材料是人类赖以生存的物质基础，每种新材料的出现及应用都将伴随着现代科学技术的巨大飞跃。从现代科学技术史中不难看出，每一项重大科技的突破在很大程度上都依赖于相应的新材料的发展。因此，新材料是现代科技发展之本，美国将新材料称之为“科技发展的骨肉”，而新材料技术被称为“发明之母”和“产业粮食”。值此科技周之际，带您一起领略全球材料发展前沿和我国腐蚀科技创新成果，进一步体会科技创新对重大工程发展的支撑作用。
全球七大最顶尖的新材料强国
新材料产业的创新主体是美国、日本和欧洲等发达国家和地区，其拥有绝大部分大型跨国公司，在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等多方面占据绝对优势。其中，美国属于全面领跑的国家，日本的优势在纳米材料、电子信息材料等领域，欧洲在结构材料、光学与光电材料等方面有明显优势。中国、韩国、俄罗斯紧随其后，目前属于全球第二梯队。中国在半导体照明、稀土永磁材料、人工晶体材料，韩国在显示材料、存储材料，俄罗斯在航空航天材料等方面具有比较优势。从新材料市场来看，北美和欧洲拥有目前全球最大的新材料市场，且市场已经比较成熟，而在亚太地区，新材料市场正处在快速发展的阶段。从宏观层面看，全球新材料市场的重心正逐步向亚洲地区转移。
以下为全球七大顶尖新材料强国的概况：
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01 美 国
美国是全球新材料领域的重要领导者。北京大学数字中国研究院副院长曾经认为：美国在新能源、新材料和生命工程方面的技术水平远远领先于世界其他国家。值得一提的是，美国曾经把新材料列为影响经济繁荣和国家安全的六大类关键技术之首。在确定的22项关键技术中，材料占了5项（即材料的合成和加工、电子和光电子材料、陶瓷、复合材料、高性能金属和合金）。美国的新材料发展特色是以国防部和航空航天局的大型研究与发展计划为龙头，主要以国防采购合同形式来推动和确保高校、科研机构和企业的新材料研究与发展工作。
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02 日 本
日本是新材料生产技术最先进的国家，日本政府十分重视新材料技术的发展，把开发新材料列为国家高新技术的第二大目标，因此，日本材料企业在全球新材料产业界形成“一枝独秀”领先局面。
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03 德 国
德国新材料产业受到全世界的公认好评。2012年6月，德国启动实施了《纳米材料安全性》长期研究项目，以了解各类纳米材料可能对周边环境产生的影响，通过定量化方法对纳米材料进行安全性风险评估。2012年11月，德国启动“原材料经济战略”科研项目，目的是开发能够高效利用并回收原材料的特殊工艺，加强稀土、铟、镓、铂族金属等的回收利用。
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04 英 国
英国是全球传统的新材料强国之一。英国亨利·罗伊斯研究所(Henry Royce Institute)由九个先进材料研究机构组成，并与剑桥大学物理研究所和制造业研究所一起确定了五个绿色技术“路线图”，描述了关键材料领域如何减少温室气体排放。
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05 中 国
中国是全球首屈一指的新材料产业大国，产业规模大约2万亿元。中国在金属材料、纺织材料、化工材料等传统领域基础较好，稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、有机硅、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产能居世界前列。经过几十年奋斗，中国新材料产业从无到有，不断发展壮大，在体系建设、产业规模、技术进步等方面取得明显成就，为国民经济和国防建设做出了重大贡献，具备了良好发展基础，预计到2025年中国新材料产值有望突破10万亿元。
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06 俄罗斯
俄罗斯是传统的制造业强国，尤其在新材料等新兴产业科技创新方面具有独特优势。值得一提的是，俄罗斯在航天航空、能源材料、化工新材料等领域处于全球领先地位。据了解，俄罗斯国家科学技术大学的材料科学家曾经研制出一种氰化铪陶瓷，理论上能承受4200摄氏度高温。
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07 韩 国
韩国是新材料世界级强国之一。2020年10月，三星先进技术研究院Eunjoo Jang团队曾经报道了一种量产率为100%的无镉蓝光ZnTeSe / ZnSe / ZnS量子点的合成。所得的器件显示出高达20.2％的EQE，亮度为88900 cd m-2，在100 cd m-2时T50 = 15850 h，这是迄今为止全球蓝光QD-LED报道的最高值。
变换天工器如神！2021年世界新材料发展回顾
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俄罗斯 Russia 磁超导材料有突破 硅纳米技术在爬坡
磁性超导材料指含有磁性离子的超导材料，可用于加速大型强子对撞机中的粒子，建造磁悬浮交通工具等。目前开发和批量生产磁性超导体的主要问题是，要使用复杂且昂贵的冷却设备。俄罗斯量子中心科研人员首次在室温下获得了磁性超导材料，借助该技术，未来可创建不需要复杂、昂贵冷却装置的量子计算机。相关实验是在钇铁石榴石单晶膜上进行的，该物质在某些温度下具有自发磁化作用。
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英国 The UK 仿生技术可驱动 充气设备能止痛
英国剑桥大学的研究人员模仿自然界中最坚固的材料之一--蜘蛛丝的特性，创造了一种基于植物的、可持续的、可伸缩的聚合物薄膜。这种新材料与当今使用的许多普通塑料一样坚固，可以取代许多普通家用产品中的一次性塑料。同时，该材料无须工业堆肥设备就可在大多数自然环境中安全降解，也可实现工业化大规模生产。
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美国 The US 氢化硼烯显身手 量子研究新出口
在新材料领域，美国科学家发挥自己的奇思妙想，获得了多项突破。2004年“新材料之王”石墨烯问世，人们自此开始不断地去尝试设计新型二维材料，硼烯被认为比石墨烯更强、更轻、更柔韧，或将成为继石墨烯之后又一种“神奇纳米材料”。
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日本 Japan 电池变得更长寿 储氢合金显威力
日本物质材料研究机构试制“金刚石电池”，也称“贝塔伏特电池”，是利用放射性物质制成的“核电池”的一种。放射性物质的原子核不稳定，会释放各种放射线并衰变，其中碳14和镍的放射性同位素镍63等会释放β射线。碳14的半衰期约为5700年，镍63约为100年，所以可实现长寿命电池。“金刚石电池”即利用此类放射性物质释放β射线来实现发电。日本目前试制的“金刚石电池”寿命可达100年，可用作太空和地下设备的电源。
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法国 France 国际合作显其能 创新成果各不同
纳米技术方面，法国南巴黎大学固体物理实验室联合奥地利格拉茨技术大学物理研究所，首次对纳米表面声子进行了三维成像，有望促进新的更有效的纳米技术的发展。为了开发新的纳米技术，必须首先使表面声子在纳米尺度上实现可视化。在新研究中，科学家用电子束激发了晶格振动，用特殊的光谱方法对其进行测量，然后进行了层析成像重建。
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韩国 South Korea 纳米研究投入大 经费保障靠计划
根据《2021年度纳米技术发展实施计划》和《第七次产业技术创新计划（2019-2023）2021年度实施计划》，韩国政府提供的纳米研究经费连续三年高速增长。
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以色列 Israel 根据环境去伪装 隐身材料上战场
以色列企业Polaris Solutions称其与以国防部合作研制出一种名为“Kit 300”的热视觉隐身材料。该材料由金属、聚合物和超细纤维组成，其主要用于在夜间帮助士兵避免被热成像设备发现，但其也可根据作战环境（如戈壁、丛林等）需求定制颜色和图案，在可见光条件下帮助士兵伪装。此外，该材料具有防水功能，具有较高的强度和柔韧性，可弯曲成U形作为临时担架。
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德国 Germany 电池效率创纪录 人工合成鈇元素
德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心用X射线显微技术在1秒钟内拍摄了1000张断层图像，刷新了材料研究领域的世界纪录。该中心发明一种放置在硅和钙钛矿中间的自组装甲基单层膜材料，提高了填充性能以及太阳能电池的稳定性，并创造了钙钛-硅串联太阳能电池效率的世界纪录。于利希研究中心等合成和表征了所谓的二维材料，并证明该材料是磁振子的拓扑绝缘体。奥格斯堡大学根据量子效应阻碍磁序原理研发一种稳定化合物，可以替代顺磁盐实现超低温。
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乌克兰 Ukraine 纳米晶体有特性 科学巧用来治病
近几十年来，科学界对纳米技术的使用及其在科学、工程和生物医学领域提供的机会越来越感兴趣。与大块对应物相比，纳米晶体具有独特的物理特性，并且由于它们的尺寸小，可以很容易地进入活细胞甚至单个细胞器。这使得纳米晶体能够成功用作药物的载体，这极大地促进了它们对单个细胞的靶向递送，并且具有巨大的潜力，特别是在癌症的化学疗法中。
世界新材料领域2021年态势总结
人工智能、机器学习等技术助力新材料研发。美国西北大学和麻省理工学院使用人工智能技术构建了一种新的、易于使用的工具，通过识别材料的新特征，加快科学家发现可发生金属-绝缘体转变材料的速度。美国麻省理工学院通过机器学习优化具有多种特性（如韧性和抗压强度）的新型3D打印材料，将加速新材料的研发进程。美国西北大学和丰田研究所成功应用机器学习指导新纳米材料的合成，消除与材料发现相关的障碍。德国亚琛工业大学和芬兰于韦斯屈莱大学开发基于机器学习和计算得出的描述符的系统，可用于寻找特殊种类的催化剂且准确性极高。
各国关注材料回收、二氧化碳转化制取清洁能源的技术，推动相关催化剂和低碳足迹材料研发。日本东京大学联合其他机构开发了一种工艺，通过回收废弃混凝土并将其与捕获的二氧化碳结合来制造新的碳酸钙混凝土。美国劳伦斯·伯克利国家实验室利用新技术改进用于辅助反应的铜催化剂的表面，提高了二氧化碳向液体燃料的转化效率。澳大利亚新南威尔士大学在室温下使用液态镓将二氧化碳转化为氧气和高价值的固体碳产品，未来可用于电池、建筑或飞机制造。
前沿新材料领域取得新进展，推动高技术产业变革。美国南阿拉巴马大学研发出一种富含纳米颗粒的新型碳纤维增强复合材料ZT-CFRP，其不仅比传统铝制结构轻，比钢更坚固，且与传统的碳纤维增强复合材料相比，不容易受到机械冲击破坏的影响。中国浙江大学、香港城市大学和韩国IBS低维碳材料中心共同开发了一种冷缩法制备大面积独立支撑超薄石墨烯纳米膜的方法，可以实现从基片上分离大面积（横向尺寸达4.2厘米）氧化石墨烯组装薄膜（纳米级厚度）。韩国首尔国立大学受自然界变色龙的“伪装”启发，将热致变色液晶层与垂直堆叠的、图案化的银纳米线加热器集成在多层结构中，制造出“人造变色龙皮肤”，并制作了一个软体机器人进行演示实验。
世界新材料领域2022年趋势展望
关键原材料供应安全受到全球关注，美西方欲构建关键原材料“国际联盟”。美国能源部宣布将在2022-2024年出资3000万美元，用于开发新技术，以确保构建清洁能源技术所需的关键材料供给，旨在使稀土和铂族元素的供应多元化，开发替代品并改善其回收与再利用。英国极地研究与政策倡议组织发布《五眼关键矿产联盟：关注格陵兰岛》报告，指出“五眼联盟”国家应加强与格陵兰岛的战略合作，增加对盟国关键矿产资源的供应，并减少对“稀土垄断大国”中国的依赖。美国、加拿大、澳大利亚共同启动“关键矿物测绘倡议”，旨在帮助各国政府及企业获得“多样化的钴、锂、稀土元素等关键矿物采购来源”，从而在全球向清洁能源时代转型过程中，弱化中国在全球稀土供应链的领导地位。为此，美国稀土公司致力于开发在哈德斯佩思县的“圆顶”（Round Top）矿区项目，该项目将于2022-2023年投入运营，采矿率估计为每天2万吨，而所有的矿物加工将在现场进行。
各国继续加强新材料布局，推出多项新材料研发计划，以支撑未来新兴产业发展。美国国家科学基金会发布2021年版“通过材料设计以变革我们的未来”（DMREF）计划，拟强化跨领域、跨机构间合作，并向25个研究项目资助4000万美元。此外，美国国家科学基金会还启动了“新兴量子材料与技术”（EQUATE）5年期研究计划，资助额度为2000万美元。美国白宫科技政策办公室和国家纳米技术协调办公室发布《2021年国家纳米技术倡议（NNI）战略计划》，提出未来5年具体目标和行动，以吸引全美各界参与，确保美国在纳米材料发现、转化、相关产品制造方面继续处于世界领先地位。日本内阁府公开发布《材料创新力强化战略》，提出到2030年应重点推进4项具体举措，即整合以数据为基础的材料研发平台、重要材料技术和应用领域的战略性推进、构建材料创新生态系统、积极培养并留住能够支撑材料创新力的人才。巴西发布了“先进材料的科学、技术和创新政策”，并设立先进材料指导委员会，就先进材料相关问题向政府提出有关政策和方案的制定和修订建议，确立目标和优先事项。
各国加快推动新能源材料产业发展，电池材料领域的竞争日益激烈。美国能源部发布《国家锂电池蓝图2021-2030》报告，提出未来10年打造美国本土锂电池供应链的五大主要目标和关键行动。荷兰特温特大学使用全新材料铌酸镍作为锂离子电池的阳极，将充电速度提高10倍，且不会导致电池损坏或缩短其使用寿命，预计2022年将进一步改进阳极，使其能够应用于能源电网、需要快速充放电的电动机器或电动重型运输领域。美国得克萨斯大学奥斯汀分校开发了一种高度稳定、能快速充电、可防止形成枝晶或表面腐蚀的新型钠基电池材料，并计划在2022年测试其是否可用于电动汽车以及存储风能、太阳能等可再生资源。日本东北大学多元物质科学研究所首次创造出不含有毒元素的N型硫化锡薄膜，预计将比P型硫化锡薄膜表现出更高的转换效率，计划在2022年开展相关验证实验。
腐蚀与防护领域科技创新之面面观
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复杂大气环境下输变电设备金属材料可靠性评估与防护
本项目属于电力工程材料学科。杆塔、金具、导线、开关操作机构等输变电金属部件，贯穿整个电网，起到连接、支撑及传递机械、电气负荷作用，金属材料的可靠性和安全性直接影响电网的安全运行。南网运行超过20年的输电线路，近60%的运行状态异常是由于材料锈蚀、老化等造成的，电网每年仅腐蚀造成的设备加速折旧、维护等费用近 800 亿。
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超高耐蚀性的氯化钾镀镉及石墨烯封闭防护层的开发研究
传统的氰化镀镉溶液和产品质量稳定，但氰化物是国家严令禁止使用的污染物之一，无氰镀镉代替氰化镀镉已经势在必行，并且时间紧迫。根据国家发展改革委员会《产业结构调整指导目录(2011 年本)》的要求，按照贵州省经济和信息化委员会《关于淘汰部分含有毒有害氰化物电镀工艺专题会议纪要》(黔经信专议[2013] 67 号)文件的工作部署，贵州省进行了淘汰氰化物电镀的工作。传统的氨三乙酸-氯化铵无氰酸性镀镉工艺和HEDP碱性无氰镀镉工艺代替氰化镀镉工艺，但这两种工艺稳定性差，不能满足正常生产的要求。在这种背景下，受贵州省装备制造业协会表面工程分会和贵阳市表面工程行业协会的委托，本公司承担了贵州航空航天领域的无氰镀镉研发项目，开发了氯化钾无氰镀镉工艺。
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埋地聚乙烯燃气管道剩余使用寿命预测技术研究
管道运输作为五大运输行业之一，在国民经济与工业生产中发挥着越来越重要的作用，其中埋地管道作为压力管道的重要敷设方式之一，在管道运输中占据重要地位。随着“以塑代钢”的理念不断深入，聚乙烯（PE）管道由于耐腐蚀性强、机械加工性能好及使用寿命长等优势被广泛用于城市燃气、给排水和腐蚀性液体等介质输送。
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生活垃圾焚烧发电锅炉过热器优化运行与防腐关键技术研究
垃圾焚烧发电是实现城市垃圾无害化、减量化和资源化处理的一种有效方法。但因垃圾成分复杂性、炉膛高温烟气氛围多样性等因素，垃圾焚烧发电锅炉高温受热面积灰、磨损、腐蚀等问题日益突出。
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海上含硫化氢油田腐蚀控制关键化学药剂的研制及大规模应用
海上油田发生的海管事故的最主要原因就是腐蚀，其中内腐蚀约占比28.9%，均与CO2/H2S腐蚀有关。海管一旦穿孔带来，将造成巨大的损失，更换海管的费用高达上亿元，同时更换期间也将有大量的原油减产。
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复杂环境下工程结构长效防腐技术体系创新及推广应用
工程结构是人类文明的产物，并伴随着人类而分布在各类环境之中，其中不乏一些严酷复杂的自然环境，如高盐度、高碱度、高湿度、大温差、严寒等，使工程结构出现 “腐蚀病症”，如钢结构锈蚀、钢筋混凝土结构锈胀开裂、混凝土保护层剥落、钢-混凝土锚固区以及预制构件连接处的腐蚀等，造成安全隐患，甚至酿成灾难性事故。
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复杂输油气站场及长输管道阴极保护关键技术研究及应用
阴极保护技术作为输油气站场及长输管道最重要的外防腐方式之一已被广泛应用。然而，日益复杂的工况使得阴极保护技术在油气站场及长输管道设计及运行过程中陆续出现了一些技术瓶颈问题，给输油气站场及长输管道阴保系统设计和运行维护带来了诸多问题，造成阴极保护效果不佳、因腐蚀穿孔泄漏引起的安全隐患和风险不断增加。
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飞机关键零部件热喷涂修复技术及应用
航空装备零部件在大修时突出的问题是表面的腐蚀、磨损等，这些会造成零部件的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度下降，进而降低零部件工作效能或者彻底失效，严重影响了航空装备的安全服役。
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电化学腐蚀与机械摩擦磨损在仿生环境中的交互作用机制
21世纪，世界各国先后步入老龄化社会，到2050年中国将有近5亿老年人口。骨关节炎作为常见老年病给患者晚年带来极大的痛苦，目前依旧是医学界的一大难题。已有大量的案例证明关节置换术能有效解决骨关节炎问题，因此关节置换术极大提升患者的生活质量[1]。常用的人工关节材料主要有金属材料，聚四氟乙烯与陶瓷材料。
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锅炉水冷壁热喷涂防护涂层封孔研究及工程应用
目前以煤炭为主要燃料的火力发电在我国能源结构中仍占据主要地位，然而燃煤中较高的硫、氯及碱金属含量导致燃煤锅炉水冷壁管发生热腐蚀，甚至引起管道表面结焦，严重影响锅炉的安全、稳定运行。在锅炉水冷壁管表面制备防护涂层是解决以上行业难题的有效途径，且具有良好经济效益。
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超（超）临界电站锅炉管抗蒸汽氧化涂层技术与应用
我国超超临界机组参数等级和装机容量均居世界首位，锅炉氧化皮剥落导致堵管、爆管问题，威胁机组安全高效运行；高温涂层在解决火电机组氧化皮问题、释放耐热钢强度潜力方面具有显著的优势，可彻底克服现有喷丸、高Cr合金化等技术抗氧化作用时效短、组织稳定性差的问题。
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基于多机制协同航空自修复涂层关键技术
海军航空装备服役于高温、高湿、高盐的海洋大气环境，表面涂层极易遭受损伤，进而引发结构损伤、服役寿命缩短甚至突发性灾难事故。因此，对发生涂层破损的部位进行及时修复，是保证海军航空装备安全性的重要保障。当前依赖“人工补漆”的方式存在修复后厚度不均匀、腐蚀产物清除不彻底、易短时间内引发更大面积失效的难题。因此，研发具有智能自修复性能的航空涂层是破解这一难题的发展趋势。
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抗剥落高温自适应搪瓷基复合涂层
本研究围绕我国国防及民用工业中热端部件在高温海洋、工业复杂气氛、熔融盐、液态金属、燃气冲蚀等苛刻环境中的腐蚀防护难题，开展耐腐蚀搪瓷涂层的研究。
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城市地铁动态杂散电流对油气管道阴保电位影响规律及对策的研究
近年来，随着城市轨道交通的快速发展，地铁运营里程快速攀升。地铁作为城市地下杂散电流最大来源，对管道产生腐蚀的影响最为强烈。杂散电流会对管道的阴保电位产生严重的干扰，加速管道腐蚀，或者导致金属表面析氢，防腐层剥离破坏，影响管道的安全运行。
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电网关键材料腐蚀数字化地图构建及寿命预测技术研究
我国输电规模世界第一，输电电压等级世界最高，构成了“西电东送”、“北电南送”电力能源大动脉、大通道、大系统，电网的安全稳定运行是国家能源安全的重要保障。随着特高压工程跨区输送以及“走出去战略”的发展，电网装备材料面临更多样、更复杂、更严酷的服役环境，腐蚀已成为影响电网安全的重要问题之一。
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高硫高盐油气田地面设施耐蚀合金选材关键技术及工程应用
石油被称为“工业血液”，是国家生存和发展不可或缺的战略资源。为保障了国家能源安全和多元化供给，国家不断强化国际能源合作。海外中东、中亚等富油地区多为高硫高盐油气田，介质苛刻复杂，腐蚀和开裂失效问题日益突出，给材料的安全服役、地面设施的安全运行和环境提出重大挑战。
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钢铁材料应力腐蚀电化学理论创新与工程应用
钢铁材料应力腐蚀电化学理论创新与工程应用
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海洋复杂苛刻环境下装备材料腐蚀与防护机理研究
海洋是我国经济与军事的战略要地，走向深海、远海”是我国目前及未来的重要战略目标。在深海、远海领域中应用的装备、装置的发展面临重大机遇与挑战。深海、远海下金属腐蚀防护问题是制约该发展的关键因素，亟待解决。
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苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢腐蚀机理与寿命预测
我国西部蕴藏着丰富的石油、天然气资源，是西气东输的主要气源产地。但是，天然气开采面临着超深、超高温、超高压和超高腐蚀性的工况环境，这是在世界范围内极为罕见的深地苛刻油气环境。现场调研结果表明，30%的油管在使用的初期就会发生严重的穿孔甚至断裂，造成了巨大的经济损失。
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PAMC尼龙-钢复合管离心浇铸工艺研究及产业化
PAMC尼龙-钢复合管离心浇铸工艺研究及产业化
李元元院士：在新一轮科技革命与产业变革中新材料迎来战略机遇
在由中国工程院、中国科学技术协会主办，中国材料研究学会共同主办的“中国新材料产业高峰论坛——第三届中国新材料产业发展大会暨2021‘科创中国’新材料专家、技术、需求推介会”上，中国工程院院士李元元根据中国工程院几个重大咨询项目的部分研究成果作了“新形势下我国新材料发展的战略机遇与挑战”的主题报告。
他表示，我国的新材料产业起步晚、底子薄、起点低，但经过材料人进40年的的努力，取得了举世瞩目的成就，我国已成为世界材料大国。当前中国新材料已进入到了高速发展的快车道，例如前沿研究正迈向世界的前列，尤其是前沿热点领域表现出强劲的发展势头，部分领域与发达国家形成了并跑，甚至少数的领域已经形成领跑局面。产业集群已逐步形成长三角、珠三角、环渤海三大新材料产业聚集地，表现出蒸蒸日上的发展局面。特色产业形成优势，西部、东北、中部分别以能源、资源、地域为特色的新格局呈现出高速发展的新态势。以企业为主体，市场为导向，产学研用相融合的新材料创新体系正在逐步形成。