顶级专家畅谈中国新材料发展

发布日期：2017-09-25 来源：环球网 浏览次数：200

当国人在为歼-20、运-20、国产大飞机C919取得的一个个研制与列装节点而欢欣鼓舞时，当中国自主研制的新一代核电技术走出国门成为中国的又一张国家名片时，当不使用传统化石燃料的新能源汽车走进寻常百姓人家时，也许很少有人意识到这些装备与技术的提升与发展的背后都有着一个共同的工业基础，那就是具有划时代意义的新材料的研发与应用，其中既包括颠覆未来装备技术走向的新材料——石墨烯，也包括加工、利用这些新材料的增材制造技术(3D/4D打印)。9月23日，由人力资源社会保障部、工业和信息化部主办，北京理工大学承办的“新材料产业创新发展”百千万人才工程创新讲坛开幕，众多国内材料领域顶级专家、院士齐聚北理工畅谈中国新材料的发展。

北京理工大学校长胡海岩院士致辞时表示，北京理工大学21日正式入选国家“双一流”建设名单，“材料科学与工程”学科入选“双一流”学科名单。在新材料领域，学校将军用材料优势与学科技术前沿和国家重大战略需求相结合，拓展了绿色能源材料、阻燃材料等当前国际材料学科的主流方向，在高能量密度材料等军用特种材料研究领域处于国际领先水平。胡海岩强调，承担国家重大任务，是北理工人的使命与担当。力求为推动中国制造业转型升级，提升“中国制造”的品质和“中国创造”的影响力做出贡献。

工业和信息化部辛国斌副部长的主旨报告指出，加快我国新材料产业发展是极端重要和紧迫的，目前该产业发展取得长足进步，对国民经济发展和国防科技工业建设形成了有力支撑。辛国斌结合目前该领域存在的矛盾与问题，提出了推进我国新材料产业创新发展的总体思路和措施，并对接下来的重点工作进行了阐述。

开幕式后，中国工程院原副院长干勇院士做了题为《“十三五”能源新材料发展》的专题报告。干勇表示，创新驱动发展需要强大的新能源技术支撑。发展高端装备所需的基础零部件使用的轴承钢、齿轮钢、磨具钢的年需求量分别为300万吨、200万吨和50万吨;建设海洋资源勘探、开采、储运及基础设施所需的钢及耐腐蚀合金需求量为60万吨/年;新增5条西气东输线需要管线钢1600万吨、石油管64万吨;与锅炉相关的大气污染治理(2017年)投资规模总约3000亿，需高性能催化剂、耐磨耐蚀及除尘材料合计约400万吨。目前，上述需求中的高端及大规模新材料急需通过自主研发创新实现突破与提升。

据干勇介绍，2020年，我国新能源汽车产能将达到200万辆，动力电池需求量将达到1000亿Wh,2025年新能源汽车产能将达到300万辆，未来5-10年动力电池将保持高速增长态势。他说，中国的锂动力电池的关键技术研发取得较好进展。先进锂电池、新型锂离子电池和新体系电池的发展已取得不同程度的进步。不过，目前仍存在产能急剧扩张、高端不足低端过剩;电池单体性能不差、成组技术差距明显;技术路线存争议、部分企业受挫;动力电池自动化装备水平低;回收利用存技术障碍等问题。

干勇还介绍了发展超导材料、稀土新材料，特别是稀土永磁技术战略价值与产业应用前景。他举例说，美国“爱国者”导弹之所以能精准拦截来袭导弹，得益于其制导系统中使用了大约4公斤的稀土永磁体。F-22“猛禽”能够实现超音速巡航功能，依赖于强大的稀土永磁发动机;“艾布拉默斯”坦克的高精度导航系统中，稀土钐钴磁铁发挥了重要作用;美国的新型驱逐舰所使用的混合电驱动系统用到了稀土永磁体;“宙斯盾”系统的雷达也使用了钐钴磁体。可以说，没有稀土就无法制造各种高科技武器装备。而稀土永磁技术在高静音潜艇、雷达、微波通信、航天、新能源汽车、机器人、数控机床等多个领域都有巨大的作用。他认为，稀土永磁科技是中国下一个创新热点。

北理工副校长方岱宁院士以《基于增材制造的轻量化多功能一体化材料与结构的设计、制造与装备研发》为题进行了专题报告。方岱宁表示，增材制造也就是通常所说的3D/4D打印。近年来，增材制造技术已在航空、航天、军用装备、汽车、医疗等国防与民用装备领域的轻量化结构中得到广泛应用。目前，增材制造主要分为金属、非金属和生物增材制造。现阶段，金属增材技术是增材制造产业发展的战略制高点，其中就包括航空航天金属结构件(钛合金等)制造。据他介绍，北理工的科研团队已实现使用增材制造技术快速响应制造某榴弹炮零件，还为国产核电项目制造了堆内构件。

单晶结构材料是发动机与燃气轮机、核反应中的关键核心材料，是各国金属材料领域研究的战略制高点。传统的单晶制备方法具有很高的技术要求与局限性，那增材制造能否使用在单晶金属高温结构材料制造方面呢？据方岱宁介绍，目前北理工科研团队已验证了钛合金单晶，正在进行镍基合金和钼单晶验证。他还介绍了在科研领域引起关注的4D打印技术。据介绍，4D打印是一种可以通过设计使构件的形状或性能在时间和空间维度上可控变化的增材制造技术。方岱宁现场播放的视频显示，4D打印出的材料通过光照、浸水等方式发生了可控形变。相比3D打印技术，4D打印加入了智能材料/智能结构，它具有感知环境刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的响应，既可以满足国防装备需求，也可以广泛应用在药物释放、靶向输药等生物医疗方面。

中国航发北京航空材料研究院副主任王旭东以《军民用石墨烯技术研发情况及发展思路》为题介绍了中国以及国际上研究与应用石墨烯的最新情况。据王旭东介绍，美国国防部、国防高级研究计划局多家机构将石墨烯列为影响未来军事装备的9大科技之一。欧盟将石墨烯列为未来影响最大的6大前沿技术的第二位。中国也高度重视发展石墨烯技术。中国航发北京航空材料研究院从2008年就开始关注与研究石墨烯技术。目前已经建成全自动化石墨烯纳米片生产线，掌握了高品质、低成本、层数可控、批量制备大尺寸石墨烯膜的全套制备技术与专用装备，并形成了完全自主知识产权。他还介绍了航材院在石墨烯轴承钢、石墨烯铝合金电缆等领域的研究成果。

除了工业与民用领域，王旭东还介绍了石墨烯在军用方面的前景。未来战争需要超高强韧、长寿命、耐高温的结构材料，需要更轻、防护系数更高的防弹材料，需要更轻、导热性更好的电子材料，需要更轻、物理性更好的功能材料，而石墨烯的很多特性符合相关的要求，所以各国都在加快相关技术的研究与攻关。