材料科学的发展动力主要来自三个方面：一是高科技和新产业的重大需求牵引；二是相关交叉科学前沿的激励促进；三是学科体系自身不断进步和完善的原始动力。毫无疑问，国防科技工业仍然是21世纪高科技最密集的战略领域。航空工业对材料性能的超轻、超强、超高温要求日益苛刻，载人航天和深空探测要求材料的功能和智能化程度越来越高，海洋工程对材料腐蚀与防护性能的苛求亟待解决，原子能技术对材料的抗辐照和极端服役性能要求更是令人望而却步。一个简单的例证是，高温合金单晶叶片材料直接制约着新一代航空发动机和燃气轮机的设计研发，因此成为我国航空发动机和燃气轮机的重点攻关研究内容。

　　生命科学和生物技术是当今世界的焦点科学领域，甚至有可能带来第六次科技。由于材料是生命现象的物质载体，从人工器官培育到脑科学中神经元构建都需要材料科学提供支撑条件。电子信息、5G通信、人工智能及新型能源等新产业集群都期待新一代半导体单晶、稀土功能材料和储氢储能材料研究取得新突破。同时，新材料和材料新技术本身已经形成了一个世界范围的高技术产业群，正在快速地将科学成果转化为工程技术。譬如，增材制造技术实现了材料科学研究与高端数字制造的有机结合，为高速轨道交通和高端机械电子制造开辟了新路径。

　　首先，随着当代分析测试技术的不断进步，材料科学对组织形态和相结构的研究不仅达到纳米尺度，而且进一步深入原子尺度，甚至向基本粒子范畴延伸。这是一个材料科学向物质科学演变的倾向。另外，物质科学越来越重视将各种物质的新性质和新效应转变为新性能和新功能，甚至据此设计发明新构件和新器件，从而使新物质发展成为具有应用价值的新材料。这是物质科学向材料科学交叉融合的一个趋势。

　　其次，随着计算材料科学的迅速兴起，特别是材料基因组原理的推广应用，新材料的逆向设计与合成制备研究更多地依赖于物质微观结构理论和物理化学基本性质规律，从而使材料科学和物质科学深度融合。实际上，超材料、构筑材料、拓扑量子材料、六元环无机材料、有机光电功能半导体分子材料，以及柔性超弹性铁电氧化物薄膜等新兴材料的诞生过程均充分体现了材料科学与物质科学交叉研究特征。

　　最后，传统材料的组织性能和制备成形寻求跨越性提升或变革性发展依赖于物质科学的新概念和新原理。高混合熵概念启发了多元等原子比单相合金的设计制备，无序截留效应为金属间化合物强韧化提供了新途径，纳米孪晶机制为人工合成硬度超越天然金刚石的超硬材料提供了理论依据。同时，各类工程材料在超常环境中呈现的特殊服役性能为物质科学拓展了新物性研究范围。

　　当代物理学中暗物质、暗能量和时空隧道等新观念深刻冲击着传统材料科学的发展趋势，催化材料科学前沿萌生新的生长点，并促进材料科学变革陈旧的研究范式。同时，人类对深空、深海、深地的科学探测极大地拓展了材料的应用空间范畴和合成制备与成形加工的环境边界。人脑科学和人工智能促使材料科学贯通有生与无生的界限。核聚变等大科学工程可为新概念材料的构思提供史诗般的超极端条件。

　　在新时代背景下，自然资源的绿色循环利用、生态环境“双碳”目标的实现，以及新能源的可持续再生等经济社会发展策略也为材料科学划定了新的生长边界条件。材料结构与功能和性能一体化设计、材料合成制备与构件和器件一体化制造、材料服役性能与损伤失效归一化预测、材料绿色制造与废料回收再生全寿命策划等集成式研究正在成为未来主流趋势。虽然新材料代表着材料科学的前沿优势方向，但是真正构成当代世界科技工业和经济社会体系框架和主体的仍然是各类传统结构和功能材料。因此，材料科学发展前沿的另一极指向如何革新人们习以为常的传统材料体系并进行颠覆性重构和全面提升换代。

　　本文摘编自《中国材料科学2035发展战略》[“中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）”项目组编. 北京：科学出版社，2023.5]一书“第一篇材料科学总论”，标题为编者所加。

　　21世纪前20年，材料科学蓬勃发展，有力支撑了世界高新科技和经济社会的不断进步，我国也已经成为材料科学大国、材料产业大国和材料教育大国。《中国材料科学2035发展战略》面向2035年探讨了国际材料科学前沿发展趋势和中国从材料大国走向材料强国的可持续发展策略，深入阐述了材料科学及其各分支学科的科学意义与战略价值、发展规律与研究特点，系统分析了材料科学的发展现状与态势，凝练了材料科学的发展思路与发展方向，并提出了我国相应的优先发展领域和政策建议。

　　本书为相关领域战略与管理专家、科技工作者、企业研发人员及高校师生提供了研究指引，为科研管理部门提供了决策参考，也是社会公众了解材料科学发展现状及趋势的重要读本。