纵观历史，以材料划分时代是一大特色，如石器、青铜器、铁器时代等，这足以说明人类文明与材料的关系。

    今天，我们周围的物质世界发生了天翻地覆的变化，最新颖的智能手机、最新型的平板电脑、最时尚的可穿戴电子器件都充满了时代感。然而，无论是谷歌眼镜、阿特拉斯机器人、synapse芯片、人造树叶、远程医疗，还是阿科桑底生态城、特斯拉电动车、“和谐号”高铁、神舟飞船，都离不开先进材料。先进材料科学与工程正在改变当今世界和我们的生活。

    一般来说，新出现的、具有优异性能或特殊功能的材料和传统材料，改进后有明显性能提高或产生新功能的材料均可称为先进材料，主要包括新型功能材料、高性能结构材料和先进复合材料等。先进材料可以导致颠覆性技术的出现，从而推进产业变革。白光LED的出现，开辟了照明的新纪元；液晶屏替代阴极射线管，曾带来了显示革命；现在，OLED、打印显示、激光显示又开始崛起，可谓一代材料、一代器件、一代整机相继出现。

    近十几年，先进材料研究成果密集涌现，有人甚至断言，21世纪将是材料“革命”的时代。特别是金融危机以来，各国政府纷纷加大财政投入：美国于2011年启动的“先进制造伙伴关系计划”中设置了“材料基因组”计划；2013年欧盟“石墨烯旗舰项目”列支了10亿欧元的巨额经费；德国、日本也在其国家高技术计划中安排了先进材料的研发内容。不难看出，先进材料是战略新兴产业的基础，采用先进材料已成为未来技术和新兴产业的标志和特征之一，它有如下一些发展特点和重要意义。

    1）先进材料发展呈现出结构功能一体化、材料器件一体化、纳米化、复合化的特点。其作用在高马赫数飞行器、微纳机电系统、新医药、高级化妆品和新能源电池方面发挥得淋漓尽致。

    2）先进材料在行业科技进步中举足轻重。例如，高性能特殊钢和高温合金是高铁轮对和飞机发动机最好的选择，超高强铝合金是大飞机框架的关键结构材料，高强高韧耐腐蚀钛合金则是“蛟龙号”壳体及海洋工程不可或缺的材料。

    3）先进材料联用或与其他学科、领域的深度融合成为其发展的另一特点。高k（编者注：指高介电常数）和更高k材料与新型金属栅结合，引领集成电路顺利走向45纳米及以下精度技术节点；钙钛矿材料和有机材料联用，催生了有前景的新型太阳能电池；智能材料与3D打印结合形成4D打印技术；有机复合材料、生物活性材料与临床医学结合，分别产生和发展了“电子皮肤”和组织再生工程；碳纤维及复合材料已用于航空航天和先进交通工具；化合物半导体材料使太赫兹技术在环境监测、医疗、反恐等方面得以应用；超材料以微结构和先进材料相结合，在电磁波和光学领域获得引人注目的成果；柔性电子学材料、新能源材料、生物医用材料的市场前景广阔。

    4）先进材料与物质科学发展相辅相成。自旋电子学材料、铁基及新型超导材料的研究方兴未艾。阻变、相变及磁存储材料将改变传统的半导体存储器；纳米孪晶结构研究探索出一条合成超硬材料的新路径；富勒烯、碳纳米管开辟了碳基材料的发展前景；石墨烯剥离成功，引发了二硫化钼、单层锡、黑磷、硅烯、锗烯等二维材料的研究热潮。

    5）高通量计算、高通量合成与表征以及大型数据库加速了材料设计、性能预测和制备工艺模拟，大幅缩短了研发周期、降低了生产成本，为先进材料研发和产业化提供了具有变革性的新方式。低铼高温合金和新型锂离子电池电极材料就是很好的实例。不久前，在拓扑绝缘体材料中，计算预测的量子反常霍尔现象已被实验证实。此外，具有超级导电能力的砷化镉材料也是理论计算在前，实验在后。

    6）先进材料研究成果正快速产业化并不断降低成本。据市场预测，直径450毫米硅片将用于14纳米及以下技术节点的集成电路，可继续降低成本，使新技术和新产品以最短的时间、最合理的价格普惠大众。

    7）先进材料的研发与生产还必须考虑节能环保与可再生，并进行全生命周期评价，诸如有毒材料的替代、中重稀土的减量使用、膜材料用于海水淡化、建筑节能材料的应用、生物基材料的研发以及“短小轻薄”理念付诸实践等。同时，低碳及环境友好的制备技术也得到快速发展，如共轭微孔高分子材料捕获二氧化碳并将其催化为环碳酸脂。

    8）先进材料发展要注重军民融合，鼓励开拓“军转民”产品市场。宽禁带碳化硅、氮化镓基的下一代射频高能效高功率器件，即为有潜力的军民融合高端电子产品。

    9）先进材料制备的新方法、新工艺、新装备至关重要，必须协调发展。先进材料也是我国“工业强基”的四大支柱之一；发展先进制造业，实现“中国制造2025”亟需大量先进材料。近年来，我国先进材料研发水平不断提高，产业发展迅猛，但核心竞争力不强，部分高端产品仍受制于人。今后，关键先进材料的研发、工程化与产业化将是我国研究单位、大学、企业、政府和市场关注和着力的重点。

    展望未来，先进材料的研发涉及纳米尺度、飞秒时间、量子力学原理等，并将呈现多学科交叉融合的特点，宜采用自上而下和自下而上相结合的技术路线。此外，还需要进一步加强理论计算与数据挖掘，加强问题导向与市场导向，加强创新驱动，加强与重大工程和新兴产业的结合，促进先进材料的工程化、产业化向更高层次、更科学化、更综合化、更系统化的方向发展。可以预见，先进材料的集群式出现以及众多颠覆性技术的应运而生，将成为新一轮科技革命和产业变革最明亮的曙光。

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