2023年5月26日，由中國科學院和國家自然科學基金委員會聯(lián)合部署、材料科學領域 410 余位專家學者共同研究編撰的《中國材料科學2035發(fā)展戰(zhàn)略》正式發(fā)布，該報告是“十四五”國家重大出版工程“中國學科及前沿領域2035發(fā)展戰(zhàn)略叢書”的分冊之一，全面分析了世界材料科學的發(fā)展趨勢，并提出了我國相應的政策和策略，值得我們特別關注。

材料科學的戰(zhàn)略地位和科學意義

? ? ? ?材料是支撐世界高新技術和現代工業(yè)經濟不斷發(fā)展的必需物質基礎。一代材料承載一代技術，形成一個時代標志。鋼鐵是第一次科技革命中發(fā)明蒸汽機的必要條件。第二次科技革命實現電氣化離不開有色金屬材料。半導體電子材料制約著第三次科技革命中計算機技術的更新?lián)Q代。新型能源材料和納米材料加速了第四次科技革命的演變進程。象征第五次科技革命的互聯(lián)網技術的出現也強烈依賴于高性能信息材料和智能材料體系。展望未來，生物醫(yī)用材料將在第六次科技革命中發(fā)揮舉足輕重的作用。因此，我國早就將材料科技工業(yè)列為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)。

? ? ? ?材料科學與物質科學密切相關，但是二者的研究內容和科學目標各有側重，并且具有明確的學科劃分界面。材料是在人類生產和生活過程中已經實際應用或者顯示潛在用途的各類物質。狹義地理解，物質科學是物理學、化學、生物學、天文學和地學等自然科學領域的一個重要學科。材料科學的核心導向是系統(tǒng)研究可以成為“器材原料”的各類物質的科學屬性和應用特征，屬于工程和技術科學的范疇，是一個典型的應用基礎研究學科?？梢哉J為，材料科學是自然科學與工程技術的交叉學科，與冶金、化工和機械工程等學科共同奠定了新型工業(yè)體系發(fā)展的科學基礎。

材料科學的研究特點與發(fā)展規(guī)律

? ? ? ? ??材料科學作為一個完整獨立的學科體系成形于 20 世紀 80 年代，此前相關研究零散分布于冶金學、物理學、化學化工、機械工程及生物醫(yī)學等科技領域。按照材料的化學組成，其研究對象主要包括金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料等三大類型。材料科學的研究過程從物理學和化學關于物質結構與性質理論出發(fā)，采用現代數學和計算技術作為分析工具，以實驗研究為基礎且面向材料工程應用，主要探索各類材料的微觀結構與優(yōu)化設計、合成制備與成形加工，以及服役性能與循環(huán)利用。

? ? ? ?材料學科的發(fā)展驅動力來自三個方面：首先是高科技領域對千姿百態(tài)的特種新材料的戰(zhàn)略需求牽引；其次是材料科學前沿生長點和新興交叉方向的萌生與蓬勃發(fā)展；最后是純粹自然科學和智能信息技術等相關領域的重大科技突破不斷提供催化和助推效應。

? ? ? ?未來，材料學科的發(fā)展趨勢將呈現六大特征：①材料科學與物質科學的交叉融合更加廣泛深入；②材料科學與信息技術、人工智能和生物醫(yī)學領域相互促進；③航空、航天、航海、核工業(yè)、生物醫(yī)學等尖端需求給新材料帶來挑戰(zhàn)和機遇；④全新的時空概念沖擊著材料科學的前沿生長點；⑤“雙碳”（碳達峰、碳中和）時代強化材料綠色制造和全壽命循環(huán)利用研究；⑥高等教育的新發(fā)展促進材料學科體系的變革和重構。

材料科學的關鍵問題及發(fā)展思路

? ? ? ?在國家自然科學基金委員會和有關部委的共同支持下，我國材料學科取得了長足發(fā)展。特別是，21 世紀以來我國材料學科研究隊伍規(guī)模和發(fā)表論文數量均躍居世界首位。然而，我國材料學科的原始創(chuàng)新能力遠沒達到引領國際材料科技前沿的水平。未來實現材料學科的更好發(fā)展亟待解決六個關鍵科學問題：一是面向世界科技前沿，策劃材料科學的未來發(fā)展架構；二是面向國家重大戰(zhàn)略需求，設計材料科學的未來重點發(fā)展方向；三是著眼全新時空背景，強化材料科學與人工智能和生物醫(yī)學領域交叉融合；四是基于“雙碳”目標和保護環(huán)境基本國策，貫徹材料綠色制造與全壽命控制理念；五是服務經濟建設主戰(zhàn)場，倡導材料科學—材料技術—材料工程三維融合研究；六是突破“五唯”束縛，實現從跟蹤向引領材料科技前沿的根本轉變。

? ? ? ?根據兩年的廣泛調研和深入論證，材料學科的未來發(fā)展思路應該是：立足國家經濟社會發(fā)展需求，瞄準世界材料科學與技術前沿，積極融入和促進第六次科技革命，統(tǒng)籌布局符合我國國情的優(yōu)先發(fā)展研究方向，在追趕超越過程中逐步重構材料科學新體系。經過15年的努力，預期實現以新材料、新技術、新理論、新體系為特征的“四新”發(fā)展目標：①基礎理論研究指引新材料設計，建立中國原創(chuàng)的高性能新材料譜系；②加強科學研究的技術化導向，建立戰(zhàn)略性傳統(tǒng)材料的變革性新技術系統(tǒng)；③追求切實可行的重點科學目標，力爭智能材料、生物材料和納米能源材料等熱點領域的多方面理論突破；④基于材料科學與技術的前沿進展，建立以新概念材料和交叉共性科學為先導的“北極星型”材料學科新體系；⑤面向國民經濟主戰(zhàn)場的重大戰(zhàn)略需求，建立先進結構材料國家實驗室和新型功能智能材料國家實驗室，形成材料領域的國家戰(zhàn)略科技力量。

材料科學的發(fā)展策略與政策建議

重點發(fā)展方向

金屬材料學科

在材料科學的四個分支學科中，金屬材料學科重點發(fā)展方向包括：金屬結構材料的強韌化新原理、新方法研究；金屬功能材料的原子層次結構與性能調控機制研究；金屬材料制備與加工過程的變革性理論方法和全新技術裝備設計原理研究。

無機非金屬材料學科

無機非金屬材料學科重點發(fā)展方向包括：“雙碳”目標牽引的新能源材料研究；滿足國防科技和高端制造需求的高性能結構材料研究；滿足電子信息與人工智能迫切需求的半導體晶體和功能陶瓷材料研究；面向人民生命健康的生物醫(yī)用和環(huán)境治理材料研究。

有機高分子材料學科

有機高分子材料學科重點發(fā)展方向包括：先進復合材料、新型智能材料、高性能生物和信息材料；探索建立“雙能化—復合化—智能化—精細化—綠色化”五維歸一的材料科學研究新范式。

新概念材料與材料共性科學

新概念材料與材料共性科學是國家自然科學基金委員會于 2019年新設立的第四個材料分支學科，其未來重點發(fā)展方向包括：新奇特材料的設計合成和結構性能研究；面向人工智能的多功能材料與材料基因調控研究；材料綠色制造和全壽命循環(huán)利用優(yōu)化控制過程研究；航空、航天、能源、交通等戰(zhàn)略領域賴以發(fā)展的新型核心材料研究。

優(yōu)先發(fā)展領域

金屬材料學科

金屬材料學科優(yōu)先發(fā)展領域包括：輕質高強金屬材料；高溫合金和軸承鋼等特殊黑色金屬；信息、能源和生物醫(yī)藥金屬功能材料；材料制備與加工新工藝；材料加工高端裝備。

無機非金屬材料學科

無機非金屬材料學科優(yōu)先發(fā)展領域包括：面向“雙碳”目標的新能源材料；高性能結構材料；功能晶體及陶瓷；先進碳材料；量子材料。

有機高分子材料學科

有機高分子材料學科優(yōu)先發(fā)展領域包括：通用高分子材料高性能化和功能化的方法與理論；智能與仿生高分子材料的新概念設計原理和制備方法；目標導向的生物醫(yī)用高分子材料的基礎研究與應用評價方法；能源與環(huán)境高分子材料；特定服役條件下的先進高分子材料。

新概念材料與材料共性科學

新概念材料與材料共性科學優(yōu)先發(fā)展領域包括：未來材料的人工設計與構筑成型研究；特殊環(huán)境下材料設計與表征方法研究；材料多功能耦合與集成新原理和新機制研究；國家戰(zhàn)略性特種材料譜系設計與傳統(tǒng)材料變革性研究。

重大交叉領域

金屬材料學科

金屬材料學科重大交叉領域包括：金屬材料加工制備的數字化與智能化理論與技術；金屬材料與能源、信息和生命學科的交叉研究；金屬材料與物理及化學學科的交叉研究，特別關注金屬力學和物理化學性能的電子理論，即把對金屬材料性能的理解從原子層面深入到更加微觀的層面。

無機非金屬材料學科

無機非金屬材料學科重大交叉領域包括：信息功能材料及器件；生物醫(yī)用材料；無機非金屬材料研究新范式。

有機高分子材料學科

有機高分子材料學科重大交叉領域包括：有機 / 無機復合半導體材料和信息材料；智能與多功能高分子復合材料；先進功能有機膜材料；材料多層次多尺度復合新方法與新原理。

新概念材料與材料共性科學

新概念材料與材料共性科學重大交叉領域包括：全新時空背景下材料設計制備、成型過程與服役特性研究；基于人工智能的新型材料組織性能優(yōu)化調控研究；“雙碳”時代傳統(tǒng)支柱材料的綠色再生機制研究；面向臨床醫(yī)學的新型生物醫(yī)用材料設計與合成研究。

本文摘編自《中國材料科學2035發(fā)展戰(zhàn)略》，戰(zhàn)略研究組組長為中國科學院院士魏炳波，標題和內容有調整。

內容簡介

? ? ? ?21世紀前20年，材料科學蓬勃發(fā)展，有力支撐了世界高新科技和經濟社會的不斷進步，我國也已經成為材料科學大國、材料產業(yè)大國和材料教育大國。《中國材料科學2035發(fā)展戰(zhàn)略》面向2035年探討了國際材料科學前沿發(fā)展趨勢和中國從材料大國走向材料強國的可持續(xù)發(fā)展策略，深入闡述了材料科學及其各分支學科的科學意義與戰(zhàn)略價值、發(fā)展規(guī)律與研究特點，系統(tǒng)分析了材料科學的發(fā)展現狀與態(tài)勢，凝練了材料科學的發(fā)展思路與發(fā)展方向，并提出了我國相應的優(yōu)先發(fā)展領域和政策建議。

本書為相關領域戰(zhàn)略與管理專家、科技工作者、企業(yè)研發(fā)人員及高校師生提供了研究指引，為科研管理部門提供了決策參考，也是社會公眾了解材料科學發(fā)展現狀及趨勢的重要讀本。

戰(zhàn)略研究組組長簡介

? ? ? ?魏炳波，材料科學專家，主要從事金屬材料凝固科學與技術和空間材料科學研究。西北工業(yè)大學物理科學與技術學院教授，中國科學院院士。現任中國材料研究學會理事長、中科院載人航天空間材料科學首席專家、國務院學位委員會第八屆材料科學與工程學科評議組召集人。