请问材料科学与工程学科发展展望？

【专家解说】：材料科学发展的展望 首先看看世纪之交的形势:国民经济高速发展，信息、能源、生命、交通、环境、国防以及高科技对新型材料的需要比以往更为迫切。材料应用的广泛性、使用条件的复杂性和安全可靠性的要求也越来越高。为了满足21世纪国民经济对材料的需求，开展新材料的研究和开发新型材料是一项重要的战略任务。学科交叉、渗透，任务的综合和协作为材料科学的发展提供了新的机会。计算机用于材料设计、同步辐射、自由电子激光和扫描隧道显微镜等先进技术，使材料科学研究深入到一个新的层次。信息科技中的超微化、高集成度、高灵敏、高速度和高保真等要求，促使材料科学的理论和实验进入了介观体系和纳米尺度。 1.新能源材料 我国在能源资源方面，石油、天然气少，煤炭储量大，品种全，在商品能源中煤炭占76000但是煤的地区分布不平衡;煤质方面的高灰富硫煤多。煤的消费方面是用户多、高度分散，因此能量转换率低和环境污染严重，极需研究脱硫、脱硝和洁净煤的加工。国际上日益重视具有战略意义的新能源的开发，包括太阳能、生物能、核能以及次级能源(氢能和燃料电池)等。太阳能直接利用是聚积其热能用于供热、发电和制冷;间接利用是太阳能电池和太阳能分解水制氢等。虽然地球接受太阳能的总量很大，约为810000 kJ/s, 0. 2^-1. 0 kW/mZ，又取用不竭。但是由于其能量密度很低，取得单位能量的一次性投资大，能量转换效率有待提高，目前尚不能大规模用于商业目的。新型光一电和光一化学能转换材料和结构器件的研制，提高转换效率，降低成本，以及研究光解水的催化剂，燃料电池中的固体电解质等都是材料科学所应承担的重要任务。 2.材料的结构层次由宏观向介观尺寸发展 人们对于固态物质的性质的认识，首先是从宏观现象开始，观测到物质的熔点、硬度、强度、电导、磁性、化学反应活性等，随后又深入到原子、分子的层次，用原子结构、晶体结构和化学键理论来阐明物性和结构之间的关系。近年来纳米科技的发展，人们知道:材料的性质并不是直接决定于原子和分子，在物质的宏观固体和微观原子分子之间还存在着一些介观的层次，这些层次对材料的物性起着决定性的作用。 微观体系包含有1至几个分子，其动力学是以皮秒(ps)和飞秒(fs)计，是属于量子化学研 究的领域;宏观体系包含着无限的原子和分子群体，其运动是以分和时计，是化学统计热力学的研究范畴。而纳米和团簇这个层次中，物质的尺寸不大不小，所包含的原子分子数不多不少，其运动速度不快不慢。而决定物质的性质的正是这个层次的由有限分子组装起来的集合体，它所表现出来的物性和宏观的材料迥然不同，具有奇特的光、电、磁、热、力和化学等性质。例如纳米铁的抗断裂应力比普通铁高12倍;纳米金的熔点是330 0C，纳米银的熔点是100 0C;纳米Ti0:在200℃可以转变为高温的金红石结构;纳米Si3N、的强压电效应是Pb (Ti , Zr )O。的4倍。纳米科技是在纳米尺寸范围内对物质进行研究和应用，使人类认识和改造物质的手段直接延伸到原子。例如运用计算机计算、编程和控制，在高真空扫描隧道显微镜里，操纵电子束使单晶硅表面原子激发移动，可以刻蚀出“中国”两个世界上最小的汉字，每个字的尺寸为0. 1 nm，笔划的宽度为几个硅原子，深度为0. 3 nmo纳米刻蚀技术应用在微电子介质上，可以制造出高密度存储器，其记录密度是磁盘的3万倍。日本NEC公司计划在21世纪初实现这种存储器实用化，在一张邮票大小的衬底上记录400万页报纸刊载的内容，可以说纳米材料和纳米科技的发展和应用把物质内部潜在的丰富的结构性能发掘出来，正像本世纪三四十年代核裂变材料和核科技的发展和应用，把物质中潜在的能量成百万倍地开发出来那样。