新材料的构成和特征

1、新材料的构成

材料，我们每个人都不陌生，比如毛衣的构成材料是毛线、瓷碗的制作材料是无机非金属材料等等，我们生活中的方方面面都有材料的存在，那么什么是材料呢，材料是由什么构成的呢。

正常来说，材料是指具有一定的化学成分与分子结构，以及能提供一定的物理和化学性能使其可用来制造各种产品和工具的物质。这个定义是非常广泛的，它几乎涉及人类生活和工作的方方面面，以及所有现代高新技术领域和所有现代化产业体系。所以说材料是人类物质文明的基础，也是现代高新技术的基础和先导。

那什么是新材料呢？新材料是指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料以及传统材料成分、工艺改进后性能明显提高或具有新功能的材料。具体的分类如下图所示：

图一 新材料的分类

2、新材料的产业特征

（1）新材料：自主研发创新的重要性凸显

在全世界的范围内，新材料的创新研发都得到高度重视，纷纷制定新材料发展规划，在全面开发研究的基础上，在市场和产业环境等不同层面出台相应的政策，全力提升新材料的研发及产业水平。

图二 世界部分国家的新材料领域战略规划

（2）新材料：高新技术产业的快速发展促使新材料加快更新换代

材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业之一。生产力是社会发展的根本动力，高新技术的突破加快了技术向生产力的转化，同时对关键的基础材料提出了新的挑战和需求，例如：氮化镓（GaN）等化合物半导体材料的发展，催生了半导体照明技术；太阳能电池转换效率的提高，极大地推进了新能源产业的发展。

（3）跨国集团占据主导地位、国企奋发追赶

新材料产业作为我国的战略性新兴产业和“中国制造2025”重点发展的十大领域之一，是我国实现产业结构优化升级和提升装备制造业的基础。为使我国早日成为世界制造强国，我国加大对新材料产业的政策扶持力度、引进外资、招纳贤才等，从而扩大我国新材料市场。一些著名的跨国公司通过对华新产业投资规模的增加、投资形式和内容的多元化等方式，不断提升在华新材料产业的投资布局，从而带动我国新材料产业的发展。同时，为解决跨国公司信息技术的垄断，我国有关方面也正在努力提高攻克“关键核心技术”的创新能力。

目前，世界著名企业集凭借其技术研发、资金和人才等优势不断向新材料领域拓展，在高附加值新材料产品中占据主导地位。比如：半导体硅材料市场份额的70%以上由日本信越、日本胜高和德国世创所占据；飞利浦控股的美国流明的功率型白光LED国际领先，美国日本德国等国家的企业拥有70%LED外延生长和芯片制备核心专利。

（4）新材料绿色产业成为发展的重要趋势

绿色经济是以市场为导向、以传统产业经济为基础、以经济与环境的和谐为目的而发展起来的一种新的经济形式，是产业经济为适应人类环保与健康需要而产生并表现出来的一种发展状态。如今，资源的日益枯竭、不断恶化的生态环境和大幅提升的人均需求等发展困境，绿色发展和可持续发展理念已经成为人类共识，如何发展绿色经济，成为最关键的问题。

以新材料产业为导向，壮大“绿色经济+新材料产业”的发展，是各国目前奋斗的目标。中国工程院院士屠海令院士曾说，绿色新材料产业的崛起，引起电力、建筑、汽车、通信等多个产业发生重大变革，绿色低碳的新材料技术及产业化将成为今后发展的主要方向，未来在追求经济目的的同时更加注重资源节约、环境保护、公共健康等社会目标。

（5）新材料研发模式的变革、创新

过去，材料的研发模式主要依赖科学直觉与试错的材料传统研究方法，但这种模式效率低下、成本过高，弊端明显，已不能适应工业快速发展的需求，反而成为制约技术发展和工业进步的瓶颈。近年来，随着大数据、人工智能等技术的发展，利用新技术进行材料设计的成果大量涌现，其中最受到好评的是材料基因大数据驱动的新材料研发模式。

随着大数据时代的到来，海量数据处理技术的积累和人工智能算法的逐步成熟，以数据驱动的创新研究手段，已成为继实验、理论和模拟之后的第四种研究范式，这也正在成为新材料研发的必然选择。