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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高温超导材料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晶体77

4.6.3电光晶体和压电晶体的研究和应用78

4.6.4高性能闪烁晶体及其探测器件应用研究79

4.6.5大尺寸高质量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晶体的研究及其应用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年研究前沿与重大科学问题134

6.5.1新能源材料对新能源的吸收机制134

6.5.2新能源材料能量转换机制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中的应用探索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材料基因组工程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-性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-性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析241

11.3.1陶瓷制备技术241

11.3.2薄膜制备技术244

11.4发展目标248

11.5未来5～10年研究前沿与重大科学问题249

11.5.1陶瓷制备技术249

11.5.2薄膜制备科学与技术250

11.6未来5～10年优先研究方向252

参考文献253