材料是人類生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，它既包括日常廣泛使用的水泥、陶瓷、玻璃、金屬、木材和高分子材料，也包括那些通過創(chuàng)新工藝制造出的具有特殊性能和功能的材料，如納米材料、光電子材料、量子材料、超材料等。材料是一個既古老又充滿活力的科技領(lǐng)域。從歷史上看，人類從使用天然材料的石器時代開始，材料科技的進步推動著人類文明不斷走向銅器時代、鐵器時代和硅時代（電子時代）。現(xiàn)在，鋼鐵和水泥的制造與使用仍被看作是一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要指標；碳纖維、高溫合金、隱身材料、激光晶體等先進材料發(fā)展水平則被視為一個國家國防技術(shù)水平的標志。而未來，正如湯森路透所言：“材料研究中的革命性發(fā)現(xiàn)會使21世紀人類社會和人們生活方式產(chǎn)生深遠的變化。”

材料科技是一個多學科交叉融合的領(lǐng)域，它的發(fā)展既依賴于數(shù)學、物理、化學、生物學等基礎(chǔ)學科的發(fā)展，同時也與機械工程、信息工程、裝備與制造技術(shù)、航空航天、汽車、核電等工業(yè)技術(shù)緊密相連。因此，材料科技一直是近一個世紀以來世界上幾個最重要的科技領(lǐng)域之一。各發(fā)達國家無不把材料科技放在至關(guān)重要的位置進行規(guī)劃和部署，涌現(xiàn)出一批像美國的橡樹嶺國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室、日本國立材料科學研究所、德國馬普學會鋼鐵研究所等世界知名的材料研究機構(gòu)。世界上絕大多數(shù)研究型大學均設(shè)立了材料院系，以滿足工業(yè)發(fā)展對大量材料領(lǐng)域人才的需求。近年來，基于再工業(yè)化以及鞏固科技領(lǐng)先優(yōu)勢的需要，美歐日等多國加大了對材料研發(fā)的頂層設(shè)計和規(guī)劃，相繼發(fā)布了“材料基因組計劃”“材料發(fā)展路線圖”“冶金歐洲”等發(fā)展規(guī)劃，并投入巨資推動材料科技的加速發(fā)展。

傳統(tǒng)意義上材料科技的主要任務(wù)是研究材料成分、制備與加工、組織結(jié)構(gòu)、性能和使役行為等要素以及它們之間的相互關(guān)系，以發(fā)現(xiàn)新的材料或?qū)ΜF(xiàn)有材料進行性能和功能提升。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展對材料需求的不斷變化和相關(guān)學科領(lǐng)域的發(fā)展，近年來材料研究呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢。

材料技術(shù)與納米技術(shù)、信息技術(shù)的深度融合使人們對材料結(jié)構(gòu)性能的認識更加深入，對材料制備過程和功能調(diào)控更加精準。隨著計算技術(shù)和各種分析測試技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以觀察和測試材料中單個原子的行為，可以進一步理解材料性能與成分、組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并通過跨尺度構(gòu)筑與組織結(jié)構(gòu)調(diào)控提高材料的綜合性能或者獲得特殊性能材料。納米技術(shù)實現(xiàn)了材料在納米尺度上的制備、測試、結(jié)構(gòu)調(diào)控、性能表征。以碳納米材料（如石墨烯、納米碳管等）為代表的大量納米材料，由于結(jié)構(gòu)尺寸接近電子的相干長度而表現(xiàn)出奇特的電、熱、光、磁性能。金屬材料的結(jié)構(gòu)納米化可使其強度提高10倍以上，大大拓寬了金屬材料的性能和用途。信息技術(shù)與材料制備技術(shù)的融合，使材料微觀結(jié)構(gòu)的定量調(diào)控能力不斷提高，從而實現(xiàn)各類性能和可靠性的定量可控。

降低材料制備與使用各環(huán)節(jié)的能耗物耗及環(huán)境污染，降低材料全壽命成本，滿足可持續(xù)發(fā)展需求。人類社會由于工業(yè)快速發(fā)展需要使用大量的材料，帶來原材料短缺尤其是稀貴元素匱乏、能源大量消耗和溫室氣體排放等一系列問題。如何實現(xiàn)材料的可持續(xù)發(fā)展已成為材料科學家們關(guān)注的焦點。降低材料及器件制備與使用各環(huán)節(jié)的能耗、物耗，重視回收與再利用，發(fā)展替代稀貴和有毒元素的方法，成為材料科技的前沿方向。在中國科學院2009年發(fā)布的《中國至2050年先進材料科技發(fā)展路線圖》中我們提出，應(yīng)對材料從原料、部件、系統(tǒng)再到廢料回收利用全壽命周期的能耗、物耗及對環(huán)境的影響進行綜合評估，以降低材料的全壽命成本。2012年英國劍橋大學一些學者通過對以鋼和鋁為代表的金屬材料從礦石的開采、冶煉、加工、有效使用和循環(huán)等各個環(huán)節(jié)的能耗、物耗、氣體排放進行全周期分析，提出了類似的概念和觀點，推動材料可持續(xù)發(fā)展。

探索新材料原理，發(fā)展新制備技術(shù)，減少材料對稀貴元素的依賴。能源、軍工、航空航天、電子等諸多領(lǐng)域所需的高性能材料往往需要消耗大量的稀貴元素。例如，計算機、高性能顯示屏、移動電話、電力馬達、鋰離子電池、光電催化等所用的功能材料，主要靠稀土或稀貴金屬元素實現(xiàn)性能的提升。但地球上稀貴元素儲量有限，其戰(zhàn)略重要性與日俱增。有數(shù)據(jù)顯示，全世界稀貴金屬已探明的靜態(tài)可采儲量可開采年限分別是：釩233年、鈾110年、鈦95年、鎢64年、鉬42年、鍺40年、銻24年、金18年、銀16年、銦10年。同時，開采和提純這些稀貴金屬也加重了對環(huán)境的破壞。此外，一些現(xiàn)有材料通過添加有毒元素以達到性能目標，給環(huán)境和人類健康帶來不利影響。在加緊儲存稀貴元素的同時，世界各國也在發(fā)展替代稀貴元素和有毒元素的材料技術(shù)。例如，日本2007年啟動的“元素戰(zhàn)略計劃”，就是為推動研制稀貴元素替代物的一種嘗試。（來源：人民日報）