專家談材料

1、類別類別科學(xué)科學(xué)學(xué)科學(xué)科有機(jī)材料有機(jī)材料二級學(xué)科二級學(xué)科智能材料智能材料軟物質(zhì)及其智能材料軟物質(zhì)及其智能材料相對于“硬物質(zhì)”(如金屬、半導(dǎo)體及各種功能物質(zhì))，其自組織行為和對稱性是由內(nèi)在特殊相互作用和隨機(jī)漲落而引起稱之為軟物質(zhì)，軟物質(zhì)(Softmatter)或軟凝聚態(tài)物質(zhì)(Softcondensedmatter)是指處于固體和理想流體之間的復(fù)雜態(tài)物質(zhì)，其基本特性是對外界微小作用的敏感性、非線性響應(yīng)、自組織行為等。通常由天然和合成大分子，

2、如液晶、聚合物、膠體、生命物質(zhì)（細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA）等。被冠以“當(dāng)代牛頓”的法國著名物理學(xué)家，諾貝爾獎獲得者deGennes在諾貝爾獎授獎會上以“軟物質(zhì)”為演講題目，引起廣泛關(guān)注。簡介部分簡介部分近年來，國際上許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)均在大力開展軟物質(zhì)的研究。美國和歐洲各國開展研究比較廣泛深入，日本科技廳也設(shè)立重大項(xiàng)目支持此類研究，軟物質(zhì)已成為國際上受到普遍重視的新學(xué)科領(lǐng)域，跨越化學(xué)、物理、生物三大學(xué)科，是化學(xué)和物理科學(xué)通向生命科學(xué)的橋梁，

3、軟物質(zhì)代表了21世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的重要趨勢。英國皇家化學(xué)會創(chuàng)刊“軟物質(zhì)“（SoftMatter）雜志，表明該領(lǐng)域研究日益受到國際科學(xué)界重視的一個標(biāo)志?，F(xiàn)狀部分現(xiàn)狀部分目前軟物質(zhì)的一些科學(xué)關(guān)鍵問題沒有得到明明晰，如軟物質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)與響應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系、小變形大應(yīng)變的物理圖像、鏈結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)控等一系列重大科學(xué)問題，對前瞻性的軟物質(zhì)新材料、新概念、新原理和新方法等原始創(chuàng)新探索有待提高。問題部分問題部分到2020年，我國在軟物質(zhì)及其智能材料科學(xué)研究

4、方面，預(yù)計(jì)將在以下幾個方面開展基礎(chǔ)問題研究并取得進(jìn)展：預(yù)期目標(biāo)部分預(yù)期目標(biāo)部分1、解決新型軟物質(zhì)的設(shè)計(jì)和開發(fā)等方面的重大基礎(chǔ)問題。借助現(xiàn)代設(shè)計(jì)如計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)理念，在軟物質(zhì)材料中引入對各種環(huán)境因素如電，光，pH生物信號等敏感的基團(tuán)或介質(zhì)，制備具有高強(qiáng)度，高敏感性和抗疲勞的新型智能軟物質(zhì)材料。預(yù)期目標(biāo)－材料設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)－材料設(shè)計(jì)2、以現(xiàn)有或新型軟物質(zhì)材料為基礎(chǔ)，通過設(shè)計(jì)新型的軟物質(zhì)驅(qū)動機(jī)制和模式，掌握其性質(zhì)和構(gòu)效關(guān)系，解決高效能量轉(zhuǎn)換傳感

5、器，仿生柔性機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制備等方面一些重大問題。預(yù)期目標(biāo)－機(jī)理預(yù)期目標(biāo)－機(jī)理3、從單一的智能傳感驅(qū)動材料，向集成多功能傳感驅(qū)動的智能結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)方向發(fā)展。開發(fā)出一系列傳感材料、壓電材料、形狀記憶材料、電致活性材料、電（磁）流變液體材料、電（磁）致伸縮材料、仿生材料、電（光、熱）致變色材料等基本智能材料元件。預(yù)期預(yù)期目標(biāo)－材料目標(biāo)－材料4、建立與生物材料相類似，具有自我感知、自我調(diào)節(jié)能力的高效仿生功能系統(tǒng)和各類多功能性的集成系統(tǒng)如集成微

6、流控系統(tǒng)和生物擬態(tài)機(jī)械系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和損傷自修復(fù)、振動主動控制、主動變形控制、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)、人工肌肉等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏采w航空航天、先進(jìn)制造、建筑、機(jī)器人、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。預(yù)期目標(biāo)－應(yīng)用預(yù)期目標(biāo)－應(yīng)用體化的碳纖維及其復(fù)合材料開始得到實(shí)際應(yīng)用，如自修復(fù)、智能化、光電聲磁功能化等。預(yù)期目標(biāo)－新一代技術(shù)預(yù)期目標(biāo)－新一代技術(shù)（撰稿人：基金委師昌緒中科院化學(xué)所徐堅(jiān)）類別類別工程工程學(xué)科學(xué)科金屬材料金屬材料二級學(xué)科二級學(xué)科非晶材料非晶材料非晶材料工程非晶材

7、料工程以綠色、節(jié)能為特點(diǎn)的新一代軟磁材料非晶帶材采用快速凝固、平面流高速連鑄工藝、以每秒一百萬度的冷卻率從鋼水直接凝固形成厚度約0.03mm的薄帶。該材料應(yīng)用于配電變壓器鐵芯的制造，其空載損耗約為硅鋼材料的13~15，非晶材料作為典型的具有制造節(jié)能和應(yīng)用節(jié)能的雙綠色材料，在電力和電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。此外由于其具有非晶優(yōu)異的軟磁性能，其不僅在民用，而且在軍事領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。簡介部分簡介部分目前我國已成為世界上第二家具有萬

8、噸級非晶帶材生產(chǎn)能力的國家，突破了日立金屬公司對于配電變壓器用非晶帶材的市場壟斷，形成了具有中國特色的配電變壓器用非晶帶材的生產(chǎn)工藝技術(shù)及裝備技術(shù)，具備了四萬噸年非晶帶材生產(chǎn)能力，以緩解了我國電力能源領(lǐng)域?qū)τ诜蔷Р钠惹行枨蟮默F(xiàn)狀。現(xiàn)狀部分現(xiàn)狀部分國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)要求2012年新增配電變壓器的50%要采用非晶變壓器，2013年該比例要達(dá)到55%，2014年該比例要達(dá)到60%，預(yù)計(jì)2013年需要非晶配電變壓器約20萬臺，相應(yīng)非晶合金寬帶

9、年需求量約11萬噸以上。若采用非晶配電變壓器替代S11型硅鋼配電變壓器將在20年使用壽命周期內(nèi)節(jié)約電能109億千瓦時、減排二氧化碳1000萬噸、減排二氧化硫30萬噸。然而，我國鐵基非晶合金材料體系研發(fā)與國際先進(jìn)水平還存在較明顯的差距，年產(chǎn)能僅為四萬噸，國產(chǎn)非晶合金寬帶的生產(chǎn)裝備綜合水平較低，特別是工藝裝備的自動化、信息化程度需要大幅度提升；國產(chǎn)非晶材料在高效電機(jī)等的應(yīng)用尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。問題部分問題部分到2020年，我國在非晶材料工程方面

10、，預(yù)計(jì)將在以下幾個方面開展研發(fā)并取得進(jìn)展：預(yù)期目標(biāo)部分預(yù)期目標(biāo)部分1、開發(fā)新一代高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低鐵損的新型非晶合金材料，使Bs1.6T；P50Hz1.35T0.18Wkg；Pe50Hz1.35T0.30VAkg，綜合性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。構(gòu)建我國在非晶材料及制品領(lǐng)域的材料體系、自主知識產(chǎn)權(quán)體系和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系。預(yù)期目標(biāo)－預(yù)期目標(biāo)－材料工程材料工程2、持續(xù)提升非晶帶材生產(chǎn)裝備技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)工藝裝備的集成化、自動化、數(shù)字化、信息化，實(shí)現(xiàn)非