(1.3)-材料科學(xué)研究對國家重大需求的影響

報告內(nèi)容一、材料科學(xué)的地位與作用二、材料科學(xué)研究的要求、方法和問題三、材料科學(xué)研究與國家重大需求★

總論：21世紀(jì)是“知識經(jīng)濟(jì)”，或稱“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”的時代，世界各國的實力競爭變成了科技實力的競爭。這各說法已經(jīng)不是從某種意義上說，而是根本性的結(jié)論。一、材料科學(xué)的地位與作用★美國：決意保持世界領(lǐng)先；提出

?塑造21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)?；

?教育改革十點計劃?。重點在于：信息技術(shù)；生物技術(shù)；納米技術(shù)★歐洲：創(chuàng)造知識化社會，提高總體競爭力；提出?2000年議程??創(chuàng)造明天?------歐洲第五個研究開發(fā)總體規(guī)劃。同樣將信息技術(shù)；生物技術(shù)；納米技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展目標(biāo)?！锶毡荆簞钪靖母?，科技創(chuàng)新立國；提出：

?科技基本法?（1995）?科技基本計劃?（1996）最近又新提出：（1）E-日本計劃；龐大的科研發(fā)展計劃（2）《開創(chuàng)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基本方針》目標(biāo)：5年超歐趕美。投入：5年提供500億日元研究經(jīng)費。以文部省為主，成立“五省廳聯(lián)席會議”，加強(qiáng)溝通和合作。（3）納米技術(shù)2001年投入2.1億美元。★韓國：

?科技創(chuàng)新五年計劃?；

?2000年生物技術(shù)計劃?★新加坡：

?亞太信息中心計劃?一、材料科學(xué)的地位與作用★中國：科教興國戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略體制創(chuàng)新，技術(shù)創(chuàng)新

?國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十個五年計劃綱要?

從實際出發(fā)，有選擇地加快信息技術(shù)、生物工程和新材料的發(fā)展，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，提高科技持續(xù)創(chuàng)新能力。加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)重點領(lǐng)域的前沿性交叉性研究。選擇我國具有優(yōu)勢和對發(fā)展有重大意義的領(lǐng)域，加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究，力爭在基因組學(xué)、信息科學(xué)、納米科學(xué)、生態(tài)科學(xué)、和地球科學(xué)等方面取得新進(jìn)展。

?十五計劃?

?863計劃?

?自然科學(xué)基金?

?973計劃?

?星火計劃?一、材料科學(xué)的地位與作用二、材料科學(xué)研究的特點、方法、問題★領(lǐng)導(dǎo)性

在計算機(jī)、航天航空、化工、電子、機(jī)械、汽車、能源、環(huán)保、軍事等領(lǐng)域，已成為關(guān)鍵技術(shù)。

★綜合性

由于材料在原子、電子層次上是個物理問題，在分子及其超細(xì)結(jié)構(gòu)形成上是個化學(xué)問題；在宏觀層次上是個復(fù)雜性科學(xué)問題。因此，必須依靠一系列物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、現(xiàn)代測試方法等基礎(chǔ)科學(xué)。特點、要求二、材料科學(xué)研究的特點、方法、問題★交叉性

對于多相、多組分、多界面、多孔、非化學(xué)計量、非均質(zhì)等類型的復(fù)雜材料材料，不是單一科學(xué)原理可以描述；應(yīng)用上的綜合性決定了研究的學(xué)科交叉性★實驗性

材料科學(xué)技術(shù)研究，一靠新思維，二靠現(xiàn)代化手段。是一門實驗性科學(xué)技術(shù)★復(fù)合性

知識的復(fù)合，人才的復(fù)合，人力與儀器的復(fù)合特點、要求①高性能化⑥低維化

②高功能化⑦輕量化

③智能化⑧極限化

④復(fù)合化⑨設(shè)計化

⑤仿生化⑩綜合化

二、材料科學(xué)研究的特點、方法、問題材料發(fā)展的要求★

學(xué)科交叉各門類科學(xué)、各層次分支學(xué)科交叉，同時又加速綜合，使科學(xué)朝著在一學(xué)科內(nèi)不斷深入和多學(xué)科綜合交叉的方向發(fā)展。★理論定量自然與社會科學(xué)結(jié)合并定量化，科學(xué)理論將高度數(shù)學(xué)化。★科技一體科學(xué)與技術(shù)將更加相互依賴，更多地發(fā)生融合，界線模糊，朝一體化方向發(fā)展?！锵嗷プ饔?/p>

科學(xué)與社會之間將發(fā)生強(qiáng)相互作用，即社會越來越以科學(xué)為基礎(chǔ)，而社會的需求決定科學(xué)發(fā)展的規(guī)模、速度和重點。★規(guī)模發(fā)展

科學(xué)研究將由國家規(guī)模向全球規(guī)模發(fā)展，尤其在研究自然系統(tǒng)的過程中，將形成全球科學(xué)活動。二、材料科學(xué)研究的特點、方法、問題發(fā)展趨勢三、材料科學(xué)研究與國家重大需求1、傳統(tǒng)材料領(lǐng)域1、傳統(tǒng)材料領(lǐng)域水泥混凝土是最大宗人造材料，水泥工業(yè)是支撐社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料工業(yè)；2007年我國水泥產(chǎn)量13.6億噸，占世界的52％,連續(xù)23年居世界首位。世界及中國水泥產(chǎn)量產(chǎn)量（億噸）2001-2007年平均增長率13.7％，需求和產(chǎn)量仍將持續(xù)增長我國水泥工業(yè)存在的四大突出問題

性能問題資源問題

能源問題環(huán)境問題

性能問題機(jī)場大壩我國發(fā)達(dá)國家熟料強(qiáng)度（MPa）55~5860~65水泥強(qiáng)度等級32.5~42.542.5~52.5同等級的混凝土需要更多的水泥混凝土的耐久性是世界性問題，相當(dāng)數(shù)量的工程未達(dá)到使用壽命就發(fā)生破壞，維修和重建費用高昂，每年達(dá)上萬億美元。重建也需要更多的水泥。年份1995年2000年2007年標(biāo)煤（億噸）0.60.81.56電（億千瓦時）4906601200石灰石（億噸)3.84.713其他原料消耗，如粘土和鐵粉等能源和資源問題環(huán)境問題

CO2

（億噸）SO2

（萬噸）NOX（萬噸）1995年3.645922000年4.4591202007年10150200

中國水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)！如何提高水泥性能、高效利用各種資源？如何實現(xiàn)節(jié)能降耗？需要解決的重大問題：

總體科學(xué)技術(shù)內(nèi)容示意圖高膠凝性高復(fù)合性高C3S水泥熟料活化輔助性膠凝材料（煤矸石等）由新理論、新技術(shù)、新材料、新方法、新標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成新的水泥生產(chǎn)和使用的科學(xué)原理和技術(shù)體系水泥漿體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與控制實現(xiàn)高耐久長壽命的原理和標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵科學(xué)問題⑴高膠凝性高復(fù)合性高C3S水泥熟料制備技術(shù)⑵

煤矸石和赤泥的活化技術(shù)⑶

水泥漿體的收縮補(bǔ)償技術(shù)⑷集料堿碳酸鹽活性快速判定及反應(yīng)抑制技術(shù)四大技術(shù)創(chuàng)新高性能水泥研究對水泥科學(xué)技術(shù)的推動若干重要的理論創(chuàng)新①

輔助性膠凝材料抑止堿集料反應(yīng)的新機(jī)理②

陰陽離子摻雜形成C3S結(jié)構(gòu)微缺陷理論③

煤矸石-鋁和硅無定形化活化理論④

水泥漿體結(jié)構(gòu)的理想模型⑤

水泥熟料和水泥水化產(chǎn)物CSH凝膠的納米結(jié)構(gòu)高性能水泥研究對水泥科學(xué)技術(shù)的推動技術(shù)名稱國內(nèi)外技術(shù)本項目技術(shù)高膠凝性高復(fù)合性高C3S水泥熟料制備技術(shù)國內(nèi)外未見這種高C3S熟料體系陰陽離子摻雜,C3S高達(dá)73%,熟料標(biāo)號提高一個等級(10MPa),或輔助膠凝材料多加20%輔助性膠凝材料

活化技術(shù)局限于熱處理的理論探討，工業(yè)應(yīng)用量偏少，質(zhì)量差、效率低機(jī)械處理、熱處理、化學(xué)處理及復(fù)合處理，提高摻入量水泥漿體的收縮

補(bǔ)償技術(shù)主要是鈣礬石類和CaO類收縮補(bǔ)償材料,產(chǎn)物不穩(wěn)定水化產(chǎn)物地質(zhì)穩(wěn)定型鎂質(zhì)膨脹收縮補(bǔ)償材料集料堿碳酸鹽活性快速判定技術(shù)國內(nèi)外尚沒有滿足工程建設(shè)要求的快速判定技術(shù)快速、經(jīng)國際驗證可靠技術(shù)同國內(nèi)外技術(shù)的比較高性能水泥研究對水泥科學(xué)技術(shù)的推動廣西龍灘水電站工程雅礱江錦屏一級水電站工程江蘇田灣核電站工程金沙江向家壩水電站工程推廣應(yīng)用高性能水泥研究對水泥科學(xué)技術(shù)的推動2、國防新材料領(lǐng)域2、國防新材料領(lǐng)域空天信息機(jī)動能力精確打擊能力海洋軍事戰(zhàn)略制高點未來核心戰(zhàn)斗力先進(jìn)偵察系統(tǒng)天基偵察設(shè)備：KH-12本.拉登住地五角大樓核試驗彈坑空基偵察設(shè)備：有人偵察機(jī)(E-8CJSTAR)偵察直升機(jī)(RAH-66科曼奇)無人偵察機(jī)(全球鷹)先進(jìn)偵察系統(tǒng)?；鶄刹煸O(shè)備：水面艦艇潛水艇先進(jìn)偵察系統(tǒng)陸基偵察設(shè)備：表5陸基偵察裝備載體設(shè)備類型舉例典型裝備備注裝甲偵察車美國：Ｍ３“騎兵”英國：“彎刀”和“佩刀”法國：AMX-10RC(6×6)德國：“山貓”（8×8）俄羅斯：ЪMP“山貓”戰(zhàn)場監(jiān)視雷達(dá)熱像觀察裝置激光測距儀地面導(dǎo)航系統(tǒng)

戰(zhàn)場雷達(dá)偵察雷達(dá)美國：AN-PPS-5、

AN-TPS-5XＸ英國：“姆斯塔”、ZB298法國：RB12A厘米波段，分遠(yuǎn)程、中程、近程側(cè)視雷達(dá)合成孔徑技術(shù)炮位偵察雷達(dá)美國80年代初裝備的AN-TPQ-36和AN-TPQ-37炮位偵察雷達(dá)電掃描的相控陣體制作用距離可達(dá)30km、扇掃范圍90°傳感系統(tǒng)美國80年代裝備的“倫巴斯”系統(tǒng)傳感器、中繼器和監(jiān)視器探測范圍幾米～幾百米無人偵察車如美“薩格”（Sarge）監(jiān)視、偵察地面設(shè)備彩色和增強(qiáng)型黑白攝像機(jī)遙控距離達(dá)4km先進(jìn)偵察系統(tǒng)精確制導(dǎo)打擊威脅美、俄、法等國典型激光制導(dǎo)武器及主要性能國別制導(dǎo)武器名稱主要性能美國AGM-65E幼畜

精度:0.3～1m；射程:22.5kmGBU-28精度：－；鉆地30m，混凝土6m“銅斑蛇”精度:0.3～1m;射程:16km法國AS-30L

精度:0.5/-m;射程:3～12km俄羅斯紅土地152mm炮彈

精度：－；射程:20～22km以色列“火球”120mm迫擊炮彈

精度:1m；射程:15km印度“駑馬”反坦克導(dǎo)彈

射程:5～8

km精確打擊系統(tǒng)激光隱身材料是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中坦克、裝甲等地面裝備免受精確打擊的關(guān)鍵激光制導(dǎo)反坦克導(dǎo)彈打擊示意圖發(fā)現(xiàn)＝摧毀ABL激光打擊是未來戰(zhàn)爭重要的制高點

低能激光器的精確跟蹤、指示是ABL激光打擊的重要前提和基礎(chǔ)未來激光反導(dǎo)防御系統(tǒng)突破的核心也在于激光隱身材料圖1改裝的波音747飛機(jī)-ABL機(jī)載激光系統(tǒng)圖2機(jī)載激光系統(tǒng)發(fā)射激光攔截導(dǎo)彈Missile

激光測距、制導(dǎo)和偵查激光隱身技術(shù)

2004年國防報告：軍用關(guān)鍵技術(shù)，包括激光隱身技術(shù)

激光隱身技術(shù)是世界各強(qiáng)國競相發(fā)展的軍事重點需求以美國為例國防部《2020聯(lián)合設(shè)想》：

國防九大優(yōu)勢技術(shù),包括激光隱身技術(shù)發(fā)展激光隱身材料技術(shù)符合國家安全重大需求激光隱身涉及的一些基本問題與雷達(dá)隱身有何異同點？激光隱身的基本概念？要優(yōu)先解決的哪個波長？關(guān)鍵科學(xué)問題是什么？關(guān)鍵科學(xué)問題是什么？①闡明激光隱身功能元的組成、結(jié)構(gòu)與激光吸收、能量傳遞和耗散之間的關(guān)系，揭示激光隱身功能元與激光的作用機(jī)理；②激光隱身功能元激光吸收、能量耗散模型和計算方法；③微納米激光隱身功能元的制備方法；④高分子基體和樹脂基體的選擇、設(shè)計與制備；⑤針對不同基體材料體系，激光隱身功能元表面修飾技術(shù)、激光隱身功能元與基體的復(fù)合技術(shù)，尤其是界面處理技術(shù)；⑥針對不同隱身材料，材料表面結(jié)構(gòu)和形態(tài)的控制技術(shù)；⑦激光隱身材料的性能測試、隱身機(jī)理分析等等。

核心科學(xué)問題可以歸結(jié)為：激光隱身材料的激光吸收、能量傳遞和耗散激光隱身涉及相關(guān)學(xué)科、專業(yè)激光與物質(zhì)作用的基礎(chǔ)理論分子設(shè)計與材料計算納米材料制備與性能控制功能高分子材料的改性與合成納米材料的改性、分散與復(fù)合技術(shù)涉及高