国强民富 材料先行

    编者按

    材料的发展推动了人类社会的进步，同时，人类生产生活的需求也成为材料不断发展的动力。材料是什么？它如何影响人类社会的发展？实现强国梦和中华民族的伟大复兴，材料科学与技术将发挥怎样的作用？两院院士师昌绪多年来一直致力于材料科学研究与工程应用。不久前，在中国科技馆，这位年逾九十的国家最高科学技术奖得主以“材料与社会”为主题，为公众作了一次生动的科普报告。

材料的历史

    在生活中，材料无处不在，小到衣食住行，大到国家高新技术的发展。

    既然材料如此重要，何为材料？材料是用来制造有用的构件、器件、装备的物质。材料与物质的区别在于材料强调应用——有用的物质才叫材料。

    过去只有“金属学”、“陶瓷学”等名词，没有“材料科学”。20世纪60年代，前苏联人造地球卫星发射成功后，美国政府及科技界为之震惊，并认识到先进材料对于高技术发展的重要性，于是在一些大学相继成立了十几个材料科学研究中心，从此“材料科学”这一名词开始被人们广泛使用。

    材料的进步标志着人类社会的发展历程。100万年以前，原始人以石头作为工具，处于“旧石器时代”。1万年以前，人类对石器进行加工，使之成为器皿和精致的工具，从而进入到“新石器时代”。公元前5000年，人类进入“青铜器时代”。公元前1200年，人类开始使用铸铁，步入“铁器时代”。18世纪钢铁的出现催生了蒸汽机、轮船、火车、铁路等，成为产业革命的重要内容和物质基础。在此后的两三个世纪内，钢铁仍是材料的主角之一，因其资源丰富、用途广泛、性能优越、价格低廉且性价比高。

    20世纪中叶，半导体材料的应用和发展使人类社会进入到信息时代。现在，我们的生活已经离不开计算机和网络。与此同时，以人工合成高分子材料和陶瓷材料为主的新材料又出现了，这同样具有划时代意义。

传统材料产业亟待解决的问题

    长期以来，以钢铁、有色金属、塑料等为代表的传统材料为促进我国经济快速发展做出了很大贡献。由于量大面广，价格低廉，性价比高，传统材料至今仍显现出旺盛的生命力，但依然存在不少问题，例如对资源依赖性强、能耗高、污染严重等。

    具体来讲，我国传统材料产业亟待解决以下几个问题：一是改进生产流程，降低能耗，减少污染，大力发展循环经济，重视生态设计。实践证明：利用废钢1吨，可节约铁矿1.3吨，降低能耗50%，减排二氧化碳1.4吨。

    二是合理利用矿产资源，特别是做好国内复杂矿的综合利用。目前我国对复杂矿的利用率很差。例如，白云鄂博铁矿中含有丰富的稀土资源，占全国总储量的90%以上、世界已探明总储量的5/6，有“世界稀土宝库”之称，但目前利用率还不到10%。

    三是建立安全保障机制，扭转材料生产严重依赖资源进口的现况。我国矿产资源大量依赖国外进口，根据2012年的数据统计，作为不锈钢主要原料的铬几乎全部依赖进口，而战略资源铜精矿的进口率也达60%—70%。

    四是发展传统材料不应该无节制，还需要把握国际、国内需求及产能变化趋势，要统筹发展，避免重复建设；此外，发展钢、有色金属、水泥、塑料等材料应有一个合理比例，需要深入评估对经济发展和生态环境的影响。

立足国内研发新材料

    新材料是发展高新产业的基础。例如，航空航天技术对材料的依赖度就很高，素有“一代材料、一代飞机”的说法。战斗机每减重15%，跑道可缩短15%，航程增加20%，载荷增加30%。

    目前我国关键新材料的自给率只有14%，大部分依靠进口，这种状况必须改变。以发展滞后的生物材料为例，在我国，大型医疗机械大多从国外进口，不是GE便是西门子。究其原因，一方面是国家对此重视不够、投资少；另一方面是国人的心理作用，盲目相信洋品牌。1997年，我国成立了“中国生物材料委员会”，虽然在学术水平上比较有影响，但在生物材料产业化方面却没有多少收获。今后，我国的医疗器械生产应该尽快立足国内，发展成为支柱型产业；材料、药物研发目前已有一定基础，应加速从实验室走向产业化。

    中华民族要实现强国梦，要改善人民生活、增强国家实力，就必须重视新材料的研发、产业化与应用。作为科学研究与工程技术相结合的产物，材料从成分设计到形成产业，是一个漫长的过程，需要相关人员团结合作，协同创新。目前国内的现状是“各部门各管一段”，科技部门与产业部门之间的协作不够，研究成果大多停留在书面上，没有转化成实际可用的材料。看来，如何把科技部门的研究成果转换成材料进而形成产业，是我们必须加强的环节。