郭志刚
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【摘要】文章阐述了低碳经济的概念、实质和核心。根据低碳经济的发展需求，介绍了国内外材料科学技术的应用现状，分析了材料科学与加工技术在碳纤维复合材料、新型信息功能材料、节能建筑材料、新型能源材料等领域的应用前景和发展趋势，提出了开发新型低碳技术以促进低碳经济可持续发展。
【关键词】低碳经济；材料科学技术；碳纤维复合材料；低碳技术
全球气候变暖对人类的生存和发展具有严峻挑战，由此提出“低碳经济”。所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新﹑新能源开发等多种手段，尽可能地减少高碳能源消耗，减少温室气体排放， 达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。低碳经济实质是能源高效利用﹑清洁利用和低碳或无碳能源开发；核心是能源技术创新﹑制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。
低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。在谈到减排时，不少人首先想到的是可再生资源和清洁能源供应，但这是不完全正确的。减排最大的潜力在于人们开发新材料新技术，如绿色制造技术，纳米材料和纳米技术，碳捕捉及封存技术（CCS）新型电子信息技术，新的钢铁生产方法，清洁煤技术等，这些才是人们应该广泛关注的问题。
一、低碳经济形势下国内外材料科学技术的发展现状
在低碳经济形势下，为争取其经济和科技的领先地位，世界各国都十分重视材料科学技术的应用和发展，把新材料新技术作为科技发展战略的重要组成部分，予以重点支持。
美国新材料科技战略目标是保持本领域在全球的领导地位，支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等发展，满足能源、信息等重要部门和领域的需求。美国氢燃料研发主要集中在生产﹑储存和氢的配送技术及驱动汽车的几乎无空气污染物和温室气体排放的燃料电池技术开发上，研制的高效堆积式多结砷化家太阳能电池的转换效率达到31%。通过在宇航发动机中增加先进结构材料，把发动机的推重比提高到20，大大降低飞机的重量，节约能源。
欧盟新材料科技战略目标是，在航空航天材料、电子信息材料等领域竞争领先优势。欧盟科研公司大力发展光学材料、磁性材料﹑燃料电池技术、纳米技术、超导体、信息存储技术、钛基复合材料等。通过产品创新和技术创新，在新材料制造装备、加工和应用三个方面来发展低碳经济，并计划到2020年温室效应气体在1990年的基础上至少减少20%。
日本新材料科技战略目标是保持产品的国际竞争力，注重实用性，在尖端领域赶超欧美。日本对新材料的研发与传统材料的改进采取并进的策略，注重已有材料性能的提高及回收再生。在21世纪新材料发展规划中将研究开发与资源、环境协调的材料以及减轻环境污染且有利于再生利用的材料作为主要考核指标。通过开发新的材料科学技术以解决资源短缺和环境污染问题。
我国历来重视材料科学技术的发展，在各项国家计划中都给予了材料领域重点支持，如973、863 、科技攻关计划等。在低碳经济形势下，我国已形成了比较完善的材料科技体系，在材料领域的研发方面取得了长足进步，某些新材料领域具有明显的资源优势和技术优势，如纳米碳管﹑有机发光材料、稀土永磁材料等方面进入国际先进行列。但我国自主创新能力弱，缺乏有自主知识产权的新材料产品及技术，严重阻碍新材料新技术的研究发展。因此，我国正通过各方面的不断努力，改进材料的加工制备技术、工艺及装备，大踏步向低碳经济迈进。
二、低碳经济对新材料产业的发展要求
展望世界经济的未来，低碳经济要带动实体经济的发展，必须借助新材料新技术的支撑。低碳经济对新材料产业提出的总体要求是:为推动经济向低消耗、低碳排放的转型提供物质基础。阿具体包括:
1.产业结构调整升级。低碳经济形势下，根据传统产业的低碳升级改造和新兴战略性产业发展的需要，新材料产业需要加速调整产业结构，压缩初级材料加工工业产能，推动产业链向精深升级发展，优化产业结构和区域布局。
2.技术创新。制造业的升级对低碳材料的需求层出不穷，必须通过不断的技术创新研发出新型低碳技术，抢占技术主导权，增加产业的柔性和生命力，不断地促进新材料新技术的更新发展。
3.优化能源结构改善生态环境。优化能源结构，逐步降低煤炭在一次能源结构中的比例，提高核能、太阳能和风能等清洁、高效、优质能源的比重，以保证经济与环境的可持续发展。
三、材料科学技术在低碳材料领域中的应用前景和发展趋势
(—)碳纤维复合材料
碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料，结构轻质化要求使碳纤维复合材料具有广阔的应用前景。碳纤维复合材料以其独特、卓越的理化性能广泛应用在火箭、导弹和高速飞行器等航空航天领域。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造各种宇宙飞行器， 不但推力大、噪音小，而且由于其质量较轻，所以动力消耗少，节省大量燃料。在汽车行业中，用碳玻璃纤维混杂增强复合材料可以大大减轻车重，降低成本，减少污染。在电子工业中，研磨碳纤维加入到热塑性树脂基体制得导电塑料，可有效地解决抗静电问题，制成的部件不需要刷导电底漆，可大大降低低本并减少对环境的污染。
(二)新型信息功能材料
随着电子技术飞速发展，新型信息功能材料正向节能环保、智能化方向发展。电子信息功能材料是以宽禁带半导体材料、光电子材料、磁性材料和纳米材料为主导发展方向。光电子材料正由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，美国、日本通过研究 Ⅱ—Ⅵ族材料技术制得了以激光、红外为主要应用背景的新型高性能光电子材料。利用第三代半导体材料制成的高效率白光发光二极管作为新型高效节能固体光源，在光显示、光存储、光照明等领域中有着广阔的应用前景。电磁屏蔽材料是一种防止电子污染所必需的防护性功能材料，是目前高新技术发展领域中的新型电子材料，其电磁波的屏蔽性能将随着我国电子工业的飞速发展而日益改善和提高。
(三)节能建筑材料
低碳经济中，建筑材料正向轻质化、绿色化方向发展。建筑上常将透明绝热材料与外墙复合成透明隔热墙，大大减少因对流造成的热量损失。复合保温玻璃具有双重保温性能，可保持室温稳定，降低能量的损耗。纳米微胶囊相变材料通过相变技术在恒温状态下进行吸热或放热，在外界温度变化时能有效地保持室内热环境的稳定性，减少能量的损耗，达到建筑节能的目的。太阳能光电材料是太阳能电池与建筑材料复合而成的新型建材，太阳能光电屋顶、太阳能电力墙和太阳能光电玻璃不仅能吸收太阳热能，还能将其转换为电能，支持住宅内部用电，甚至还能将多余电力输入电网。随着太阳能技术的发展，太阳能光电玻璃有望在十年之内成为生态建筑中的主流玻璃材料。
(四)新型能源材料
随着人们对环境问题和能源问题的日益重视，清洁能源已成为一种有市场竞争力的能源形式。氢能源以高效、环保等优势应用于汽车上，但由于制氢和运输困难，尚未获得大规模应用。生物燃油随着柴油机性能的改善，已逐渐贴近了实际应用。镍氢电池是近年来开发的一种新型电池，没有记忆效应，没有环境污染，广泛应用在电动汽车上。燃料电池具有高的能量转换效率且不污染环境，广泛用于通讯、汽车等领域。美国在管型固体氧化物燃料电池(SOFC)研究上处于领先地位，德国SIMENS公司开展了平板型SOFC研究，但由于材料、结构、制造技术等问题， SOFC尚处于技术攻关阶段。高温超导材料作为一种新型节能材料，大幅提高电力生产﹑传输﹑分配和利用的效率，具有广阔的应用前景。
四、结束语
低碳经济是世界经济可持续发展的必由之路，也是现阶段社会经济发展的内在要求。在全球气候变暖、环境恶化与资源面临枯竭的形势下，必须将材料科学技术和低碳经济紧密结合起来，开发新材料和先进低碳技术，以促进低碳经济快速稳定的发展。
参考文献
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