为国民经济奠基

  材料是整个国民经济的基础，也是高技术的基础。60年来，中国在材料科技领域取得了很大的成就。

  日前，就中国的材料科学与技术这一个话题，两院院士师昌绪先生接受了《科学时报》记者的专访。

  传统材料是与国民经济建设关系最为密切的一类材料，量大面广、价格低，且利润高、技术成熟，产值占GDP的19%，是建筑业与制造业的基础，同时解决了大量就业问题。

  新中国建立的时候，中国钢铁年产量才几万吨，到1996年达到1亿吨，2008年大约为5亿吨，占世界钢产量的40%。我国的有色金属除了镍钛以外，其余的产量都是世界第一，消耗量也是世界第一。水泥、玻璃、工业陶瓷、橡胶、塑料和多种人造纤维的产量都是世界第一，整个传统材料的发展是令人瞩目的。

  师昌绪表示，传统材料之所以有这么大的进展，首先归功于需求拉动。传统材料80%以上都消耗在国内。我们的祖国经济发展很快，各项建设需要材料，特别是传统材料。

  以钢铁发展举例来说，第一归功于技术改进。钢铁工业从选矿、采矿到炼钢、轧钢各种技术都有很大的改进，这些是产量迅速增加的根本原因。目前，我国的炼钢技术和世界领先水平差不多。

  第二归功于装备的国产化。过去，我国许多装备都是从国外进口的，现在装备大部分已经国产化，能够准确的通过自己的需要进行技术改进，价钱也很便宜。

  第三归功于资源的国际化。我国铁矿并不太多，特别是铁矿都是贫矿，开采量很大，工序多，成本很高。现在大概40%的铁矿石都是从国外进口的。

  传统材料也产生了不少问题：主要是环境污染，因为生产1吨钢要排1.6吨到2吨二氧化碳，生产1吨水泥差不多要排0.8吨二氧化碳，每年仅生产钢铁和水泥所产生的二氧化碳比火力发电厂还要多，还有污水与废渣要通过循环经济来解决。

  师昌绪举例说，实际上，首钢的曹妃甸新厂，用高炉煤气、转炉煤气和炼焦以后的焦炉煤气发电就可以自给自足，不需要厂外供电。钢渣、铁渣可用来做水泥。塑料垃圾里回收氢气，可以当炼铁的燃料。所以，将来的钢铁厂除了焦炭以外，基本上能做到能源自给。当前，我们的大型钢铁企业，应该说和世界领先水平差距不太大；但还有一些小钢厂，能耗高、污染严重等问题还有待解决。

  师昌绪表示，传统材料存在资源的有效利用问题。像包头的含稀土铁矿、西南攀枝花矾钛铁矿等，如何综合利用是关键，除了技术难点，主要是体制问题。总的来说，国家的政策是淘汰小的，发展大的；淘汰落后的，鼓励先进的。这样才可以使我们的钢铁在国际上有竞争力。

  在国外，人们说传统材料是一个夕阳工业，可是在中国传统材料还有能源、环境、资源等许多问题有待解决，传统材料产业在一段时间内还将继续焕发生机。

  谈到传统材料中的优势领域，师昌绪表示，首先就是纺织材料。我国60年来对纺织材料一直很重视，纺织是我国的支柱产业。中国在纺织材料方面持续不断的发展，有的处于国际领先水平。

  第二个优势领域就是人造晶体。我国的人工晶体一直在国际上比较领先，早在上世纪80年代就领先于国际水平。这方面我们一有基础，二有学科带头人，大家也很看重。领军人物是陈创天和蒋民华两位院士。

  第三个优势领域就是超导材料。1911年荷兰人发现超导现象，后来发展成实用的超导材料。上世纪80年代出现高温超导材料。所谓高温超导就是液氮温度负196摄氏度下的超导，无论是科研、生产应用规模都较小，在有的方面我国处于国际领先水平。

  第四个优势领域就是纳米材料。我国纳米材料的起步和国际上差不多，2000年美国总统克林顿提出纳米技术在21世纪将导致一场产业革命，目前各国都在纳米研究上花了很大力量，中国也比较重视。虽然现在纳米技术离实际应用还有差距，但是前景是好的，需要继续深入研究。我国现在成立了纳米科学中心，中长期规划有专项，希望今后有较大突破。

  第五个优势领域是生物医用材料。这对中国来讲很重要。因为我国人口众多，生活水平也在逐步的提升，老龄化现象越来越明显，医用生物应用材料用量也在持续不断的增加。目前，我国的生物医用材料大部分靠进口，但国产程度逐渐增大。

  第六个优势领域是镁合金。1立方米海水中有1.5公斤镁，储量惊人，同时它比铝轻50%，师昌绪倡议全力发展镁业。他说，经过多年努力，中国镁业现在年产80万吨，占全世界产量一半以上。镁的利用也有问题：一是镁很容易燃烧；二是镁很容易腐蚀。然而，镁合金在消震和抗干扰方面性能优越，现在部分手机壳、电视壳都是镁。目前，中国有重庆、上海、沈阳等研究中心在镁合金的创新研究和技术开发方面都做得很好，为世人瞩目。

  当前，最热的可能还是新能源材料。现在最有前途的是风能和太阳能。有人推测，到2030年风能和太阳能的发电量加起来可能占到总发电量的30%，到21世纪末可能达到80%。师昌绪认为，目前这些新能源领域“卡脖子”的仍然是材料问题。

  风能的问题是大叶片，3兆瓦以内目前都是采用玻璃钢，因为便宜；3兆瓦以上就得用碳纤维复合材料，因而碳纤维是将来风能最主要的关键材料。我们的祖国低档次的碳纤维生产已经过关，并可大量生产。风能的另外一个问题是风机寿命，目前还得依赖国外，这是一个机械制造问题。

  再一个就是太阳能。太阳能的光伏转换片有很多种，最有希望的还是半导体硅，因为硅在原材料里是最丰富的。目前，硅的生产方法也还不是很成熟，德国西门子法能耗很高，污染也很大；日本倡导冶金法，我国也有好多人在倡导冶金法，但是冶金法很难去除杂质，目前两种方法仍在争论不休。

  师昌绪对记者表示，由于都看好光伏能源，当前我国多晶硅企业蒸蒸日上，有可能造成过剩。

  我们有近160万平方公里的国土沙漠化和荒漠化，几乎占国土面积的1/6，如何把它利用起来很重要。

  师昌绪介绍，治沙材料多种多样，其中有一种纳米治沙材料，利用蒙脱土的硅酸盐层状结构的特性，形成许多孔洞，具备固水、固肥、缓释等功能；材料中的羟基硅离子还对沙地有良好的黏接吸附作用，便于改善土壤结构。用这种治沙材料来过多次实验，只要年降雨量达到200～300毫米，生长效果都很好。可惜对目前治沙管理机制不适应，推广还需花费很大力气。

  师昌绪指出，西北治沙成功不仅有利于农牧，那里日光条件也最好，太阳能发电占地面积很大，西北沙漠地带经过改造，会形成理想的可再次生产的能源基地。

  据介绍，我国材料科学在国际上地位比较高，中国要尽快从材料大国变成材料强国，是有基础的。

  第一个标准是，材料的生产量、流通量必须在国际上有影响。光做研究工作不算，必须在很多材料特别是先进材料的生产量和国际流通量达到某些特定的程度，世界上才会承认你有较大影响。

  第二个标准是，所从事的材料研究有创新，至少有几种领先于世界。我们的材料生产量很大，但还不能说强。必须品种上有创新，在国际上产生影响力。我国是稀土大国，但世界上含稀土的材料没有一个是中国发明的，我们只算是一个稀土生产大国。

  第三个标准是，能够有效利用自己国家的资源。我国在有些方面不能有效利用现有资源，需要开展基础性的研究工作。例如有色矿，我们提取出来不到一半，人家国外可以提炼到70%，甚至更高。我们的复杂矿、贫矿的利用问题长期得不到解决，一种原因是技术问题，另一方面也存在体制问题。

  第四个标准是，材料研发生产应用过程中的环保问题。高效率、低排放、少污染是衡量一个国家材料水平的重要指标。师昌绪说，这些一定要引起各方面的重视。

  第五个标准是，必须有国际上承认的学科带头人，需要有知名的刊物和不断召开有影响的国际会议。现在我们的高水平文章都到国外发表，一个原因是国内刊物影响因子很低，大家都不愿意投稿，这种恶性循环不改变，很难使我国变成材料强国。因此，中国科学家应该爱护自己的媒体，甚至作一点牺牲，把好论文投给国内期刊。