未來40年新材料發(fā)展趨勢圖

未來40年新材料發(fā)展趨勢圖表面工程材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年基本滿足我國制造業(yè)、運輸業(yè)等對表面技術(shù)的需求各種綠色表面技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用按照用戶需求，實現(xiàn)從原子和分子水平層次上對材料表面界面進行設(shè)計全面滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對表面技術(shù)需求突破超大型、極端工礦用、超復(fù)雜結(jié)構(gòu)不見表面技術(shù)滿足航空航天、武器設(shè)備等對表面技術(shù)需求再制造表面工程技術(shù)綠色代鉻、代鎘、代鉛重大薄膜沉積設(shè)備量子點可控、原子組裝、分子設(shè)計、織構(gòu)可控、仿生表面原子層沉積、分子束外延、激光改性技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)平臺大型新型運載工具關(guān)鍵部件表面強化與防護材料表面微/納制造技術(shù)自適應(yīng)、自修復(fù)、自恢復(fù)等智能表面涂層/薄膜制備大型、超大型、極端工況用、超復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的表面防護與功能構(gòu)筑技術(shù)主站裝備表面及新型材料結(jié)構(gòu)的街側(cè)與修復(fù)納米多層復(fù)合超硬膜制備技術(shù)及沉積設(shè)備原子、分子重組表面工程技術(shù)新型能力轉(zhuǎn)換與儲存材料表面工程技術(shù)從原子和分子層次上對材料表面界面設(shè)計按需求制造新材料表面超精密表面測試與檢測儀器仿生表面材料材料分析評價總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年建立較為科學(xué)的材料壽命周期全過程評估技術(shù)發(fā)揮在解決材料的可持續(xù)發(fā)展問題的重大作用所有的鑒定過程均在生產(chǎn)環(huán)境下在線精確地實現(xiàn)老齡結(jié)構(gòu)剩余壽命的評估及修復(fù)技術(shù)得到迅速發(fā)展、并得到廣泛納米材料性能的檢測盒表征技術(shù)得以完善，復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑒定有較大發(fā)展普遍使用小型化質(zhì)譜、光譜和色譜實現(xiàn)抽提、功能團的、組分分離以及系統(tǒng)檢測的在線組合與集成晶體分析與核磁共振譜成為常規(guī)的大分子測定手段普遍使用多功能的化學(xué)傳感器、光纖-光學(xué)探針等在線測量設(shè)備材料壽命周期全過程評估技術(shù)表面分析達(dá)到原子級別新型界面、膠囊現(xiàn)象精確表征檢測技術(shù)空間分辨率達(dá)到0.1nm的立體表征技術(shù)實時與原位表征方法單原子、單分子、單小兔子檢測、操縱技術(shù)與方法老齡結(jié)構(gòu)剩余壽命的評估及修復(fù)技術(shù)測量將是并行的矩陣式進行實現(xiàn)固體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)測定普遍實施巨量的組合材料分析實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境在線精確鑒定新的表面界面的納米結(jié)構(gòu)的表征、測量與控制技術(shù)復(fù)合材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年基本完成碳纖維及市場化特種纖維不同基體復(fù)合材料主要品種的數(shù)據(jù)庫檢測與評估技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化隨著計算機技術(shù)和材料科學(xué)與工程的共同發(fā)展，人們對復(fù)合材料的應(yīng)用不再局限于特殊領(lǐng)域?qū)?fù)合材料的使用更加自信，設(shè)計時更加得心應(yīng)手復(fù)合材料及制件的評估周期大大縮短新的表面處理技術(shù)可以有選擇地控制纖維與基體間的界面效應(yīng)和復(fù)合效應(yīng)開發(fā)出高性能的可回收利用的熱塑性樹脂基體現(xiàn)有增強體纖維成形過程中的基礎(chǔ)問題得到解決納米技術(shù)可使復(fù)合材料具有本體“隱身”的功能增強復(fù)合材料制件部件的可靠性多學(xué)科交叉的虛擬設(shè)計可有效減少工期和費用“全復(fù)合材料”的國產(chǎn)飛機和超音速客機獲得適航許可并贏得1/3以上的全球市場份額大規(guī)模使用的復(fù)合材料進入“綠色材料”之列計算機模擬復(fù)合材料的破壞機理，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測其適役壽命計算機輔助手段開始成功應(yīng)用于復(fù)合材料在加工以及正常使用狀態(tài)下的性能預(yù)測采用微膠囊技術(shù)可實現(xiàn)復(fù)合材料的多功能化先進復(fù)合材料的基本制造工藝、技術(shù)及國產(chǎn)化設(shè)計達(dá)到設(shè)計先進水平纖維增韌陶瓷復(fù)合材料開始廣泛應(yīng)用國產(chǎn)碳纖維及部分有機和無機特種纖維獲得國際市場認(rèn)可分子設(shè)計新品種增強體高分子材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年基礎(chǔ)原材料的品質(zhì)和性能達(dá)到國際水平制備能耗降低50%可循環(huán)著利用率達(dá)10%現(xiàn)有材料壽命延長50%碳排放量減少20%有自行設(shè)計工藝流程和制造重大裝備的能力基礎(chǔ)研究水平和形成了創(chuàng)新工藝研發(fā)能力接近世界發(fā)達(dá)國家水平高分子材料結(jié)構(gòu)與組分精確可控實現(xiàn)按需制備高分子材料全面滿足我國經(jīng)濟社會發(fā)展對高分子材料的需求各類高品質(zhì)高分子材料實現(xiàn)全面自主供應(yīng)實現(xiàn)高值化循環(huán)再利用功能仿生高分子材料高分子材料智能結(jié)構(gòu)高分子材料智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)光電功能高分子材料結(jié)構(gòu)域組分可控的烯烴聚合技術(shù)高分子材料智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)光電功能高分子材料廢棄高分子材料高值化再應(yīng)用農(nóng)業(yè)高效用水材料結(jié)構(gòu)域組分可控的烯烴聚合技術(shù)橡膠高性能化和集成化海水淡化正滲透高分子材料智能采油廢棄資源再生利用光電功能高分子材料結(jié)構(gòu)與組分可控的烯烴聚合技術(shù)農(nóng)業(yè)高效用水材料利用非石油資源制備聚合物耐450-600℃高溫的聚合物結(jié)構(gòu)仿生高分子材料工程塑料環(huán)境材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年健全大宗材料的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫水性涂料比重超過60%生物降解塑料占速率市場的2%超過50%的城市污水得到處理和循環(huán)使用海水淡化技術(shù)得到推廣土地沙漠化開始得到有效控制資源的高效和循環(huán)利用生態(tài)環(huán)境退化速率零增長實現(xiàn)城市污水處理率和廢物處理率、工業(yè)廢水和廢物處理率達(dá)到100%水性環(huán)保涂料達(dá)到90%生物降解速率應(yīng)用占塑料的10%60%城市擁有國家一級空氣質(zhì)量水性涂料比重超過75%生物降解塑料占速率市場的5%，國內(nèi)產(chǎn)品占世界市場的15%超過70%的城市污水得到處理和循環(huán)使用沿海城市普及海水淡化技術(shù)二氧化碳作為化工原料實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的固定和利用采用生物技術(shù)從植物資源制備低成本化工原料廢棄物循環(huán)利用環(huán)境友好材料的數(shù)據(jù)庫高吸水性樹脂和高分子乳液的規(guī)模化制備環(huán)保涂料的基礎(chǔ)樹脂和顏填料制備生物降解塑料的品種差別化技術(shù)長壽命、高通量的膜分離材料二氧化碳作為化工原料和制品采用生物技術(shù)從植物資源制備低成本化工原料廢棄物循環(huán)利用納米環(huán)境（凈化）材料得到廣泛應(yīng)用環(huán)保涂料的基礎(chǔ)樹脂和顏填料制備低成本、長壽命的海水淡化膜分離材料生物降解塑料的規(guī)?；苽涓呶詷渲透叻肿尤橐旱牡统杀局苽涠趸甲鳛榛ぴ虾椭破窂U棄物再生技術(shù)采用化工技術(shù)從植物資源制備化工原料建筑材料實現(xiàn)途徑智能環(huán)境調(diào)節(jié)材料材料環(huán)境評價方法與標(biāo)準(zhǔn)三維數(shù)字化設(shè)計/建造系統(tǒng)高品質(zhì)水泥高效節(jié)能制備技術(shù)光伏組件、熱電組件與建筑材料一體化建筑圍護材料的多功能設(shè)計和多層結(jié)構(gòu)設(shè)計材料成型與復(fù)合技術(shù)高品質(zhì)建筑材料基本實現(xiàn)國內(nèi)自給綠色環(huán)保節(jié)能材料和低成本建造技術(shù)取得重要突破綠色環(huán)保節(jié)能建筑材料獲得廣泛應(yīng)用智能建筑材料得到實際應(yīng)用整體部件的模塊式加工與裝配式施工設(shè)計/模擬分析/制造一體化陶瓷材料環(huán)保功能涂料節(jié)能建材及構(gòu)件環(huán)境調(diào)節(jié)與屏蔽材料多功能復(fù)合墻體低成本清潔節(jié)能材料廢棄物循環(huán)利用構(gòu)建間銜接端口技術(shù)智能建筑材料金屬材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年人均用量達(dá)到世界平均水平高品質(zhì)金屬材料基本實現(xiàn)自主供給冶金行業(yè)節(jié)能減排和生產(chǎn)效率差達(dá)到國際先進水平大型結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)自主生產(chǎn)有自行設(shè)計工藝流程和制造重大裝備的能力企業(yè)創(chuàng)新能力大幅提升基礎(chǔ)研究能力接近世界發(fā)達(dá)國家水平金屬材料大量向強國的戰(zhàn)略沾邊金屬材料技術(shù)自主創(chuàng)新全面滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的需求人均用量接近世界發(fā)達(dá)國家平均水平各類高性能金屬材料實現(xiàn)全部自主供給滿足高新技術(shù)發(fā)展、生命與健康、能源與環(huán)境、國家安全等的需求基本建成金屬材料科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新體系材料壽命周期全過程評估材料高效低成本循環(huán)再利用技術(shù)材料組織性能和制備加工過程的精確設(shè)計與控制金屬納米材料技術(shù)材料期間損傷檢測與修復(fù)材料智能化制備與加工技術(shù)超精密微成型加工與評價超高強度大體積非金鈦合金和納米晶材料生物醫(yī)用金屬材料聚變反應(yīng)金屬材料金屬材料壽命周期全過程評估氫能用金屬材料金屬材料組織結(jié)構(gòu)與性能的精確預(yù)測與設(shè)計粉末冶金技術(shù)與顆粒材料環(huán)境友好非高爐煉鐵，緊湊型鋼鐵生產(chǎn)，高速連鑄，無氧化熱軋大型鑄鍛件加工技術(shù)高強、輕質(zhì)金屬材料，高溫金屬間化合物材料計算域設(shè)計，結(jié)構(gòu)域性能關(guān)系結(jié)構(gòu)功能復(fù)合技術(shù)極端條件下材料性能演化與評價金屬材料低成本循環(huán)利用技術(shù)高熔點抗氧化合金計算機輔助激光快速制備技術(shù)能源材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年能源裝備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料及加工技術(shù)滿足實際需求實習(xí)全面自主供應(yīng)潔凈能源相關(guān)材料技術(shù)方面取得一系列突破成為世界最大風(fēng)能裝備制造國工業(yè)能耗減低50%以上化石能源消費占總能源消耗下降到60%以下可再生能源成為主導(dǎo)能源之一，由碳基能源轉(zhuǎn)變?yōu)闅浠茉礊橹魉姾秃穗娬及l(fā)電總量的20%以上非水力可再生能源，占一次能源總量25%左右能源裝備全面實現(xiàn)國產(chǎn)化建筑能耗、交通能耗全面減低氫能在交通能源中占到35%以上臨界轉(zhuǎn)變溫度超過室溫的超導(dǎo)材料太空太陽能發(fā)電新型材料在煤電行業(yè)得到全面應(yīng)用效率超過30%的太陽能轉(zhuǎn)換材料新一代仿生結(jié)構(gòu)的風(fēng)能輕質(zhì)強葉片材料高強度輕質(zhì)材料汽車上全面應(yīng)用半導(dǎo)體照明技術(shù)太陽能制氫技術(shù)煤電行業(yè)全面實現(xiàn)高效潔凈燃燒核聚變反應(yīng)堆全面使用國產(chǎn)材料建筑物能耗達(dá)到3L太空太陽能發(fā)電建筑物能耗達(dá)到7L核聚變反應(yīng)材料高效低成本的燃料電池關(guān)鍵材料和技術(shù)效率超過40%的太陽能轉(zhuǎn)換材料核聚變反應(yīng)材料臨界轉(zhuǎn)變溫度超過室溫的超導(dǎo)材料新型電池材料技術(shù)低能耗建筑材料效率超過20%的太陽能轉(zhuǎn)換材料能源裝備用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料國產(chǎn)化效率超過30%的太陽能轉(zhuǎn)換材料生物醫(yī)用材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年國產(chǎn)生物材料性能大幅度提高部分材料將替代進口材料，以來進口的局面得到緩解新一代生物材料的前沿性基礎(chǔ)研究水平與國際并駕齊驅(qū)生物材料和生物學(xué)等領(lǐng)域的學(xué)科交叉和技術(shù)集成達(dá)到極致可根據(jù)人體需求任意設(shè)計生物材料，包括人工器官，靶向型藥物載體等國產(chǎn)生物材料在種類和數(shù)量上進一步增大生產(chǎn)生物材料的大企業(yè)出現(xiàn)，可和國際競爭智能、仿生材料進入市場智能型和靶向型藥物控釋材料獲得廣泛應(yīng)用智能型生物材料進入臨床應(yīng)用針對特定組織或器官構(gòu)建不對稱材料獲得應(yīng)用復(fù)合型生物活性材料智能化植入體獲得廣泛應(yīng)用計算機模擬可任意設(shè)計和預(yù)測生物材料、給藥載體和植入體等在子啊體內(nèi)的命運生物材料的計算機設(shè)計開始可預(yù)測生物相容性，新生物材料不斷出現(xiàn)蛋白質(zhì)、基因或藥物控制釋放與組織工程直接材料相結(jié)合，側(cè)近組織修復(fù)與再生仿生材料研究獲得突破靶向型藥物載體進入臨床應(yīng)用血液代用品可進入實際應(yīng)用藥用輔料的種類增多，逐步趕上國際血液凈化材料戰(zhàn)友一定市場生物微球微囊先進制備技術(shù)成功用于不同給藥途徑國產(chǎn)藥物分離純分離純化Ti合金等骨架材料獲得大量應(yīng)用心血管支架材料實現(xiàn)國產(chǎn)化天然高分子或其復(fù)合物獲得國家醫(yī)用敷料產(chǎn)品批號血液凈化材料實現(xiàn)國產(chǎn)化，并達(dá)到國際水平部分藥物分離介質(zhì)實現(xiàn)國產(chǎn)化、并達(dá)到國際水平生物微球微囊先進制備技術(shù)智能材料仿生材料靶向型給藥用于治療癌癥蛋白多肽藥物的非注射給藥劑型細(xì)胞移植用微膠囊產(chǎn)品與技術(shù)獲得突破性進展血液代用品的各種問題得到攻克聚乳酸系列注射敷料得到臨床批準(zhǔn)碳材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年電子器件熱管理熱核聚變反應(yīng)堆復(fù)合成型形成以T1000為標(biāo)志的高性能碳纖維研制保障與批量生產(chǎn)能力抗氧化C/C復(fù)合材料滿足高超聲飛行器使用要求核石墨實現(xiàn)國產(chǎn)化，滿足高溫氣冷核反應(yīng)堆使用要求C/C復(fù)合材料彎曲強度達(dá)到100MPa以上，熱導(dǎo)率在250W/mK以上，應(yīng)用于熱核聚變堆研發(fā)出熱導(dǎo)率大于1500W/mK的碳復(fù)合材料，應(yīng)用于高功率電子器件熱管理依據(jù)不同基體的復(fù)合要求，開放碳纖維的不同表面處理方法和相應(yīng)的上漿劑體系大尺寸細(xì)粒極石墨直徑尺寸達(dá)到2cm以上，滿足冶金和機械加工業(yè)對模具材料的需求大規(guī)模低成本制備技術(shù)混雜編織成型連續(xù)高溫?zé)崂w維高溫化學(xué)純化氧化燒灼防護處理均質(zhì)氧化碳化二次焦制備技術(shù)氣象沉積-織構(gòu)控制大尺寸核石墨高溫、高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料高溫焙燒技術(shù)等靜壓成型技術(shù)大尺寸細(xì)晶粒石墨復(fù)合技術(shù)系列化上漿劑碳纖維表面處理快速紡絲原料聚合技術(shù)高性能碳纖維C/C復(fù)合材料陶瓷材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年陶瓷材料的服役性能預(yù)測的原理與技術(shù)獲得突破，奠定陶瓷材料的設(shè)計原理與設(shè)計技術(shù)陶瓷材料在極端條件與特種環(huán)境中的應(yīng)用獲得廣泛普及，極大限度地支撐前沿科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展陶瓷材料的節(jié)能之輩新技術(shù)獲得突破實現(xiàn)陶瓷材料及制件的功能設(shè)計-結(jié)構(gòu)設(shè)計-制備設(shè)計的貫通超高溫陶瓷多功能材料自修復(fù)功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計多功能陶瓷集成制備技術(shù)計算機模擬陶瓷材料的失效機理，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測其使役壽命結(jié)構(gòu)功能一體化材料低能耗制備技術(shù)可靠性問題得到根本解決化學(xué)制備技術(shù)仿生制備技術(shù)納米技術(shù)在陶瓷材料的性能設(shè)計與制備技術(shù)中的融合計算機輔助手段開始成功應(yīng)用于陶瓷材料服役性能的預(yù)測陶瓷材料結(jié)構(gòu)性能關(guān)系與多尺度微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)功能一體化新材料及其設(shè)計原理仿生制備新技術(shù)多功能化陶瓷材料有機-無機復(fù)合材料陶瓷材料的近凈尺寸成型與加工陶瓷材料的服役性能預(yù)測與評價技術(shù)國產(chǎn)高溫陶瓷圖層獲得應(yīng)用并獲得國際市場認(rèn)可功能陶瓷與器件的集成制造工藝及國產(chǎn)化設(shè)備達(dá)到世界先進水平先進材料總體目標(biāo)集成應(yīng)用研制攻關(guān)探索研究時間實現(xiàn)途徑2020年2030年2050年材料高效低成本循環(huán)再利用技術(shù)材料組織性能和制備加工過程的精確設(shè)計與控制高智能多級結(jié)構(gòu)集成（復(fù)合）材料材料壽命周期全過程評估實時原位表征技術(shù)材料器件損傷監(jiān)測與修復(fù)納米材料結(jié)構(gòu)功能一體化材料新能源信息生物技術(shù)材料智能化制備與加工技術(shù)基礎(chǔ)材料綠色制備與加工材料壽命失效過程評估預(yù)測低成本仿生材料老齡結(jié)構(gòu)器件剩余壽命的評估與修復(fù)技術(shù)材料組織結(jié)構(gòu)與全身性能的精確預(yù)測、設(shè)計與控制材料高性能近終形成連續(xù)加工技術(shù)傳統(tǒng)材料性能升級精確實施宏量分析技術(shù)高品質(zhì)基礎(chǔ)原材料高效節(jié)能制備技術(shù)材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集積累和應(yīng)用極端條件下材料性能演化與評價材料高效低成本循環(huán)利用技術(shù)結(jié)構(gòu)功能復(fù)合化技術(shù)材料計算與設(shè)計，組織結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系基礎(chǔ)材料綠色制備極端條件下材料制備與處理技術(shù)基礎(chǔ)原材料的品質(zhì)和性能達(dá)到國際水平制備能耗降低50%可循環(huán)再利用率達(dá)10%現(xiàn)有材料壽命延長50%碳排放量減少20%有自行設(shè)計工藝流程和制造重大裝備的能力基礎(chǔ)研究水平和新材料創(chuàng)新工藝研發(fā)能力接近世界發(fā)達(dá)國家水平滿足高新技術(shù)、可再生能源生命與健康、環(huán)境保護的需求可循環(huán)再利用率達(dá)50%仿生材料獲得應(yīng)用智能材料成為主導(dǎo)材料之一物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)的