战略性新兴产业专题系列投资策略报告之二：天生我材必有用(3)

2010年02月25日 14:33凤凰网财经【大中小】【打印】共有评论0条

三.新材料的主要分类

新材料是指那些新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界，新材料在传统材料基础上发展而成，传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料。

新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛，它同信息技术、生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域。同传统材料一样，新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类，不同的分类之间相互交叉和嵌套，目前，一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域：

电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。

四.新材料：过去·现在·未来1.材料变迁推动人类历史进步

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，而新材料则主要是指刚刚投产或正在发展且具有优异性能并有应用前景的一类材料。它是相对于在工业中已批量生产并已得到广泛应用的传统材料(如钢铁、塑料等)而言的，但二者之间并无断然界限。

我们现在所说的传统材料在研究与应用之初都是新材料，新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料了。

在实践中，人们按用途把材料分成结构材料和功能材料两大类。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，则可把材料分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料及先进复合材料四大类。根据具体应用领域分，新材料又可分为电子信息材料、新能源材料、生物医用材料、航空航天材料、环境生态材料、高性能结构材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、新型建筑材料及新型化工材料等。

材料是人类生产、生活的物质基础，是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类文明和社会进步的重要里程碑。从历史来看，人类已经走过了石器时代、青铜器时代、铁器时代三个阶段，与之相对的，则是人类文明的三代阶段：游牧文明、农耕文明和工业文明。综观人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化，引起人类社会的重大变革。

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，熔点相对较低，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。随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术，进入钢铁时代。十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、铁路交通的发展。钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，促使人类社会开始从农业和手工业社会进入工业社会。二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又给人类带来了新的材料和技术革命。半导体、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。

目前人类已进入硅基/合成材料时代，材料科技的进步作用更加凸显。材料科学和信息技术、生命科学，被认为是21 世纪的三大支柱性高技术产业。例如，超纯硅、砷化镓的研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使计算机的运算速度从每秒几十万次提高到现在的每秒千万亿次以上。新材料产业已经渗透到国民经济、社会生活和国防建设的方方面面。

2.新材料推动技术发展和产业升级

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和高速互联网；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。事实表明，历史上每一次重大的新技术的发现和某种新产品的研制成功，都往往依赖于新材料的发现和应用。在当代社会条件下，高技术的发展更是以新材料的发展为突破口，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。

以信息技术为例，新材料在其发展中起到了关键性作用。从电子技术到微电子技术再到光电子技术；

从信息的获取、传输、存储、显示到处理等，每一次提高、每一个环节都是以新材料为基础和突破口的。

1906 年佛莱斯特发明了电子管，才有了无线电广播、电视、电子计算机的出现；但只是到了1948年贝尔实验室的巴丁、肖克利、布拉顿发明了半导体晶体管以后，才逐步地实现了电子设备的小型化、轻量化、节能化，以及成本的降低、可靠性的提高与寿命的延长；1958 年集成电路的发明，使计算机及各种电子设备发生了一次飞跃。以后，集成电路的发展十分迅速，器件尺寸和集成度几十年来几乎以数量级的速度在变化。这些变化的实现主要依赖半导体材料——硅单晶生长技术与晶片加工技术的不断进步，即对单晶纯度的要求不断提高；单晶缺陷的尺寸不断缩小，单晶直径不断增加，晶片加工精度和表面质量不断加强，从而使芯片成品率大为上升，每位存储器的价格急剧下降。这就是为什么计算机的功能愈来愈强，而价格却愈来愈低的重要原因。正因此，IBM 公司的首席科学家拉尔夫先生认为：每个独立的计算机技术的发展都依赖于一种新材料问题的解决。集成电路的发明与发展成为人类进入“信息时代”的里程碑。

此外，控制是信息技术的一部分，没有精度高、性能稳定的传感器，计算机用于控制是不可能实现的，而传感器的要害就是敏感材料。“物联网”概念的提出，使开发各种用途的敏感材料成为重要环节。同时，信息的传输是信息时代的另一关键环节。由于光导纤维的研制成功，改变了整个通信体系，使通信技术从以铜为主的金属电缆传输跨入了光纤通信的新时代。光通信的迅速发展，除了光纤以外，激光技术与光电子技术的发展是其重要促成因素，而这些都与新材料密切相关。也正是由于新材料的发展，使20 世纪90 年代初期提出来的“信息高速公路”的设想逐步成为现实。

3.“没有最新，只有更新”的新材料

材料科技的进展成为人类进步的强大“引擎”。《今日材料》2007 年在评价材料科学时，将国际半导体技术蓝图、扫描式探针显微镜、巨磁电阻效应、半导体激光器和发光二极管、美国国家纳米技术计划、碳纤维复合材料、锂离子电池材料、碳纳米管、软刻蚀、超材料等作为50 年十大进展。

到2009 年，这一评价依然具有战略性的指导意义。

从世界上新材料的发展趋势看，钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展；高性能结构陶瓷在保持原有耐高温、高强度的前提下向强韧化、易成形加工方向发展；高分子材料向材料的微观设计、多层次结构调控、集成化、智能化、多功能化方向发展；复合材料以高性能、低成本制造技术为发展重点，向材料设计-制造-评价一体化、功能化、智能化的方向发展。

根据具体用途来看，信息材料是最活跃的新材料领域。微电子材料在未来十年仍是最基本的信息材料：集成电路及半导体材料将以硅材料为主体，化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展。光电子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料，主要集中在激光材料、高亮度发光二极管材料、红外探测器材料、液晶显示材料、光纤材料等领域。最近受到市场关注的LED 即属于此类。

新能源材料是发展新能源的核心和基础，发展方向是开发绿色二次电池、氢能、燃料电池、太阳能电池和核能的关键材料。当前的研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物锂离子电池材料、质子交换膜燃料电池材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。新能源汽车的研究开发，首先得在这些基础材料的技术上有所突破。

化工新材料向高性能化、多功能化、精细化、工艺无害化、装置大型化发展。随着催化剂技术、生物技术、组合化学技术饿发展，是的化工新材料产品的合作更为灵活，速度也不断加快。专用性、功能性产品日益成为化工新材料领域中发展最快、研究最活跃的领域。化工新材料涉及面广，与下游应用结合紧密，因而成为边缘学科活跃的领域。