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学科发展战略研究报告 无机非金属材料学科发展战略研究报告 2016-2020 国家自然科学基金委员会工程与材料科学部 编 2019年版
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资料介绍
学科发展战略研究报告 无机非金属材料学科发展战略研究报告 2016-2020
作者：国家自然科学基金委员会工程与材料科学部 编
出版时间：2019年版
丛编项： 学科发展战略研究报告
内容简介
《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》为国家自然科学基金委员会工程与材料科学部组织出版的无机非金属材料学科发展战略研究报告。根据工程与材料科学部的统一部署，《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》从学科的国际发展趋势和国家重大需求出发，论述无机非金属学科的总体发展战略，提出10个优先发展领域：新能源材料、功能晶体、低维碳及二维材料、新型功能材料、先进结构材料、无机非金属材料制备科学与技术、无机非金属材料科学基础、传统无机非金属材料的节能环保与可持续发展、信息功能材料与器件、生物医用材料，并介绍上述各领域的内涵与研究范围，科学意义与国家战略需求，研究现状、存在问题与发展趋势分析，发展目标，未来5～10年研究前沿与重大科学问题，未来5～10年优先研究方向。
目录
目录
前言
第1章 无机非金属材料学科发展概况 1
1.1 学科的战略地位 1
1.2 学科的发展规律和发展态势 3
1.2.1 学科发展规律 3
1.2.2 学科发展态势 5
1.3 学科的发展现状 6
1.4 学科的发展布局及发展目标 9
1.4.1 学科发展布局原则 9
1.4.2 学科总体布局 10
1.4.3 学科布局重点 11
1.4.4 学科发展目标 14
1.5 政策措施 14
参考文献 16
第2章 信息功能材料与器件 17
2.1 内涵与研究范围 17
2.2 科学意义与国家战略需求 18
2.2.1 微电子集成电路材料 18
2.2.2 光电子材料 19
2.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 21
2.3.1 研究现状与问题 22
2.3.2 发展趋势分析 26
2.4 发展目标 29
2.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 32
2.5.1 研究前沿 32
2.5.2 重大科学问题 32
2.6 未来5～10年优先研究方向 33
2.6.1 面向新一代微电子的高迁移率SOI基材料 33
2.6.2 新型超高密度存储材料与器件 34
2.6.3 光互连材料与器件 34
2.6.4 第三代半导体材料 34
2.6.5 低维异质结构光电子材料 35
2.6.6 量子信息材料 35
参考文献 35
第3章 新型功能材料 38
3.1 内涵与研究范围 38
3.2 科学意义与国家战略需求 39
3.2.1 铁电与介电材料 40
3.2.2 多铁性材料 41
3.2.3 磁性材料 42
3.2.4 先进电子材料 43
3.2.5 超导材料 44
3.2.6 超构材料 44
3.2.7 发光与光存储材料 45
3.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 46
3.3.1 铁电与介电材料 47
3.3.2 多铁性材料 47
3.3.3 磁性材料 48
3.3.4 忆阻材料 49
3.3.5 超导材料 50
3.3.6 超构材料 51
3.3.7 发光与光存储材料 51
3.4 发展目标 52
3.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 53
3.5.1 铁电／介电材料 54
3.5.2 多铁性材料 ” 54
3.5.3 磁性及稀土替代材料 55
3.5.4 忆阻材料 55
3.5.5 离温超导材料 55
3.5.6 超构材料 55
3.5.7 发光及光存储材料 56
3.6 未来5～10年优先研究方向 56
3.6.1 高能量密度电容器、超低损耗微波介质陶瓷、无铅压电与铁电陶瓷 57
3.6.2 多铁性材料与异质结磁电调控原理设计理论和制备技术 57
3.6.3 磁性及稀土替代材料 58
3.6.4 高性能忆阻材料、器件结构设计与性能 58
3.6.5 高温超导材料和应用研究 58
3.6.6 超构材料的结构设计及其新效应器件 58
3.6.7 发光及光存储材料 58
参考文献 58
第4章 功能晶体 61
4.1 内涵与研究范围 61
4.2 科学意义与国家战略需求 62
4.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 64
4.3.1 研究现状 64
4.3.2 存在问题 67
4.3.3 发展趋势 68
4.4 发展目标 73
4.5 未来5～10年研究前沿与关键科学问题 75
4.5.1 未来5～10年的研究前沿 75
4.5.2 关键科学问题 75
4.6 未来5～10年优先研究方向 76
4.6.1 用于高平均功率密度固体激光器的激光晶体和磁光晶体研究 77
4.6.2 大尺寸优质非线性光学晶体及扩展波段的非线性光学品体 77
4.6.3 电光晶体和压电晶体的研究和应用 78
4.6.4 高性能闪烁}帚体及其探测器件应用研究 79
4.6.5 大尺寸高质最弛豫铁电单晶生长及其应用研究 80
4.6.6 基于光学超晶格的全固态有源光子芯片的功能化及集成技术 81
4.6.7 化合物半导体光电功能晶体的研究及其应用 81
4.6.8 第三代半导体光电功能品体的研究及其应用 82
参考文献 84
第5章 生物医用材料 87
5.1 内涵与研究范围 87
5.2 科学意义与国家战略需求 87
5.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 92
5.3.1 研究现状 92
5.3.2 存在问题 93
5.3.3 发展趋势 94
5.4 发展目标 99
5.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 100
5.5.1 高活性组织修复材料的构建及其在微环境中的作用机制 101
5.5.2 生物医用材料的高活性和生物功能化表／界面 101
5.5.3 生物适配材料 102
5.5.4 基于3D打印技术构建组织修复部件基础研究 103
5.5.5 新型纳米生物材料及其生物学新效应研究 103
5.6 未来5～10年优先发展方向 104
5.6.1 生物活性材料 105
5.6.2 生物材料的表／界面 105
5.6.3 生物适配材料 106
5.6.4 诊疗用纳米生物材料 107
5.6.5 基于3D打印技术的组织再生构件快速成型制造 107
参考文献 107
第6章 新能源材料 109
6.1 内涵与研究范围 109
6.1.1 内涵 109
6.1.2 研究范围 110
6.2 科学意义与国家战略需求 111
6.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 113
6.3.1 太阳能转换材料 115
6.3.2 燃料电池材料 121
6.3.3 热电材料 126
6.3.4 新能源储存材料 127
6.4 发展目标 133
6.5 未来5～10年研究前沿与重大料学问题 134
6.5.1 新能源材料对新能源的吸收机制 134
6.5.2 新能源材料能罱转换机制 135
6.5.3 新能源材料与器件性能及工作状态下其关键过程的测试与表征 135
6.6 未来5～10年优先研究方向 136
参考文献 136
第7章 低维碳及二维材料 138
7.1 内涵与研究范围 138
7.2 科学意义与国家战略需求 140
7.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 142
7.3.1 研究现状与问题 143
7.3.2 发展趋势 148
7.4 发展目标 150
7.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 152
7.6 未来5～10年优先研究方向 153
7.6.1 晶圆尺寸电子级低维碳和二维材料的制备科学 153
7.6.2 低维碳和二维材料在光电器件中的应用探索 153
7.6.3 低维碳和二维材料在电子器件巾的应用探索 153
7.6.4 低维碳和二维材料在能源等领域的应用探索 153
7.6.5 石墨炔研究及新型低维碳和二维材料探索 154
参考文献 154
第8章 先进结构材料 160
8.1 内涵与研究范围 160
8.1.1 超硬材料 161
8.1.2 先进结构陶瓷 161
8.1.3 高性能结构复合材料 162
8.2 科学意义与国家战略需求 165
8.2.1 超硬材料 165
8.2.2 先进结构陶瓷 166
8.2.3 高性能结构复合材料 167
8.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 168
8.3.1 超硬材料 168
8.3.2 先进结构陶瓷 170
8.3.3 高性能结构复合材料 173
8.4 发展目标 176
8.5 未来5~10年研究前沿与重大科学问题 177
8.5.1 超硬材料 177
8.5.2 先进结构陶瓷 177
8.5.3 高性能结构复合材料 178
8.6 未来5～10年优先研究方向 179
8.6.1 超硬材料 179
8.6.2 先进结构陶瓷 179
8.6.3 高性能结构复合材料 180
参考文献 180
第9章 传统无机非金属材料的节能环保与可持续发展 185
9.1 内涵与研究范围 185
9.1.1 内涵 185
9.1.2 研究范围 185
9.2 科学意义与国家战略需求 189
9.2.1 水泥和混凝土 189
9.2.2 玻璃 190
9.2.3 耐火材料 191
9.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 192
9.3.1 水泥和混凝土 192
9.3.2 玻璃 196
9.3.3 耐火材料 200
9.4 发展目标 203
9.4.1 水泥和混凝土 203
9.4.2 玻璃 203
9.4.3 耐火材料 203
9.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 204
9.5.1 水泥和混凝土 204
9.5.2 玻璃 205
9.5.3 耐火材料 207
9.6 未来5～10年优先研究方向 208
9.6.1 水泥和混凝土 208
9.6.2 玻璃 209
9.6.3 耐火材料 210
参考文献 211
第10章 无机非金属材料科学基础 214
10.1 内涵与研究范围 214
10.2 科学意义与国家战略需求 215
10.2.1 计算材料科学 215
10.2.2 材料基因工程 216
10.2.3 结构-性能关系和微结构效应 217
10.2.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 218
10.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 220
10.3.1 计算材料科学 220
10.3.2 材料基因组工程 221
10.3.3 结构-降能关系和微结构效应 222
10.3.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 223
10.4 发展目标 226
10.4.1 计算材料科学 226
10.4.2 材料基因组工程 226
10.4.3 结构-降能关系和微结构效应 226
10.4.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 227
10.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 227
10.5.1 计算材料科学 227
10.5.2 材料基因组工程 228
10.5.3 结构-性能关系和微结构效应 230
10.5.4 相图多尺度微结构和介观材料科学 230
10.6 未来5～10年优先研究方向 231
10.6.1 计算材料科学 231
10.6.2 材料基因组工程 231
10.6.3 结构-性能关系和微结构效应 232
10.6.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 232
参考文献 233
第11章 无机非金属材料制备科学与技术 236
11.1 内涵与研究范围 236
11.1.1 陶瓷材料 236
11.1.2 薄膜材料 238
11.2 科学意义与国家战略需求 239
11.3 研究现状、存在问题与发展趋势分
作者：国家自然科学基金委员会工程与材料科学部 编
出版时间：2019年版
丛编项： 学科发展战略研究报告
内容简介
《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》为国家自然科学基金委员会工程与材料科学部组织出版的无机非金属材料学科发展战略研究报告。根据工程与材料科学部的统一部署，《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》从学科的国际发展趋势和国家重大需求出发，论述无机非金属学科的总体发展战略，提出10个优先发展领域：新能源材料、功能晶体、低维碳及二维材料、新型功能材料、先进结构材料、无机非金属材料制备科学与技术、无机非金属材料科学基础、传统无机非金属材料的节能环保与可持续发展、信息功能材料与器件、生物医用材料，并介绍上述各领域的内涵与研究范围，科学意义与国家战略需求，研究现状、存在问题与发展趋势分析，发展目标，未来5～10年研究前沿与重大科学问题，未来5～10年优先研究方向。
目录
目录
前言
第1章 无机非金属材料学科发展概况 1
1.1 学科的战略地位 1
1.2 学科的发展规律和发展态势 3
1.2.1 学科发展规律 3
1.2.2 学科发展态势 5
1.3 学科的发展现状 6
1.4 学科的发展布局及发展目标 9
1.4.1 学科发展布局原则 9
1.4.2 学科总体布局 10
1.4.3 学科布局重点 11
1.4.4 学科发展目标 14
1.5 政策措施 14
参考文献 16
第2章 信息功能材料与器件 17
2.1 内涵与研究范围 17
2.2 科学意义与国家战略需求 18
2.2.1 微电子集成电路材料 18
2.2.2 光电子材料 19
2.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 21
2.3.1 研究现状与问题 22
2.3.2 发展趋势分析 26
2.4 发展目标 29
2.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 32
2.5.1 研究前沿 32
2.5.2 重大科学问题 32
2.6 未来5～10年优先研究方向 33
2.6.1 面向新一代微电子的高迁移率SOI基材料 33
2.6.2 新型超高密度存储材料与器件 34
2.6.3 光互连材料与器件 34
2.6.4 第三代半导体材料 34
2.6.5 低维异质结构光电子材料 35
2.6.6 量子信息材料 35
参考文献 35
第3章 新型功能材料 38
3.1 内涵与研究范围 38
3.2 科学意义与国家战略需求 39
3.2.1 铁电与介电材料 40
3.2.2 多铁性材料 41
3.2.3 磁性材料 42
3.2.4 先进电子材料 43
3.2.5 超导材料 44
3.2.6 超构材料 44
3.2.7 发光与光存储材料 45
3.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 46
3.3.1 铁电与介电材料 47
3.3.2 多铁性材料 47
3.3.3 磁性材料 48
3.3.4 忆阻材料 49
3.3.5 超导材料 50
3.3.6 超构材料 51
3.3.7 发光与光存储材料 51
3.4 发展目标 52
3.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 53
3.5.1 铁电／介电材料 54
3.5.2 多铁性材料 ” 54
3.5.3 磁性及稀土替代材料 55
3.5.4 忆阻材料 55
3.5.5 离温超导材料 55
3.5.6 超构材料 55
3.5.7 发光及光存储材料 56
3.6 未来5～10年优先研究方向 56
3.6.1 高能量密度电容器、超低损耗微波介质陶瓷、无铅压电与铁电陶瓷 57
3.6.2 多铁性材料与异质结磁电调控原理设计理论和制备技术 57
3.6.3 磁性及稀土替代材料 58
3.6.4 高性能忆阻材料、器件结构设计与性能 58
3.6.5 高温超导材料和应用研究 58
3.6.6 超构材料的结构设计及其新效应器件 58
3.6.7 发光及光存储材料 58
参考文献 58
第4章 功能晶体 61
4.1 内涵与研究范围 61
4.2 科学意义与国家战略需求 62
4.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 64
4.3.1 研究现状 64
4.3.2 存在问题 67
4.3.3 发展趋势 68
4.4 发展目标 73
4.5 未来5～10年研究前沿与关键科学问题 75
4.5.1 未来5～10年的研究前沿 75
4.5.2 关键科学问题 75
4.6 未来5～10年优先研究方向 76
4.6.1 用于高平均功率密度固体激光器的激光晶体和磁光晶体研究 77
4.6.2 大尺寸优质非线性光学晶体及扩展波段的非线性光学品体 77
4.6.3 电光晶体和压电晶体的研究和应用 78
4.6.4 高性能闪烁}帚体及其探测器件应用研究 79
4.6.5 大尺寸高质最弛豫铁电单晶生长及其应用研究 80
4.6.6 基于光学超晶格的全固态有源光子芯片的功能化及集成技术 81
4.6.7 化合物半导体光电功能晶体的研究及其应用 81
4.6.8 第三代半导体光电功能品体的研究及其应用 82
参考文献 84
第5章 生物医用材料 87
5.1 内涵与研究范围 87
5.2 科学意义与国家战略需求 87
5.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 92
5.3.1 研究现状 92
5.3.2 存在问题 93
5.3.3 发展趋势 94
5.4 发展目标 99
5.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 100
5.5.1 高活性组织修复材料的构建及其在微环境中的作用机制 101
5.5.2 生物医用材料的高活性和生物功能化表／界面 101
5.5.3 生物适配材料 102
5.5.4 基于3D打印技术构建组织修复部件基础研究 103
5.5.5 新型纳米生物材料及其生物学新效应研究 103
5.6 未来5～10年优先发展方向 104
5.6.1 生物活性材料 105
5.6.2 生物材料的表／界面 105
5.6.3 生物适配材料 106
5.6.4 诊疗用纳米生物材料 107
5.6.5 基于3D打印技术的组织再生构件快速成型制造 107
参考文献 107
第6章 新能源材料 109
6.1 内涵与研究范围 109
6.1.1 内涵 109
6.1.2 研究范围 110
6.2 科学意义与国家战略需求 111
6.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 113
6.3.1 太阳能转换材料 115
6.3.2 燃料电池材料 121
6.3.3 热电材料 126
6.3.4 新能源储存材料 127
6.4 发展目标 133
6.5 未来5～10年研究前沿与重大料学问题 134
6.5.1 新能源材料对新能源的吸收机制 134
6.5.2 新能源材料能罱转换机制 135
6.5.3 新能源材料与器件性能及工作状态下其关键过程的测试与表征 135
6.6 未来5～10年优先研究方向 136
参考文献 136
第7章 低维碳及二维材料 138
7.1 内涵与研究范围 138
7.2 科学意义与国家战略需求 140
7.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 142
7.3.1 研究现状与问题 143
7.3.2 发展趋势 148
7.4 发展目标 150
7.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 152
7.6 未来5～10年优先研究方向 153
7.6.1 晶圆尺寸电子级低维碳和二维材料的制备科学 153
7.6.2 低维碳和二维材料在光电器件中的应用探索 153
7.6.3 低维碳和二维材料在电子器件巾的应用探索 153
7.6.4 低维碳和二维材料在能源等领域的应用探索 153
7.6.5 石墨炔研究及新型低维碳和二维材料探索 154
参考文献 154
第8章 先进结构材料 160
8.1 内涵与研究范围 160
8.1.1 超硬材料 161
8.1.2 先进结构陶瓷 161
8.1.3 高性能结构复合材料 162
8.2 科学意义与国家战略需求 165
8.2.1 超硬材料 165
8.2.2 先进结构陶瓷 166
8.2.3 高性能结构复合材料 167
8.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 168
8.3.1 超硬材料 168
8.3.2 先进结构陶瓷 170
8.3.3 高性能结构复合材料 173
8.4 发展目标 176
8.5 未来5~10年研究前沿与重大科学问题 177
8.5.1 超硬材料 177
8.5.2 先进结构陶瓷 177
8.5.3 高性能结构复合材料 178
8.6 未来5～10年优先研究方向 179
8.6.1 超硬材料 179
8.6.2 先进结构陶瓷 179
8.6.3 高性能结构复合材料 180
参考文献 180
第9章 传统无机非金属材料的节能环保与可持续发展 185
9.1 内涵与研究范围 185
9.1.1 内涵 185
9.1.2 研究范围 185
9.2 科学意义与国家战略需求 189
9.2.1 水泥和混凝土 189
9.2.2 玻璃 190
9.2.3 耐火材料 191
9.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 192
9.3.1 水泥和混凝土 192
9.3.2 玻璃 196
9.3.3 耐火材料 200
9.4 发展目标 203
9.4.1 水泥和混凝土 203
9.4.2 玻璃 203
9.4.3 耐火材料 203
9.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 204
9.5.1 水泥和混凝土 204
9.5.2 玻璃 205
9.5.3 耐火材料 207
9.6 未来5～10年优先研究方向 208
9.6.1 水泥和混凝土 208
9.6.2 玻璃 209
9.6.3 耐火材料 210
参考文献 211
第10章 无机非金属材料科学基础 214
10.1 内涵与研究范围 214
10.2 科学意义与国家战略需求 215
10.2.1 计算材料科学 215
10.2.2 材料基因工程 216
10.2.3 结构-性能关系和微结构效应 217
10.2.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 218
10.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 220
10.3.1 计算材料科学 220
10.3.2 材料基因组工程 221
10.3.3 结构-降能关系和微结构效应 222
10.3.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 223
10.4 发展目标 226
10.4.1 计算材料科学 226
10.4.2 材料基因组工程 226
10.4.3 结构-降能关系和微结构效应 226
10.4.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 227
10.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 227
10.5.1 计算材料科学 227
10.5.2 材料基因组工程 228
10.5.3 结构-性能关系和微结构效应 230
10.5.4 相图多尺度微结构和介观材料科学 230
10.6 未来5～10年优先研究方向 231
10.6.1 计算材料科学 231
10.6.2 材料基因组工程 231
10.6.3 结构-性能关系和微结构效应 232
10.6.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 232
参考文献 233
第11章 无机非金属材料制备科学与技术 236
11.1 内涵与研究范围 236
11.1.1 陶瓷材料 236
11.1.2 薄膜材料 238
11.2 科学意义与国家战略需求 239
11.3 研究现状、存在问题与发展趋势分
