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2010/04/29
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一、科学选择新兴战略性产业非常重要
2009年11月3日上午温家宝向首都科技界发表讲话指出让科技引领中国可持续发展。科学选择新兴战略性产业非常重要，选对了就能跨越发展，选错了将会贻误时机。我国发展新兴战略性产业，具备一定的比较优势和广阔的发展空间，完全可以有所作为。一要高度重视新能源产业发展，创新发展可再生能源技术、节能减排技术、清洁煤技术及核能技术，大力推进节能环保和资源循环利用，加快构建以低碳排放为特征的工业、建筑、交通体系。要努力走在全球新能源汽车发展的前列，尽快确定新能源汽车的技术路线和市场推进措施，推动中国汽车工业跨越发展。二要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。三要加快微电子和光电子材料和器件、新型功能材料、高性能结构材料、纳米技术和材料等领域的科技攻关，尽快形成具有世界先进水平的新材料与智能绿色制造体系。四要运用生命科学推动农业和医药产业发展。积极发展转基因育种技术，努力提高农产品的产量和质量。突破创新药物和基本医疗器械关键核心技术，形成以创新药物研发和先进医疗设备制造为龙头的医药研发产业链条。五要大胆探索空间、海洋和地球深部，实施好载人航天计划和嫦娥计划，有效进入并和平利用空间，切实加强海岸带可持续发展研究，促进海洋资源合理开发和海洋产业发展，努力提高地球深部资源探测水平，充分挖掘和利用好各种资源。
2007年夏，中国科学院组织了300多名高级别的专家，设计了多个科技领域的发展路线图，并形成了相应的系列战略研究报告。这些研究报告后来被集结到了《创新2050：科学技术与中国的未来》中，以中国科学院战略研究系列报告的形式相继发表。在《创新2050》，共提出了8大体系的22个战略性问题，涉及到先进制造、先进材料，空间科学、能源科学、农业科学、环境保护、人口学、信息科学等多门领域。此外，《创新2050》中还预测说，2050年，中国的经济总量将达到世界首位，中国的政治、物质、社会、精神、生态五大文明均将高度发达，中国亦将高度开放。
2009年6月10日，中国科学院在“《创新2050：科学技术与中国的未来》中国科学院战略研究系列报告新闻发布会”上发表了该路线图。
中国科技发展到今天，绝不能简单地照搬他国科技发展模式，也绝不能跟在他国后面亦步亦趋。中国科技必须面向世界前沿，从中国现代化进程的需求出发，改革创新，探索出一条中国特色的科技创新道路，实现中国科技的跨越发展，有力支撑全面建设小康社会和社会主义现代化建设。走符合规律和中国特色的科技创新道路，实现从模仿跟踪为主向自主创新的战略性转变，就必须坚持对外开放，走以我为主、有效利用全球创新资源的道路；坚持以人为本，走立足创新实践凝聚与造就创新创业人才的道路；坚持立足国情，走政府主导与市场基础配置有机结合的道路；坚持深化改革，走国家创新体系各单元分工合作、协同发展的道路；坚持统筹协调，走以管理创新促进科技创新的道路。
“科技发展路线图”的含义：这份“路线图”不像航海员拿着的精确航海地图，它只是对大方向的判断。路线图的研究就是在仰望未来科学的星空。
从当今世界科技发展的态势看，奠定现代科技基础的重大科学发现基本发生在20世纪上半叶，“科学的沉寂”已达60余年，而技术革命的周期也日渐缩短，同时科学技术知识体系积累的内在矛盾凸显。在物质能量的调控与转换、量子信息调控与传输、生命基因的遗传变异进化与人工合成、脑与认知、地球系统的演化等科学领域，在能源、资源、信息、先进材料、现代农业、人口健康等关系现代化进程的战略领域中，一些重要的科学问题和关键核心技术发生革命性突破的先兆已日益显现。
还有一个不容忽视的规律是，历史经验表明，全球性经济危机往往催生重大科技创新。
发展路线图预测，2050年，中国经济总量将达到世界首位。
中国目前的经济总量排在美国和之后，位居世界第二。
中科院的路线图描绘了这样一幅愿景：2050年中国将进入世界中等发达国家行列，成为政治、物质、社会、精神、生态五大文明高度发达且高度开放的国家。
2050年的中国，将是一个政治文明高度发达的国家，社会主义民主和法制高度完善，国家统一，民族团结，社会稳定，人民的政治权利和发展权得到充分保证，国家安全得到可靠保障。
2050的中国，将是一个物质文明高度发达的国家，经济总量达到世界首位，人均GDP达到中等发达国家水平，经济保持持续、稳定、协调发展，科技创新能力居于世界前列，全体人民过上富足安康的生活。
2050年的中国，将是一个生态文明高度发达的国家，人与自然和谐相处，生态环境退化得到有遏制。
新材料、信息技术和生命科学被认为是现代文明的三大支柱。虽然在短时间内大多数新材料领域尚难产业化，但从我国经济、社会发展等战略角度出发，应选择硅基微纳电子材料等17个新材料领域作为今后我国高技术产业发展的重点。
二、材料科技创新突破和科技革命需要“技术线路图”
路线图（Roadmap）最早出现在美国的汽车行业，起初是用于技术领域，用来识别那些可能成功的技术。从20世纪70年代开始，摩托罗拉、康宁等大型企业开始用它进行产品规划，在行业内产生了深远的影响。随后，美国各公司、行业，国家实验室，政府部门等开始绘制各种路线图，路线图的应用从技术领域逐步扩展到科学领域 。
“路线图”的含义：这份“路线图”不像航海员拿着的精确航海地图，它只是对大方向的判断。路线图的研究就是在仰望未来科学的星空。
ITRS--International Technology Roadmap for Semiconductors国际半导体技术路线图—世界半导体行业的最佳预测。
ITRS是由欧洲、日本、韩国、台湾、美国五个主要的芯片制造地区发起的。发起组织分别是European Semiconductor IndustryAssociation （ESIA，欧洲半导体工业协会），the Japan Electronics and InformationTechnology Industries Association （JEITA，日本电子与信息技术工业协会），the KoreanSemiconductor Industry Association （KSIA，韩国半导体工业协会），the TaiwanSemiconductor Industry Association （TSIA，台湾半导体工业协会），and the UnitedStates Semiconductor Industry Association（SIA，美国半导体工业联盟）。ITRS的目的是确保集成电路（IC）和使用IC的产品在成本效益基础上的性能改进，从而持续半导体产业的健康和成功。ITRS的目标是确保在集成电路和产品，采用这些建议器件，从而继续引导这个行业的健康发展和成功，使其性能符合成本效益的进步。在成功发行1992，1994，1997，三个版本路线图之后，于1999年起每单数出修订版，偶数年份进行更新。
图1 ITRS的工作流程
2007年Materials Today 评选出材料科学领域过去50年十大进展，不是某项具体研究成果，而是ITRS国际半导体技术路线图。
ITRS会议每年举办来进行公开回顾和评论，通常是夏天在美国，冬天在亚洲。有时候也包括春天在欧洲举办的公开会议。ITRS与其他网络组织和虚拟会议合作，以扩展ITRS的在线出席，并创造其他更多的参与机会。
通过全球芯片制造商、设备供应商、研究团体和consortia的协作努力，路线图团队识别关键的挑战，鼓励创新解决方案，并欢迎来自半导体团体的分享。这些团队同时还参与了其他具有战略意义的路标的研究，例如电子学和纳米技术，所以ITRS能够很好的理解对于基本研究能力和产品潜力的需求谱图。
三、社会现代化将迈向信息化与生态化
如果以社会生产力的水平和结构为分类依据，目前世界上大致存在四种基本社会，它们分别是以狩猎和采集为基础的原始社会、以农业和畜牧为基础的农业社会、以工业和服务为基础的工业社会、以知识和信息为基础的知识社会。但在100年前世界只有三种社会（工业社会、农业社会和原始社会），在300年前世界上只有两种社会（农业社会和原始社会），在10000年前世界上只有原始社会。在过去的300年里，人类社会变迁的速度大大加快。这里我们将重点考察过去300年间社会领域的基本变迁，包括社会生活、社会结构、社会制度和社会观念的变迁，以及社会现代化的路径等，试图识别和归纳社会领域现代化的基本事实。
中科院 2010年01月30日发布《中国现代化报告2010》。
2005年的年平均增长率估算，中国有可能在2020北京的新人类发展指数居于全国首位。2015年前后完成第一次现代化，在2040年左右达到中等发达国家水平，提前10年左右实现中国现代化“三步走”战略。
从2001年中科院中国现代化研究中心发布了《中国现代化报告2010：世界现代化概览》。到目前为止，世界现代化的研究已经有60年的历史，但是关于现代化没有统一的定义。现代化这个单词大约产生于1748—1770年，目前它有三种解释，那就是基本词义、理论含义、正常含义。而《现代化报告》主要研究现代化的理论含义，或者说是研究现代化的基本规律。现代化研究有三种类型，它们是基础研究、应用研究和开发研究，而《现代化报告》主要做基础研究。《中国现代化报告2010》是全球第一部世界现代化概览，是中国现代化报告的第十本报告，它是课题组十年潜心研究成果的一个集中体现。报告全文约86万字，包括340多张图表。
图2 社会发展不同阶段的时代特征和经济增长主导要素（资源）的演替规律
报告有5个特点，第一是科学性，第二是战略性，第三是建设性，第四是创新性，第五是相对性。而它的科学性表现在三个方面。报告的定位是科学的，研究方法是科学的，报告的数据来源是可靠的。首先，报告的定位是科学的。报告主要从自然科学的角度研究现代化，讲究实事求是。世界现代化包括世界层面的现代化和世界范围的现代化，世界层面的现代化包括世界整体的现代化、世界六个领域的现代化和世界现代化的空间分布。世界范围的现代化我们主要研究国家的现代化。 数据来源比较可靠。我们的数据主要来自国际权威机构和部门的统计数据。包括世界银行、联合国、OECD等。
如果从19世纪40年代算起，中国现代化已经走过了160多年历程，经历了现代化起步、局部现代化和全面现代化的三个阶段。如果按照1990年至2005年的年平均增长率估算，中国有可能在2020年前后完成第一次现代化，在2040年前后超过世界平均水平。
文明是人类文化发展的成果，是人类改造世界的物质和精神成果的总和，是人类社会进步的标志。
生态文明，是指人类遵循人、自然、社会和谐发展这一客观规律而取得的物质与精神成果的总和；是指以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态 。
生态文明，是指人类遵循人、自然、社会和谐发展这一客观规律而取得的物质与精神成果的总和；是指以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态。它的产生基于人类对于长期以来主导人类社会的物质文明的反思，自然资料的有限性决定了人类物质财富的有限性，人类必须从追求物质财富的单一性中解脱出来，追求精神生活的丰富，才可能实现人的全面发展。这无疑将使人类社会形态发生根本转变。
生态社会主义产生于20世纪70年代，是西方生态运动和社会主义思潮相结合的产物，是当今世界十大马克思主义流派之一。20世纪80年代，人们对环境问题的思索超越了生态学范围，生态运动成为集环保、和平、女权为一体的全球性政治运动。生态运动所提倡的基层性民主、生产资料的共同所有、生产是为社会需要而不仅是为了 市场利润、结果的平等、社会与环境公平、人与自然和谐等主张，给一些左翼学者重要启发。他们批判地吸收了环境主义、生态主义、生态伦理、后现代主义等生态理论，把生态危机的根源归结于资本主义制度本身，试图用马克思主义来引导生态运动，为社会主义寻找新的出路。90年代以来，绿色运动变成左翼政治流派中的主力。苏东解体后，许多老共产党员都加入了绿色组织。西方一些主要政党也纷纷通过绿化或与绿党联合以增加执政的砝码。
生态社会主义的思想基础是生态马克思主义。生态马克思主义属于政治生态学，认为生态问题实际上是社会问题和政治问题，只有废除资本主义制度，才能从根本上解决生态危机；它致力于生态原则和社会主义的结合，力图超越资本主义与传统社会主义模式，构建一种新型的人与自然和谐的社会主义模式。第一，自然是客观自然与历史自然的统一。马克思、恩格斯充分肯定自然界对人的优先存在地位，认为自然界制约和规定着人的生存和发展，随着实践水平的提高，人必将走向与自然的和谐。第二，人是自然存在属性与社会存在属性的统一。马克思认为人的解放只能是在对自然规律认识的基础上，通过调整人的社会存在属性与积极顺应自然才能实现。第三，人与自然关系的和谐是人与人、人与社会关系协调的重要基础，是社会主义制度的结果。
四、未来材料科学与技术的重要突破
随着社会和经济的发展和全球化趋势的加快，对新材料产业发展的要求也越来越高。新材料产业成为技术、知识和资金高度密集型产业，也是一种高风险、高收益产业。同时，新材料与信息、能源、医疗卫生、交通、建筑和制造等产业的结合也越来越紧密，其发展的驱动力也由军事需求转向经济需求。新材料产业的超前发展，需要对学科交叉等问题有深刻的认识。创新材料开发要由智能化的计算设计开始。
为实现上述目标，未来材料科学与技术的重要突破可能表现在：计算材料学的发展，使材料组织结构与性能的关系得到系统准确的理解，从而使性能预测和材料设计成为可能，进而精确设计并控制材料制备过程；在传统材料不断性能升级的同时，各种新材料逐步研究成熟并获得应用，如新型能源信息生物材料、纳米材料、仿生材料等。
未来材料科学与技术的重要突破可能表现在：a）计算材料学的发展，使材料组织结构与性能的关系得到系统准确的理解，从而使性能预测和材料设计成为可能，进而精确设计并控制材料制备过程；b）在传统材料不断性能升级的同时，各种新材料逐步研究成熟并获得应用，如新型能源信息生物材料、纳米材料、仿生材料等；c）实现材料结构功能一体化，进而发展出智能材料技术和高智能多级结构复合材料；d）高品质原材料的制备实现高效节能，广泛采用材料绿色制备和低成本高效循环再利用技术；e）材料近终形连续加工技术、材料器件一体化技术、智能可控加工技术得以广泛实施；f）服役条件包括极端条件下材料性能演化规律和机理得到清晰认识，材料和结构器件的失效过程能被准确评估预测，实现材料寿命周期全过程评估，材料损伤能被监测与修复；g）随着科学技术的全面进步，可以实现材料实时原位宏量的分析测试与表征；h）材料数据积累不断丰富并系统全面，设计制造和材料选择综合考虑全寿命成本，形成完善的具有我国特色的材料体系。
计算材料学的发展使性能预测和材料设计成为可能；现在可以根据实际需要来设计新的材料。例如可以利用人造电磁黑洞原理由谐振和非谐振型的新型人工电磁材料组成电缆的屏蔽。
图3 至2050年先进材料科技领域发展路线图
计算材料学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。计算材料学主要包括两个方面的内容：一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程；另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。前者使材料研究不是停留在实验结果和定性的讨论上，而是使特定材料体系的实验结果上升为一般的、定量的理论，后者则使材料的研究与开发更具方向性、前瞻性，有助于原始性创新，可以大大提高研究效率。因此，计算材料学是连接材料学理论与实验的桥梁。
图4 基于新型人工电磁材料的电磁黑洞研究
2009年初，东南大学崔铁军教授研究小组与杜克大学史密斯教授研究小组合作，在“隐身大衣”研究上迈出新一步，研制出具有频带宽、损耗小的微波频段地面目标的隐身衣。这一研究成果发表在2009年1月15日的《科学》杂志上，崔铁军和史密斯是这篇论文的共同通信作者。新研制的隐身大衣实际上更像一条“隐身地毯”，将它盖在某个目标上，可以实现对这个目标的宽带隐身。上述论文发表后，引起了国际重要科技媒体的关注。《自然》、《物理世界》、《发现》、《科学美国人》及《CBC新闻》等在第一时间对该项成果进行了报道。
继“隐身地毯”之后，崔铁军教授研究小组在“电磁黑洞”的研究上又取得了重要进展。黑洞一般被认为是引力场达到临界状态的某个区域，可吸收碰到它的一切物体。这种基于引力场的黑洞很难在实验室里用实验来模拟和验证，但人们可以通过类比方法来研究它的部分性质。2009年10月，崔铁军教授课题组首次用构造的实验装置模拟了微波频段的“电磁黑洞”，在微波频段实验验证了普渡大学科学家提出的“光学黑洞”理论方案。这个人造电磁黑洞由谐振和非谐振型的新型人工电磁材料构成，应用电磁波在非均匀介质中的传播轨迹类比物质在引力场下弯曲空间中的运动轨迹，以此模拟黑洞的部分特性。实验结果表明，电磁黑洞能够全向捕捉电磁波，引导电磁波螺旋式地行进，直至被黑洞吸收。在微波频段，黑洞对电磁波的吸收率可达到99%以上。上述研究成果于物理在线预印网站arXiv.org公布后，立即引起了国际主流科技媒体的极大关注。英国的《自然》、《新科学家》，美国的《发现》、《科学美国人》、《MIT技术评论》、《物理科学》等都对这项工作做了详细报道，并邀请专家进行评论。新型人工电磁材料学科的创始人之一、伦敦帝国学院的Pendry博士在《科学美国人》的评论中认为，“这一新研究构建了吸收电磁波的全新方法，同时又可以控制电磁波的吸收辐射”。由于对电磁波的高效吸收性，电磁黑洞可望在电磁隐身等方面获得重要应用。
美国麻省理工学院（MIT）的一组科学家已经发现一种之前人所未知的现象，即通过被称为碳纳米管（carbonnanotube）的微小细线可以造成强烈的能量波的激发。研究者说，这一发现可能能够产生新的发电方式。这种现象，研究者将其描述为热电波（thermopower wave），“开辟了能源研究的一个新领域，一个很少涉及的领域，”MIT的查尔斯与希尔达·洛蒂化学工程副教授（Charles and Hilda Roddey Associate Professor of Chemical Engineering）迈克尔·斯特拉诺（MichaelStrano）说，他也是发表在3月7日《自然材料》（Nature Materials）杂志上、描述这一新发现的论文的通讯作者。第一作者是蔡元俊（Wonjoon Choi），一名机械工程（mechanicalengineering）专业的博士生。就像聚集在一起的浮游物在海面上随着波浪起伏而移动一样，这种现象产生了一种热波（thermal wave）——一种移动的热脉冲（pulse of heat）——沿着一个能驱使电子（electron）向前运动的微小细管移动，最终产生电流（electrical current）。碳纳米管在涂上燃料层并被点燃时，能够产生强大的能量波，同时热量沿着纳米管传递。
图5 热量沿着纳米管传递
因为这是一个如此新的发现，很难准确预测它的实际应用将是什么。但是他表示一个可能的应用将是开发新型的超小型电子设备（ultra-small electronic device）——比如，米粒大小的设备，可能是具有传感器（sensor）或者处理装置的、能够被植入人类身体的设备。或者它可能引导开发出“能够像空气中的尘埃一样散开的环境传感器。理论上，这种设备应该能够无限期地保持它们的电量，直到它们被使用；不像电池，当它们未被使用时电荷也在渐渐泄漏。同时这是个体纳米导线比较微小时的情形，它们也可以被做成大型阵列来为更大型的设备提供大量的能量。
研究者同时也计划继续研究他们理论的另一个方面：即通过使用不同种类的反应材料作为涂层，波头（wave front）就能够摆动，进而产生交流电（alternating current）交流电的大小和方向都在发生周期性变化。这将开辟多种可能性，斯特拉诺说，因为交流电是无线电（radio wave）比如手机、广播的基础，但是目前的能量储存系统产生的都是直流电（direct current）。“我们的理论在我们开始在数据中观察它们之前，预测了这些波头的摆动。同时，目前的系统效率低下，因为大量的能量以热量或者光的形式被释放了。已有一些研究团队计划进行研究，提高其工作效率。
五、光导材料、超导材料、双导领先，将带动电缆行业21世纪的发展与创新
线缆行业是典型的料重工轻的资源加工型行业，产业越是高速发展，与可供资源的矛盾越是突出，不重视提高资源利用效率的粗放增长模式将难以为继。电缆工业的发展必须依靠电缆材料优质产品的支撑，只有当材料行业的沃土能提供充分的养料时，扎根于材料的电缆行业的大树才能健康的成长。
图6 电线电缆主要材料发展简图
1、韧点铜与单晶铜
历史上几乎所有大型电缆企业集团都是由铜矿冶炼起家的。上个世纪的电缆厂的根就牢牢地扎在铜矿冶炼业中，例如：日本古河成立于1874年。它的商标就是“ ”字。“人”表示是个屋顶，“—”就是铜锭。由此可见电缆工业来自于材料，植根于材料。脱离材料这个母体，电缆就难以健康地生存、成长。1869年就出现了工业纯铜。44年后在1913年，铜作为电缆的首选导体的生产工艺已经成熟。当时铜的纯度已能达到99.9%，用横铸锭的方式已能制成合格的铜锭。这种铜还原比较充分，难以击断，铜在此时达到了“韧点”，称作为韧点铜（Tough-Pitch-Copper或简称TPC），约含300—500ppm的氧。当年以这种铜的电阻率为1.7241×106Ω·cm·100%，当时制订的著名IACS标准（International Annealed Copper Standard），一直沿用至今已有96年。现在所有电缆导体的电阻率都一直比数值为标准按百分率表示。例如：某型号铝合金导体的导电率为2.8735×106Ω·cm，则称它为60%的导电率（IACS）。这个例子也说明电缆材料的性能的稳定与一致性是如何的重要。一种重要原材料其主要性能近100年没有指标变动，而且还要精确到五位有效数字，实属历史罕见，另外它也折射出电缆行业对材料要求的严格与稳定性。
近200年来铜导体的纯度已由2N（99%以上）增加到6N，导电率仅提高约3%。
单晶铜（简称OCC）用于电子线材的制作，是近年电子线材制造业的一项重大突破。科学实验证明：单晶铜是一种高纯度无氧铜，其整根铜杆仅由一个晶粒组成，不存在晶粒之间产生的“晶界”（“晶界”会对通过的信号产生反射和折射，造成信号失真和衰减），因而具有极高的信号传输性能。与之相比，被广泛用于音响线材制作的无氧铜（简称OFC），其内部晶粒数量众多，“晶界”造成信号失真和衰减，以至信号传输性能比单晶铜逊色。
单晶铜因消除了作为电阻产生源和信号衰减源的晶界而具有优异的综合性能：卓越的电学和信号传输性能，良好的塑性加工性能；优良的抗腐蚀性能；显著的抗疲劳性能；减少了偏析、气孔、缩孔、压杂等铸造缺陷；光亮的表面质量；因而主要用于国防高技术、民用电子、通讯以及网络等领域。
单晶铜，是经过“高温热铸模式连续铸造法”所制造的导体技术，因为铸造过程经过特殊加热处理，所以可以获得单结晶状铜导体，每一结晶可以延伸数百米以上，在实际应用之长度上结晶粒仅有一个，并没有所谓“晶粒界面”存在，在讯号传讯时损耗极低，堪称是相当完美的线材。其物理性能接近白银。
用单晶连铸技术拉出的铜材仅由一个晶粒组成，具有超常的机械加工性能和电学特性。其特点有三：
一是单晶铜纯度达到99.9999%；
二是电阻比普通铜材低8%到13%；
三是韧性极高，普通铜材扭转16圈即断，单晶铜材可扭转116圈。
如此优势，使单晶铜产品成为制作高保真音视频信号、高频数字信号传输线缆和微电子行业用超微细丝的顶级材料，可用于手机、音响、电脑等领域，使微电子器件性能更佳、体积更小、寿命更长。
· 传输音视频信号线
各种音频视频信号在传输过程中通过晶界时，都会产生反射、折射等现象使信号变形、失真衰减，而单晶铜极少的晶界或无晶界使传输质量得到根本改善。因此，单晶铜在音视频信号传输方面得到广泛的应用。
· 电脑硬盘数据线
由于高频信号的集肤效应和其在晶界处的衰减和损耗，造成传输速度慢、失真度大，特别是在多晶的普通材料更为严重，随着信息产业的迅速发展，计算机速度要求越来越快，传输频率越来越高，而当今计算机速度最大瓶颈就是硬盘速度，如果采用单晶铜做硬盘数据信号线可较大提高硬盘传输速度。
· 超细线
随着电子工业的迅猛发展，各种电子元件都趋向于微型化、轻量化。作为导体主要材料的铜线，线径要求也越来越细，无氧铜杆由于其多晶组织，就不可避免存在缺陷及在晶界处的氧化物等，从而影响其进一步的拉细加工目前单晶铜线最细可拉到直径0.012毫米，能满足最高要求。
由于单晶铜具有优良的机械性能、物理性能和电性能，它还将广泛应用于压制线路板、集成电路底版、通讯电缆、航天飞行器、高导电率电缆电线等领域。
单晶铜丝是实现引线框架全铜化、全面替代集成电路中键合金丝的关键产品，集成电路封装产业正向全铜化迅速推进，这一应用具有重要意义。
2、激光用红宝石晶体
现代的光纤通信是一系列颠覆性新材料创新集成的结果。
光纤的问世与后来的广泛应用的历史更证明了材料行业对电缆行业的“母子”溯源关系。
光通信的历史悠久，早在春秋战国时期就有用烽火台接力的历史。1960年梅曼发明了红宝石激光器，实现了单色相干光的连续发射，可用于大气通信。在激光器的设想提出不久人工掺杂约0.05%（重量比）的Gr2O3红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。
激光用红宝石晶体的基质是Al2O3，晶体内掺有约0.05%（重量比）的Gr2O3。Cr3+密度约为，1.58×1019/cm3。Cr3+在晶体中取代Al3+位置而均匀分布在其中，光学上属于负单轴晶体。在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。粒子在E3能级的平均寿命很短（约10-9秒）。大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E2。粒子在E2能级的寿命很长，可达3×10-3秒。所以在E2能级上积累起大量粒子，形成E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足hν＝E2—E1（其中h为普朗克常数，E2、E1分别为激光上、下能级的能量）的光子有放大作用，即对该频率的光有增益。当增益G足够大，能满足阈值条件时，就在部分反射镜端有波长为6943×10-10米的激光输出。
3、超纯的人工合成石英
1966年英籍华人高锟（C.K.Kao）预见利用纯净的玻璃可以制成衰减小于20dB/km的通信光导纤维（光纤），但当时无人相信，德国的一些光学权威认为它是空想。之后高锟又在天然的纯净石英矿中找到了一些纯度高于6N的多块样品，但制造光纤必须解决超纯的人工合成石英的制造方法与工艺。
60年代以后蓬勃发展的半导体集成电路（IC）产业的兴起带动了超净硅系材料的研发。于是人们就把焦点聚集在能否制成6N级以上的人工合成石英上来。当时在Bell实验室主席深知高纯度二氧化硅的人工合成石英可利用当时集成电路基材的超纯的硅系试剂来制得。在康宁公司与英国电话研究所的合作下，在可达100级超净度的工作室中利用PPb级的Sicl4等试剂于1970年首次试制成衰减小于20dB/km的石英光纤。
由于石英光纤是一种无定形材料，它的表面布满微裂纹。同时光纤又是直径才0.125mm的头发丝般粗细的纤维，对于它的保护衍生出许多新的材料问题。正是由于采用无溶剂的丙烯酸新型光固化涂料才能使光纤的拉丝速度高达2000m/min，且寿命超过30年。采用了无析氢的触变型油膏使光纤的可靠性又有了提高。
光纤在传输原理上来看，有别于对称、同轴两大类铜质通信电缆，它是一种传送光波（1013~1014赫芝）的弱导介质波导。在宏观的物理现象分析上可采用全反射原理。即可将光看成是由光子组成的光（粒）子流，将各种外力、温度……的作用看成光子与声子的相互作用。光纤既然是一种弱导介质波导，而且这种尺寸较小的介质波导在外力的作用下波导结构（芯层与包层的界面）很容易产生形变，因而会导致传输参数的变化，造成拉细、微弯、宏弯等现象，从而引起附加衰减的产生和色散的变化。实际上在许多应用场合，石英光纤本身又是一种很灵敏的分布式传感器，它能显示出±0.01℃及约数百Pa级的微应力变化。简而言之，就是要设法在短期外力作用下光纤应力小于允许值，在长期来看对光纤的各种应力应趋近于零。为此必须将光纤制造成光缆才能实用。制造光缆中应用的PP，PBT二次被复料、加强件、阻水纱等材料都是来源于电缆专用料，又不同于传统料的新材料。开发及定型于上世纪80年代的通信光缆可以说从里到外都用上了当时最先进的新型材料，成为当今新兴专用线缆材料的“博物馆”。我国从2002年至今已连续举办了八届通信光纤光缆材料技术研讨会，每届都有20~30篇文章，至今方兴未艾。这种积极创新现象既表征了我国光纤光缆事业前30年的辉煌，亦为今后光缆事业的发展登上世界光缆强国打好了雄厚的物质基础。随着移动3G制式的发“照”，与光纤到户（FTTH）的发展，我国的光缆将进入千家万户为，为信息社会打好网络发展的坚实基础。
经济社会发展对材料的需求是广泛而迫切的。国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断增加，应对能源问题和挑战需要开发能源装备用结构材料和能源储存及转换材料，改善环境实现人与自然的和谐发展对环境友好材料和环境治理材料不断提出新要求，在自然资源不断枯竭的情况下需要发展新型材料和制备加工技术以及材料的循环使用和回收利用技术，人口健康对生物医用材料的需求包括医疗器械材料、人体植入材料、药物控释材料和早期诊断技术用新材料，对信息功能材料的需求也趋于多样化和高性能化，航空航天等重大工程和高性能武器装备对新材料提出更高更苛刻要求。
4、GaAs、InP、GaN化合物半导体材料
异型结构的固体激光使室温普適光纤通信成为可能。异质结半导体激光器是半导体激光发展史上的重要突破，它的出现使光纤通信及网络技术成为现实并迅速发展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构，具有巨大的开发潜力和应用价值。
1950年代开始研制用半导体异型结构制作快速的光电和微电子元件（当时大多数电脑晶片和其他半导体元件都是由一种材料如锗、硅制作的，异型结构半导体是由不同材料层组成的）。克勒默的理论认为，异型结构电晶体的性能要优于传统的电晶体，阿尔费罗夫和他的研究小组用克勒默的理论，于1966年研制出第一个实用的异型结构电子器件。之后，他们在用异型结构制作电子元件方面一直处于先驱的地位，包括第一支异型结构雷射，这是由阿尔费罗夫和克勒默于1963年各自提出的。异型结构的固体雷射使光纤通信成为可能，後来，异型结构的器件还用于通讯卫星、条码阅读机、手提电话通信以及其他的产品。
氮化镓GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。
图7 GaN结构示意图
5、石墨烯（graphene）
石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其他维度碳质材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨）的基本单元。石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，为量子电动力学现象的研究提供了理想的平台，具有重要的理论研究价值。因此，石墨烯迅速成为材料科学和凝聚态物理领域近年来的研究热点之一。英国曼彻斯特大学的研究人员成功研制了尺寸最小的晶体管，其厚度为1个原子，截面为10个原子。
这一重大进展已经发表在最新一期的《科学》杂志上，并且打破了该小组去年创造的截面100nm的石墨烯晶体管世界纪录。
这些晶体管可以工作，并且可以在空气中、室温条件下工作——也就是当前电子器件可以使用的环境。石墨烯的性能“超越”硅一个数量级，与其他最好的材料性能类似，并且采用石墨烯制作电路的工艺与硅工艺非常兼容。 目前实验室采用与硅产业同样的步骤制造晶体管。因此一旦有了足够大的石墨烯晶圆，那直接采用同样的工艺步骤就可以了。 第一个基于石墨烯的芯片或许会在10年后出现，并认为该材料可能会先用于LCD显示器，代替现有的透明电极材料。
图8 韩国科学家最新制备出的石墨烯薄膜
制作高质量石墨烯微小薄片的最简单的办法是从石墨上剥离石墨烯层。石墨是由许多层的石墨烯组成的 。与众不同，韩国研究人员使用了一种名为化学气相沉积的方法。首先，他们在硅衬底上添加一层300纳米厚的镍。然后，他们在1000摄氏度的甲烷中加热这一物质，再将它迅速降至室内温度。这一过程能够在镍层的上部沉积出6或10层石墨烯。用制作镍层图形的方式，研究人员能够制备出图形化的石墨烯薄膜。
中国科学院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料部的研究人员在石墨烯的研究方面取得的进展主要包括以下三个方面。
可控制备出高质量石墨烯。根据层数不同，石墨烯的电子结构会发生显著变化，因此实现石墨烯层数的可控制备十分关键。与微机械剥离和外延生长方法相比，化学剥离是一种有望实现石墨烯低成本宏量制备的有效方法，但所制备的石墨烯大多为单层、双层和多层石墨烯的混合物。基于对化学剥离方法制备石墨烯过程的分析，他们提出了利用石墨原料的尺寸与结晶度不同来控制石墨烯层数的策略，宏量控制制备出单层、双层和三层占优的高质量石墨烯，被审稿人认为是“石墨烯研究和应用的重大进展”。为了进一步提高化学剥离方法制备的石墨烯的质量，他们根据氢电弧放电反应温度高、可实现快速加热及原位还原的特点，采用电弧加热膨胀解理石墨以去除含氧官能团和愈合结构缺陷，进而提高了石墨烯的质量。较普通快速加热方法，采用氢电弧方法制备的石墨烯的抗氧化温度提高了近100℃，导电率提高了近2个数量级。
6、Si3N4-CMOS中的高耐电强度绝缘栅
CMOS（本意是指互补金属氧化物半导体，一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料是微机主板上的一块可擦写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。
CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。
集成微电子电路用高耐电强度绝缘栅已成为研究重点。随着集成电路（IC）中元件数的增加，晶体管的尺寸相应的不断下降。目前晶体管尺寸已从100nm下降到今天的几个nm。这种超薄的绝缘层在1V的外电压下将承受十分高的电场强度10MV/cm。由于局部电场老化最终导致绝缘击穿。此外，人或机加处理的静电效应（ESD） ，将是超薄绝缘损坏的另一重要因素。ESD能够产生远超过正常工作条件的电压及电流脉冲，导致绝缘层击穿。开发新型高耐电强度，高介电系数的绝缘介质是解决微电子发展瓶颈效应之一的关键技术。目前，最小的绝缘厚度为2nm。2005年降到1.0nm，相当于SiO2的三个原子层。这是SiO2下降到的绝对物理极限。因此，必须开发新型绝缘材料，以配合MOS晶体管在将来不断缩小尺寸的发展趋势。
图9 MOS晶体管绝缘分层厚度的发展趋势
开发新型绝缘栅：降低氧化物绝缘栅厚度的目的是增加栅电容。为了增加栅厚度，就必须增加氧化物的介电系数，采用Si3N4可将d增加一倍。电流可以降低三个数量级。
下一个颠覆性新材料创新集成将是超导材料。
自从1911年荷兰物理学家Onnes发现超导现象近100年来人们都在设法将其用于信息与电力传输。
7、工作于液氮温度的高温超导材料
1986年高温超导材料的问世为其理想的实现看到了希望。目前能工作于液氮温度（Tc>77K）的高温超导材料分为两大类：
第一类以钇钡铜氧（YBa2CuOx）为代表，（Tc=92K）或简称YBCO或Y123，其中Y表示可用多种稀土元素替代。另一类则为铋系（Bi）简称为BSCCO，以CTC为80—90K的Bi2Sr2Ca1Cu2Ox（Bi2212）和Bi2Sr2Ca2Cu3Ox（Bi2223）（Tc为110K）为代表。在电缆行业应用的第一代高温超导带是采用前者，即Bi2212，它在强电磁场有较好的特性。
第一代高温超导带是Bi系BSCCO型最先在2001年实现产业化，目前已有5家主导公司各自形成了数百公里/年的生产能力。
2004年12月AMCA在网上发表了第二代超导带的白皮书，宣称他们已于04年10月制成YBCO类的第二代超导带（2GHTS）。这种2GHTS的主要优点是单带的传输能力提高到300A以上。
预计不久商用时1cm宽单带额定电流将提高到500A与1400A。
8、铁基超导体
2008年2月，日本科学家首先报告说，氟掺杂镧氧铁砷化合物在临界温度26开尔文（零下247.15摄氏度）时，即具有超导特性。同年3月25日，中国科技大学陈仙辉领导的科研小组又报告，氟掺杂钐氧铁砷化合物在临界温度43开尔文（零下230.15摄氏度）时也变成超导体。
中国浙江大学科学家袁辉球等人经过研究发现二维层状的铁基超导材料呈现出三维“各向同性”的超导特征。英国《自然》杂志北京时间2009年1月29日刊载了这一重要的研究成果，并在其“新闻与观察”栏目进行了重点介绍。
这一发现是首次在二维层状的超导材料中报道三维的超导特性，说明新型铁基超导体表现出不同于先前研究的铜氧化合物高温超导体的特性。《自然》论文评审专家对该论文给予了高度评价。他们认为，这是超导研究领域一项非常独特而重要的发现，对研究铁基高温超导形成机理具有重要意义。
铁基超导材料具有独特的高上临界磁场（100特斯拉量级）和三维各向同性的超导性质，这弥补了以往超导体的一些不足之处。若能再将其超导转变温度提高到液氮温区或者更高温度，铁基超导材料将是一类具有非常广泛应用前景的新型超导材料。
图10 铁基超导体的转变温度和发现时间图
由铁基超导体的转变温度和发现时间图中可见，其中虚线框以内是973计划项目组成员陆续发现的新超导体，中国科学家在该领域处于领先地位。
图11 超导电力设备的应用前景估计
9、室温超导材料期待超导领域第五个诺贝尔奖
在超导领域已有四次、七位诺贝尔奖获得者，他们是：
（1）1913年荷兰实验物理学家昂内斯，他在1908年首次发现低温条件下的某些金属有超导现象，并由此开拓了低温物理学和超导物理学这些新的物理分支，从而获得当年的物理学奖。
（2）1972年巴丁（John Bardeen）、库珀（Leon North Cooper）和施里弗（John Robert Schrieffer）因发现称为BCS理论的超导理论，共同分享了1972年度诺贝尔物理学奖。
（3）1973年江崎玲于奈（Leo Esaki）和加埃沃（Ivar Giaever）因分别发现半导体和超导体中的隧道贯穿、约瑟夫森（Brian David Josephson因从理论上预言了通过隧道阻挡层的超电流的性质，特别是被称为“约瑟夫森效应”的实验现象，共同分享了1973年度诺贝尔物理学奖。
（4）1987年 柏诺兹（J. Georg Bednorz）和缪勒（Karl A. Muller）因发现钡镧铜氧系统中的高Tc超导电性，共同分享了1987年度诺贝尔物理学奖。
室温超导材料是公认的下一个诺贝尔奖级的问题。现有的高Tc氧化物陶瓷，都是钙钛矿型铁电体电介质，理论上无法获得室温超导性能。当前探索方的方向是电子-激子机理，采用D-M-D夹层或层状结构。高Tc超导理论主要涉及介电函数ε（ω，q），介质物理大有可为。电子－声子弱耦合，g≤1，θ=θD Debye温度，一般是几百K。g=N（0）V耦合温度（反映势质深度，势阱宽度，EF处粒子相互吸引的范围）。Tc~30-40K-M-D夹层和层状化合物。利用D或S（半导体）中产生的激子。
理论中产生的问题：电子间相互作用和介电函数（反映在作用势能中）。电子－激子model未获实验证实。
聚省醌自由基高聚物，Eg=0.1-0.5eV相匹配，容易形成激子，具有大共轭π链，类似于Ginzbeerg用酞菁染料，有研究价值。
电线电缆材料是一个很大的行业。目前我国每年耗用铜铝金属材料已超过500万吨，橡塑材料亦要超过100万吨，就连漆包线的耗漆量也达15万吨，所以材料的LCA应引起行业的重视。只有生态环保材料创新搞好了，我国的绿色电缆产业才能建成。
聚烯烃功能化与PPO聚苯醚及聚醚醚酮
聚烯烃是重要的通用塑料，价格便宜，性能优良，应用广泛。功能化则是提高聚烯烃的极性、增强机械强度、增高工作温度等性能的重要途径。交联聚乙烯是这个功能化的成功例子。
功能化分为直接共聚法、反应性功能化、后功能化三大类，这三大类在电缆绝缘交联化上都有应用，其中以第三类的接枝最为成功。最近出现了一种超临界二氧化碳接枝新方法。这种方法采用超临界的二氧化碳为溶剂，既能与其它气体高度混合和相对较弱的分子间作用力，在反应中对增强催化剂和反应物的活性有帮助，又保持液体溶解性能，是一种真正环境友好的接枝方法，不知将来能否导入电缆行业？
欧盟两指令的实施，使人们更注意寻找一种既具有本征阻燃环保特性，又能像PVC一样易挤出并且价格低廉能大批量生产的新型树脂（聚合物）。聚苯醚PPO与聚醚醚酮PEEK就是极有希望的一类新材料。
10、聚苯醚PPO
聚苯醚PPO是聚2、6——二甲苯-1、4-苯醚，又称聚苯撑氧，英文名为Polyphenylene Oxide。PPO无毒、透明、相对密度小，具有优良的机械强度，耐应力松弛，蠕变特性、耐热性 耐水性，耐水蒸气性优，尺寸稳定性良好诸优点。PPO介电性能良好，在较宽的频谱范围内介电常数稳定，绝缘电阻较高。PPO的主要缺点是熔融流动性较差，加工成型较困难，此外耐溶剂、耐卤代烃、耐油性较差。在实际应用场合大部分为改性聚苯醚MPPO（即PPO共混物或合金）。
美国GE塑料公司2004年推出的苯性Nory1#树脂是一种PPO合金，获得专利后已大量投入市场使用。
VESTODUR®聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）作为光纤二次套塑的专用材料因其极佳的性能和成本比，已占据了该领域的领先地位。
11、聚醚醚酮（PEEK）
阻燃性聚醚醚酮（PEEK）是非常稳定的聚合物，1.45mm厚的样品.不加任何阻燃剂就可达到最高阻燃标准。耐剥离性聚醚醚酮（PEEK）的耐剥离性很好，因此可制成包覆很薄的电线或电磁线，并可在苛刻条件下使用。 耐疲劳性聚醚醚酮（PEEK）在所有树脂中具有最好的耐疲劳性。耐辐照性聚醚醚酮（PEEK）耐γ辐照的能力很强，超过了通用树脂中耐辐照性最好的聚苯乙烯。可以作成γ辐照剂量达1100Mrad时仍能保持良好的绝缘能力的高性能电线。耐水解性聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，用这种材料作成的制品在高温高压水中连续使用仍可保持优异特性。
PEEK材料已经用在手机备用汽车线束，机车车辆线束、核潜艇线束、电池垫圈、手机连接器、激光打印机的加热辊齿轮、衬套、分离爪、滚筒涂层等。
图12 聚醚醚酮（PEEK）
1977年英国ICI公司成功合成聚醚醚酮PEEK，1978年开始在市场上销售，1982年以VICTREX®（威格斯）牌号销售至今。经过近30年的发展，VICTREX®已成为牌号最齐全的聚醚醚酮品牌，包括VICTREX®PEEK聚合物、VICOTE™涂料和APTIV™薄膜。
威格斯的总部位于英国，从VICTREX PEEK聚合物于1978年发明、通过专利申请以及品牌命名开始，他们成功地开发出了独特的聚合材料、专有的共混材料以及高性能的复合材料，进一步扩展了其产品系列。
作为一种线性、芳香型、半结晶型聚合物，VICTREX PEEK因其具有的独特综合性能包括卓越的耐高温性、耐化学腐蚀性、耐磨性与耐摩擦性等而为业界所闻名。
中国的长春应用化学研究所已能生产PEEK聚合材料。
图13 PEEK在汽车上的应用
12、PBO聚对苯撑苯并双恶唑纤维
PBO是聚对苯撑苯并双恶唑纤维（Poly-p-phenylene benzobisthiazole）的简称，是20世纪80年代美国为发展航天航空事业而开发的复合材料用增强材料，是含有杂环芳香族的聚酰胺家族中最有发展前途的一个成员，被誉为21世纪超级纤维，其商品名为柴隆（Zylon），现已正式上市，正在开发单纤维和复合材料的用途。
聚合物纺丝液用干-湿式纺丝法纺丝、水洗、干燥。纺丝液溶至液晶性，采用液晶纺丝法纺丝时能形成伸直链结构，初纺丝（AS丝-标准型）就具有3.53N/tex以上的强度和10.84N/tex以上的弹性模量。为了提高模量，可在约600℃的温度中进行热处理，得到模量达176.4N/tex而强度保持不变的高模量丝（HM丝-高模量型）。
PBO作为21世纪超性能纤维，具有十分优异的物理机械性能和化学性能，其强力、模量为Kevlar（凯夫拉）纤维的2倍并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能，而且物理化学性能完全超过迄今在高性能纤维领域处于领先地位的Kevlar纤维。一根直径为1毫米的PBO细丝可吊起450千克的重量，其强度是钢丝纤维的10倍以上。
图14 PBO反应式
最近涌现的优质电缆材料很多，例如碳纤维，聚合物的铠装材料，纳米改性的聚四氟乙烯等，其中有一部分已在2007中国线缆用材料交流会——电线电缆用原辅材料研讨会作专题介绍。本次大会也有许多文章是与绿色生态有关的新材料。相信今后生态环保绿色的概念对电缆行业、有关人士都像阻燃、防火一样能深入人心。生态环保绿色的电缆一定会使环境更友好、资源更节约、社会更自然更和谐！
在未来时期内，对先进材料需求总体上将呈现如下几个重要趋势：对材料数量和种类的需求在相当长时间内将持续增加；将更加重视材料的质量、可靠性和成本；对能源材料、生物材料、环境材料的需求越来越迫切；在追求更高性能的同时，往往要求材料具有多种功能；更少依赖资源能源，减少对环境的污染和破坏。经济社会发展对材料的需求是广泛而迫切的。国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断增加，应对能源问题和挑战需要开发能源装备用结构材料和能源储存及转换材料，改善环境实现人与自然的和谐发展对环境友好材料和环境治理材料不断提出新要求，在自然资源不断枯竭的情况下需要发展新型材料和制备加工技术以及材料的循环使用和回收利用技术，人口健康对生物医用材料的需求包括医疗器械材料、人体植入材料、药物控释材料和早期诊断技术用新材料，对信息功能材料的需求也趋于多样化和高性能化，航空航天等重大工程和高性能武器装备对新材料提出更高更苛刻要求。
六、材料全寿命成本及其控制技术
当前人类经济社会发展面临能源、资源、环境等重大挑战，材料研究和使用必须充分关注其全寿命成本，即既要使材料易于制造和加工，要使材料具有更好的性能，又要减少对资源和能源的依赖，减少对环境的污染和破坏。因此材料的全寿命成本及其控制技术是材料领域最具广泛性、紧迫性和前瞻性的重大命题。它是影响我国未来发展和现代化进程的重大科技问题。目前和未来，围绕材料全寿命成本及其控制技术，其核心科技问题是：（1）材料使役行为的预测、设计与控制；（2）材料高效循环利用；（3）材料结构功能一体化；（4）材料结构与性能分析检测技术打造可持续发展的环境，推行“循环经济”理念，提倡“绿色经济”在今日的中国已远远超越了口号范畴。
为了有效遵守环境监管要求，全球领先的企业大都建立了完善的环境管理体系。调查显示：全球范围内有72%企业的CEO认为社会责任（CSR）应成为他们企业的战略目标和运营核心。CSR不仅是满足制度监管的形式要求，它更是企业培养差异化竞争优势的平台。世界各大企业特别是一些全球性的跨国大公司和材料生产企业都设定了不同环保角度的具体目标并采用关键绩效指标（KPI）来予以体现。
在21世纪任何产品的战略规划都不能离开ISO-9000、ISO-14000和19000的质量管理标准。要执行ISO-14000就离不开LCA（生命周期评价），既生态又环保的电缆材料是当今电缆材料创新的主题，它正在引领绿色电缆的健康发展。
GB/T20040标准规定了开展和报告LCA研究的原则和框架。
LCA是一种用于评估与产品有观点环境因素及其潜在影响的技术，其作法为：
——编制产品系统中有关输入与输出的清单；
——评价与这些输入输出相关的潜在环境影响；
——解释与研究目的相关的清单分析和影响评价结果。
LCA研究贯穿产品生命全过程（即从摇篮到坟墓）——从获取原材料、生产、使用直至最终处置的环境因素和潜在影响。须要考虑的环境影响类型包括资源利用、人体健康和生态后果。
图 15 LCA的阶段
六号缆加上CMP类敷设电缆线路工程的LCA对比。
杜邦公司T.Krieger等四位作者写的一篇应用ISO14040对氟46绝缘六号缆和用穿镀锌铜管的高密度聚乙烯绝缘六号缆在阻燃防火较高的天花板通道敷设应用场合的LCA对比。
这里的LCA与其他文章有所不同。首先是目标与范围，其次是清单中的项目。当然最后评价分析的角度是与结论是用蛛网图来表示。
图16 三种带铜线并已敷设运行电缆对环境影响的对比
从蛛网图16可见；氟46绝缘六号缆（绿色）对环境影响较小。
至2050年前后，我国将建成材料科学技术的完整创新体系，材料全寿命成本将成为材料研发和应用的引导因素；基础研究和新工艺新设备研发能力国际领先；实现由材料大国到强国的转变。
围绕材料全寿命成本及其控制技术研发和推广应用是一项需要政府引导花费许多人力和财力的长期工作。当前应先从重大工程材料服役安全评价研究开始，2030年后将逐步付诸实施（参见图17）。
图17 中国至2050年高技术领域新材料技术重大科技基础设施发展路线图
八、编制光电缆材料技术发展路线图
全球经济危机往往会催生重大科技创新突破和科技革命。
从当今世界电缆科技发展的态势看，奠定现代电缆科技基础的重大工艺装备基本产生在20世纪上半叶， 工业化与信息化的融合使先进电缆制造技术成为能驾驭生产过程中的物质流、能量流和信息流的系统工程，电缆绿色制造技术是人类社会可持续发展战略在电缆制造业中的体现。它是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高。
先进电缆制造技术就是将先进原材料通过绿色加工制造成为先进产品技术。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，曾是工业革命的先导。电缆行业是一个“料重工轻”的加工行业。电线电缆专用材料是电缆行业的基础。没有好的原材料是做不出好电缆的，自古有名言：“巧媳妇难为无米之炊”。从历史上来看材料的创新一直引领着线缆行业的发展，在21世纪光导、超导、纳米等新材料的创新将继续在信息时代中引领电缆行业走向新的辉煌。
对先进产品的要求也在不断发展，例如，智能电网、物联网。
图18 核电站安全监测：光纤传感及光网络在核电站的应用
奥巴马就职后，美国政府提出了智慧地球的概念，物联网（IOT，Internet of Things）就是这些所谓智慧型基础设施中间的一个概念。国内称之为传感网（WSN），这是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。光纤传感及光网络在核电站的应用就是一个实例。
光纤传感及光网络在核电站的应用有如下11方面：
核电站光纤传感应用
高压蒸汽管道阀门ON/OFF位置监测
电力设备（变压器，架空/地下电缆）监测
发电机温度与振动监测
高压蒸汽组合管道沿线监测
结构应变与裂隙监测
火警探测安全
H2及热点探测安全
放射性及核废料监测安全
核物料泄漏探测安全
需求及光纤传感应用场合应用类别
这里每一种传感监测都要求开发其相应的新材料。
迎战后危机时代，企业作为技术创新主体的定位更加清晰。后危机时代带来的机遇是订单向大企业集中、企业转型意愿增强和产业结构调整。同时，后危机时代外部环境将具复杂性和艰巨性。
建议结合电缆行业“十二五“规划制定尽快开展的编制工作。
打造世界级著名线缆企业，这是我们电线电缆企业必须担负的光荣而艰巨的历史任务。所以，我们要胸怀全球市场，坚定不移地走国际化道路，不仅要追求量的扩张，更重要的是成为在全球化品牌形象、技术创新、商业模式（新产业链、价值链）、企业文化等诸多方面的世界级企业。
2009年11月3日上午温家宝向首都科技界发表讲话指出让科技引领中国可持续发展。科学选择新兴战略性产业非常重要，选对了就能跨越发展，选错了将会贻误时机。我国发展新兴战略性产业，具备一定的比较优势和广阔的发展空间，完全可以有所作为。一要高度重视新能源产业发展，创新发展可再生能源技术、节能减排技术、清洁煤技术及核能技术，大力推进节能环保和资源循环利用，加快构建以低碳排放为特征的工业、建筑、交通体系。要努力走在全球新能源汽车发展的前列，尽快确定新能源汽车的技术路线和市场推进措施，推动中国汽车工业跨越发展。二要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。三要加快微电子和光电子材料和器件、新型功能材料、高性能结构材料、纳米技术和材料等领域的科技攻关，尽快形成具有世界先进水平的新材料与智能绿色制造体系。四要运用生命科学推动农业和医药产业发展。积极发展转基因育种技术，努力提高农产品的产量和质量。突破创新药物和基本医疗器械关键核心技术，形成以创新药物研发和先进医疗设备制造为龙头的医药研发产业链条。五要大胆探索空间、海洋和地球深部，实施好载人航天计划和嫦娥计划，有效进入并和平利用空间，切实加强海岸带可持续发展研究，促进海洋资源合理开发和海洋产业发展，努力提高地球深部资源探测水平，充分挖掘和利用好各种资源。
2007年夏，中国科学院组织了300多名高级别的专家，设计了多个科技领域的发展路线图，并形成了相应的系列战略研究报告。这些研究报告后来被集结到了《创新2050：科学技术与中国的未来》中，以中国科学院战略研究系列报告的形式相继发表。在《创新2050》，共提出了8大体系的22个战略性问题，涉及到先进制造、先进材料，空间科学、能源科学、农业科学、环境保护、人口学、信息科学等多门领域。此外，《创新2050》中还预测说，2050年，中国的经济总量将达到世界首位，中国的政治、物质、社会、精神、生态五大文明均将高度发达，中国亦将高度开放。
2009年6月10日，中国科学院在“《创新2050：科学技术与中国的未来》中国科学院战略研究系列报告新闻发布会”上发表了该路线图。
中国科技发展到今天，绝不能简单地照搬他国科技发展模式，也绝不能跟在他国后面亦步亦趋。中国科技必须面向世界前沿，从中国现代化进程的需求出发，改革创新，探索出一条中国特色的科技创新道路，实现中国科技的跨越发展，有力支撑全面建设小康社会和社会主义现代化建设。走符合规律和中国特色的科技创新道路，实现从模仿跟踪为主向自主创新的战略性转变，就必须坚持对外开放，走以我为主、有效利用全球创新资源的道路；坚持以人为本，走立足创新实践凝聚与造就创新创业人才的道路；坚持立足国情，走政府主导与市场基础配置有机结合的道路；坚持深化改革，走国家创新体系各单元分工合作、协同发展的道路；坚持统筹协调，走以管理创新促进科技创新的道路。
“科技发展路线图”的含义：这份“路线图”不像航海员拿着的精确航海地图，它只是对大方向的判断。路线图的研究就是在仰望未来科学的星空。
从当今世界科技发展的态势看，奠定现代科技基础的重大科学发现基本发生在20世纪上半叶，“科学的沉寂”已达60余年，而技术革命的周期也日渐缩短，同时科学技术知识体系积累的内在矛盾凸显。在物质能量的调控与转换、量子信息调控与传输、生命基因的遗传变异进化与人工合成、脑与认知、地球系统的演化等科学领域，在能源、资源、信息、先进材料、现代农业、人口健康等关系现代化进程的战略领域中，一些重要的科学问题和关键核心技术发生革命性突破的先兆已日益显现。
还有一个不容忽视的规律是，历史经验表明，全球性经济危机往往催生重大科技创新。
发展路线图预测，2050年，中国经济总量将达到世界首位。
中国目前的经济总量排在美国和之后，位居世界第二。
中科院的路线图描绘了这样一幅愿景：2050年中国将进入世界中等发达国家行列，成为政治、物质、社会、精神、生态五大文明高度发达且高度开放的国家。
2050年的中国，将是一个政治文明高度发达的国家，社会主义民主和法制高度完善，国家统一，民族团结，社会稳定，人民的政治权利和发展权得到充分保证，国家安全得到可靠保障。
2050的中国，将是一个物质文明高度发达的国家，经济总量达到世界首位，人均GDP达到中等发达国家水平，经济保持持续、稳定、协调发展，科技创新能力居于世界前列，全体人民过上富足安康的生活。
2050年的中国，将是一个生态文明高度发达的国家，人与自然和谐相处，生态环境退化得到有遏制。
新材料、信息技术和生命科学被认为是现代文明的三大支柱。虽然在短时间内大多数新材料领域尚难产业化，但从我国经济、社会发展等战略角度出发，应选择硅基微纳电子材料等17个新材料领域作为今后我国高技术产业发展的重点。
二、材料科技创新突破和科技革命需要“技术线路图”
路线图（Roadmap）最早出现在美国的汽车行业，起初是用于技术领域，用来识别那些可能成功的技术。从20世纪70年代开始，摩托罗拉、康宁等大型企业开始用它进行产品规划，在行业内产生了深远的影响。随后，美国各公司、行业，国家实验室，政府部门等开始绘制各种路线图，路线图的应用从技术领域逐步扩展到科学领域 。
“路线图”的含义：这份“路线图”不像航海员拿着的精确航海地图，它只是对大方向的判断。路线图的研究就是在仰望未来科学的星空。
ITRS--International Technology Roadmap for Semiconductors国际半导体技术路线图—世界半导体行业的最佳预测。
ITRS是由欧洲、日本、韩国、台湾、美国五个主要的芯片制造地区发起的。发起组织分别是European Semiconductor IndustryAssociation （ESIA，欧洲半导体工业协会），the Japan Electronics and InformationTechnology Industries Association （JEITA，日本电子与信息技术工业协会），the KoreanSemiconductor Industry Association （KSIA，韩国半导体工业协会），the TaiwanSemiconductor Industry Association （TSIA，台湾半导体工业协会），and the UnitedStates Semiconductor Industry Association（SIA，美国半导体工业联盟）。ITRS的目的是确保集成电路（IC）和使用IC的产品在成本效益基础上的性能改进，从而持续半导体产业的健康和成功。ITRS的目标是确保在集成电路和产品，采用这些建议器件，从而继续引导这个行业的健康发展和成功，使其性能符合成本效益的进步。在成功发行1992，1994，1997，三个版本路线图之后，于1999年起每单数出修订版，偶数年份进行更新。
图1 ITRS的工作流程
ITRS会议每年举办来进行公开回顾和评论，通常是夏天在美国，冬天在亚洲。有时候也包括春天在欧洲举办的公开会议。ITRS与其他网络组织和虚拟会议合作，以扩展ITRS的在线出席，并创造其他更多的参与机会。
通过全球芯片制造商、设备供应商、研究团体和consortia的协作努力，路线图团队识别关键的挑战，鼓励创新解决方案，并欢迎来自半导体团体的分享。这些团队同时还参与了其他具有战略意义的路标的研究，例如电子学和纳米技术，所以ITRS能够很好的理解对于基本研究能力和产品潜力的需求谱图。
三、社会现代化将迈向信息化与生态化
如果以社会生产力的水平和结构为分类依据，目前世界上大致存在四种基本社会，它们分别是以狩猎和采集为基础的原始社会、以农业和畜牧为基础的农业社会、以工业和服务为基础的工业社会、以知识和信息为基础的知识社会。但在100年前世界只有三种社会（工业社会、农业社会和原始社会），在300年前世界上只有两种社会（农业社会和原始社会），在10000年前世界上只有原始社会。在过去的300年里，人类社会变迁的速度大大加快。这里我们将重点考察过去300年间社会领域的基本变迁，包括社会生活、社会结构、社会制度和社会观念的变迁，以及社会现代化的路径等，试图识别和归纳社会领域现代化的基本事实。
中科院 2010年01月30日发布《中国现代化报告2010》。
2005年的年平均增长率估算，中国有可能在2020北京的新人类发展指数居于全国首位。2015年前后完成第一次现代化，在2040年左右达到中等发达国家水平，提前10年左右实现中国现代化“三步走”战略。
从2001年中科院中国现代化研究中心发布了《中国现代化报告2010：世界现代化概览》。到目前为止，世界现代化的研究已经有60年的历史，但是关于现代化没有统一的定义。现代化这个单词大约产生于1748—1770年，目前它有三种解释，那就是基本词义、理论含义、正常含义。而《现代化报告》主要研究现代化的理论含义，或者说是研究现代化的基本规律。现代化研究有三种类型，它们是基础研究、应用研究和开发研究，而《现代化报告》主要做基础研究。《中国现代化报告2010》是全球第一部世界现代化概览，是中国现代化报告的第十本报告，它是课题组十年潜心研究成果的一个集中体现。报告全文约86万字，包括340多张图表。
图2 社会发展不同阶段的时代特征和经济增长主导要素（资源）的演替规律
如果从19世纪40年代算起，中国现代化已经走过了160多年历程，经历了现代化起步、局部现代化和全面现代化的三个阶段。如果按照1990年至2005年的年平均增长率估算，中国有可能在2020年前后完成第一次现代化，在2040年前后超过世界平均水平。
文明是人类文化发展的成果，是人类改造世界的物质和精神成果的总和，是人类社会进步的标志。
生态文明，是指人类遵循人、自然、社会和谐发展这一客观规律而取得的物质与精神成果的总和；是指以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态 。
生态文明，是指人类遵循人、自然、社会和谐发展这一客观规律而取得的物质与精神成果的总和；是指以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态。它的产生基于人类对于长期以来主导人类社会的物质文明的反思，自然资料的有限性决定了人类物质财富的有限性，人类必须从追求物质财富的单一性中解脱出来，追求精神生活的丰富，才可能实现人的全面发展。这无疑将使人类社会形态发生根本转变。
生态社会主义产生于20世纪70年代，是西方生态运动和社会主义思潮相结合的产物，是当今世界十大马克思主义流派之一。20世纪80年代，人们对环境问题的思索超越了生态学范围，生态运动成为集环保、和平、女权为一体的全球性政治运动。生态运动所提倡的基层性民主、生产资料的共同所有、生产是为社会需要而不仅是为了 市场利润、结果的平等、社会与环境公平、人与自然和谐等主张，给一些左翼学者重要启发。他们批判地吸收了环境主义、生态主义、生态伦理、后现代主义等生态理论，把生态危机的根源归结于资本主义制度本身，试图用马克思主义来引导生态运动，为社会主义寻找新的出路。90年代以来，绿色运动变成左翼政治流派中的主力。苏东解体后，许多老共产党员都加入了绿色组织。西方一些主要政党也纷纷通过绿化或与绿党联合以增加执政的砝码。
生态社会主义的思想基础是生态马克思主义。生态马克思主义属于政治生态学，认为生态问题实际上是社会问题和政治问题，只有废除资本主义制度，才能从根本上解决生态危机；它致力于生态原则和社会主义的结合，力图超越资本主义与传统社会主义模式，构建一种新型的人与自然和谐的社会主义模式。第一，自然是客观自然与历史自然的统一。马克思、恩格斯充分肯定自然界对人的优先存在地位，认为自然界制约和规定着人的生存和发展，随着实践水平的提高，人必将走向与自然的和谐。第二，人是自然存在属性与社会存在属性的统一。马克思认为人的解放只能是在对自然规律认识的基础上，通过调整人的社会存在属性与积极顺应自然才能实现。第三，人与自然关系的和谐是人与人、人与社会关系协调的重要基础，是社会主义制度的结果。
四、未来材料科学与技术的重要突破
随着社会和经济的发展和全球化趋势的加快，对新材料产业发展的要求也越来越高。新材料产业成为技术、知识和资金高度密集型产业，也是一种高风险、高收益产业。同时，新材料与信息、能源、医疗卫生、交通、建筑和制造等产业的结合也越来越紧密，其发展的驱动力也由军事需求转向经济需求。新材料产业的超前发展，需要对学科交叉等问题有深刻的认识。创新材料开发要由智能化的计算设计开始。
为实现上述目标，未来材料科学与技术的重要突破可能表现在：计算材料学的发展，使材料组织结构与性能的关系得到系统准确的理解，从而使性能预测和材料设计成为可能，进而精确设计并控制材料制备过程；在传统材料不断性能升级的同时，各种新材料逐步研究成熟并获得应用，如新型能源信息生物材料、纳米材料、仿生材料等。
未来材料科学与技术的重要突破可能表现在：a）计算材料学的发展，使材料组织结构与性能的关系得到系统准确的理解，从而使性能预测和材料设计成为可能，进而精确设计并控制材料制备过程；b）在传统材料不断性能升级的同时，各种新材料逐步研究成熟并获得应用，如新型能源信息生物材料、纳米材料、仿生材料等；c）实现材料结构功能一体化，进而发展出智能材料技术和高智能多级结构复合材料；d）高品质原材料的制备实现高效节能，广泛采用材料绿色制备和低成本高效循环再利用技术；e）材料近终形连续加工技术、材料器件一体化技术、智能可控加工技术得以广泛实施；f）服役条件包括极端条件下材料性能演化规律和机理得到清晰认识，材料和结构器件的失效过程能被准确评估预测，实现材料寿命周期全过程评估，材料损伤能被监测与修复；g）随着科学技术的全面进步，可以实现材料实时原位宏量的分析测试与表征；h）材料数据积累不断丰富并系统全面，设计制造和材料选择综合考虑全寿命成本，形成完善的具有我国特色的材料体系。
计算材料学的发展使性能预测和材料设计成为可能；现在可以根据实际需要来设计新的材料。例如可以利用人造电磁黑洞原理由谐振和非谐振型的新型人工电磁材料组成电缆的屏蔽。
图3 至2050年先进材料科技领域发展路线图
图4 基于新型人工电磁材料的电磁黑洞研究
继“隐身地毯”之后，崔铁军教授研究小组在“电磁黑洞”的研究上又取得了重要进展。黑洞一般被认为是引力场达到临界状态的某个区域，可吸收碰到它的一切物体。这种基于引力场的黑洞很难在实验室里用实验来模拟和验证，但人们可以通过类比方法来研究它的部分性质。2009年10月，崔铁军教授课题组首次用构造的实验装置模拟了微波频段的“电磁黑洞”，在微波频段实验验证了普渡大学科学家提出的“光学黑洞”理论方案。这个人造电磁黑洞由谐振和非谐振型的新型人工电磁材料构成，应用电磁波在非均匀介质中的传播轨迹类比物质在引力场下弯曲空间中的运动轨迹，以此模拟黑洞的部分特性。实验结果表明，电磁黑洞能够全向捕捉电磁波，引导电磁波螺旋式地行进，直至被黑洞吸收。在微波频段，黑洞对电磁波的吸收率可达到99%以上。上述研究成果于物理在线预印网站arXiv.org公布后，立即引起了国际主流科技媒体的极大关注。英国的《自然》、《新科学家》，美国的《发现》、《科学美国人》、《MIT技术评论》、《物理科学》等都对这项工作做了详细报道，并邀请专家进行评论。新型人工电磁材料学科的创始人之一、伦敦帝国学院的Pendry博士在《科学美国人》的评论中认为，“这一新研究构建了吸收电磁波的全新方法，同时又可以控制电磁波的吸收辐射”。由于对电磁波的高效吸收性，电磁黑洞可望在电磁隐身等方面获得重要应用。
美国麻省理工学院（MIT）的一组科学家已经发现一种之前人所未知的现象，即通过被称为碳纳米管（carbonnanotube）的微小细线可以造成强烈的能量波的激发。研究者说，这一发现可能能够产生新的发电方式。这种现象，研究者将其描述为热电波（thermopower wave），“开辟了能源研究的一个新领域，一个很少涉及的领域，”MIT的查尔斯与希尔达·洛蒂化学工程副教授（Charles and Hilda Roddey Associate Professor of Chemical Engineering）迈克尔·斯特拉诺（MichaelStrano）说，他也是发表在3月7日《自然材料》（Nature Materials）杂志上、描述这一新发现的论文的通讯作者。第一作者是蔡元俊（Wonjoon Choi），一名机械工程（mechanicalengineering）专业的博士生。就像聚集在一起的浮游物在海面上随着波浪起伏而移动一样，这种现象产生了一种热波（thermal wave）——一种移动的热脉冲（pulse of heat）——沿着一个能驱使电子（electron）向前运动的微小细管移动，最终产生电流（electrical current）。碳纳米管在涂上燃料层并被点燃时，能够产生强大的能量波，同时热量沿着纳米管传递。
图5 热量沿着纳米管传递
研究者同时也计划继续研究他们理论的另一个方面：即通过使用不同种类的反应材料作为涂层，波头（wave front）就能够摆动，进而产生交流电（alternating current）交流电的大小和方向都在发生周期性变化。这将开辟多种可能性，斯特拉诺说，因为交流电是无线电（radio wave）比如手机、广播的基础，但是目前的能量储存系统产生的都是直流电（direct current）。“我们的理论在我们开始在数据中观察它们之前，预测了这些波头的摆动。同时，目前的系统效率低下，因为大量的能量以热量或者光的形式被释放了。已有一些研究团队计划进行研究，提高其工作效率。
五、光导材料、超导材料、双导领先，将带动电缆行业21世纪的发展与创新
线缆行业是典型的料重工轻的资源加工型行业，产业越是高速发展，与可供资源的矛盾越是突出，不重视提高资源利用效率的粗放增长模式将难以为继。电缆工业的发展必须依靠电缆材料优质产品的支撑，只有当材料行业的沃土能提供充分的养料时，扎根于材料的电缆行业的大树才能健康的成长。
图6 电线电缆主要材料发展简图
历史上几乎所有大型电缆企业集团都是由铜矿冶炼起家的。上个世纪的电缆厂的根就牢牢地扎在铜矿冶炼业中，例如：日本古河成立于1874年。它的商标就是“ ”字。“人”表示是个屋顶，“—”就是铜锭。由此可见电缆工业来自于材料，植根于材料。脱离材料这个母体，电缆就难以健康地生存、成长。1869年就出现了工业纯铜。44年后在1913年，铜作为电缆的首选导体的生产工艺已经成熟。当时铜的纯度已能达到99.9%，用横铸锭的方式已能制成合格的铜锭。这种铜还原比较充分，难以击断，铜在此时达到了“韧点”，称作为韧点铜（Tough-Pitch-Copper或简称TPC），约含300—500ppm的氧。当年以这种铜的电阻率为1.7241×106Ω·cm·100%，当时制订的著名IACS标准（International Annealed Copper Standard），一直沿用至今已有96年。现在所有电缆导体的电阻率都一直比数值为标准按百分率表示。例如：某型号铝合金导体的导电率为2.8735×106Ω·cm，则称它为60%的导电率（IACS）。这个例子也说明电缆材料的性能的稳定与一致性是如何的重要。一种重要原材料其主要性能近100年没有指标变动，而且还要精确到五位有效数字，实属历史罕见，另外它也折射出电缆行业对材料要求的严格与稳定性。
近200年来铜导体的纯度已由2N（99%以上）增加到6N，导电率仅提高约3%。
单晶铜（简称OCC）用于电子线材的制作，是近年电子线材制造业的一项重大突破。科学实验证明：单晶铜是一种高纯度无氧铜，其整根铜杆仅由一个晶粒组成，不存在晶粒之间产生的“晶界”（“晶界”会对通过的信号产生反射和折射，造成信号失真和衰减），因而具有极高的信号传输性能。与之相比，被广泛用于音响线材制作的无氧铜（简称OFC），其内部晶粒数量众多，“晶界”造成信号失真和衰减，以至信号传输性能比单晶铜逊色。
单晶铜因消除了作为电阻产生源和信号衰减源的晶界而具有优异的综合性能：卓越的电学和信号传输性能，良好的塑性加工性能；优良的抗腐蚀性能；显著的抗疲劳性能；减少了偏析、气孔、缩孔、压杂等铸造缺陷；光亮的表面质量；因而主要用于国防高技术、民用电子、通讯以及网络等领域。
单晶铜，是经过“高温热铸模式连续铸造法”所制造的导体技术，因为铸造过程经过特殊加热处理，所以可以获得单结晶状铜导体，每一结晶可以延伸数百米以上，在实际应用之长度上结晶粒仅有一个，并没有所谓“晶粒界面”存在，在讯号传讯时损耗极低，堪称是相当完美的线材。其物理性能接近白银。
用单晶连铸技术拉出的铜材仅由一个晶粒组成，具有超常的机械加工性能和电学特性。其特点有三：
一是单晶铜纯度达到99.9999%；
二是电阻比普通铜材低8%到13%；
三是韧性极高，普通铜材扭转16圈即断，单晶铜材可扭转116圈。
如此优势，使单晶铜产品成为制作高保真音视频信号、高频数字信号传输线缆和微电子行业用超微细丝的顶级材料，可用于手机、音响、电脑等领域，使微电子器件性能更佳、体积更小、寿命更长。
· 传输音视频信号线
各种音频视频信号在传输过程中通过晶界时，都会产生反射、折射等现象使信号变形、失真衰减，而单晶铜极少的晶界或无晶界使传输质量得到根本改善。因此，单晶铜在音视频信号传输方面得到广泛的应用。
· 电脑硬盘数据线
由于高频信号的集肤效应和其在晶界处的衰减和损耗，造成传输速度慢、失真度大，特别是在多晶的普通材料更为严重，随着信息产业的迅速发展，计算机速度要求越来越快，传输频率越来越高，而当今计算机速度最大瓶颈就是硬盘速度，如果采用单晶铜做硬盘数据信号线可较大提高硬盘传输速度。
· 超细线
随着电子工业的迅猛发展，各种电子元件都趋向于微型化、轻量化。作为导体主要材料的铜线，线径要求也越来越细，无氧铜杆由于其多晶组织，就不可避免存在缺陷及在晶界处的氧化物等，从而影响其进一步的拉细加工目前单晶铜线最细可拉到直径0.012毫米，能满足最高要求。
由于单晶铜具有优良的机械性能、物理性能和电性能，它还将广泛应用于压制线路板、集成电路底版、通讯电缆、航天飞行器、高导电率电缆电线等领域。
单晶铜丝是实现引线框架全铜化、全面替代集成电路中键合金丝的关键产品，集成电路封装产业正向全铜化迅速推进，这一应用具有重要意义。
2、激光用红宝石晶体
现代的光纤通信是一系列颠覆性新材料创新集成的结果。
光纤的问世与后来的广泛应用的历史更证明了材料行业对电缆行业的“母子”溯源关系。
光通信的历史悠久，早在春秋战国时期就有用烽火台接力的历史。1960年梅曼发明了红宝石激光器，实现了单色相干光的连续发射，可用于大气通信。在激光器的设想提出不久人工掺杂约0.05%（重量比）的Gr2O3红宝石就被首先用来制成了世界上第一台激光器。
激光用红宝石晶体的基质是Al2O3，晶体内掺有约0.05%（重量比）的Gr2O3。Cr3+密度约为，1.58×1019/cm3。Cr3+在晶体中取代Al3+位置而均匀分布在其中，光学上属于负单轴晶体。在Xe（氙）灯照射下，红宝石晶体中原来处于基态E1的粒子，吸收了Xe灯发射的光子而被激发到E3能级。粒子在E3能级的平均寿命很短（约10-9秒）。大部分粒子通过无辐射跃迁到达激光上能级E2。粒子在E2能级的寿命很长，可达3×10-3秒。所以在E2能级上积累起大量粒子，形成E2和E1之间的粒子数反转，此时晶体对频率ν满足hν＝E2—E1（其中h为普朗克常数，E2、E1分别为激光上、下能级的能量）的光子有放大作用，即对该频率的光有增益。当增益G足够大，能满足阈值条件时，就在部分反射镜端有波长为6943×10-10米的激光输出。
3、超纯的人工合成石英
1966年英籍华人高锟（C.K.Kao）预见利用纯净的玻璃可以制成衰减小于20dB/km的通信光导纤维（光纤），但当时无人相信，德国的一些光学权威认为它是空想。之后高锟又在天然的纯净石英矿中找到了一些纯度高于6N的多块样品，但制造光纤必须解决超纯的人工合成石英的制造方法与工艺。
60年代以后蓬勃发展的半导体集成电路（IC）产业的兴起带动了超净硅系材料的研发。于是人们就把焦点聚集在能否制成6N级以上的人工合成石英上来。当时在Bell实验室主席深知高纯度二氧化硅的人工合成石英可利用当时集成电路基材的超纯的硅系试剂来制得。在康宁公司与英国电话研究所的合作下，在可达100级超净度的工作室中利用PPb级的Sicl4等试剂于1970年首次试制成衰减小于20dB/km的石英光纤。
由于石英光纤是一种无定形材料，它的表面布满微裂纹。同时光纤又是直径才0.125mm的头发丝般粗细的纤维，对于它的保护衍生出许多新的材料问题。正是由于采用无溶剂的丙烯酸新型光固化涂料才能使光纤的拉丝速度高达2000m/min，且寿命超过30年。采用了无析氢的触变型油膏使光纤的可靠性又有了提高。
光纤在传输原理上来看，有别于对称、同轴两大类铜质通信电缆，它是一种传送光波（1013~1014赫芝）的弱导介质波导。在宏观的物理现象分析上可采用全反射原理。即可将光看成是由光子组成的光（粒）子流，将各种外力、温度……的作用看成光子与声子的相互作用。光纤既然是一种弱导介质波导，而且这种尺寸较小的介质波导在外力的作用下波导结构（芯层与包层的界面）很容易产生形变，因而会导致传输参数的变化，造成拉细、微弯、宏弯等现象，从而引起附加衰减的产生和色散的变化。实际上在许多应用场合，石英光纤本身又是一种很灵敏的分布式传感器，它能显示出±0.01℃及约数百Pa级的微应力变化。简而言之，就是要设法在短期外力作用下光纤应力小于允许值，在长期来看对光纤的各种应力应趋近于零。为此必须将光纤制造成光缆才能实用。制造光缆中应用的PP，PBT二次被复料、加强件、阻水纱等材料都是来源于电缆专用料，又不同于传统料的新材料。开发及定型于上世纪80年代的通信光缆可以说从里到外都用上了当时最先进的新型材料，成为当今新兴专用线缆材料的“博物馆”。我国从2002年至今已连续举办了八届通信光纤光缆材料技术研讨会，每届都有20~30篇文章，至今方兴未艾。这种积极创新现象既表征了我国光纤光缆事业前30年的辉煌，亦为今后光缆事业的发展登上世界光缆强国打好了雄厚的物质基础。随着移动3G制式的发“照”，与光纤到户（FTTH）的发展，我国的光缆将进入千家万户为，为信息社会打好网络发展的坚实基础。
经济社会发展对材料的需求是广泛而迫切的。国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断增加，应对能源问题和挑战需要开发能源装备用结构材料和能源储存及转换材料，改善环境实现人与自然的和谐发展对环境友好材料和环境治理材料不断提出新要求，在自然资源不断枯竭的情况下需要发展新型材料和制备加工技术以及材料的循环使用和回收利用技术，人口健康对生物医用材料的需求包括医疗器械材料、人体植入材料、药物控释材料和早期诊断技术用新材料，对信息功能材料的需求也趋于多样化和高性能化，航空航天等重大工程和高性能武器装备对新材料提出更高更苛刻要求。
4、GaAs、InP、GaN化合物半导体材料
异型结构的固体激光使室温普適光纤通信成为可能。异质结半导体激光器是半导体激光发展史上的重要突破，它的出现使光纤通信及网络技术成为现实并迅速发展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构，具有巨大的开发潜力和应用价值。
1950年代开始研制用半导体异型结构制作快速的光电和微电子元件（当时大多数电脑晶片和其他半导体元件都是由一种材料如锗、硅制作的，异型结构半导体是由不同材料层组成的）。克勒默的理论认为，异型结构电晶体的性能要优于传统的电晶体，阿尔费罗夫和他的研究小组用克勒默的理论，于1966年研制出第一个实用的异型结构电子器件。之后，他们在用异型结构制作电子元件方面一直处于先驱的地位，包括第一支异型结构雷射，这是由阿尔费罗夫和克勒默于1963年各自提出的。异型结构的固体雷射使光纤通信成为可能，後来，异型结构的器件还用于通讯卫星、条码阅读机、手提电话通信以及其他的产品。
氮化镓GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。
图7 GaN结构示意图
石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其他维度碳质材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨）的基本单元。石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，为量子电动力学现象的研究提供了理想的平台，具有重要的理论研究价值。因此，石墨烯迅速成为材料科学和凝聚态物理领域近年来的研究热点之一。英国曼彻斯特大学的研究人员成功研制了尺寸最小的晶体管，其厚度为1个原子，截面为10个原子。
这一重大进展已经发表在最新一期的《科学》杂志上，并且打破了该小组去年创造的截面100nm的石墨烯晶体管世界纪录。
这些晶体管可以工作，并且可以在空气中、室温条件下工作——也就是当前电子器件可以使用的环境。石墨烯的性能“超越”硅一个数量级，与其他最好的材料性能类似，并且采用石墨烯制作电路的工艺与硅工艺非常兼容。 目前实验室采用与硅产业同样的步骤制造晶体管。因此一旦有了足够大的石墨烯晶圆，那直接采用同样的工艺步骤就可以了。 第一个基于石墨烯的芯片或许会在10年后出现，并认为该材料可能会先用于LCD显示器，代替现有的透明电极材料。
图8 韩国科学家最新制备出的石墨烯薄膜
中国科学院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料部的研究人员在石墨烯的研究方面取得的进展主要包括以下三个方面。
可控制备出高质量石墨烯。根据层数不同，石墨烯的电子结构会发生显著变化，因此实现石墨烯层数的可控制备十分关键。与微机械剥离和外延生长方法相比，化学剥离是一种有望实现石墨烯低成本宏量制备的有效方法，但所制备的石墨烯大多为单层、双层和多层石墨烯的混合物。基于对化学剥离方法制备石墨烯过程的分析，他们提出了利用石墨原料的尺寸与结晶度不同来控制石墨烯层数的策略，宏量控制制备出单层、双层和三层占优的高质量石墨烯，被审稿人认为是“石墨烯研究和应用的重大进展”。为了进一步提高化学剥离方法制备的石墨烯的质量，他们根据氢电弧放电反应温度高、可实现快速加热及原位还原的特点，采用电弧加热膨胀解理石墨以去除含氧官能团和愈合结构缺陷，进而提高了石墨烯的质量。较普通快速加热方法，采用氢电弧方法制备的石墨烯的抗氧化温度提高了近100℃，导电率提高了近2个数量级。
6、Si3N4-CMOS中的高耐电强度绝缘栅
CMOS（本意是指互补金属氧化物半导体，一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料是微机主板上的一块可擦写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。
CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。
集成微电子电路用高耐电强度绝缘栅已成为研究重点。随着集成电路（IC）中元件数的增加，晶体管的尺寸相应的不断下降。目前晶体管尺寸已从100nm下降到今天的几个nm。这种超薄的绝缘层在1V的外电压下将承受十分高的电场强度10MV/cm。由于局部电场老化最终导致绝缘击穿。此外，人或机加处理的静电效应（ESD） ，将是超薄绝缘损坏的另一重要因素。ESD能够产生远超过正常工作条件的电压及电流脉冲，导致绝缘层击穿。开发新型高耐电强度，高介电系数的绝缘介质是解决微电子发展瓶颈效应之一的关键技术。目前，最小的绝缘厚度为2nm。2005年降到1.0nm，相当于SiO2的三个原子层。这是SiO2下降到的绝对物理极限。因此，必须开发新型绝缘材料，以配合MOS晶体管在将来不断缩小尺寸的发展趋势。
图9 MOS晶体管绝缘分层厚度的发展趋势
下一个颠覆性新材料创新集成将是超导材料。
自从1911年荷兰物理学家Onnes发现超导现象近100年来人们都在设法将其用于信息与电力传输。
7、工作于液氮温度的高温超导材料
1986年高温超导材料的问世为其理想的实现看到了希望。目前能工作于液氮温度（Tc>77K）的高温超导材料分为两大类：
第一类以钇钡铜氧（YBa2CuOx）为代表，（Tc=92K）或简称YBCO或Y123，其中Y表示可用多种稀土元素替代。另一类则为铋系（Bi）简称为BSCCO，以CTC为80—90K的Bi2Sr2Ca1Cu2Ox（Bi2212）和Bi2Sr2Ca2Cu3Ox（Bi2223）（Tc为110K）为代表。在电缆行业应用的第一代高温超导带是采用前者，即Bi2212，它在强电磁场有较好的特性。
第一代高温超导带是Bi系BSCCO型最先在2001年实现产业化，目前已有5家主导公司各自形成了数百公里/年的生产能力。
2004年12月AMCA在网上发表了第二代超导带的白皮书，宣称他们已于04年10月制成YBCO类的第二代超导带（2GHTS）。这种2GHTS的主要优点是单带的传输能力提高到300A以上。
预计不久商用时1cm宽单带额定电流将提高到500A与1400A。
8、铁基超导体
2008年2月，日本科学家首先报告说，氟掺杂镧氧铁砷化合物在临界温度26开尔文（零下247.15摄氏度）时，即具有超导特性。同年3月25日，中国科技大学陈仙辉领导的科研小组又报告，氟掺杂钐氧铁砷化合物在临界温度43开尔文（零下230.15摄氏度）时也变成超导体。
中国浙江大学科学家袁辉球等人经过研究发现二维层状的铁基超导材料呈现出三维“各向同性”的超导特征。英国《自然》杂志北京时间2009年1月29日刊载了这一重要的研究成果，并在其“新闻与观察”栏目进行了重点介绍。
这一发现是首次在二维层状的超导材料中报道三维的超导特性，说明新型铁基超导体表现出不同于先前研究的铜氧化合物高温超导体的特性。《自然》论文评审专家对该论文给予了高度评价。他们认为，这是超导研究领域一项非常独特而重要的发现，对研究铁基高温超导形成机理具有重要意义。
铁基超导材料具有独特的高上临界磁场（100特斯拉量级）和三维各向同性的超导性质，这弥补了以往超导体的一些不足之处。若能再将其超导转变温度提高到液氮温区或者更高温度，铁基超导材料将是一类具有非常广泛应用前景的新型超导材料。
图10 铁基超导体的转变温度和发现时间图
图11 超导电力设备的应用前景估计
在超导领域已有四次、七位诺贝尔奖获得者，他们是：
（1）1913年荷兰实验物理学家昂内斯，他在1908年首次发现低温条件下的某些金属有超导现象，并由此开拓了低温物理学和超导物理学这些新的物理分支，从而获得当年的物理学奖。
（2）1972年巴丁（John Bardeen）、库珀（Leon North Cooper）和施里弗（John Robert Schrieffer）因发现称为BCS理论的超导理论，共同分享了1972年度诺贝尔物理学奖。
（3）1973年江崎玲于奈（Leo Esaki）和加埃沃（Ivar Giaever）因分别发现半导体和超导体中的隧道贯穿、约瑟夫森（Brian David Josephson因从理论上预言了通过隧道阻挡层的超电流的性质，特别是被称为“约瑟夫森效应”的实验现象，共同分享了1973年度诺贝尔物理学奖。
（4）1987年 柏诺兹（J. Georg Bednorz）和缪勒（Karl A. Muller）因发现钡镧铜氧系统中的高Tc超导电性，共同分享了1987年度诺贝尔物理学奖。
室温超导材料是公认的下一个诺贝尔奖级的问题。现有的高Tc氧化物陶瓷，都是钙钛矿型铁电体电介质，理论上无法获得室温超导性能。当前探索方的方向是电子-激子机理，采用D-M-D夹层或层状结构。高Tc超导理论主要涉及介电函数ε（ω，q），介质物理大有可为。电子－声子弱耦合，g≤1，θ=θD Debye温度，一般是几百K。g=N（0）V耦合温度（反映势质深度，势阱宽度，EF处粒子相互吸引的范围）。Tc~30-40K-M-D夹层和层状化合物。利用D或S（半导体）中产生的激子。
理论中产生的问题：电子间相互作用和介电函数（反映在作用势能中）。电子－激子model未获实验证实。
聚省醌自由基高聚物，Eg=0.1-0.5eV相匹配，容易形成激子，具有大共轭π链，类似于Ginzbeerg用酞菁染料，有研究价值。
电线电缆材料是一个很大的行业。目前我国每年耗用铜铝金属材料已超过500万吨，橡塑材料亦要超过100万吨，就连漆包线的耗漆量也达15万吨，所以材料的LCA应引起行业的重视。只有生态环保材料创新搞好了，我国的绿色电缆产业才能建成。
聚烯烃功能化与PPO聚苯醚及聚醚醚酮
聚烯烃是重要的通用塑料，价格便宜，性能优良，应用广泛。功能化则是提高聚烯烃的极性、增强机械强度、增高工作温度等性能的重要途径。交联聚乙烯是这个功能化的成功例子。
功能化分为直接共聚法、反应性功能化、后功能化三大类，这三大类在电缆绝缘交联化上都有应用，其中以第三类的接枝最为成功。最近出现了一种超临界二氧化碳接枝新方法。这种方法采用超临界的二氧化碳为溶剂，既能与其它气体高度混合和相对较弱的分子间作用力，在反应中对增强催化剂和反应物的活性有帮助，又保持液体溶解性能，是一种真正环境友好的接枝方法，不知将来能否导入电缆行业？
欧盟两指令的实施，使人们更注意寻找一种既具有本征阻燃环保特性，又能像PVC一样易挤出并且价格低廉能大批量生产的新型树脂（聚合物）。聚苯醚PPO与聚醚醚酮PEEK就是极有希望的一类新材料。
10、聚苯醚PPO
聚苯醚PPO是聚2、6——二甲苯-1、4-苯醚，又称聚苯撑氧，英文名为Polyphenylene Oxide。PPO无毒、透明、相对密度小，具有优良的机械强度，耐应力松弛，蠕变特性、耐热性 耐水性，耐水蒸气性优，尺寸稳定性良好诸优点。PPO介电性能良好，在较宽的频谱范围内介电常数稳定，绝缘电阻较高。PPO的主要缺点是熔融流动性较差，加工成型较困难，此外耐溶剂、耐卤代烃、耐油性较差。在实际应用场合大部分为改性聚苯醚MPPO（即PPO共混物或合金）。
美国GE塑料公司2004年推出的苯性Nory1#树脂是一种PPO合金，获得专利后已大量投入市场使用。
VESTODUR®聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）作为光纤二次套塑的专用材料因其极佳的性能和成本比，已占据了该领域的领先地位。
11、聚醚醚酮（PEEK）
阻燃性聚醚醚酮（PEEK）是非常稳定的聚合物，1.45mm厚的样品.不加任何阻燃剂就可达到最高阻燃标准。耐剥离性聚醚醚酮（PEEK）的耐剥离性很好，因此可制成包覆很薄的电线或电磁线，并可在苛刻条件下使用。 耐疲劳性聚醚醚酮（PEEK）在所有树脂中具有最好的耐疲劳性。耐辐照性聚醚醚酮（PEEK）耐γ辐照的能力很强，超过了通用树脂中耐辐照性最好的聚苯乙烯。可以作成γ辐照剂量达1100Mrad时仍能保持良好的绝缘能力的高性能电线。耐水解性聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，用这种材料作成的制品在高温高压水中连续使用仍可保持优异特性。
PEEK材料已经用在手机备用汽车线束，机车车辆线束、核潜艇线束、电池垫圈、手机连接器、激光打印机的加热辊齿轮、衬套、分离爪、滚筒涂层等。
图12 聚醚醚酮（PEEK）
威格斯的总部位于英国，从VICTREX PEEK聚合物于1978年发明、通过专利申请以及品牌命名开始，他们成功地开发出了独特的聚合材料、专有的共混材料以及高性能的复合材料，进一步扩展了其产品系列。
作为一种线性、芳香型、半结晶型聚合物，VICTREX PEEK因其具有的独特综合性能包括卓越的耐高温性、耐化学腐蚀性、耐磨性与耐摩擦性等而为业界所闻名。
中国的长春应用化学研究所已能生产PEEK聚合材料。
图13 PEEK在汽车上的应用
PBO是聚对苯撑苯并双恶唑纤维（Poly-p-phenylene benzobisthiazole）的简称，是20世纪80年代美国为发展航天航空事业而开发的复合材料用增强材料，是含有杂环芳香族的聚酰胺家族中最有发展前途的一个成员，被誉为21世纪超级纤维，其商品名为柴隆（Zylon），现已正式上市，正在开发单纤维和复合材料的用途。
聚合物纺丝液用干-湿式纺丝法纺丝、水洗、干燥。纺丝液溶至液晶性，采用液晶纺丝法纺丝时能形成伸直链结构，初纺丝（AS丝-标准型）就具有3.53N/tex以上的强度和10.84N/tex以上的弹性模量。为了提高模量，可在约600℃的温度中进行热处理，得到模量达176.4N/tex而强度保持不变的高模量丝（HM丝-高模量型）。
PBO作为21世纪超性能纤维，具有十分优异的物理机械性能和化学性能，其强力、模量为Kevlar（凯夫拉）纤维的2倍并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能，而且物理化学性能完全超过迄今在高性能纤维领域处于领先地位的Kevlar纤维。一根直径为1毫米的PBO细丝可吊起450千克的重量，其强度是钢丝纤维的10倍以上。
表1 几种高强度材料性能表
| 材料名称 | 拉伸强度 | 拉伸模量 | 伸长率 % |
密度 g·cm-3 |
吸水率 % |
极限 氧指数% |
熔点或 分解温度℃ |
||
| cN·dcex-1 | GPa | cN·drax-1 | GPa | ||||||
| PBO | 37.0 | 5.8 | 1700 | 280 | 3.5 | 1.56 | 0.6 | 68 | 650 |
| 芳纶（Kevlar） | 19.0 | 2.6 | 750 | 109 | 2.5 | 1.45 | 4.5 | 29 | 550 |
| Vectra | 20.3 | 2.7 | 530 | 104 | 3.8 | 1.41 | 0.2 | 28 | 550 |
| UHMW | 27.0 | 2.7 | 6.0 | 0.99 | 0.2 | 18 | 145 | ||
| 钢丝 | 3.50 | 2.8 | 256 | 200 | 1.4 | 7.80 | 0 | ||
| 碳纤维 | 20.0 | 3.5 | 1305 | 230 | 1.5 | 1.76 | |||
表1中诸材料以UHMWPE超高分子量聚乙烯纤维最为令人关注，因为它是其中唯一有自主知识产权的产品。VECTRAN是一种高强度的聚酯纤维，可乐丽公司于20世纪90年代推出，并实现工业化生产。VECTRAN纤维的强度约为普通聚酯的6倍。
PBO是由4，6-二氨基苯酚盐酸盐（二氨基间苯二酚盐酸盐）与对苯二甲酸以多磷酸（PPA）为溶剂进行溶液缩聚而制得，也可利用P2O5脱水进行缩聚，PPA既是溶剂，也是缩聚催化剂，反应式如下：图14 PBO反应式
PBO是由美国空军空气动力学开发研究人员发明的，首先由美国斯坦福（Stanford）大学研究所（SRI）拥有聚苯并恶唑的基本专利，道（DOW）化学公司取得其全世界实施权进行工业化开发。1990年日本东洋纺公司从美国道化学公司购买了PBO专利技术。1991年由道一巴迪许化纤公司在日本东洋纺公司的设备上开发出PBO纤维。1994年，日本东洋纺公司得到道一巴迪许化纤公司的准许，出巨资30亿日元建成了400吨/年PBO单体和180吨/年纺丝生产线，并于1995年春开始投入部分机械化生产，1998年的生产能力达到200吨/年。根据东洋纺对Zylon的发展计划，2000年的生产能力达到380吨/年，2003年将达到500吨/年，2008年将达到1000吨/年。
从分子结构设计出发，研制出一种结构新颖的具有扭曲非共平面结构的杂环化合物—4-（4-羟基苯基）-2，3-杂萘-1-酮（简称DHPZ），并将其成功引入到聚合物体系中，首创性地开发出既耐高温又可溶解的含二氮杂萘酮联苯结构的聚芳醚砜（PPES）、聚芳醚酮（PPEK）等高性能树脂，其玻璃化转变温度在246℃～375℃，不带取代基的聚合物在空气中5％热失重温度均高于500℃，热稳定性能好，尤其是热机械性能优异，该系列聚合物可溶解于氯仿、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂，是目前耐热等级最高的可溶性聚芳醚新品种，在高性能树脂基复合材料。耐高温特种绝缘漆、耐高温耐强腐蚀涂料、耐高温高效分离膜等领域得到广泛应用。在此基础上，进一步开发了含二氮杂萘酮结构的其他类型高性能树脂，上述树脂因解决了溶解性问题，制备成本降低，加工方式多样化，同时保持优异的综合使用性能，应用领域大大扩展。最近涌现的优质电缆材料很多，例如碳纤维，聚合物的铠装材料，纳米改性的聚四氟乙烯等，其中有一部分已在2007中国线缆用材料交流会——电线电缆用原辅材料研讨会作专题介绍。本次大会也有许多文章是与绿色生态有关的新材料。相信今后生态环保绿色的概念对电缆行业、有关人士都像阻燃、防火一样能深入人心。生态环保绿色的电缆一定会使环境更友好、资源更节约、社会更自然更和谐！
在未来时期内，对先进材料需求总体上将呈现如下几个重要趋势：对材料数量和种类的需求在相当长时间内将持续增加；将更加重视材料的质量、可靠性和成本；对能源材料、生物材料、环境材料的需求越来越迫切；在追求更高性能的同时，往往要求材料具有多种功能；更少依赖资源能源，减少对环境的污染和破坏。经济社会发展对材料的需求是广泛而迫切的。国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断增加，应对能源问题和挑战需要开发能源装备用结构材料和能源储存及转换材料，改善环境实现人与自然的和谐发展对环境友好材料和环境治理材料不断提出新要求，在自然资源不断枯竭的情况下需要发展新型材料和制备加工技术以及材料的循环使用和回收利用技术，人口健康对生物医用材料的需求包括医疗器械材料、人体植入材料、药物控释材料和早期诊断技术用新材料，对信息功能材料的需求也趋于多样化和高性能化，航空航天等重大工程和高性能武器装备对新材料提出更高更苛刻要求。
六、材料全寿命成本及其控制技术
当前人类经济社会发展面临能源、资源、环境等重大挑战，材料研究和使用必须充分关注其全寿命成本，即既要使材料易于制造和加工，要使材料具有更好的性能，又要减少对资源和能源的依赖，减少对环境的污染和破坏。因此材料的全寿命成本及其控制技术是材料领域最具广泛性、紧迫性和前瞻性的重大命题。它是影响我国未来发展和现代化进程的重大科技问题。目前和未来，围绕材料全寿命成本及其控制技术，其核心科技问题是：（1）材料使役行为的预测、设计与控制；（2）材料高效循环利用；（3）材料结构功能一体化；（4）材料结构与性能分析检测技术打造可持续发展的环境，推行“循环经济”理念，提倡“绿色经济”在今日的中国已远远超越了口号范畴。
为了有效遵守环境监管要求，全球领先的企业大都建立了完善的环境管理体系。调查显示：全球范围内有72%企业的CEO认为社会责任（CSR）应成为他们企业的战略目标和运营核心。CSR不仅是满足制度监管的形式要求，它更是企业培养差异化竞争优势的平台。世界各大企业特别是一些全球性的跨国大公司和材料生产企业都设定了不同环保角度的具体目标并采用关键绩效指标（KPI）来予以体现。
在21世纪任何产品的战略规划都不能离开ISO-9000、ISO-14000和19000的质量管理标准。要执行ISO-14000就离不开LCA（生命周期评价），既生态又环保的电缆材料是当今电缆材料创新的主题，它正在引领绿色电缆的健康发展。
GB/T20040标准规定了开展和报告LCA研究的原则和框架。
LCA是一种用于评估与产品有观点环境因素及其潜在影响的技术，其作法为：
——编制产品系统中有关输入与输出的清单；
——评价与这些输入输出相关的潜在环境影响；
——解释与研究目的相关的清单分析和影响评价结果。
LCA研究贯穿产品生命全过程（即从摇篮到坟墓）——从获取原材料、生产、使用直至最终处置的环境因素和潜在影响。须要考虑的环境影响类型包括资源利用、人体健康和生态后果。
图 15 LCA的阶段
杜邦公司T.Krieger等四位作者写的一篇应用ISO14040对氟46绝缘六号缆和用穿镀锌铜管的高密度聚乙烯绝缘六号缆在阻燃防火较高的天花板通道敷设应用场合的LCA对比。
这里的LCA与其他文章有所不同。首先是目标与范围，其次是清单中的项目。当然最后评价分析的角度是与结论是用蛛网图来表示。
图16 三种带铜线并已敷设运行电缆对环境影响的对比
至2050年前后，我国将建成材料科学技术的完整创新体系，材料全寿命成本将成为材料研发和应用的引导因素；基础研究和新工艺新设备研发能力国际领先；实现由材料大国到强国的转变。
围绕材料全寿命成本及其控制技术研发和推广应用是一项需要政府引导花费许多人力和财力的长期工作。当前应先从重大工程材料服役安全评价研究开始，2030年后将逐步付诸实施（参见图17）。
图17 中国至2050年高技术领域新材料技术重大科技基础设施发展路线图
八、编制光电缆材料技术发展路线图
全球经济危机往往会催生重大科技创新突破和科技革命。
从当今世界电缆科技发展的态势看，奠定现代电缆科技基础的重大工艺装备基本产生在20世纪上半叶， 工业化与信息化的融合使先进电缆制造技术成为能驾驭生产过程中的物质流、能量流和信息流的系统工程，电缆绿色制造技术是人类社会可持续发展战略在电缆制造业中的体现。它是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高。
先进电缆制造技术就是将先进原材料通过绿色加工制造成为先进产品技术。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，曾是工业革命的先导。电缆行业是一个“料重工轻”的加工行业。电线电缆专用材料是电缆行业的基础。没有好的原材料是做不出好电缆的，自古有名言：“巧媳妇难为无米之炊”。从历史上来看材料的创新一直引领着线缆行业的发展，在21世纪光导、超导、纳米等新材料的创新将继续在信息时代中引领电缆行业走向新的辉煌。
对先进产品的要求也在不断发展，例如，智能电网、物联网。
图18 核电站安全监测：光纤传感及光网络在核电站的应用
光纤传感及光网络在核电站的应用有如下11方面：
核电站光纤传感应用
高压蒸汽管道阀门ON/OFF位置监测
电力设备（变压器，架空/地下电缆）监测
发电机温度与振动监测
高压蒸汽组合管道沿线监测
结构应变与裂隙监测
火警探测安全
H2及热点探测安全
放射性及核废料监测安全
核物料泄漏探测安全
需求及光纤传感应用场合应用类别
这里每一种传感监测都要求开发其相应的新材料。
迎战后危机时代，企业作为技术创新主体的定位更加清晰。后危机时代带来的机遇是订单向大企业集中、企业转型意愿增强和产业结构调整。同时，后危机时代外部环境将具复杂性和艰巨性。
建议结合电缆行业“十二五“规划制定尽快开展的编制工作。
打造世界级著名线缆企业，这是我们电线电缆企业必须担负的光荣而艰巨的历史任务。所以，我们要胸怀全球市场，坚定不移地走国际化道路，不仅要追求量的扩张，更重要的是成为在全球化品牌形象、技术创新、商业模式（新产业链、价值链）、企业文化等诸多方面的世界级企业。
