↑↑材料是人类进化史的里程碑，现代文明的重要支柱，发展高新技术的基础和先导。随着科学技术的进步，人类生活水平的提高，特别是由于世界人口的迅速增加，资源的加速枯竭，生态环境的不断恶化，２１世纪对材料科学技术提出更高的要求。知识经济的蓬勃发展与信息的网络化将促进材料科学技术的突飞猛进，因而本文仅对２１世纪初的情况做一粗略的预测，谨供参考。↑↑↑ ↑

↑↑↑ ↑↑↑↑↑↑↑ ↑

↑↑信息功能材料仍是最活跃的领域↑↑↑ ↑

↑↑信息功能材料是指信息获取、传输、转换、存储、显示或控制所需材料，种类繁多，涉及面广。↑↑↑ ↑

↑↑半导体材料↑↑↑ ↑

↑↑以硅为基础的微电子技术仍占重要位置。由于量子效应、磁场及热效应，再加制作困难、投资过大，芯片特征尺寸到２０１０年可能达到极限↑↑↑(↑↑↑０↑↑↑.↑↑↑０７μｍ↑↑↑)↑↑↑。但不同档次的硅芯片在２１世纪仍将大量存在，并将有新的发展，如在硅绝缘衬底上的硅↑↑↑(↑↑↑ＳＯＩ↑↑↑)↑↑↑及单个芯片上的系统↑↑↑(↑↑↑ＩＳ↑↑↑)↑↑↑。单晶硅的直径不断增加，从目前的８英寸↑↑↑(↑↑↑２００ｍｍ↑↑↑)↑↑↑到２０１０年要达到１８英寸↑↑↑(↑↑↑４５０ｍｍ↑↑↑)↑↑↑，而且对晶片质量要求愈来愈高，因此，硅单晶生产技术必须不断提高。↑↑↑ ↑

↑↑ⅢⅤ族化合物是第二代半导体材料，如ＧａＡｓ以其电子迁移率快、禁带宽而用于高速、高温、高频、大功率，是移动电话的主要材料，又是光纤通讯所必需。现已广泛得到应用。↑↑↑ ↑

↑↑第三代半导体材料是禁带更宽的ＳｉＣ及金刚石，它们可用于高温。↑↑↑ ↑

↑↑硅集成电路以后的可能途径：一是光集成↑↑↑(↑↑↑光子材料↑↑↑)↑↑↑，一是原子操纵↑↑↑(↑↑↑纳米技术↑↑↑)↑↑↑。↑↑↑ ↑

↑↑光电子材料在２１世纪将得到更大发展↑↑↑ ↑

↑↑光子运动速度高，容量大，不受电磁干扰，无电阻热。光电子材料包括激光材料，变频晶体↑↑↑(↑↑↑非线性光学晶体↑↑↑)↑↑↑、红外探测材料、半导体光电子材料、显示材料、记录材料、敏感材料及光纤，特别光导纤维是信息高速公路的关键，其发展速度比芯片还要快，已进入第四代。↑↑↑ ↑

↑↑能源功能材料将取得突破性进展↑↑↑ ↑

↑↑由于人口的迅速增长，生活水平的提高，能源需求量大幅度增加，而化石能源日益枯竭，且环境污染难以解决，２１世纪能源材料重点有以下几个方面。↑↑↑ ↑

↑↑可再生能源将加速开发↑↑↑ ↑

↑↑太阳能的利用与材料密切相关。太阳辐射于地球的能量一万倍于人类所消耗能源发出的能量，但密度低↑↑↑(↑↑↑１ｋＷｈ／ｍ２↑↑↑)↑↑↑，气候影响大。目前常用的光伏转换材料效率太低，如非晶硅薄膜一般在１０％以下，转换率较高的硅单晶或ＧａＡｓ也不到３０％，且成本高，难以大规模推广。因此，开发高效、价廉、长寿命的光伏转换材料是当务之急。这对我国西部大开发至关重要，那里日照时间长，可供光伏发电的面积大，而且居民分散，有可能成为以太阳能为主的地区。↑↑↑ ↑

↑↑太阳能射向地球时，３０％被大气反射，２３％被大气吸收，因此，有人设想在太空建立空间太阳能电站，以微波传回地面，由此所得电能可能有竞争力。风能也是不可忽视的再生能源，因太阳能有２％变为风能，在某些多风地区，如新疆，也可得到充分利用。此外，潮汐能、海水温差与地热在２１世纪都将会得到不同程度的利用，这些都存在材料问题。↑↑↑ ↑

↑↑核能在２１世纪也将会有新的发展↑↑↑ ↑

↑↑首先是铀资源的有效利用。目前热中子反应堆只用了铀矿中占０↑↑↑.↑↑↑７１％的２３５Ｕ，而占９９↑↑↑.↑↑↑２８％２３８Ｕ要通过快中子增殖堆。这种堆型虽已运行多年，但所用冷却剂液钠腐蚀性太强，容易造成泄漏，难以大量推广，这是有待解决的问题。当然还存在２３９Ｐｒ的污染，最近提出的加速器驱动的核电站，用嬗变原理可望解决这一问题。↑↑↑ ↑

↑↑２１世纪大力开发的是可控热核聚变反应堆。它是利用海水中氢同位素氘的聚合反应所产生的能量，据估计，１ｔ海水所含氘相当于３００ｔ汽油，而海水中氘的含量为１０１３ｔ，所以说，这可视为人类的永久能源。惟技术问题难以解决，对材料来说，要求耐高温、抗辐射和抗氦脆。据目前估计，要到２０５０年或更长的时间才能进入实用化。↑↑↑ ↑

↑↑超导材料是最重要的节能材料↑↑↑ ↑

↑↑低温↑↑↑(↑↑↑液氦温度，２６９℃↑↑↑)↑↑↑超导材料产业化已几十年，但因冷却剂氦的价格昂贵而受到限制。高温↑↑↑(↑↑↑液氮温度，１９６℃↑↑↑)↑↑↑超导体已发现３０多种，只有ＹＢａＣｕＯ↑↑↑(↑↑↑薄膜、块体↑↑↑)↑↑↑和ＢｉＳｒＣａＣｕＯ↑↑↑(↑↑↑带、线材↑↑↑)↑↑↑接近实用状态，但稳定性和均匀性有待解决，估计２０１０年可望产业化。２１世纪的另一任务是探索室温超导材料和现有高温超导的机理。↑↑↑ ↑

↑↑作为能源用的磁性材料将继续发展↑↑↑ ↑

↑↑硅钢片是最重要的软磁材料，全世界年产６５０万ｔ；铁基非晶态合金尽管有明显优势↑↑↑(↑↑↑铁损只有冷轧硅钢片的１／３～１／６↑↑↑)↑↑↑，但在价格上缺乏竞争力而未能大发展。↑↑↑ ↑

↑↑永磁材料从性能看，ＮｄＦｅＢ最好，而从价格性能比来说，铁氧体有很强的竞争力，因此在２１世纪二者都将占重要位置。↑↑↑ ↑

↑↑贮能材料将受到高度重视↑↑↑ ↑

↑↑贮能材料主要指贮氢材料和高密度蓄电池。这是电网调峰和环保的需要，是某些机械装置的动力源，或太阳能发电的配套装置。↑↑↑ ↑

↑↑金属间化合物作为贮氢材料已基本成熟，并试用于汽车燃料，但存在比重大、易中毒和价格太高的问题。最近发现的纳米碳管，贮氢量高、质轻，有发展前景。↑↑↑ ↑

↑↑电池的种类繁多。当前发展最快的是ＮｉＭＨ电池；而从比能量密度看，锂电池最好，但价格是前者的３↑↑↑.↑↑↑５倍。ＮｉＭＨ电池与汽油混合用于汽车已实用化，低速与启动时用电池，而高速时自动转到汽油并充电，如此可节油５０％，且排放减到１／１０，ＣＯ２排放只有一半。↑↑↑ ↑

↑↑燃料电池是提高燃效减少污染的有力措施↑↑↑ ↑

↑↑燃料电池是将化学能转变为电能的一种装置，燃效可达６０％，其中电极材料是关键。最近美国ＮＡＳＡ正在开展一种试验，即用太阳能电池与氢氧燃料电池联合开动的小飞机，时速５９↑↑↑.↑↑↑５ｋｍ，白天太阳能电池工作，并将剩余电用来电解水，晚上氢氧燃料电池启动。这种小飞机目前虽还不能载人，但可用于通讯，估计２１世纪将会有很大进展。↑↑↑ ↑

↑↑生物材料将有很大发展↑↑↑ ↑

↑↑２１世纪是生命科学时代，生物材料也将随之会有很大发展。所谓生物材料包括三部分，即医用生物材料，仿生材料和生物模拟。↑↑↑ ↑

↑↑医用生物材料最重要的是材料与人体相容性和材料本身的性能↑↑↑ ↑

↑↑通过组织工程、生长因子、ＤＮＡ和自组装技术，可生产出人类的各种器官。事实上，除神经系统以外，人的各种器官都可制造。目前正在利用照相机、光导系统与视网膜细胞相联接，为盲人复明。↑↑↑ ↑

↑↑仿生材料生物是多年演化的结果，有很多特性值得模仿↑↑↑ ↑

↑↑珍珠壳和骨骼表面虽然也是碳酸盐构成的，而其强度和韧性却远远高于陶瓷，深入研究结果表明，它们是纳米结构的无机盐与有机物聚合体。人造丝与蚕丝结构相近，但舒服感则不相同，又是何故因此深入研究现有生物体和生物现象而进行仿造，对材料的发展将起到推动作用。↑↑↑ ↑

↑↑工业生产中的生物模拟↑↑↑ ↑

↑↑催化剂使化肥、石油化工大规模生产成为可能，石墨转变为金刚石主要采用了镍溶媒的催化反应而实现工业生产。人体中物质与能量转换在常温下完成，是酶催化的结果，其效率和速度千百万倍于工业催化剂。今后的任务是高效催化剂的探索与光合作用的模拟，如果后者一旦实现，使ＣＯ２和水成为碳水化物，粮食问题可得到解决，过剩的ＣＯ２也有了出路。细菌冶金已实现处理低品位铜、铀矿石、尾矿，并大幅度降低污染，这将是２１世纪解决金属矿日趋枯竭的有效途径。↑↑↑