材料是整个国民经济的基础ღღ✿✿,也是高技术的基础ღღ✿✿。60年来ღღ✿✿,中国在材料科技领域取得了很大的成就ღღ✿✿。
传统材料是与国民经济建设关系最为密切的一类材料ღღ✿✿,量大面广ღღ✿✿、价格低廉ღღ✿✿,且利润高ღღ✿✿、技术成熟ღღ✿✿,产值占GDP的19%ღღ✿✿,是建筑业与制造业的基础ღღ✿✿,同时解决了大量就业问题ღღ✿✿。
新中国建立的时候ღღ✿✿,我国钢铁年产量才几万吨ღღ✿✿,到1996年达到1亿吨ღღ✿✿,2008年大约为5亿吨ღღ✿✿,占世界钢产量的40%ღღ✿✿。我国的有色金属除了镍钛以外ღღ✿✿,其余的产量都是世界第一ღღ✿✿,消耗量也是世界第一ღღ✿✿。水泥ღღ✿✿、玻璃ღღ✿✿、工业陶瓷ღღ✿✿、橡胶ღღ✿✿、塑料和多种人造纤维的产量都是世界第一ღღ✿✿,整个传统材料的发展是令人瞩目的ღღ✿✿。
师昌绪表示ღღ✿✿,传统材料之所以有这么大的进展ღღ✿✿,首先归功于需求拉动ღღ✿✿。传统材料80%以上都消耗在国内ღღ✿✿。我们国家经济发展很快ღღ✿✿,各项建设需要材料ღღ✿✿,特别是传统材料ღღ✿✿。
以钢铁发展举例来说ღღ✿✿,第一归功于技术改进ღღ✿✿。钢铁工业从选矿ღღ✿✿、采矿到炼钢ღღ✿✿、轧钢各种技术都有很大的改进ღღ✿✿,这些是产量快速增长的主要原因ღღ✿✿。目前ღღ✿✿,我国的炼钢技术和世界先进水平差不多ღღ✿✿。
第二归功于装备的国产化ღღ✿✿。过去ღღ✿✿,我国许多装备都是从国外进口的ღღ✿✿,现在装备大部分已经国产化ღღ✿✿,可以根据自己的需要进行技术改进ღღ✿✿,价钱也很便宜ღღ✿✿。
第三归功于资源的国际化ღღ✿✿。我国铁矿并不太多ღღ✿✿,特别是铁矿都是贫矿尊凯ღღ✿✿。ღღ✿✿,开采量很大ღღ✿✿,工序多ღღ✿✿,成本很高ღღ✿✿。现在大概40%的铁矿石都是从国外进口的ღღ✿✿。
传统材料也产生了不少问题ღღ✿✿:主要是环境污染ღღ✿✿,因为生产1吨钢要排1.6吨到2吨二氧化碳ღღ✿✿,生产1吨水泥差不多要排0.8吨二氧化碳ღღ✿✿,每年仅生产钢铁和水泥所产生的二氧化碳比火力发电厂还要多ღღ✿✿,还有污水与废渣要通过循环经济来解决ღღ✿✿。
师昌绪举例说ღღ✿✿,实际上ღღ✿✿,首钢的曹妃甸新厂ღღ✿✿,用高炉煤气ღღ✿✿、转炉煤气和炼焦以后的焦炉煤气发电就可以自给自足ღღ✿✿,不需要厂外供电ღღ✿✿。钢渣ღღ✿✿、铁渣可用来做水泥ღღ✿✿。塑料垃圾里回收氢气ღღ✿✿,可以当炼铁的燃料ღღ✿✿。所以ღღ✿✿,将来的钢铁厂除了焦炭以外尊龙凯时ღღ✿✿,基本上可以做到能源自给ღღ✿✿。当前尊龙凯时尊龙凯时ღღ✿✿,我们的大型钢铁企业ღღ✿✿,应该说和世界先进水平差距不太大ღღ✿✿;但还有一些小钢厂世界一姬神ღღ✿✿,能耗高ღღ✿✿、污染严重等问题还有待解决ღღ✿✿。
师昌绪表示ღღ✿✿,传统材料存在资源的有效利用问题ღღ✿✿。像包头的含稀土铁矿ღღ✿✿、西南攀枝花矾钛铁矿等ღღ✿✿,如何综合利用是关键ღღ✿✿,除了技术难点ღღ✿✿,主要是体制问题ღღ✿✿。总的来说ღღ✿✿,国家的政策是淘汰小的尊龙凯时ღღ✿✿,发展大的ღღ✿✿;淘汰落后的ღღ✿✿,鼓励先进的ღღ✿✿。这样才能使我们的钢铁在国际上有竞争力ღღ✿✿。
在国外ღღ✿✿,人们说传统材料是一个夕阳工业ღღ✿✿,可是在中国传统材料还有能源ღღ✿✿、环境ღღ✿✿、资源等许多问题有待解决ღღ✿✿,传统材料产业在一段时间内还将继续焕发生机ღღ✿✿。
谈到传统材料中的优势领域ღღ✿✿,师昌绪表示尊龙凯时ღღ✿✿,首先就是纺织材料ღღ✿✿。我国60年来对纺织材料一直很重视ღღ✿✿,纺织是我国的支柱产业ღღ✿✿。中国在纺织材料方面不断发展ღღ✿✿,有的处于国际领先水平ღღ✿✿。
第二个优势领域就是人造晶体ღღ✿✿。我国的人工晶体一直在国际上比较领先ღღ✿✿,早在上世纪80年代就领先于国际水平ღღ✿✿。这方面我们一有基础ღღ✿✿,二有学科带头人ღღ✿✿,大家也非常重视ღღ✿✿。领军人物是陈创天和蒋民华两位院士ღღ✿✿。
第三个优势领域就是超导材料ღღ✿✿。1911年荷兰人发现超导现象ღღ✿✿,后来发展成实用的超导材料ღღ✿✿。上世纪80年代出现高温超导材料ღღ✿✿。所谓高温超导就是液氮温度负196摄氏度下的超导ღღ✿✿,无论是科研ღღ✿✿、生产应用规模都较小ღღ✿✿,在有的方面我国处于国际领先水平世界一姬神ღღ✿✿。
第四个优势领域就是纳米材料ღღ✿✿。我国纳米材料的起步和国际上差不多ღღ✿✿,2000年美国总统克林顿提出纳米技术在21世纪将导致一场产业革命ღღ✿✿,目前各国都在纳米研究上花了很大力量ღღ✿✿,中国也比较重视ღღ✿✿。虽然现在纳米技术离实际应用还有差距ღღ✿✿,但是前景是好的ღღ✿✿,需要继续深入研究ღღ✿✿。我国现在成立了纳米科学中心ღღ✿✿,中长期规划有专项ღღ✿✿,希望今后有较大突破ღღ✿✿。
第五个优势领域是生物医用材料ღღ✿✿。这对中国来讲非常重要ღღ✿✿。因为我国人口众多ღღ✿✿,生活水平也在不断提高ღღ✿✿,老龄化现象越来越明显ღღ✿✿,医用生物应用材料用量也在不断增加尊凯实业ღღ✿✿!ღღ✿✿。目前ღღ✿✿,我国的生物医用材料大部分靠进口ღღ✿✿,但国产程度逐渐增大ღღ✿✿。
第六个优势领域是镁合金ღღ✿✿。1立方米海水中有1.5公斤镁ღღ✿✿,储量惊人ღღ✿✿,同时它比铝轻50%ღღ✿✿,师昌绪倡议大力发展镁业ღღ✿✿。他说尊龙凯时ღღ✿✿,ღღ✿✿,经过多年努力ღღ✿✿,中国镁业现在年产80万吨ღღ✿✿,占全世界产量一半以上世界一姬神ღღ✿✿。镁的利用也有问题ღღ✿✿:一是镁很容易燃烧ღღ✿✿;二是镁很容易腐蚀ღღ✿✿。然而ღღ✿✿,镁合金在消震和抗干扰方面性能优越ღღ✿✿,现在部分手机壳ღღ✿✿、电视壳都是镁ღღ✿✿。目前ღღ✿✿,中国有重庆ღღ✿✿、上海燃气管路ღღ✿✿、沈阳等研究中心在镁合金的创新研究和技术开发方面都做得很好ღღ✿✿,为世人瞩目ღღ✿✿。
当前ღღ✿✿,最热的可能还是新能源材料ღღ✿✿。现在最有前途的是风能和太阳能ღღ✿✿。有人推测ღღ✿✿,到2030年风能和太阳能的发电量加起来可能占到总发电量的30%ღღ✿✿,到21世纪末可能达到80%ღღ✿✿。师昌绪认为ღღ✿✿,目前这些新能源领域“卡脖子”的仍然是材料问题ღღ✿✿。
风能的问题是大叶片ღღ✿✿,3兆瓦以内目前都是采用玻璃钢ღღ✿✿,因为便宜ღღ✿✿;3兆瓦以上就得用碳纤维复合材料ღღ✿✿,因而碳纤维是将来风能最主要的关键材料ღღ✿✿。我们国家低档次的碳纤维生产已经过关ღღ✿✿,并可大量生产ღღ✿✿。风能的另外一个问题是风机寿命ღღ✿✿,目前还得依赖国外ღღ✿✿,这是一个机械制造问题ღღ✿✿。
再一个就是太阳能ღღ✿✿。太阳能的光伏转换片有很多种ღღ✿✿,最有希望的还是半导体硅ღღ✿✿,因为硅在原材料里是最丰富的ღღ✿✿。目前ღღ✿✿,硅的生产方法也还不是很成熟ღღ✿✿,德国西门子法能耗很高ღღ✿✿,污染也很大ღღ✿✿;日本倡导冶金法尊龙凯时ღღ✿✿。ღღ✿✿,我国也有好多人在倡导冶金法ღღ✿✿,但是冶金法很难去除杂质ღღ✿✿,目前两种方法仍在争论不休ღღ✿✿。
我们有近160万平方公里的国土沙漠化和荒漠化ღღ✿✿,几乎占国土面积的1/6ღღ✿✿,如何把它利用起来很重要世界一姬神ღღ✿✿。
师昌绪介绍ღღ✿✿,治沙材料多种多样ღღ✿✿,其中有一种纳米治沙材料ღღ✿✿,利用蒙脱土的硅酸盐层状结构的特性ღღ✿✿,形成许多孔洞ღღ✿✿,具备固水ღღ✿✿、固肥ღღ✿✿、缓释等功能ღღ✿✿;材料中的羟基硅离子还对沙地有良好的黏接吸附作用ღღ✿✿,便于改善土壤结构ღღ✿✿。用这种治沙材料进行过多次实验ღღ✿✿,只要年降雨量达到200~300毫米ღღ✿✿,生长效果都很好ღღ✿✿。可惜对目前治沙管理机制不适应ღღ✿✿,推广还需花费很大力气尊龙凯时ღღ✿✿。
师昌绪指出ღღ✿✿,西北治沙成功不仅有利于农牧ღღ✿✿,那里日光条件也最好尊龙凯时ღღ✿✿,太阳能发电占地面积很大ღღ✿✿,西北沙漠地带经过改造ღღ✿✿,会形成理想的可再生能源基地ღღ✿✿。
第一个标准是ღღ✿✿,材料的生产量ღღ✿✿、流通量必须在国际上有影响世界一姬神ღღ✿✿。光做研究工作不算ღღ✿✿,必须在各种材料特别是先进材料的生产量和国际流通量达到一定程度ღღ✿✿,世界上才会承认你有较大影响ღღ✿✿。
第二个标准是ღღ✿✿,所从事的材料研究有创新ღღ✿✿,至少有几种领先于世界ღღ✿✿。我们的材料生产量很大ღღ✿✿,但还不能说强ღღ✿✿。必须品种上有创新世界一姬神ღღ✿✿,在国际上产生影响力ღღ✿✿。我国是稀土大国ღღ✿✿,但世界上含稀土的材料没有一个是中国发明的ღღ✿✿,我们只算是一个稀土生产大国ღღ✿✿。
第三个标准是ღღ✿✿,能够有效利用自己国家的资源ღღ✿✿。我国在有些方面不能有效利用现有资源ღღ✿✿,需要开展基础性的研究工作ღღ✿✿。例如有色矿ღღ✿✿,我们提取出来不到一半ღღ✿✿,人家国外可以提炼到70%ღღ✿✿,甚至更高ღღ✿✿。我们的复杂矿ღღ✿✿、贫矿的利用问题长期得不到解决ღღ✿✿,一方面是技术问题尊龙凯时ღღ✿✿,另一方面也存在体制问题ღღ✿✿。
第四个标准是ღღ✿✿,材料研发生产应用过程中的环保问题ღღ✿✿。高效率ღღ✿✿、低排放ღღ✿✿、少污染是衡量一个国家材料水平的重要指标ღღ✿✿。师昌绪说ღღ✿✿,这些必须引起各方面的重视ღღ✿✿。
第五个标准是ღღ✿✿,必须有国际上承认的学科带头人ღღ✿✿,需要有知名的刊物和不断召开有影响的国际会议ღღ✿✿。现在我们的高水平文章都到国外发表ღღ✿✿,一个原因是国内刊物影响因子很低ღღ✿✿,大家都不愿意投稿ღღ✿✿,这种恶性循环不改变ღღ✿✿,很难使我国变成材料强国ღღ✿✿。因此ღღ✿✿,中国科学家应该爱护自己的媒体ღღ✿✿,甚至作一点牺牲ღღ✿✿,把好论文投给国内期刊ღღ✿✿。