材料研究前沿十年回顾:2010-2020

\\\"材料科学与技术的发展水平体现了一个国家的综合实力。世界各国高度重视材料研究的创新发展，将先进材料列入国家战略性产业和优先发展的高技术领域。材料技术的发展日新月异，深入了解国际前沿发展动态，准确研判材料科技发展趋势，对于实现创新超越具有重要意义。 本书分为5个章节，每个章节均由活跃在基础研究和工程应用专业领域研究一线的专家执笔撰写，旨在从材料、表征手段、政府政策与投资等方面介绍材料研究领域的现状和未来的发展方向。本书面向广泛的、从事材料科学研究的人员，阐述了2010年-2020年关键材料研究取得的进展以及领域发生的变化，2020-2030 年间的存在科学空白的材料方向，材料研究对新兴技术、国家战略和科学已经产生和预期产生的影响，以及未来十年材料研究领域可能面临的挑战。\\\"

\"美国国家科学院、工程院和医学院 ( NASEM )，也称为国家科学院，是一个经国会特许的组织，是美国的集体科学国家科学院，其职能是为国家科技事务提供独立、客观的咨询建议。 全栋梁，译者，任职于中国航天科工集团第三研究院。长期从事飞行器结构与热防护技术研究工作，在耐高温防隔热材料应用、长航时主被动热防护等技术领域取得了多项成果。 张宇鹏，译者，任职于中国航天科工集团第三研究院。从事飞行器结构与热防护健康监测技术研究工作。 赵雄涛，译者，任职于中国航天科工集团第三研究院。从事飞行器智能材料与结构技术、高热流密度散热组件技术研究工作。\"

摘要 第1章 十年发展回顾 1.1 工业前景 1.2 国防与国家安全前景 1.3 结论 1.4 关键发现和建议 第2章 材料领域过去十年的进展和成果 2.1 金属 2.1.1 金属材料的高速发展 2.1.2 块状非晶合金 2.1.3 高性能合金 2.2 陶瓷、玻璃、复合材料和杂化材料 2.2.1 陶瓷 2.2.2 玻璃 2.2.3 复合材料和杂化材料 2.3 半导体材料和其他电子材料 2.3.1 信息材料与器件 2.3.2 硅基场效应器件的微型化 2.3.3 解决场效应晶体管瓶颈的替代方案 2.3.4 光电子半导体 2.3.5 有机半导体 2.3.6 柔性电子器件 2.4 量子材料与强关联系统 2.4.1 超导体与强关联电子 2.4.2 磁性材料 2.4.3 二维量子材料 2.4.4 拓扑材料 2.4.5 量子比特——量子计算机的基石 2.5 聚合物、生物材料和其他软物质 2.5.1 聚合物 2.5.2 生物分子与仿生材料 2.5.3 生物材料 2.5.4 软物质 2.6 结构化材料 2.7 催化材料 2.8 结论 第3章 材料研究的机遇 3.1 金属 3.1.1 传统金属与合金的基础研究 3.1.2 高熵合金 3.1.3 纳米结构合金 3.2 陶瓷、玻璃、复合材料和杂化材料 3.2.1 陶瓷与玻璃 3.2.2 复合材料和杂化材料 3.3 半导体和其他电子材料 3.3.1 器件微型化和微型化以外的进展 3.3.2 多功能设备与物联网 3.3.3 用于射频和电力电子的下一代半导体 3.3.4 互连和封装 3.4 量子材料 3.4.1 超导体 3.4.2 磁性材料 3.4.3 2D材料 3.4.4 拓扑材料 3.5 聚合物、生物材料和其他软物质 3.5.1 聚合物 3.5.2 生物材料与仿生材料 3.5.3 软物质和颗粒材料 3.6 结构化材料和超材料 3.6.1 结构化材料 3.6.2 用于光子学、声子学和等离子体的超材料 3.7 用于能源、催化和极端环境的材料 3.7.1 能源材料 3.7.2 催化材料 3.7.3 适用于极端环境的材料 3.8 水、可持续性和清洁技术中的材料研究 3.9 用于传导、存储、输运和管理热的材料 3.9.1 热能储存 3.9.2 固态热能转换 3.9.3 有源热器件、整流器和开关 3.9.4 热障涂层 3.10 发现和建议 第4章 研究工具、方法、基础设施和设备 4.1 表征工具 4.1.1 电子显微镜 4.1.2 原子探针断层成像 4.1.3 扫描探针显微镜 4.1.4 超快时间分辨技术 4.1.5 3D/4D原位测量方法 4.2 合成和加工工具 4.2.1 精密合成 4.2.2 来自DNA构建模块的3D结构 4.2.3 2D形变材料 4.2.4 增材制造 4.2.5 冷喷涂 4.2.6 非平衡处理 4.2.7 单晶生长 4.3 模拟和计算工具 4.3.1 集成计算材料工程和材料基因组计划 4.3.2 计算材料科学与工程 4.3.3 发现材料的机器学习 4.3.4 作为计算材料工具的量子计算 4.3.5 材料数据库：成就、前景和挑战 4.4 合成、表征和建模的集成 4.4.1 高通量筛选 4.4.2 可预测实验材料设计与实验/计算联合分析 4.5 基础设施和设备 4.5.1 研究基础设施 4.5.2 初级实验室基础设施 4.5.3 中等规模仪器/设备 4.5.4 纳米科学研究中心 4.5.5 X射线光源 4.5.6 中子 4.5.7 强磁场设施 4.5.8 先进的计算设施 4.6 结论、发现和建议 第5章 国家竞争力 5.1 投资金额和方向 5.2 全球视角 5.2.1 欧盟 5.2.2 芬兰 5.2.3 法国 5.2.4 德国 5.2.5 英国 5.2.6 中国 5.2.7 韩国 5.2.8 日本 5.3 案例研究 5.3.1 案例1——平板液晶显示器 5.3.2 案例2——航空航天领域中的增材制造 5.3.3 案例3——世界市场上的永磁铁 5.3.4 案例4——光伏 5.3.5 案例5——锂离子电池 5.4 工业科学外交和国土安全 5.5 国家视角 5.6 发现和建议 附录A 任务说明 附录B 市政厅（会议） 附录C 委员会委员简介 附录D 缩略词