材料历来是人类进化的标志之一。七十年代就有人把材料与能源、信息一起称为现代文明的三大支柱，现在人们又把新材料生物工程和信息作为新技术（产业）革命的重要标志。新材料引起了新技术的质的变化，同时也极大地影响着社会的变革和人民的生活。
新材料的主要特点是：以科学为基础；其发展与新工艺、新技术有非常密切的关系；品种多，更新换代快；生产规模小。
新材料的基础是材料科学。目前，新材料的发展越来越依赖于基础研究，依赖于知识。和其他各门科学一样，材料科学也是与技术密切结合在一起的；同时，材料科学是一门多学科交叉的科学，它涉及固体物理（凝聚态物理）、固体化学、物理化学、有机化学、冶金学、陶瓷学等等。
新材料按其化学键的性质，可分为四大类：金属、有机合成材料、无机非金属材料（又叫陶瓷材料）、复合材料。按其用途或性能，可分为结构材料（利用其力学性能）和功能材料（利用其电、磁、声、光等特定性能）两大类。
新材料对新兴产业和社会经济的影响
—、结构材料：结构材料与国民经济关系非常密切。如能源、海上采油、交通运输、建筑业等都与结构材料有着密切的关系。
高强度工程塑料。二十年来，这类材料以每年递增14%或15%的速度发展。它的原料相当丰富，性能好，比强度高，特别是能耗比较低。比如聚苯乙烯，要是将其单位体积的能耗作为100的话，水泥就是108，玻璃是200，钢是1000，铝是2000。
复合结构材料。这类材料的应用面逐步扩大，至今已经历了三代：第一代是玻璃纤维增强树脂（或称玻璃钢、增强塑料）；第二代是高比强度、高比刚度的纤维，如碳纤维、石墨纤维、陶瓷纤维；第三代是碳 - 碳（主要用于国防），以及用来补强金属的铜纤维、碳化硅纤维等，这一代材料比较轻，集中了几种材料的优点，大大提高了比强度和比刚度。复合材料的比强度和比刚度都高于金属。如果在混凝土内加入有机玻璃，可以大大提高抗腐蚀能力和抗压力，并降低比重；用高强度纤维代替钢筋，可以减轻重量。
金属结构材料。目前金属结构材料也在向提高强度和刚度的方向发展。尽管在某些方面无机材料取代了一部分金属，但结构材料很大程度上还是金属材料，它还有发展的潜力。其关键是改进强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，并减轻其重量。以航天、航空为例，飞行器的速度越大，结构材料每减轻一点所能带来的效益就越明显，如以战斗机（接近音速）为一百，则低轨道通讯卫星为五、六百，同步轨道卫星为一万，而航天飞机所得效益将超过一万。
二、功能材料：据日本通产省调查，在133种重点发展的材料中，60%属功能材料。
半导体材料。1. 硅材料。计算机工业和信息工业在很大程度上依靠硅材料性能的提高。硅片做得越大，成品率就越高，就可以降低成本。目前我国还只能做三英寸或四英寸的硅片，而世界上已在做六英寸的硅片，日本已投资3.5亿正建设八英寸的硅片厂。2. 非晶硅。如果发展顺利，能成为太阳能利用的一个很重要的新材料。3. 砷化镓。是高速器械、低功耗器械及高频微波器械的极有前途的材料，尤其在军事上很有用。
记录材料。1. 信息记录材料。已历三代。第一代是磁粉；第二代是蘸色连续膜；第三代是正在发展中的垂直记录双层膜。2. 磁记录材料。计算机外围设备如磁记录材料、磁盘等的重要性不亚于计算机本身。国外用在磁记录材料上的力量不亚于大规模集成电路。3. 光记录材料。不仅可以民用，也可能进入计算机行业，作为更高容量的存储材料。
敏感材料。在自动控制、智能机械和家庭生活中可用于控制温度、湿度，控制磁场、力场，控制电、光、声、气氛等等。
光导纤维材料。作为通讯的新一代是很有发展前途的。
功能高分子材料。
1. 导电、高导电高分子材料，半导体高分子材料。2. 磁性高分子材料。3. 超导高分子材料，今后高临界温度的超导体由高分子材料来实现。4. 光学高分子材料。用于大规模集成电路，还能代替卤化银作为新的感光材料。5. 高分子分离膜。用于分离氨气中的氢，还能用来进行粒的纯化（氮氢分离），对于蔬菜、水果有很好的保鲜作用。还可用于附氧，提高燃烧效率。
功能金属材料。1. 非晶态金属。非晶态金属具有三个性能：一是磁学性能，是继纯铁和硅钢片之后的第三代软磁材料；二是力学性能，其抗张强度可达300公斤/平方毫米；三是抗腐蚀性能。这类材料的问题是不能高温处理，到三、四百度就析晶了，因此不能焊接。
2. 超导金属。目前铌钛和铌酸锡已经工业化。但由于临界温度低，使用时还只能在液氦下工作（如磁悬浮列车、高能加速器、核聚变等实验）。若能探索在液氢或更高温度（如液氮）下工作的超导体，那将为其应用带来很大的变革。估计本世纪末、下世纪初可以实现这个目标。
3. 形状记忆合金。常用的有镍钛、金镉镍铝、镍铝等，用在管子接头、牙齿校正、控制装置等方面。将来可用在低温差发电或太阳能利用上。
4. 储氢材料。在高压或低温下，这类材料能大量吸收氢气，在较低压或较高温时，又会把氢释放出来。氢不仅是一种干净的燃料，而且纯度高，可达六个9或更高、但目前成本还较高。
5. 永磁材料。在永磁材料中，铝镍钴比铁铬钴磁能级高60%。发展到钐钴，磁能级又高了一倍。现在搞铌铁铜，磁能级又提高了。我国的稀土矿是世界上最富的，如果能降低成本，深度加工，做成永磁材料或系统，再拿到国际市场上去，效益就高多了。
6. 功能金属材料的精细加工。即对功能金属材料进行原子级的精细加工，使它的功耗大幅度下降，运算速度加快，这是非常有吸引力的。但因成本太高，目前在美国也还不能真正工业化，只能在小范围（军事或某些特殊方面）使用。如果今后有所突破的话，就可以用人工来设计各种性能的金属材料了。
三、无机非金属材料
这里主要谈高效能无机材料，又叫先进陶瓷，日本人叫精细陶瓷。它较多地依赖于地球上相当丰富的原料，如硅、铝、铜、镁、氮、氧、粒、碳等等，所以几乎不存在资源问题。这类材料与传统无机材料的不同之处一是要求越来越高的纯度；二是要求严格控制其成分和显微结构（直至微米阶或亚微米级），严格控制其表面和界面；三是要求通过工程降低成本；四是要以科学为基础。
先进陶瓷按其电性能可分三类：
1. 绝缘陶瓷材料（与半导体工业结合，可做封袋、基片等）、铁电材料、压电材料（利用其滤波、换能等功能变换电声、水声、超声，用于滤波、引燃、引爆）。
2. 半导体陶瓷材料。可控制温度、湿度、气氛；抵抗大电流脉冲，用于避雷器等。今后将越来越多地与人工智能、自动控制发生密切关系。
3. 离子导体。若按其磁性能可分为软磁陶瓷材料和硬磁陶瓷材料。
若按其光性能可分为半透明氧化铝（用于高压钠灯上）、透明氧化镁和透明氧化铱。特别是对红外透明的氧化镁，可作红外窗口，在军事上用途很大。
此外，先进陶瓷还包括压电陶瓷、化学陶瓷、热性陶瓷、结构陶瓷、生物陶瓷、梭陶瓷等。生物陶瓷可用于人造关节、人造牙、人造骨头等等，现在多用氧化铝做成涂层，这样会生成一些孔隙，人体组织会慢慢长进去，与人造骨头连成一体，人体与人造骨头就不会互相排斥了。核陶瓷与核电站的发展有密切的关系。
高效能结构陶瓷。高效能结构陶瓷不仅在静态耐热、静态高温耐腐蚀、耐磨损方面有许多可应用的地方，而且在动态耐高温、动态耐腐蚀、耐磨损方面也得到了有效的应用。如用在热机上以代替部分金属材料，可节约燃料三分之一左右。（汽车用燃汽轮机节约27 ~ 35%，卡车用柴油机节约22 ~ 30%，热交换器节约42%）。
日本的“陶瓷热”。1980年全世界先进陶瓷的销售额是42亿美元，日本占了20亿。42亿中封装材料为8 ~ 9亿，日本占5亿多；电容器7.5亿，日本占了一小半；压电材料日本占90%，湿度敏感器日本占63%，铁氧体占79%。而当年美国的销售额仅6亿。
日本在很多工业方面（如汽车、电子、光学等）是后来居上的，看来在无机材料上它想比别人先走一步，占领这一新技术发展的市场。美国曾在日本作了民意测验，发现老百姓中相当多的人认为陶瓷是现在发展最快的领域。世界上几乎还没有哪个国家对陶瓷有这么坑的认识、这么大的兴趣。美国称之为“陶瓷热”。日本成立了一个陶瓷协会，有一百七十多家参加，各工业企业、大学、通产省、科技厅、文部省从各个不同的方面对精细陶瓷都制订了计划。政府在八十年代对先进陶瓷的投资高达6600万美元。
日本这样重视发展先进陶瓷，除了想领先之外，还有下述原因：1. 可以推动一批外围工业，如原材料工业、设备工业、软科学等等。2. 可以促进地区性工业更积极地发展，因为这类工业的基础是人才、知识、技术，所以选址自由度大，工厂规模可较小。3. 可以产生一批高效率的中小企业。4. 可以节约大量燃料、人员、金属（特别是稀有金属）。
我们以用于发动机的先进陶瓷为例，把日本与其他国家作一比较：
1. 日本。日本的能源有三分之一消耗于汽车发动机。如果全日本的汽车发动机核心部分都用陶瓷取代金属，则其燃油能耗可降低10%，—年可节约130亿美元；同时，每个汽车发动机还可节约1 ~ 1.5公斤稀有金属，一年就是一万吨稀有金属。所以日本目前已将一些比较容易在发动机上应用的部件批量生产，如增压器的涡轮转子（陶瓷转子几乎没有惰性），仅京都陶瓷月产量即达十万个。日本还在各方面全面推广先进陶瓷的应用，如冶金、化工、造纸、生物医学，甚至连剪刀、锤子也用陶瓷做。凡在高温结构中能用上陶瓷材料的，它尽量批量生产，使其日趋成熟，尚不成熟的先作小批量实验性生产。
2. 美国。起步很早。美国国防部先进科研规划部早就搞了一个1971年到1980年的脆性材料设计计划，投资3.5亿美元，经十年努力已完成了。现在它依靠通用汽车公司和福特汽车公司搞了两个发动机，AGT100（用于汽车）和AGT101（卡车柴油机），预定的目标也即将达到。但进入八十年代后，由于石油危机已经过去，石油价格下降，能源缓和，它的步子放慢了。美国能源部很急，准备搞一个更大的计划，但不容易，因为它不像日本那么容易把工业组织起来。美国法律有个反托拉斯法，不允许大公司联合，不允许合作，很多大公司只好互相买对方的股票、用这种方法联合起来搞。
3. 联邦德国。在1973，1974年也有个十年计划，已完成，做得不错。但“奔驰”厂总认为它的金属活塞发动机做得十分完美，不愿意改，所以争论得厉害。
4. 英国。从1960年就开始投资，起步最早。科学基础是它打下的，但因保守，投资又少，应用的进程非常之慢。1983年在日本开了第一届世界陶瓷用于发动机的会议，英国一批科学家回国后写了一封公开信给撒切尔夫人呼吁加强这方面工作，但没有大的效果。现在投资几乎是零。总之，日本咄咄逼人，美国意图对抗，联邦德国态度未定，英国想动未动。
无机功能材料。
1. 铁电压电材料。这类材料在电场作用下产生铁电效应，在力的作用下产生压电效应，在温度作用下产生热失电效应，在光的作用下产生光电效应，因此可以发展成各种应用材料，如电容器、换能器、压电传感器、引燃引爆，用于红外探测和开发等。
2. 无机半导体材料。用于湿度敏感、温度敏感、压力敏感、气氛敏感等等。
3. 功能晶体材料。多是铁电晶体，用做滤波、换能、电光器件、声光器件、光波导等新技术。我国现在能做的锗酸铋质量是世界上最好的，可用于X光CT。
或用于高能加速器中对基本粒子射线的敏感探测器。目前世界对我国需求量相当大，问题是怎么克服我们在体制上、管理上的困难，使其更快地工业化。
4. 光导纤维。光纤用于通讯，损耗几乎接近理论值。比起同轴电缆来，可以大大节约材料，节约能源，少建中继站。
5. 无机功能材料的应用。利用这类材料的光电转换功能，可用于太阳能的利用。最有前途的是非晶硅，它比单晶硅用材少、耗能低，可以大面积做。利用这类材料离子的导电性能，可做成高比能量的蓄电池，目前在一些国家已进入半工业化或中间试验阶段，主要问题已解决，美国计划明年将进行兆瓦级的电磁储能系统试验。这类蓄电池主要可用于电网的平衡、用电量低时，将电储存起来，用电达峰值时再并网发电。
材料科学的性质、内容和研究领域
材料科学是新材料发展的基础，它是一门多学科交叉的科学。材料科学内容包括：1. 研究材料的合成和制备过程中的科学基础；2. 研究材料的结构和性能之间的关系；3. 研究材料的损毁。
材料科学当前面临的比较活跃的研究领域很多，如低维材料的形成及其结构和性质，完整晶体中的杂质与微观缺陷，材料在微区域的成分与结构分析，运用计算机对材料断裂、老化、磨损的研究，瞬态与亚稳态的探索，空间实验室环境中的材料研究，材料特异性能的开发和利用，等等。
我国新材料和材料科学的现状及对策
目前世界各国花在新材料研究、特别是它的开发上的投资都相当大。如法国在新材料研究上投资一百多亿法郎，其中70%用于开发。开发比基础研究、应用研究35要更大量的投资，要把研究成果真正转入中间试验，转入工业化，是需要花大力气的。美国福特公司搞的由计算机控制的涡轮叶片一次注射成型设备，一台就要五百万美金。但新材料的研究成果一旦转化成工业，它的经济效益、社会效益将远远超出它的投资。
我国在新材料和材料科学的研究与开发上目前有下面几个值得注意的问题：
1. 我们还需要花一定的人力来搞新材料的基础研究，使它达到一定的水平。因为这是一个以知识和科学为基础的新领域，而知识和科学是花钱买不来的。你只能买到“Know how”，买不到“Know why”，只能买到“知其然”，买不到“知其所以然”。2. 目前我国最薄弱的是开发这个环节。开发不是简单的放大，必须有一套使其工业化的办法。我们的成果往往一到开发阶段就越做越差，这说明我们没有投入足够的力量，对开发重视得很不够。3. 各部门界线太清，科研同开发、生产、使用之间衔接不紧密。
怎么解决这些问题？我提几点作为参考：1. 加强组织、协调、领导，互相支持，形成一个集体。2. 加速新材料的推广、开发工作、科学院已决定“七 · 五”计划期间在上海建立一个新材料中试基地，专搞有机和无机材料，（金属部分可能放在沈阳），希望借此使实验室与工业界接近起来。3. 重视人才培养。4. 继续重视传统材料的研究和应用。传统材料决不是“夕阳工业”，新技术用于传统材料，是传统材料发展的一个方面。
5. 必须重视发展材料科学。这是因为：
（1）新材料的研究、开发，传统材料的改进、提高都离不开材料科学。材料科学对提高质量、降低成本、提高效益也具有极重要的作用。（2）材料科学是消化、提高引进技术利用率的重要依据。（3）材料科学指明了材料发展的方向，可以减少在材料研究中同一水平的重复。
可以相信，新材料和材料科学的发展将给现代技术、经济和社会带来极其广泛深刻的影响。
（以上均胡季威等整理）
后七讲的内容和主讲人
第三讲 发展新产业的战略与措施 刘振元
第四讲 二十世纪末自然科学研究的大趋势 钱伟长
第五讲 科学研究的艺术 黄耀曾
第六讲 当今宇宙学研究的几大问题 叶叔华
第七讲 谈生物工程的未来 曹天钦
第八讲 计算技术的时代使命 夏宗辉
第九讲 发展中的交叉学科 仇金泉