一、前言
能源、粮食和材料是人类赖以生存和发展的物质基础。石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料的性质和用途来划分时代。各种现代材料已经成为人类社会发展不可或缺的物质基础。各种化肥、杀虫剂、化纤织物增加了食品和衣物的供应，以满足日益增长的人口需要，各种石油产品为现代化运输提供了足够的动力。化工、冶金工业是我国工业、工业、国民经济的支柱产业，是国家的生存与发展之本。
二、化学、冶金、材料等领域的颠覆
(一)化学工业
从19世纪中期到20世纪中期，化学行业出现了颠覆性的技术，经过了第二次工业革命和两次世界大战。在这段时间里，人类社会的发展速度很快，科技的发展速度很快，人们的生活方式也发生了翻天覆地的变化。石化工业是第二次工业革命中的一个重要领域，它是人类赖以生存的物质基础。这一技术的出现，不仅极大地满足了社会对石油化工的技术和产品的需求，也促进了人民的生活水平的提高[1]；而在化学领域，颠覆性的技术以崭新的方式发展，带来了大量的行业，带来了前所未有的生产力。
(二)冶炼技术
18世纪六十年代，由于机械的出现，导致了世界上最早的一次工业革命。冶金行业分为两大行业：一是黑色冶炼，二是有色冶炼。纵观20世纪冶金工艺的发展，20世纪最具革命性的工艺是氧转炉、连续铸钢，以及用于有色金属冶炼的大型电解铝预焙槽和连续挤压工艺。
(三)物质方面的问题
物质是人类文明和社会进步的物质基础。人们日常所用的一切器具都是由不同的材料制成，随着科技的进步和工业的发展，材料的更新和更新，新的材料层出不穷，新的材料也越来越多。在先进结构材料、生物医用材料、高性能纤维、新能源、无机非金属、稀土、超导材料、传感材料和石墨烯材料等方面，都出现了具有颠覆性的应用。本文通过先进结构材料、生物医学材料、新能源材料等实例，说明颠覆性技术对人类的生活、生产模式的影响。
三、展望
(一)化学工业
在我国经济发展步入“新常态”的今天，我们更注重发展质量、保护环境、节约资源、实现清洁生产、能源和资源的有效利用，开辟重要的基础石化原料资源，是我国石油化工绿色清洁可持续发展面临的主要难题，浆态床渣油加氢转化技术和甲烷直接制烯烃/芳烃技术将会在我国化工领域具有突破性的发展前景。
浆态床渣油加氢工艺是一项既能兼顾经济又能保持洁净的技术，又能使重质原油得到更好的转化，是目前国内炼油界的前沿技术。随着渣油加氢工艺的成熟，将逐渐替代焦化等低产渣油的工艺。在大型工业应用中，渣油的加氢转化技术将会大大提高原油的利用效率，改善产品的洁净度，使炼油行业达到绿色、低碳、转型发展的目的。
目前，甲烷的非氧转化制烯烃/芳烃技术仍在实验室中进行。甲烷直接制取乙烯/芳烃技术，将彻底颠覆传统的以石脑油为原料的乙烯/芳烃生产方式，改变目前的原油产品结构，为我国石化原料来源、满足我国日益增长的石化产品需求，将发挥重要作用。新技术路线的碳利用效率较高，有利于石化厂向绿色、低碳的转变。
(二)冶炼技术
在工业化的末期，由于资源匮乏、能源危机和环境恶化问题日益突出，我国冶金工业的发展面临着严峻的考验。在冶金过程工程学的指导下，扩大冶金生产过程的功能，充分利用其废物消纳-再利用的作用，与其它产业、社会形成循环的经济链条，将“废”为“宝”，既消纳了城市垃圾，又降低了自己的排放；另一方面，寻找垃圾资源化、高值化的方法，既能满足垃圾排放的需要，又能提高垃圾的价值。钢铁工业的循环经济发展模式的实施，将对钢铁生产过程中的废弃物排放、排放形态、冶金企业与城市、社会的关系产生一定的影响。目前大部分钢铁企业已经认可和运用了“绿色生产”的发展理念，但还没有形成颠覆性的影响；在有色冶炼行业，通过采用绿色有色冶炼技术，实现了对原材料的资源化、无害化，对环境污染的影响降至最低。
另外，由于目前钢铁行业的“去产能”趋势，今后的废钢资源会逐渐丰富，而铁矿石资源有限，则是开发和推广电炉技术的资源基础，而新的低碳（废钢）时代的电炉技术将会是一项革新，它将会在中国钢铁工业流程结构、模式与布局、铁素资源消耗、能源消耗、碳排放等方面发挥着巨大作用。
在氧化铝生产中，最具颠覆性的技术是零排放的洁净氧化铝工艺，它在理论上克服了拜耳法对铝土矿铝硅比品位的制约，同时也能用低品位铝土矿来生产氧化铝；其次，赤泥中的钠、铝含量大幅下降，彻底解决了大规模、低成本、无害化、资源化等问题。在此基础上，实现了无污染、无污染、无污染、低成本的模化消纳赤泥工艺。
(三)物质方面的问题
超材料是通过人造结构获得的具有自然材料所没有的超凡特性的人造材料。近年来，超材料已经从电磁、机械、声学、热学、传质等方面发展，出现了一批性能优异、性能独特的超材料。超材料隐身技术将会突破电磁波的反射、吸收等隐形技术，利用超材料的覆盖层来实现电磁绕射的隐形。这种材料能够带来许多新的特性，打破了传统的理论和常识，从而推动了一系列具有革命性的新技术。总之，化工、冶金、材料工程为各行各业提供安全、环保、可靠的绿色环保材料，使人们的生活方式发生了翻天覆地的变化。
三、政策建议
(一)加强基础科研工作
基础理论和创新是颠覆性技术的源泉，没有扎实的基础研究，根本无法掌握颠覆性的技术。在化工、冶金、材料业等领域，要加强应用基础研究，为新材料的涌现和新工艺、新流程的涌现打下了坚实的科技基础[2]。提高化工、冶金、材料等基础研究的竞争力，不仅有助于解决国家和社会发展的重大问题，还能从根本上推动科技创新的发生和发展。
(二)加强学科的交叉研究
人类社会的发展问题日益复杂，单一的学科很难解决，多学科的交叉研究日益受到重视。强调交叉学科的融合，就是要实现跨学科的融合，要在跨学科的基础上，做出具有颠覆性的创新性研究。要彻底打破原来的学科体系，建立一个交叉、开放、共享的学科运作体系，需要各个学科共同努力，共同努力，培养复合型的科研人才。在材料的制造和转换中，应注重工程设计与技术的研究。在化工、冶金、材料等行业，新技术的相互渗透、相互借鉴，推动了各种技术的诞生和发展。
(三)为创新技术创造良好的发展条件
一个革命性的技术，想要突飞猛进，需要大量的技术积累，这是一个漫长的过程，也是一个充满了不确定性的过程。为此，必须强化技术创新的顶层设计，构建具有突破性技术研发的长效机制。建立更加灵活、宽容的颠覆性技术开发环境，并完善科技成果的筛选和评价。鼓励科研工作者敢于挑战权威，敢于挑战权威，宽容失败，自由探索，敢于突破现有技术体制和模式，尝试新的研究方法，激发他们的创造性。为颠覆性技术的诞生创造条件和条件，为颠覆性技术的发展打下坚实的基础。
(四)注重技术的积累和投资
创新技术的发展源于技术的跨越式发展。没有足够的技术储备，即便是找到了关键的技术，也很难取得突破性的进展，所以他们需要做好充分的准备。随着化工、冶金工业的强基工程的深入推进，关键基础材料、先进基础工艺和质量技术基础的缺乏，制约了我国化工、冶金工业的发展，同时也是航空、航天、交通等行业发展的重要短板，因此要以国家重大项目、重大工程的需求为导向，加强化工、冶金与材料领域应用技术的积累，并加大支持力度，特别是对一些冷门的技术创新项目给予优先资助。
(五)确立科学的评价指标
早期预测、识别颠覆性技术是进行颠覆性技术研究的关键，但它的评价标准和方法也是一把双刃剑，用好了可以促进颠覆性技术的发展，用不好就会成为阻碍，甚至是扼杀颠覆性技术的发展。为此，有关部门应加强理论研究，增强前瞻性，逐步确立颠覆性技术的识别、培育机制和评价标准，以适应世界最新发展趋势，采取前瞻性的战略举措。基于我国经济、社会发展的重要需要，以及技术前沿的发展动向，瞄准未来的国际竞争优势，在全球范围内占据科学的制高点，在创新链的前端进行布局。
(六)促进和激励科研工作者的工作热情
人才是我国科技强国建设的关键。“十九大”报告提出，要培育一大批战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才、高层次创新队伍。要使科研工作者的工作热情得到充分发挥，才能形成具有颠覆性的技术，才能使我们在国际上处于领先地位。要激发科技工作者的持续创新活力，加快地改革科研项目的管理体制，减少繁琐的手续，使他们更多地投入到科研中去。要加快科学研究评估和人才评估，避免短期影响。让更多的优秀人才能够脱颖而出，让大学、科研机构拥有更多的自主权，并将更多的决策权交给领军人才。
(七)构建颠覆型技术培育机制，实现“产学研用”相结合
从技术发现到成熟，再到产业化，都是一个漫长的过程，因此，本文提出了一种以企业为主体，“产学研用”相结合的颠覆性技术培养体系；提出设立颠覆性技术发展基金，以扶持有潜力的突破性技术研发，减少公司技术革新的风险；针对具有成熟度的技术，可以通过税收减免、贴息贷款等政策扶持，为颠覆性技术产业化提供有利的条件。
四、结论
化工、冶金和材料产业是利用天然资源进行化学和物理处理，以生产各种材料、化学品和二次能源，以满足人们的幸福生活。然而，在认识上的不足、技术的局限以及短期的利益驱动下，也出现了资源的过度利用和浪费，造成了环境的污染和CO2的过量排放。随着科学技术的发展，人类认识的加深，人类对可持续发展的关注，对化工、冶金、材料等资源的处理提出了更高的要求。近十年来，我国在化工、冶金、材料等方面取得了显著成绩，为我国经济的迅速发展作出了重大贡献。但我们与世界先进国家的差距还很大，要想追赶，就得另辟蹊径。对颠覆技术的深入研究，需要敏锐地发现、捕捉和培养对经济、国防和军事发展有重要影响的技术，才能掌握新技术，掌握新技术，掌握新技术，奠定我国在国际竞争格局中的优势地位。在此基础上，作者对化工、冶金、材料等行业所出现的颠覆性技术及其所造成的冲击进行了梳理，并对其产生和发展的背景与条件进行了分析。根据“愿景驱动”、“问题导向”和“技术趋势”，提出了“化学、冶金、材料工程”等未来颠覆性技术的发展趋势。
参考文献
[1]曹湘洪.面向未来,我国生产汽油的技术路线选择[J].石油炼制与化工,2012,43(8):1–6.
[2]任文坡,李振宇,李雪静,等.渣油深度加氢裂化技术应用现状及新进展[J].化工进展,2016,35(8):2309–2316.
[3]王一德,唐荻,党宁.国外特殊钢产业的特点及发展趋势[J].钢铁,2013,48(6):1–6.
