最新未來二十大最具有潛力新材料盤點

材料工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)，是重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。今天，科技革命迅猛發(fā)展，新材料產(chǎn)品日新月異，產(chǎn)業(yè)升級、材料換代步伐加快。新材料技術(shù)與納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)相互融合，結(jié)構(gòu)功能一體化、功能材料智能化趨勢明顯，材料的低碳、綠色、可再生循環(huán)等環(huán)境友好特性倍受關(guān)注。

盡管很多新材料離產(chǎn)業(yè)化還有很大距離，但他們的使用價值在未來一定會凸顯出來。那么未來最有潛力的新材料都有哪些呢？

石墨烯

石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料。石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀?！?/p>

有趣的是，石墨烯誕生并沒有使用“高大上”的科學(xué)技術(shù)，而是由英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家用透明膠帶從石墨晶體上“粘”出來的。

石墨烯目前最有潛力的是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。據(jù)相關(guān)專家分析，用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。而近日，美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，在特定情況下，石墨烯能夠被轉(zhuǎn)化成具有獨特功能的拓撲絕緣體。這一研究發(fā)現(xiàn)，有望帶來一種制造量子計算機的新方法。

其次，石墨烯能助力超級電容器、鋰離子電池的發(fā)展。據(jù)相關(guān)資料顯示，加入石墨烯材料，同等體積的電容可擴充5倍以上的容量，而鋰電池電極中加入石墨烯則可大幅度提高其導(dǎo)電性能。此外，石墨烯還可應(yīng)用于電路、觸摸屏、基因測序以及制造出羽翼般超輕型飛機、超堅韌防彈衣等領(lǐng)域。

碳纖維

隨著低碳經(jīng)濟的不斷發(fā)展，碳纖維產(chǎn)品的需求也將不斷攀升。碳纖維強度大、密度低、線膨脹系數(shù)小等特性使之在飛機制造等軍工領(lǐng)域、汽車和醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域、高爾夫球棒和自行車等體育休閑領(lǐng)域備受追捧。

而十八屆三種全會改革軍隊和國家安全機構(gòu)的決定，增強了采購國防裝備和安防設(shè)備的預(yù)期，這為碳纖維行業(yè)的發(fā)展帶來利好。中國軍用領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求一直很大，作為現(xiàn)代戰(zhàn)略武器必不可少的新材料之一，碳纖維及其復(fù)合材料大量用于戰(zhàn)略導(dǎo)彈、隱身戰(zhàn)機、現(xiàn)代艦艇以及非殺傷性武器等方面。

輕型合金

十二五期間，中國將重點發(fā)展高強輕型合金材料。該項工程目標為，到2015年，關(guān)鍵新合金品種開發(fā)取得重大突破，形成高端鋁合金材30萬噸、高端鈦合金材2萬噸、高強鎂合金壓鑄及型材和板材15萬噸的生產(chǎn)能力。2014年，是高強輕型合金達到該工程目標的沖刺年，其沖刺成果值得期待。

鈦合金，是一種在現(xiàn)代高端武器中占領(lǐng)重要位置的輕型合金。據(jù)資料顯示，近年來我國批量生產(chǎn)的軍用飛機機體和發(fā)動機用鈦質(zhì)量合計占比達25%，而F-22鈦合金占比更是高達41%。鈦金屬由于具有高強度、延展性好、耐腐蝕、無磁性等優(yōu)越性能，被廣泛用于航空航天、化工、石油、電力等領(lǐng)域。

除鈦合金之外，輕型合金還主要包括鋁合金和鎂合金。鋁合金使用較早，如今普及程度也較高，在汽車、輪船等領(lǐng)域經(jīng)常出現(xiàn)。而鎂合金是實用金屬當中質(zhì)量最輕的，是汽車實現(xiàn)輕量化最重要的新材料之一。

碳納米管

碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。

碳納米管除了作為模具，在內(nèi)部填充金屬、氧化物等物質(zhì)外，還可用于納米結(jié)構(gòu)電子器件、熱電材料、電池電極材料、低溫高靈敏度傳感器，生物分子載體、催化劑載體等領(lǐng)域。

超導(dǎo)材料

超導(dǎo)材料是在特定溫度下，電阻消失的材料。超導(dǎo)材料并不罕見，在我們生活中很多材料，如鋁、鈣、硫、磷等都具有超導(dǎo)特性，只是要實現(xiàn)這些材料的超導(dǎo)性就必須要達到臨界溫度、超高壓等極端條件。

近年來，超導(dǎo)材料所具有的零電阻、完全抗磁性和隧道效應(yīng)三個特性，使之在全世界廣受關(guān)注。其最廣為人知的用途是用在電力網(wǎng)上，由于無電阻，電力網(wǎng)中損耗為零，將可以節(jié)省10%-20%因輸送而造成的電力損耗。

半導(dǎo)體材料

最近，數(shù)字家居以及物聯(lián)網(wǎng)的崛起惠及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。據(jù)市場研究公司IHSiSuppli報告顯示，2013年，家電半導(dǎo)體市場增幅達到12%，規(guī)模達到26億美元，去年這一數(shù)字為23億美元。除此之外，半導(dǎo)體材料涉及的產(chǎn)業(yè)主要包括集成電路、LED、太陽能光伏等。

功能薄膜

功能薄膜屬于先進高分子材料的一種，其種類較多，應(yīng)用領(lǐng)域各異，在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中扮演重要角色。目前，被看好的功能薄膜主要有光學(xué)薄膜、光伏薄膜、鋰電池隔膜、水處理滲透膜、高阻隔包裝膜等。

智能材料

你想象過有一天手機揣在兜里就能充電嗎？英國的科學(xué)家利用智能材料滿足了人們的這一愿望。

英國沃達豐手機公司和南安普頓大學(xué)合作研制一種便捷式充電器，只要將手機與褲袋內(nèi)的接駁頭相連即可充電。而該短褲是用智能面料聚合泡沫物料制成，它的作用是能將人體運動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成電能。

一般認為，智能材料擁有七大功能，包括傳感功能、反饋功能、信息識別與積累功能、響應(yīng)功能、自診斷能力、自修復(fù)能力和自適應(yīng)能力。而這七大功能正好切合了時下火熱的可穿戴設(shè)備以及4D技術(shù)，此外該材料在醫(yī)療、軍工、建筑等領(lǐng)域也具有巨大的潛力。

生物材料

生物材料主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，目前利用生物材料已經(jīng)生產(chǎn)出除大腦以外的人體所有的器官。在市場上已經(jīng)有的產(chǎn)品包括人工眼角膜、心臟支架、心臟起搏器、人工硬腦膜等等。

特種玻璃

特種玻璃包含的光伏玻璃和超薄玻璃兩個子行業(yè)也迎來發(fā)展先機。隨著移動設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對高性能玻璃的需求也越來越大，其中包括用于各種平板顯示器件的平板玻璃，用于光的折射、透射等方面的傳光玻璃。此外，微晶玻璃還應(yīng)用在太陽能基板、集成電路基板和人工骨齒等方面。

氣凝膠

突破性：高孔隙率、低密度質(zhì)輕、低熱導(dǎo)率，隔熱保溫特性優(yōu)異。

發(fā)展趨勢：極具潛力的新材料，在節(jié)能環(huán)保、保溫隔熱電子電器、建筑等領(lǐng)域有巨大潛力。

主要研究機構(gòu)（公司）：阿斯彭美國，W.R. Grace，日本Fuji-Silysia公司等

富勒烯

突破性：具有線性和非線性光學(xué)特性，堿金屬富勒烯超導(dǎo)性等。

發(fā)展趨勢：未來在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、天體物理等領(lǐng)域有重要前景，有望用在光轉(zhuǎn)換器、信號轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲等光電子器件上。

主要研究機構(gòu)（公司）：Michigan State University，廈門福納新材等。

非晶合金

突破性：高強韌性、優(yōu)良的導(dǎo)磁性和低的磁損耗、優(yōu)異的液態(tài)流動性。

發(fā)展趨勢：在高頻低損耗變壓器、移動終端設(shè)備的結(jié)構(gòu)件等。

主要研究機構(gòu)（公司）：Liquidmetal Technologies， Inc.，中科院金屬所，比亞迪股份有限公司等。

泡沫金屬

突破性： 重量輕、密度低、孔隙率高、比表面積大。

發(fā)展趨勢： 具有導(dǎo)電性，可替代無機非金屬材料不能導(dǎo)電的應(yīng)用領(lǐng)域；在隔音降噪領(lǐng)域具有巨大潛力。

主要研究機構(gòu)（公司）：Alcan（美國鋁業(yè)），Rio Tinto，Symat，Norsk Hydro等

離子液體

突破性：具有高熱穩(wěn)定性、寬液態(tài)溫度范圍、可調(diào)酸堿性、極性、配位能力等。

發(fā)展趨勢：在綠色化工領(lǐng)域，以及生物和催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

主要研究機構(gòu)（公司）：Solvent Innovation公司，巴斯夫，中科院蘭州物理研究所，同濟大學(xué)等。

納米纖維素

突破性：具有良好的生物相容性、持水性、廣范圍的pH值穩(wěn)定性；具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，和很高的機械特性等。

發(fā)展趨勢：在生物醫(yī)學(xué)、增強劑、造紙工業(yè)、凈化、傳導(dǎo)與無機物復(fù)合食品、工業(yè)磁性復(fù)合物方面前景巨大。

主要研究機構(gòu)（公司）：Cellu Force公司（加拿大），US Forest Service（美國林務(wù)局），Innventia公司（瑞典）等。

納米點鈣鈦礦

突破性：納米點鈣鈦礦具有巨磁阻、高離子導(dǎo)電性、對氧析出和還原起催化作用等。

發(fā)展趨勢：未來在催化、存儲、傳感器、光吸收等領(lǐng)域具有巨大潛力。

主要研究機構(gòu)（公司）：埃普瑞，AlfaAesar等

3D打印材料

突破性：改變傳統(tǒng)工業(yè)的加工方法，可快速實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成型等。

發(fā)展趨勢：革命性成型方法，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型和快速加工成型領(lǐng)域，有很大前景。

主要研究機構(gòu)（公司）：Object公司，3DSystems公司，Stratasys公司，華曙高科等。

柔性玻璃

突破性：改變傳統(tǒng)玻璃剛性、易碎的特點，實現(xiàn)玻璃的柔性革命化創(chuàng)新。

發(fā)展趨勢：未來柔性顯示、可折疊設(shè)備領(lǐng)域，前景巨大。

主要研究機構(gòu)（公司）：康寧公司，德國肖特集團等。

自組裝（自修復(fù)）材料

突破性：材料分子自組裝，實現(xiàn)材料自身“智能化”，改變以往材料制備方法，實現(xiàn)材料的自身自發(fā)形成一定形狀和結(jié)構(gòu)。

發(fā)展趨勢：改變傳統(tǒng)材料制備和材料的修復(fù)方法，未來在分子器件、表面工程、納米技術(shù)等領(lǐng)域有很大前景。

主要研究機構(gòu)（公司）：美國哈佛大學(xué)等