目前和未来，围绕材料全寿命成本及其控制技术，有以下几个方面的核心科技问题：

1、材料使役行为的预测、设计与控制

通过对材料组织结构性能关系的清楚认识，对材料的性能进行准确预测，进而实现精确的工艺控制和材料设计；

2、材料高效循环利用

3、材料结构功能一体化

4、材料分析检测技术

一、材料使役行为的预测、设计与控制

这是对材料成分——结构——组织——性能关系的清楚认识基础上，通过理论与计算准确预报新材料的组分、结构和性能，在微观、介观、宏观层次上进行材料设计和制备，从而开发出具有精准多级结构、体现设计性能的新型材料。

它可以帮助人们创新材料和大大减少材料研发和测试成本的时间。这是人们追求的长远目标。

材料设计可以按照研究对象设计的空间尺度而大致划分为三个层次：微观设计层次，其尺度在纳米量级，即所谓原子、电子层次的设计；连续模型层次，尺度在微米量级，材料被当作连续介质；连续模型的层次，尺度在微米量级，材料被当作连续介质；工程层次设计，尺度对应于宏观材料，涉及大块材料与零件的加工过程和使用性能的设计研究。

目前材料设计的途径主要有以下几个方面

材料数据库的建立；

基于多层次的理论知识建立微观结构参数与性质的定量关系；

材料生态设计的理论和方法；

材料的计算设计、建模与仿真、虚拟制造与加工；

材料寿命与使役行为预测；

材料设计与专家系统;

基于设计专家系统；

基于第一性原理的计算。

二、材料高循环利用

材料高循环利用：以“减量化、再利用、资源化”为原则。

“减量化”

是指在材料生产和应用的过程中，尽可能地减少资源消耗和废弃物的产生，核心是提高资源利用效率。

“再利用”

是指材料多次使用或者修复、翻新、再制造后继续使用，尽可能地延长材料的使用周期，防止过早地成为垃圾

“资源化”

原则是指将材料废弃物最大限度地转化为资源，变废为宝，化害为利，既可以减少自然资源的消耗，又可以减少污染物的排放。

三、材料结构功能的一体化

通常，材料按用途分成结构材料和功能材料。

在材料使用的过程中，结构材料主要是利用其强度、韧性、力学及热力学等性质。

功能材料主要是利用其声、光、电、磁、热等性能。

先进材料的发展趋势之一就是功能材料与器件相结合，并趋于小型化与多功能化，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。

“结构功能一体化”的设计思想，正是充分发挥了复合材料的多组分、多相结构的特点，通过选择具有适当光、电、磁、热响应特性的敏感材料作为其中的一个或者多个组分，可以在不过分增加材料制造或者加工成本的情况下，使复合材料在保持其所设定的力学性能参数的同时获得所需的功能特性。

陶瓷材料的结构功能一体化和多功能化主要体现在几个方面

1、通过陶瓷材料本身微结构的控制实现陶瓷材料在性能上的多样化。

2、通过多相复合实现陶瓷材料的高性能化或者多功能化。

高分子材料结构功能一体化的发展方向是高分子智能结构系统的开发，实现高分子材料智能传感器和作动器的集成。达到材料损伤的自诊断与自修复，连接神经与计算机的智能系统实现外部信息遥控生命活动等。

建筑材料的一个重要发展方向：多功能化，实现光伏组件、热电组件与建筑材料一体化。

四、材料分析检测技术

材料检测分析评价技术今后重点发展的方向

（一）大型科学装置的应用及相关方法建立

利用先进分析技术并建设相应的实验装置对材料进行更深层次的研究。例如同步辐射和中子散射技术。

（二）新一代显微术及装置的研究与应用

包括更高的分辨率、三维电子显微成像技术、三维X射线显微镜，原位实时结构性能测量等。

（三）具有更高空间和时间分辨率的材料理化性能测量技术

建立能开展更高空间和时间分辨率的材料理化性能测量实验条件，不仅能够在原子尺度原位研究物质微观结构，而且还可以测试材料的各种理化性能。

（四）极端条件下材料的理化性能测量技术

建立材料在超高压、强磁场、高温、极低温等极端条件下的理化性能测试平台和测试方法。

（五）材料性能、寿命预测与失效分析

失效分析是理性地从失败中得到认知的过程，通过失效分析去研究与材料运用有关的各种因素之间的关系，进而得出如何才能最大限度地发挥原有材料的潜在能力、如何去开发更加适用于某些特定条件的新材料，进行高效、安全和环保的各种活动。

（六）制造过程中的在线监测与控制技术

在材料的制备过程中，对材料的化学成分、缺陷分布等进行动态检测。

（七）材料检测评价标准与计量标准物质研制

现有很多标准方法（国标、行标），但其发展远跟不上新材料的研究，缺失的是高新材料的分析方法，限制了新材料的研究。

材料检测技术的发展趋势：主要表现在微型化、智能化、计算机化，网络化以及远程实时在线化等。