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2017“十三五”规划新材料技术发展——先进能源与电子材料篇

国家科技部以“国科发高〔2017〕92号”文件印发《“十三五”材料领域科技创新专项规划》全文。以下是规划提出的发展重点:

发展重点

“十三五”期间,材料领域将围绕创新发展的指导思想和总体目标,紧密结合经济社会发展和国防建设的重大需求,重点发展基础材料技术提升与产业升级、战略性先进电子材料、材料基因工程关键技术与支撑平台、纳米材料与器件、先进结构与复合材料、新型功能与智能材料、材料人才队伍建设。

(一)重点基础材料技术提升与产业升级

着力解决基础材料产品同质化、低值化,环境负荷重、能源效率低、资源瓶颈制约等重大共性问题,突破基础材料的设计开发、制造流程、工艺优化及智能化绿色化改造等关键技术和国产化装备,开展先进生产示范。

1. 钢铁材料技术。高品质特殊钢,绿色化与智能化钢铁制造流程,高强度大规格易焊接船舶与海洋工程用钢,高性能交通与建筑用钢,面向苛刻服役环境的高性能能源用钢等。

2. 有色金属材料技术。大规格高性能轻合金材料,高精度高性能铜及铜合金材料,新型稀有/稀贵金属材料,高品质粉末冶金难熔金属材料及硬质合金,有色/稀有/稀贵金属材料先进制备加工技术等。

3. 纺织材料技术。化纤柔性化高效制备技术,高品质功能纤维及纺织品制备技术,高性能工程纺织材料制备与应用,生物基纺织材料关键技术,纺织材料高效生态染整技术与应用等。

4. 石油与化工材料技术。基础化学品及关键原料绿色制造,清洁汽柴油生产关键技术,合成树脂高性能化及加工关键技术,合成橡胶高性能化关键技术,绿色高性能精细化学品关键技术,特种高端化工新材料等。

5. 轻工材料技术。基于造纸过程的纤维原料高效利用技术及纸基复合材料,塑料轻量化与短流程加工及功能化技术,生态皮革关键材料及高效生产技术、绿色高效表面活性剂的制备技术,制笔新型环保材料等。

6. 建筑材料技术。特种功能水泥及绿色智能化制造,长寿命高性能混凝土,特种功能玻璃材料及制造工艺技术,先进陶瓷材料及精密陶瓷部件制造关键技术,环保节能非金属矿物功能材料等。

(二)战略性先进电子材料

以第三代半导体材料与半导体照明、新型显示为核心,以大功率激光材料与器件、高端光电子与微电子材料为重点,推动跨界技术整合,抢占先进电子材料技术的制高点。

1. 第三代半导体材料与半导体照明技术。大尺寸、高质量第三代半导体衬底和薄膜材料外延生长调控规律,高效全光谱光源核心材料、器件和灯具全技术链绿色制造技术,超越照明和可见光通讯关键技术、系统集成和应用示范,高性能射频器件、电力电子器件及其模块设计、工艺技术及应用示范,核心装备制造技术等。

2. 新型显示技术。印刷显示器件与基础工艺集成技术,可溶性 OLED/量子点/TFT 等印刷显示关键材料与技术,高性能/低成本/长寿命红绿蓝激光材料与器件技术,激光显示集成技术及关键材料表征与评估技术等。

3. 大功率激光材料及激光器。激光与物质相互作用机理,大尺寸/低损耗大功率激光晶体和光纤耦合技术,大功率光纤激光材料和器件,高性能非线性晶体材料,高功率光纤激光,短脉冲激光技术,大功率中红外和紫外激光技术等。

4. 高端光电子与微电子材料。低维半导体异质结材料、半导体传感材料与器件、新型高密度存储与自旋耦合材料、高性能合金导电材料、微纳电子制造用新一代支撑材料、高性能电磁介质材料和无源电子元件关键材料、声表面波材料与器件技术等。

5. 前沿交叉电子材料。大面积二维电子功能材料、柔性电子材料、钙钛矿电子材料及上述材料异质结构的可控制备;有机/无机集成电子材料和器件。新型高性能微纳光电器件、自旋器件、隧穿晶体管及柔性可穿戴光电、逻辑器件。

(三)材料基因工程关键技术与支撑平台

构建高通量计算、高通量实验和专用数据库三大平台,研发多层次跨尺度设计、高通量制备、高通量表征与服役评价、材料大数据四大关键技术,实现新材料研发由传统的“经验指导实验”模式向“理论预测、实验验证”新模式转变,在五类典型新材料的应用示范上取得突破,实现新材料研发周期缩短一半、研发成本降低一半的目标。

1. 构建三大平台。构建以高通量计算平台、高通量制备与表征平台和专用数据库平台等三位一体的创新基础设施与相关技术。

2. 研发四大关键技术。多尺度集成化、高通量并发式计算方法与计算软件,高通量材料制备技术,高通量表征与服役行为评价技术,面向材料基因工程的大数据技术。

3. 典型材料重点示范应用。在构建三大平台(示范平台)和突破四大关键技术的基础上,采用计算(理论)/实验/数据库相互融合、协同创新的研发理念和模式,开展能源材料、生物医用材料、稀土功能材料、催化材料和特种合金材料等验证性示范应用研究。

(四)纳米材料与器件

研发新型纳米功能材料、纳米光电器件及集成系统、纳米生物医用材料、纳米药物、纳米能源材料与器件、纳米环境材料、纳米安全与检测技术等,突破纳米材料宏量制备及器件加工的关键技术与标准,加强示范应用。

1. 石墨烯碳材料技术。单层薄层石墨烯粉体、高品质大面积石墨烯薄膜工业制备技术,柔性电子器件大面积制备技术,石墨烯粉体高效分散、复合与应用技术,高催化活性纳米碳基材料与应用技术。

2. 信息电子纳米材料技术。纳米无线传感材料与器件,新型MEMS气敏传感材料与器件,可穿戴柔性及苛刻条件服役传感材料与器件等,新一代电子封装用高折射率高导电高导热高耐湿高耐紫外防老化等透明纳米复合材料。

3. 能量转换与存储纳米材料技术。纳米结构控制与组装技术,有机-无机高效复合技术,高选择性高转化率纳米催化材料,高储能密度介电、热电、光伏、二次电池材料、低成本燃料电池催化剂、轻质高容量储氢储甲烷材料、柔性可编织超级电容器电极材料等纳米材料与器件技术。

4. 纳米生物医用材料技术。纳米生物医药材料的结构、形貌可控制备技术,纳米生物医学检测诊断技术,纳米药物与药物智能控释及靶向技术,组织工程支架、纳米再生医学及植入体纳米表面改性技术,高端组织器官修复与替代制品,纳米生物医用材料安全评价及质量关键技术。

5. 传统产业提升与节能减排用纳米材料技术。纳米功能材料低成本绿色可控制备技术,纳米材料高效单分散与应用技术,新一代智能节能、防腐防污表面处理与性能控制的湿化学技术,纳米改性的结构功能一体化复合材料工程应用技术。

6. 纳米加工、制备、表征、安全评价、标准技术与装备。纳米尺度内的光电磁力热等物性测量的新的原理、方法、技术、装备和平台体系。环境中纳米材料演化行为,纳米材料与组织、器官、靶细胞、靶分子安全评估系统。纳米材料标准、纳米材料规模化稳定制备与加工新装备系统。

(五)先进结构与复合材料

以高性能纤维及复合材料、高温合金为核心,以轻质高强材料、金属基和陶瓷基复合材料、材料表面工程、3D打印材料为重点,解决材料设计与结构调控的重大科学问题,突破结构与复合材料制备及应用的关键共性技术,提升先进结构材料的保障能力和国际竞争力。

1. 高性能纤维与复合材料。高性能碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、特种玻璃纤维、耐辐照型聚酰亚胺纤维、耐超高温陶瓷纤维、玄武岩纤维等,新型基体树脂、增强织物、纤维预浸料等,复合材料构件成型与应用。

2. 高温合金。超纯净冶炼、缺陷控制、组织调控、复杂及大型构件制备关键技术,变形和铸造高温合金一材多用技术,单晶高温合金和粉末冶金高温合金,特殊用途高温与耐蚀合金等。

3. 高端装备用特种合金。高端特种合金超高纯冶炼与精细组织调控的关键技术,超超临界电站装备用特种合金,高温长寿命低成本轴承合金,高端模具钢材料等。

4. 海洋工程用关键结构材料。超致密、高耐候、长寿命结构材料,海洋工程与装备用钛合金、高强耐蚀铝合金和铜合金、防腐抗渗高强度混凝土、防腐涂料等。

5. 轻质高强材料。新型轻质高强材料的新原理与新技术,先进铝合金、镁合金、钛合金、金属间化合物、高熵合金等轻质高强材料,新型轻质材料/结构一体化、智能化、柔性化设计与制造技术。

6. 高性能高分子结构材料。高性能聚醚酮、聚酰亚胺、聚芳硫醚酮(砜)、聚碳酸酯和聚苯硫醚材料,耐高温聚乳酸、全生物基聚酯、氨基酸聚合物等新型生物基材料,高性能合成橡胶等。

7. 材料表面工程技术。隔热、耐磨、减磨、抗氧化、抗烧蚀、抗疲劳等涂层材料,零部件耐磨减磨技术、新型等离子喷涂-物理气相沉积技术、新型延寿表面科学与工程技术。

8. 3D打印材料及先进粉末冶金技术。3D打印高温合金、特殊钢、钛合金、轻合金、高分子材料、结构陶瓷,粉末冶金精密零部件,特种粉末冶金近终成型技术及粉末梯度材料等新型粉末冶金材料。

9. 金属与陶瓷复合材料。先进铝基、钛基、铁基等金属基复合材料,金属层状复合材料,碳化硅、氧化铝、氮化硅和氮化硼纤维及复合材料,耐高温陶瓷基复合材料,低成本碳/陶复合材料等。

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