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未来10年中国学科发展战略·材料科学

未来10年中国学科发展战略·材料科学

第一章材料科学的战略地位? ?随着材料科学的发展,新材料产业已经成为当代国民经济中重要而且快速发展的高新技术产业,对国民经济、国防及其他高新技术产业的发展起着重要支撑作用。从“八五”计划开始,国家自然科学基金委员会、科学技术部“ 973 ”计划及“ 863 ”计划、高校“ 985 ”科技创新平台建设、中国科学院知识创新工程等都对材料科学研究给予了大量支持,强化了我国材料科学的发展基础,显著提升了我国材料科学的研发能力。反过来,这些基础研究揭示的基本规律成为推动材料科学发展的“指南针” ,而推进这些基本规律和新效应走向应用又要求材料科学发展相关制备与使用技术。
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战略研究组

组长卢柯院士中国科学院金属研究所

副组长王占国院士中国科学院半导体研究所

曹镛院士华南理工大学

成员朱静院士清华大学

梅良模教授山东大学

张国定教授上海交通大学

祝世宁院士南京大学

孙祖庆教授北京科技大学

李龙土院士清华大学

王继扬教授山东大学

罗宏杰研究员中国科学院上海硅酸盐研究所

殷敬华研究员中国科学院长春应用化学研究所

江明院士复旦大学

许家瑞教授中山大学

田禾教授华东理工大学

秘 书 组

组长刘俊明教授南京大学

副组长车成卫研究员国家自然科学基金委员会

傅敏处长中国科学院院士工作局

成员刘庆教授重庆大学

徐坚研究员中国科学院金属研究所

周济教授清华大学

刘益春教授东北师范大学

刘宏教授山东大学

杨万泰教授北京化工大学

陈学思研究员中国科学院长春应用化学研究所

徐坚研究员中国科学院化学所

马劲副研究员国家自然科学基金委员会工程与材料

科学部

陈克新教授国家自然科学基金委员会工程与材料

科学部

苗鸿雁教授国家自然科学基金委员会工程与材料

科学部

2011~2020年中国学科发展战略研究 材料科学”是国家自然科学基金委员会与中国科学院部署的19个学科发展规划战略研究的内容之一。
  材料是人类文明的物质基础和先导。材料科学与工程是关于材料成分、制备与加工、组织结构与性能,以及材料使用性能诸要素和它们之间相互关系的科学,是一门多学科交叉的综合性学科。它既是以探索材料科学技术自身规律为目标的基础学科,又是与工程技术密切相关的应用学科,学科内涵丰富。近年来,随着人类社会和科学技术日新月异的发展变化,我国社会主义建设事业蓬勃发展,在社会与经济对材料巨大需求的牵引和学科交叉的不断促进下,材料学科呈现活跃的态势,主要表现在以下几个方面。
  一是能源动力、交通运输、资源环境、电子信息、农业和建筑、航空航天、国防军工以及国家重大工程等领域对材料需求越来越迫切,对材料数量、种类、质量和可靠性的需求持续增加。
  二是与物理学、化学学、生物学、计算机科学等学科的交叉与融合使材料的研究内涵不断扩展。计算机辅助设计成为新材料设计与制造的重要手段;材料与生物医学的交叉促进了生物医用材料的快速发展,其已成为材料科学中的一个重要分支和研究最活跃的领域之一。
  三是随着环境、资源等问题日益突出,材料在其整个寿命周期中对资源和环境造成的影响越来越受到重视,在材料产品的设计和生产中考虑材料的全寿命成本并研究应用相应的控制技术,既要使材料易于制造和加工、具有更好的性能,又要减少其对资源和能源的依赖。减少对环境的污染和破坏成为材料发展必须面对的一个重要问题。
  在这一形势下,材料科学的发展如何应对和满足各领域的需求,未来材料科学的发展趋势如何,会有哪些重要突破,材料科学的研究内涵会有怎样的拓展和变化,都需要我们深入地研究和清醒地认识。
  2009年5月,根据国家自然科学基金委员会“2011~2020年中国学科发展战略研究”工作统一部署,成立了以卢柯院士为组长、王占国院士和曹镛院士为副组长,包括国内材料研究领域各方向专家的15人专家组和以刘俊明教授为秘书长、傅敏处长和车成卫研究员为副秘书长,包括管理专家在内的14人秘书组开展材料学科发展战略研究。根据国家需求和材料学科发展态势,研究工作组讨论形成战略研究报告基本框架,分为国家需求的关键材料和材料学科的关键科学问题两类,共7个部分,从32个方向进行专题调研和研究,包括结构材料、功能材料、新材料新工艺新方法探索、材料设计与计算模拟、材料制备与加工、材料结构与相变、材料结构性能关系和使役行为。2009年9月,在专题研究基础上通过集中研究,形成了战略研究报告第一稿,并于2009年11月提交中国科学院技术科学部进行评议,在2010年6月的院士会议期间还征询了中国科学院技术科学部材料领域院士的修改建议。在此基础上,秘书组于2010年11月召开修订会,形成战略研究报告并提交中国科学院进一步征求院士意见。2011年3月,秘书组进行了最后一次修订形成此稿。
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  在战略研究和撰写报告期间,得到了许多同行专家和国家自然科学基金委员会领导及中国科学院领导的指导、支持和帮助,在此一并表示诚挚的感谢。
由于材料科学与工程涉及的分支领域众多,战略研究组水平和时间有限,所以,本报告尚有许多不完善、不准确之处,恳请专家和读者批评指正。由于文中引用了部分非公开出版物,文中的引用部分没有与文献一一对应,特此说明。
未来10年中国学科发展战略 材料科学
前言
卢柯
材料科学学科发展战略研究组组长
2011年12月1日

总序(路甬祥 陈宜瑜)
前言
摘要
Abstract
第一章 材料科学的战略地位
第一节 总体态势与国际竞争地位
第二节 对推动其他学科和相关技术发展所起的作用
第三节 在国家总体学科发展布局中的地位
第四节 对实施《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》
第五节 满足国民经济社会发展与国防安全的需要
一、当前十大产业振兴规划的基础和核心
二、国防工业和航空航天事业发展的关键
三、提高人民生活质量的要素之一
第二章 材料科学的发展规律与发展态势
第一节 学科的定义与内涵
第二节 学科的发展规律与基本特征
一、多学科交叉,其发展依赖于物理学、化学等学科的发展
二、工业发展整体水平的提高牵引学科发展,反过来学科的发展推动产业升级
三、学科发展得益于科学仪器装备、检测技术和制备技术的发展
第三节 国际上材料科学的发展状况与趋势
一、注重多学科的交叉与综合
二、发展材料合成、制备与表征科学技术
三、多层次、跨尺度的多级耦合发展
四、全寿命成本约束
五、结构功能一体化
第三章 材料科学的发展现状
第一节 我国材料科学在国际上的地位
一、学术论文情况
二、专利申请与授权情况
三、科技计划及投入的情况
第二节 学科发展现状
第三节 人才队伍与平台建设情况
第四章 材料科学的学科发展布局
第一节 总体发展战略布局
第二节 结构材料
一、钢铁材料
二、轻质金属材料
三、高温合金与金属间化合物
四、传统无机材料
五、结构陶瓷及特种涂层
六、通用高分子材料
七、高性能高分子材料
八、复合材料
第三节 功能材料
一、能源材料
二、生物医用材料
三、信息、显示材料与器件
四、生态环境材料
五、其他功能材料
第四节 新材料、新工艺、新方法探索
一、基于新概念、新原理、新效应的材料及制备加工
二、材料测试和表征的新方法及其原理
第五节 材料设计与计算模拟
一、国内外研究和发展现状
二、发展趋势和科学问题
三、优先支持的研究方向
第六节 材料制备与加工
一、金属材料的制备与加工
二、无机非金属材料的制备与加工
三、高分子材料的制备与加工
四、材料结构与相变
第七节 材料结构—性能关系和使役行为
一、力学性能
二、物理性能
三、化学性能
四、使役行为
第五章 材料科学中的优先发展领域与重大交叉研究领域
第一节 耐极端苛刻服役条件的材料
一、研究背景与意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第二节 高能量转换效率与存储材料
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第三节 高效催化材料
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第四节 高效水处理材料
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第五节 可降解材料
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第六节 新型光电子材料
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第七节 高密度存储材料
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第八节 生物医用材料的表面/界面与生物相容性
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第九节 高强高塑高韧耐蚀低成本钢铁
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第十节 长寿命绿色化建筑材料
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第十一节 通用高分子材料的高性能化与功能化
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第十二节 材料多层次多尺度复合
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第十三节 材料综合力学与理化性能提升
一、材料力学性能的提升
二、材料物理性能的提升
三、材料化学性能的提升
第十四节 新结构、新性能材料探索
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第十五节 材料的基础/经典共性问题研究
一、高分子材料的多层次结构与性能控制
二、材料的极性与极性材料
三、多相体系的相变原理
四、材料烧结过程的研究
五、有机半导体材料的传输机制
六、材料的剪切带形成与剪切断裂机制
七、缺陷控制与掺杂效应
第十六节 基于大科学装置的材料结构表征和性能测试
一、研究背景和意义
二、关键科学问题
三、发展目标及重要研究方向
第六章 材料科学的国际合作与交流
第一节 国际合作需求和优先领域
一、材料设计及计算材料学
二、利用大型先进仪器装置和设备开展基础性实验研究
三、传统与基础材料的先进制备、处理与改进技术
四、先进材料的制备技术与设备
五、材料的器件化技术与设备
六、新材料研究探索
第二节 政策需求和措施
一、研究项目交流与人才交流相结合
二、导向性合作与科学家自由交流相结合
三、加强国内与国际团队间的学术交流
四、政策措施
第七章 保障措施与建议
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