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一、概述 在现代化的国民经济活动中,仪器科学与技术学科涉及到人类活动的各个方面,它是高新技术的前沿技术,是信息获取的主要技术手段,是信息技术的关键和基础。仪器科学与技术学科是现代科技的重要学科之一,并与现代科学技术的许多学科有着紧密联系,她的整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一。 现代高新技术发展与基础科学实验研究对仪器仪表的先进性依赖程度越来越高,先进的仪器设备既是知识创新和技术创新的前提,也是创新研究的主题内容之一和创新成就的重要体现形式。仪器仪表是工业生产的“倍增器”,科学研究的“先行官”,军事上的“战斗力”,国民活动中的“物化法官”已日益为人们所理解。近二年仪器仪表在我国许多重大工程项目(如探月工程)和社会突发事件(如四川汶川大地震、三聚氰胺毒牛奶事件)中发挥的作用更是有目共睹。特别是在举国提倡科技创新的今天,国家科技部、国家发展改革委员会、教育部和中国科协于2008年4月28日下发的国科发财 197号文件“关于加强创新方法工作的若干意见”中,强调了科学仪器作为创新工具的重要性,这为我国仪器仪表的发展创造了良好的环境。 目前,仪器科学与技术学科的主要组成相对稳定,她主要包括以下六个分支学科:工业自动化测控技术及工业自动化仪表与系统;科学测试、分析技术及科学仪器;人体诊疗技术及医疗仪器;信息计测技术及电测仪器(主要是电子测量仪器和电工测量仪器,包括仪表校验装置和计量基准);专用检测技术及各类专用测量仪器;相关传感器、元器件、材料及技术。 二、近两年仪器科学与技术学科领域科技和产业发展的主要特点及趋势 根据仪器科学与技术学科的内涵和组成,目前仪器科学与技术学科领域科技和产业发展的总体特点是:学科领域面对的产品种类和品种多样化;学科领域产品的稳定性、可靠性和适应性要求很高;技术指标和功能不断提高;最先应用新的科学研究成果,高新技术大量采用;仪器及测控单元微小型化、智能化日趋明显,要求仪器及测控单元可独立使用,也可嵌入式使用和联网使用;仪器测控范围向立体化、全球化扩展,测控功能向系统化、网络化发展;便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。 学科领域科技发展的总体趋势是利用各学科最新科技成果,特别是结合材料、微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科及大规模集成电路、微纳加工、网络等各种新技术,在研发仪器仪表相关新型传感器、元器件和材料及技术基础上,开发新的微弱信号敏感、传感、检测、融合技术,物质原子、分子级检测技术,复杂组成样品的联用分析技术,生命科学的原位、在体、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性检测技术,创建各类新型检测仪器仪表;结合系统论、控制论的发展,在开发工业自动化测控的在线分析和控制、原位分析和控制、高可靠性、高性能和高适用性等技术基础上,发展工业自动化仪表和控制系统;结合生命科学、人体科学的发展,在开发医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术基础上,发展医疗仪器;同时跟踪新学科领域和各类应用领域的发展,开发各种专用、快速、自动化检测和计量技术及专用仪器仪表。 学科领域产业发展的总趋势是企业非常重视科技进步,尽量在新产品中采用各种高新技术及其形成的新型传感器、新型器件(特别是超大规模集成专用电路)及新材料,并采用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)以缩短新产品开发周期。国际上仪器科技产品的发展趋势是微型化、数字化、智能化、集成化和网络化进一步向纵深发展,并在产品性能上向高精度、高可靠性、高环境适应性目标前进,在人机界面上更便于人的操作、使用,以及与人类生活、健康有关的各类仪器科技产品有望得到较大的发展并进入家庭,通过家庭、社区、医院联网将使保健、疾病诊治从医院向社区、家庭发展。 下面根据仪器科学与技术学科的组成,分别描述学科一些主要领域近两年科技和产业发展的主要趋势 (一)近两年工业自动化测控技术及工业自动化仪表和控制系统领域科技和产业发展的主要趋势[color=#33333
电化学学科发展趋势
在未来的5-10年内应重点围绕如下科学问题创造性地开展工作: 一 移动式电源和再生式能源是当今能源发展中的重要方面 1.高性能储氢/制氢和储锂新体系以及聚合物电解质中氢离子和锂离子的传输机理2.直接型燃料电池新体系和生物燃料电池;3.用轻元素及其化合物组成储/产氢材料及可充电多电子过渡金属化合物电极; 4.超级电容器和氧化还原液流电池等特殊电化学储电装置; 5.质子膜燃料电池的成流机理和衰退机理和新型质子膜材料;6.(公交)车用动力电池的衰退机理和循环及再生回收; 7.基于光电化学原理的新光伏电池体系和电池运行新型机制。 二 发展各类材料(特别是绿色化材料)的电化学制备新方法对持续发展具有重要意义 1.电化学方法制备新型环境友好和生物医用材料; 2.新型低能耗的电化学制备材料方法; 3.基于电化学原理的新型微米/纳米加工方法; 4.基于离子液体体系的电化学新方法等;5.材料保护、防腐、循环使用(包括材料表面处理)的电化学新方法。 三 基于生命体系中广泛存在(电解质)水和各类电荷传输的特点,电化学在生命领域所扮演的重要角色将日益凸现 1. 生物膜与仿生界面的电荷传输、物质传输与能量转换以及生物膜内源性电场的实验和理论; 2. 生命活动过程中的电生理现象(肌肉、神经、脑等等)的电化学机制探索; 3. 研究生物大分子的电子传递机制及分子间弱相互作用的(谱学)电化学方法; 4. 对细胞各种行为的影响和控制的电化学方法; 5. 生命活动过程电活性粒子(物质)的定向有序专一的传递、传导或转移。 四 电化学在信息和环境领域中的最大挑战是在微芯片、微传感器和微系统制造方面的研究工作 1.芯片、微传感器和微系统制造过程中的电化学技术和理论 2.结合微系统技术制备微电解池和微电池体系以及组合电化学体系; 3.基于微系统技术的电化学传感器微型化和集成化;4.超分子化学、自组装、分子印迹和分子遗传学等在电化学传感器的应用; 5.电化学法制备纳米器件或分子器件的探索。 五 电化学在以上学科交叉领域中所面临的挑战也对于电化学自身发展和解决本学科重大问题带来难得机遇 1.复杂电化学相界(如三相界、固-固、膜-液、液-液等)的结构、性质与过程; 2.微米/纳米尺度上的复杂(限域)电化学体系和相关过程的实验和理论方法; 3.复杂体系(凝聚相、膜、超微孔、凝胶)中的离子/电子输运过程的理论与实验; 4.电化学方法与现代物理表征技术和生物技术相结合的实验与理论等。