无机非金属材料学科发展战略研究报告(2016-2020)

目录

前言

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 离温超导材料 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品体 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}帚体及其探测器件应用研究 79

4.6.5 大尺寸高质最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品体的研究及其应用 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年研究前沿与重大料学问题 134

6.5.1 新能源材料对新能源的吸收机制 134

6.5.2 新能源材料能罱转换机制 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巾的应用探索 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-降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-降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 2100433B

《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》为国家自然科学基金委员会工程与材料科学部组织出版的无机非金属材料学科发展战略研究报告。根据工程与材料科学部的统一部署，《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》从学科的国际发展趋势和国家重大需求出发，论述无机非金属学科的总体发展战略，提出10个优先发展领域：新能源材料、功能晶体、低维碳及二维材料、新型功能材料、先进结构材料、无机非金属材料制备科学与技术、无机非金属材料科学基础、传统无机非金属材料的节能环保与可持续发展、信息功能材料与器件、生物医用材料，并介绍上述各领域的内涵与研究范围，科学意义与国家战略需求，研究现状、存在问题与发展趋势分析，发展目标，未来5～10年研究前沿与重大科学问题，未来5～10年优先研究方向。

《自动化学科专业发展战略研究报告》为“教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会”承担的教育部立项课题“电子信息与电气学科专业发展战略研究”子课题——“自动化学科专业发展战略研究”成果，由教育部吴启迪副部长亲自作序。

本书按照科学发展观全面审视了自动化学科专业，包括回顾其发展历程，总结成功的经验与优秀的传统，失败的教训； 在深入调研的基础上，分析其发展现状，揭示影响发展的主要问题；提出了分类指导的四种人才类型的培养目标定位，及其相应的自动化学科专业人才培养体系的主要思路；以国际高等教育发展的视野，研究其未来发展的需求和态势，提出发展战略建议。

《自动化学科专业发展战略研究报告》对各高校自动化学科专业的定位、人才培养、发展具有指导意义，也可供教育行政部门、高等学校、教师与管理人员参考。

《水利科学与海洋工程学科发展战略研究报告(2011-2015)》论述了水利科学与海洋工程学科及其主要研究领域的战略地位、发展规律和趋势、发展战略和优先领域、保障措施等。本书是《国家自然科学基金“十二五”发展规划》中两个重点领域“变化环境下水资源高效利用”和“海洋工程基础理论与前沿技术”的学科层面上比较详细的论证材料，同时也是2008年版《国家自然科学基金委员会(申请)代码》中该学科申请代码调整后的首次学科发展战略研究报告。

本书由总论和四篇共十三章组成。四篇分别是水利科学与水利工程、岩土工程与水电工程、海岸工程与海洋工程、水能科学与海上新能源工程；十三章分别是总论、水文水资源、农业水利、水环境与生态水利、河流海岸动力学与泥沙研究、水力学与水信息学、水力机械及其系统、岩土力学与岩土工程、水工结构和材料及施工、海岸工程、海洋工程、水能科学、海上风能工程与潮汐能工程。

《水利科学与海洋工程学科发展战略研究报告(2011-2015)》是在国家自然科学基金委员会的统一部署和工程与材料科学部直接领导下，按照“支持基础研究，坚持自由探索，发挥导向作用”的战略定位和“更加侧重基础、更加侧重前沿、更加侧重人才”的战略导向，经过本学科老中青科学家历时近两年的讨论和修改完成的，它将是水利科学与海洋工程学科“十二五”期间遴选优先资助领域的重要依据，可供高等院校和科研院所科研人员开展相关基础研究参考。本书由国家自然科学基金委员会工程与材料科学部编。

引言

1.自动化科学与技术

1.1 自动化、自动化科学与技术的内涵

1.2 自动化科学技术与信息科学技术的关系

1.2.1 信息与信息科学技术

1.2.2 自动化科学与信息科学的关系

1.2.3 自动化技术与信息技术的关系

1.2.4 自动化与信息化的关系

1.3 自动化科学技术在我国国民经济中的作用与地位

2.自动化学科

2.1 自动化学科的发展及其主要特征

2.2 自动化学科的知识结构与体系

2.3 自动化学科研究的分类

3.自动化学科专业高等教育的历史回顾

3.1 我国自动化学科专业高等教育的发展历史

3.2 我国自动化研究机构与学术活动

3.3 自动化学科专业人才培养规格与培养模式的演变历程

3.3.1 本科、研究生自动化专业人才培养规格与培养模式的演变历程

3.3.2 专科自动化类专业人才培养规格与培养模式的演变历程

3.4 自动化学科专业人才培养规格与培养模式的演变规律

3.4.1 本科自动化专业人才培养规格与培养模式的演变规律

3.4.2 专科自动化类专业人才培养规格与培养模式的演变规律

4.自动化学科专业高等教育发展的现状

4.1 自动化学科专业的结构、规模现状

4.2 自动化学科专业的培养目标与定位

4.3 本科自动化专业教育教学现状

4.3.1 素质、能力教育现状

4.3.2 理论教学现状

4.3.3 实践教学现状

4.3.4 师资队伍现状

4.3.5 就业情况现状

4.4 企业对自动化学科专业人才培养的反馈意见及其分析

5.与本学科专业相关的行业（或应用领域）现状与发展趋势

5.1 制造业的现状与发展趋势

5.2 农业信息化的发展趋势

5.3 交通运输业的现状与发展趋势

5.4 现代服务业的现状与发展趋势

5.5 战略高新技术的现状与发展趋势

6.自动化学科专业今后5-15年左右的社会需求状况

6.1 人力资源结构需求分析

6.2 企业未来对自动化专业人才需求趋势

7.自动化学科专业高等教育改革与发展的思路

7.1 自动化学科专业培养目标定位

7.2 建立各层次自动化学科专业规模合理的体系

7.3 构建分层次、多模式、多规格自动化学科专业人才培养体系.

7.4 制订自动化学科专业人才培养体系和专业课程体系的指导原则

7.4.1 制订自动化学科专业人才培养体系的指导原则

7.4.2 制订自动化学科专业课程体系的指导原则

7.4.3 制订自动化学科专业实践教学体系的指导原则

7.5 终身教育问题

8.自动化学科专业高等教育改革与创新的重大研究和建设课题

8.1 “研究主导型”、“工程研究应用型”与“应用技术主导型”自动化学科专业定位研究

8.2 自动化学科专业创新人才培养体系研究与实践

8.3 以自动化系统工程师为培养目标的人才培养体系研究与实践

8.4 实践教学基地模式研究与建设

8.5 教学资源共享建设

8.6 自动化学科专业人才状况的跟踪调查研究

8.7 自动化学科专业继续教育研究与实践

9.重要政策建议

9.1 进一步调整、优化培养方案和课程体系，加强教学环节的改革与规范化建设

9.2 加强各类自动化专业的实践环节和工程训练

9.3 改革硕士研究生招生制度

9.4 建立本-硕-体化的培养体制

9.5 加快有关终身教育法规建设

参考文献

附录

附录1 “研究主导型”本科自动化专业高等教育发展现状调查报告

附录2 “工程研究应用型”本科自动化专业高等教育发展现状调查报告

附录3 “应用技术主导型”本科自动化专业高等教育发展现状调查报告

附录4 “技术技能型”专科自动化类专业高等教育发展现状调查报告

附录5 企事业单位对自动化专业人才培养意见与建议的调查报告

附录6 我国自动化学科专业国际化问题分析

后记 《自动化学科专业发展战略研究》课题工作总结2100433B