功能材料图传
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如前所述,作为一个科学概念,“功能材料”是1965年由美国贝尔实验室的莫顿博士提出的,该词也是由他创造的。人们普遍认为材料科学也刚好是在这个时期成熟的,笔者也曾主张以1964年前后镍基高温合金设计的PHACOMP(相计算)的出现,作为材料科学走向成熟的标志性事件。如果以功能材料概念的提出来佐证这一观点,可能更具有说服力。人们可以举出更多发生在1960年代的材料学和材料科学的大事件,来增强这个时期的转型特征。例如:集成电路半导体器件的应用,红宝石激光器等陶瓷功能材料活跃发展,光导纤维通信可能性的提出与实现,永磁材料向稀土化合物的跃变,非晶态材料横空出世,形状记忆合金发明引发的智能遐想,液晶显示器的发明,全新人工髋关节设计并成功制造,压电陶瓷在全球引起密切关注等等。这一切都在说明:功能材料的名称在这个时期的提出是具有历史必然性的。

材料正式被划分为结构材料与功能材料两大部分,是材料科学走向成熟的重要历史性事件。进入这个历史时期后,结构材料已形成金属、无机非金属、高分子聚合物和复合材料四分天下、相互竞争的局面,向着更高力学性能、更低密度的方向发展;结束了单纯的三维块体材料制作方式,向着包括一维、二维形态的制作模式发展;结束了在单质中最求强化,通过复合设计向发挥金属、陶瓷和聚合物各自优势的前所未有的优化力学性能的方向前进。

功能材料在新时期吸引了更多物理学家、化学家、信息学家和生物医学家的关注,他们更加主动地调整研究方向,使基础性的研究更加紧密地靠近新材料的开发;使功能材料的性能更加五彩缤纷,令人应接不暇。这时期原有的材料学者和培育材料学者的大学,纷纷改造学科结构,增加固体物理、量子力学、结构化学等教学比重,使之更适应功能材料开发的需要。这一改变最早在美国显现, 1950~1960年代,一些原来培养金属材料人才的冶金学科,相继改名为材料学科或材料科学与工程学科。其他各国也相继在1970~1980年代完成了这一改造。其中也包括原有的建材、化工等学科。

这时期,国际科技发展中出现了“高技术”(high-technology)的概念,高技术一词1960~1970年代首先在美国出现,1971年美国国家科学院(NAS)《技术和国家贸易》一书明确了高技术的内涵,包括以下四个方面:①先进、前沿、新兴、尖端性;②与经济、市场的高度结合;③产业结构、生产方式、思维模式的变革;④时空的动态活动性等。在高技术思维的影响下,还出现了“先进材料(advanced materials)”一词,也称“高技术新材料”。美国从1970年代推进了高技术研究,欧洲和日本都做了积极响应,我国在1986年也提出了自己的高技术发展计划。这些科技发展计划中先进材料固然也包括先进结构材料和先进复合材料的开发;但是,功能材料都受到了前所未有的高度重视。

由于上述原因,从大约1965年起的功能材料编入此篇,是在有了功能材料正式名称之后,故名之曰“本传”。