一、材料在人类社会发展进程中的作用
所谓材料，是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于 一定用途的物质。在实践中，人们按用途把材料分成结构材料和功能材料 。结构材料主要是利用其强度、韧性、力学及热力学等性质。功能材料则主要 利用其声、光、电、磁、热等性能。按化学成分分类，则可把材料分为金属材 料、有机高分子材料、无机非金属材料及复合材料等。
某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革。人们把 人类历史分为石器、青铜器和铁器时代。在群居洞穴的猿人旧石器时代，通过 简单加工获得石器帮助人类狩猎护身和生存，随着对石器加工制作水平的提高 ，出现了原始手工业如制陶和纺织，人们称之为新石器时代。青铜时代大约源 于4000-5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬 度高，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。铁器时 代则被认为是始于2000多年前，春秋战国时代，由铁制作的农具、手工工具及各种 兵器，得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。钢铁、水泥等材料的出现和 广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。本世纪半导体 硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济 社会。
基于材料对社会发展的作用，人们已提出信息。能源和材料并列为现代文 明和生活的三大支柱。在三大支柱中，材料又是能源和信息的基础。
二、新材料在高技术中的作用
新材料既是当代高新技术的重要组成部分，又是发展高新技术的重要支柱 和突破口。正是因为有了高强度的合金，新的能源材料及各种非金属材料，才 会有航空和汽车工业；正是因为有了光纤，才会有今天的光纤通讯；正是因为有 了半导体工业化生产，才有今天高速发展计算机技术和信息技术。当今世界各 国在高技术领域的竞争，在很大程度上是新材料水平的较量。
50年代末，美国政府就制定了全国材料发展规划，70～80年代又进行了 多次的补充和修正，把重点放在超硬化合物、半导体激光材料、磁性材料和精 密陶瓷上。日本在1980年开展了为期10年、耗资4亿美元的新材料发展规划，重点 领域为精密陶瓷、功能高分子、复合材料、生物材料等。接着欧洲与前苏联也 制订了类似的规划，竞争的项目也集中在这些领域。某些具有特殊性能的新材料的出现，引 起了今天的高技术突飞猛进的发展。
1982年日本首次研制出了陶瓷发动机小汽车，引起了世界性轰动。因为它的 出现将使发动机重量减轻，提高燃烧度和节约燃料的愿望成为现实。1988年前 苏联一架以液氢为燃料的中型运输机首次试飞成功，象征人类在航空领域中启 用了无污染的新能源--液氢。液氢的沸点为－253℃，携储液氢需要高效率的绝热 材料。液氢发动机的使用，则意味着低温极限技术已达到实用化程度。1989年3 月，日本的一艘6500号潜水调查船下潜到6500米的深海区，打破了美国、前苏 联和德国的下潜纪录。这艘潜水艇耐水舱使用的正是一种高强度钛合金，观察 窗使用的是一种新型的有机玻璃。有了深海探测技术，人们才可实现对人类资源 开发有不可估量的意义的深海资源的开发。 美国在1989年12月入侵巴拿马，1991年1月人侵海湾以及此刻正在空袭南联 盟的战争中，使用的F- ll7隐身战斗机世人皆知。这种武器之所以能隐身，就是 使用了一种吸波材料和吸波涂层。由此可见，材料的发展已成为战争胜负的一个 方面。
新材料与现代科学技术特别是高技术是互相依存、互相促进的，高技术的 飞速发展对新材料提出了更高的要求。精密测试技术，电子显微技术，高速大 容量计算技术等的发展，为材料科学工作者提供了更有力的研究工具。
三、材料科学与经济发展
由于材料科学的发展水平与高新技术的发展是相互依存的，因此新材料发 展与应用水平直接决定着经济发展的水平。
有人曾作过粗略计算，以每公斤产品的出厂价格计算，把原材料比作1，那 么小轿车为5，家电为30，飞机为200，计算机为1000，集成电路芯片则为10000 。由此可见，产品中的技术含量越高，收益就越高。真正体现了科学技术是第一 生产力。在从工业社会向知识经济社会的过渡过程中，工业产品结构中传统的 金属材料比重降低了，无机非金属材料、有机合成材料的比重越来越大，产业 结构也从劳动密集型、资金密集型向技术密集型和知识密集型方向发展。1980 年，美国的电子工业产值已经超过了钢铁和纺织工业，仅次于化工和汽车工业 。新材料新技术的发展使美国经济繁荣不衰，已连续9年保持高增长。日本通过 冶炼等技术的改进来大幅度提高传统金属材料性能，如超级钢计划就是要在本 世纪末将钢的性能提高一倍，实质上就是节约了一倍的资源，使得产品更具竞 争力，保持日本经济的持续发展。
总之，以新材料为基础的一批新兴产业正在迅速兴起，并成为许多国家新的 经济增长点。预计到2000年，世界新材料市场销售额将达到4000亿美元，美国 占市场份额40％，日本占市场份额20％。我国也研制出一大批新材料，并在国 民经济建设中得到了广泛的应用，取得了明显的经济效益和社会效益。然而与 发达国家相比，整体水平仍有相当的距离。朱容基总理本月访美，在麻省理工 学院发表的演讲中谈到美中贸易逆差这个问题时分析说，中国对美国出口绝大 部分是劳动密集型和低附加值的消费品，或者是资源型消费品。因而表面上美国 出现逆差，实质上是美国受益。为了缩小与发达国家的差距，满足我国社会经 济发展的需求，科技部已把发展高技术新材料纳入《“九五”科技攻关计划》。《“863”计 划》和《国家重点基础研究发展规划》。
四、当前新材料的发展方向
1．高性能化、高功能化、高智能化
随着人类对材料的性能与微观结构的研究与认识，决定材料性能的本质已 被或正在被人们揭示和掌握，并通过新工艺、新技术、新设备，在日益成熟的 现代材料设计理论的指导下，创造出各种性能更好的新型材料。结构材料在向 强度、刚度、韧性、耐高温、耐腐蚀、高弹、高阻尼大幅度提高的方向发展。高 性能结构材料不断出现和广泛应用，促进新产品向体积小、重量轻、资源省、 能耗低、成本低、利润高的方向发展。功能材料也在由单一功能向多种功能开 发方向发展，并把功能材料与元器件结合起来，实现一体化，即材料本身就具 有元器件的功能，这样就促进了元器件的小型化和多功能化。智能材料是近年来 与信息科学紧密结合而产生的，它同时具有感知和激励双重功能。如形状记忆 合金，压电陶瓷，光导纤维，磁致伸缩材料等。智能材料是一种超功能材料， 这些功能往往能够解决传统材料难以解决的技术难题。在重要工程和尖端技术 领域具有重大的应用前景。例如，美国空军采用智能材料制造飞机机翼，可随工 作状态的不同自动调节形状，改变升力和阻力，以适应飞机的起降，使飞机更 加安全，降低油耗。将微型分子传感器植入材料和分子结构中，用这些建造的 构件和建筑物可进行自动监控，如果超负荷或者老化可发出警报。
2.复合化
由于单一材料，如金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料都有各自 的优缺点，难以满足当代高技术中综合性能的要求，因此现代材料科学正朝着 复合材料方向发展。把不同种类和不同性能的材料通过一定的途径和技术复合 为一体，扬长避短，取长补短，可获得比单一材料性能更好或具有某种特殊性能 的复合体材料。例如，由碳纤维增强的陶瓷基复合材料，其抗冲击强度比普通陶 瓷高40倍，能经受数千度高温，已成为航空工业的重要结构材料。材料的复合 化是改进和提高材料性能的一条很好途径，是当前新材料研究的重要发展方向。
3.极限化
极限化的含义是指在尺寸、压力、温度、纯度各种量纲范围内追求极限， 而使材料的性能产生根本性的飞跃。例如，在超高温、超高压条件下用石墨可合成 金刚石，在超高真空中、制备新型的半导体器件和高度集成的芯片。利用宇宙 空间实验室内的微重力、高真空、超低温、无菌等特殊环境制备在地面无法制 备的具有特殊性能的新材料，如合成新医药制品、冶炼高纯金属等。
4.仿生化
通过研究自然界中生物体的物质结构及其特有的功能，获得一种制备新材 料的思路和途径，并在某些材料的设计和制造中加以模仿。用现有简单而丰富 的原料，通过错综复杂的生物过程制得高强度和多功能的新材料。例如，人们 对蜘蛛丝的研究发现，蛛丝比钢丝更硬更富有弹性，具有很强缓冲外力冲击能 力，而且低温性能良好，是制造防弹服装和降落伞的理想材料，于是人们得到启 示，通过把水溶性的蛋白质分子纺织成既坚韧又不溶解的人造蛛丝，用来制作 军用品。生物医用材料也是一种仿生材料，与人体组织有很好的相容性能，可 对人体组织和器官进行矫形、修补，再造，以维持原有性能，保障人体健康。 某些仿生材料以生物体合成的蛋白质为基础，用它取代以矿石为原料的金属材 料和以石油为原料的工程塑料高分子材料，既能解决资源能源枯竭问题，又 对环境没有任何危害，从而开创材料科学技术的新纪元。
5.环境友好化
在资源不断枯竭、环境不断恶化的情况下，为确保人类社会文明可保持发 展，材料科学家提出了绿色材料或环境友好材料的概念。它是一种资源和能源 消耗少、再生循环利用率高，或可降解使用的具有优异适用性能的新型材料。 与传统材料相比，环境友好材料充分注意到人类发展的长远利益，以满足人类 社会可持续发展的目标。例如，废弃的普通塑料越来越多，并因其耐久性而长久 存留自然界已经成为公害。目前研制出的可降解塑料，如生物降解塑料、化学 降解塑料、光降解塑料，就是利用微生物、化学或光照的作用把塑料降解掉， 变成无害物质回归自然。
21世纪将是以新材料为重要基础的知识经济时代，对于我国来说，既 是一场挑战，又是一次机遇，谁掌握了最先进的材料，谁就能在高技术及其产 业的发展上占有主动权。作为我们跨世纪的青年一代，应当努力汲取前人在材 料科学领域积累的智慧和经验，开拓创新，积极参与新材料领域的国际竞争， 为我国经济的“两个根本性转变”和可持续发展作出贡献。
（本文作者系中国科学院固体物理研究所副所长、研究员）
