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[交流] 新材料发展趋势

２００３年１２月２０～２４日，２００３年新材料发展趋势研讨会在香港科技大学召开。会议组织者是中国材料学会和香港科技大学，有包括１３位院士在内的两岸三地代表１３７人参会，国家科技部高新技术司和基础司的相关领导以及来自欧洲和日本的华人学者也拨冗出席。

会议的主题是讨论新材料的发展趋势。涉及材料科学的许多方面，包括：高温超导材料、生物及医用材料、半导体材料、非线性光学材料、能源材料、燃料电池材料、纳米材料、磁性材料、显示用材料、新型建筑材料等。会议主要以大会报告的形式进行，最后一天是自由讨论，并参观了香港科技大学的相关实验室。

香港科技大学朱经武院士作了关于高温超导方面的报告。他总结了高温超导１５年来的研究结果，介绍了他们在高温超导／液氢超级电网方面的最新研究成果。指出高温超导能大规模地应用在电力传输上，这一技术将对国民经济的持续发展产生极其深远的影响。虽然高温超导在材料和技术的发展上取得了很大成就，但到目前为止，还没有一个理论能从微观角度去解释为什么高温超导在ＹＢＣＯ类发生的原因，也没有一项高温超导技术能够大规模地进入市场，因此，发展微观高温超导理论及应用技术将是今后高温超导研究的重要方向。

生物及医用材料的研究与开发受到各国的高度重视。清华大学李恒德院士、中科院化学所徐坚教授和南开大学孔德领教授分别就生物科学与材料科学、仿生材料、生物医用材料进展作了报告。随着人们生活水平的提高，人类对自身的医疗康复事业格外重视。发展用于人体组织与器官再生与修复的生物材料具有重大的社会效益；近十多年来，高技术生物材料及制品产业已经形成，并以每年１５％的速率稳步增长。就发展态势来看，生物材料在世界经济中的重要作用可与２０世纪的几大工业如汽车、半导体、电子、计算机相比，生物材料面对５０多亿人口的巨大市场，更具有巨大的经济效益。从科学的角度来看，材料科学能为生物医学的发展提供重要的新材料；材料科学本身也从近代生物科学的发展中获取着新的推动力和生命力。生物材料科学的发展方向包括：①利用现代材料研究的新方法对天然生物材料的结构进行研究，以天然生物的结构为原形，进行结构仿生。例如：在用电子显微镜技术对荷叶进行分析后，人们知道了荷叶出污泥而不染的结构特征，并用仿生学的方法，制备了与荷叶表面类似的高分子化合物，研究了其疏水及疏油的特性。②研究生物的形成过程，了解矿化的机制和形成因素，用分子自组装的方法制备新型功能材料。③通过对植物光合作用的仿生研究，用纳米染料与纳米ＴｉＯ２结合的方法制备大面积纳米染料敏化太阳能电池。④研究ＤＮＡ链在材料科学中的应用。仿生材料主要包括结构仿生与功能仿生两大部分。结构仿生主要是通过制备与生物结构或形态相似的材料，得到与天然材料相似以及具有新的特异性能的人造材料；功能仿生主要是以仿造自然界动物和植物的特异功能和智能响应为目标，研究具有自己诊断、修复以及自清洁、自降解、环境友好的新材料。在这一研究领域，国内最近几年发展较快。

生物医用材料的迅速发展，来源于生物技术、医药技术、纳米技术和材料技术的发展和融合。生物医用材料发展方向是：新型药物控制释放材料、组织工程材料、纳米生物材料、生物活性材料、介入诊断和治疗材料、可降解和吸收生物材料、结合基因技术的医学材料的研究和开发。药物控制释放的关键技术是载体材料，药物缓释、靶向药物、智能化药物释放，特别是对器官或细胞的靶向药物释放是给药技术的发展方向。

新能源用材料是关系到人类生存与发展的重要研究课题。在这次讨论会上，有３篇邀请报告讨论能源用材料问题。其中中科院物理研究所的陈立泉院士以《我国新能源材料战略的一些思考》为题介绍了美国、日本和欧盟等发达国家对新能源材料研究和开发的现状以及未来１０～２０年的研究计划。我国能源短缺，能源安全和国防安全都面临严重挑战，提高能源利用率，开发新能源，是十分紧迫的任务。我国新能源材料的发展目标是：近期开展储能电池的应用研究，发展家用储能器件，将电网的低谷电储存起来，在用电高峰时使用，实现电网均荷运行，提高能源利用率。大力开展新型太阳能电池和燃料电池的基础研究和应用研究；中期计划是建立和完善以太阳能电池和燃料电池为基础的分散能源体系；远期计划是低温核聚变能的实用化。中科院大连化学物理研究所燃料电池中心的张华民研究员针对燃料电池关键材料技术介绍了国内外的发展概况。燃料电池的关键材料包括：电极、电解质隔膜与聚流板。国外在家庭用燃料电池发电机、燃料电池汽车等领域已达到或接近实用水平；我国在燃料电池研究领域也获得了长足的进步，用自己的技术建造的燃料电池汽车也有样车问世，但是，目前还存在很多问题，最关键的是价格太高，其发展瓶颈技术是聚流板质量与价格问题。另外如何获得和储存氢气也是影响燃料电池实用化的关键。日本国家物质材料研究所的叶金花研究员介绍了开发可见光响应的光催化材料以直接利用太阳能分解水造氢，或分解有毒有害气体和液体有机物质，净化环境方面的研究进展情况。自从１９７２年日本科学家发现紫外光照射ＴｉＯ２表面分解水以来，各国政府投入了巨大的人力和物力来研究光催化材料，但是，研究的范围主要是集中在以ＴｉＯ２为基础的系列宽禁带半导体材料。但是，这些材料仅对紫外光有响应，效率很低。因为紫外线仅占太阳光能量的４％左右，而可见光占太阳光能量的４３％，因此，开发可见光响应的光催化材料是提高效率的关键。２００１年日本开发了在可见光下按化学计量比（Ｈ２∶Ｏ２＝２∶１）光解水的Ｉｎ１－ｘＮｉｘＴａＯ４（ｘ＝０－０．２）系列光催化剂，引起了人们广泛的关注。最近他们又在ＭＩｎ０．５Ｎｂ０．５Ｏ３、Ｍ＝Ｃａ.Ｓｒ.Ｂａ、Ｌｎ２ＴｉＯ７、Ｌｎ＝Ｌａ.Ｐｒ.Ｎｄ等系列可见光响应型高效光催化剂的研究方面取得进展。国内虽然也开展了大量光催化方面的研究?但是在可见光响应型高效催化剂方面的研究还没有见到有自主知识产权的成果。

中科院理化所的陈创天院士介绍了非线性光学晶体的最新进展。可以说?非线性光学晶体是我国在高技术材料领域中少数几个处于国际领先地位的领域。在这一研究领域中国牌的晶体占有重要的地位。在可见区常用的非线性光学晶体如ＫＴＰ、ＤＫＤＰ、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３等我国的晶体生长水平处于国际一流；在紫外及真空紫外波段，中国牌的ＢＢＯ，ＬＢＯ以及最近开发的ＫＢＢＦ等硼酸盐系列晶体处于领先地位；而红外区的非线性光学晶体相对较少，国内在这一区域非线性光学晶体的研究相对落后。另外，国内在整机制造方面水平较低，其结果是外国公司用中国晶体占领中国的激光市场，陈院士呼吁尽快改变这一现状。

平面显示技术是显示技术的发展方向。香港城市大学的李述汤教授介绍了有机电致发光显示技术的发展动向。有机电致发光显示是第三代显示技术的重要候选者。目前日本在小分子的有机电致发光器件方面处于领先地位，他们加工的彩色电视尺寸已达２４英寸。我国从１９９０年左右就开展了这方面的研究，但就器件加工水平来说，与国际先进水平存在较大的差距。基于高分子的有机电致发光器件欧美水平较高，有望在今后数年间得到市场应用。另外，柔性电致发光显示用材料以及相关产业链上的相关产品也是今后的发展方向。我国台湾工业技术研究院工业材料研究所的刘仲明所长介绍了台湾方面在平面显示方面的研究开发情况，包括液晶和有机电致发光两个方面。

纳米材料是当前研究开发的热门课题。中科院白春礼院士和台湾中央研究所的吴茂昆教授分别就纳米科技的现状和发展趋势以及台湾纳米科技计划作了介绍。白春礼院士在报告中介绍了当前我国在纳米研究中取得的一些成果及存在的问题，例如：我国在碳纳米管、纳米铜等方面取得了一些成果，已形成了一支在国际上有一定影响的研究队伍；我国具有一些发展纳米材料的矿物资源和生物资源，但在有自主知识产权的成果及投资布局和力度等方面还存在问题。而台湾自２００３年１月起，开始了一个为期６年的纳米科技计划，共投资６．５亿美元?希望整合台湾的产学研力量? 推动整体创新能力?加快台湾方面纳米研究的人才培养和产业化进程。

通过参加会议，基本了解了国内外相关材料研究的概况。笔者见到了我国材料研究领域的泰斗，如师昌绪院士、严东生院士和李恒德院士，通过他们的发言感受到了老一辈科学家对国家材料科学发展的赤诚之心。笔者还认识了两岸三地从事材料研究的一些人员，并进行了交流。同时，还实地考察了我们与香港科技大学的中港合作项目的进展情况，取得了圆满的结果。

陶绪堂（山东大学晶体材料国家重点实验室，济南２５０１００）

[ Last edited by imrking on 2005-12-6 at 13:13 ]

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