关键技术》报告中,美国政府列举了六大关键技术领域共22项关键技术项目,而新材料技术位居六大关键技术之首。西欧各国意识到新材料开发的重要性,在“尤里卡”计划中,新材料也包括在内。德、法等国都有政府部门制定的“材料科研10年规划”, “新材料开发计划”等，耗资巨大。其他各国也都开始对新材料予以充分注意,争相在材料高技术领域中占有一席之地,保持和争夺国家工业和军事优势。
在新型材料研究、开发与应用方面,我国也取得了难能可贵的成绩。为了适应国民经济建设、国防建设和高新技术发展对新型材料的日益增长的需要,我国的《高技术研究发展计划》(“863”计划)中,把新材料领域列为七个重点研究发展领域之一,为国家高技术各相关领域提供关键新材料并促进我国材料科技的发展。在国家计委新近制订的《未来十年中国经济发展关键技术》中,材料也被列为十大领域的关键技术之一。除中长期高技术计划外,我国新材料的研究发展工作还有国家攻关计划、攀登计划、火炬计划、星火计划等。在人工晶体、储能材料、精密陶瓷、金属间化合物、金刚石薄膜、航天防热系统材料等方面取得了具有国际水平的成就,一批科研成果进入中试和试用阶段,部分新材料已形成产业,产生了较大的经济效益和社会效益,为我国成为世界经济强国创造了条件。
二．新型材料的特点
1．新型材料是根据社会的需要，在人们已经掌握了物质结构及其变化规律的基础上，进行设计、研究、试验、合成生产出来的合成材料。新型材料具有特殊的性能，能满足尖端技术和设备制造的需要。例如，能在接近极限条件下使用的超高温、超高压、极低压、耐腐蚀、耐摩擦等材料。
2．新型材料的研制是多学科综合研究的成果。它要求以先进的科学技术为基础，往往涉及到物理、化学、冶金等多个学科。如果没有各种学科最新研究成果的支持，新型材料的设计和研制是不可能的。
3．新型材料从设计到生产需要专门的、复杂的设备和技术，它自身形成了一个独特的领域，称为新材料技术。新材料技术在高新技术领域中占有独特的地位，成为实现高技术的物质基础。
三．对新型材料的要求
1．结构与功能相结合：要求材料不仅能起到结构上的作用，而且具有多功能。
2．智能型：要求材料本身具有感知、自我调节和反馈的能力，即具有敏感和驱动的双重功能，就如同模仿生命体系的作用一样。
3．少污染：为了人类的健康，要求材料的制作和废弃的过程中尽可能少地对环境污染。
4．可再生：一方面是保护和充分利用自然资源，另一方面不为地球积存太多的废料。
5．节约能源：要求制作时能耗少，利于节能，能利用或开辟新的能源。
6．长寿命：要求材料能少维修或不维修，经济上廉价物美。
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