2019年最具潛力20大新材料

石墨烯

石墨烯是目前發現的最薄、最堅硬、導電導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”,科學傢甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀。”

有趣的是,石墨烯誕生並沒有使用“高大上”的科學技術,而是由英國曼徹斯特大學的兩位科學傢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矽的替代品,制造超微型晶體管,用來生產未來的超級計算機。據相關專傢分析,用石墨烯取代矽,計算機處理器的運行速度將會快數百倍。而近日,美國麻省理工學院的科學傢通過研究發現,在特定情況下,石墨烯能夠被轉化成具有獨特功能的拓撲絕緣體。這一研究發現,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、鋰離子電池的發展。據相關資料顯示,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電性能。此外,石墨烯還可應用於電路、觸摸屏、基因測序以及制造出羽翼般超輕型飛機、超堅韌防彈衣等領域。

碳纖維

2019年最具潛力20大新材料

而十八屆三種全會改革軍隊和國傢安全機構的決定,增強瞭采購國防裝備和安防設備的預期,這為碳纖維行業的發展帶來利好。中國軍用領域對碳纖維的需求一直很大,作為現代戰略武器必不可少的新材料之一,碳纖維及其復合材料大量用於戰略導彈、隱身戰機、現代艦艇以及非殺傷性武器等方面。

輕型合金

十二五期間,中國將重點發展高強輕型合金材料。該項工程目標為,到2015年,關鍵新合金品種開發取得重大突破,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,是一種在現代高端武器中占領重要位置的輕型合金。據資料顯示,近年來我國批量生產的軍用飛機機體和發動機用鈦質量合計占比達25%,而F-22鈦合金占比更是高達41%。鈦金屬由於具有高強度、延展性好、耐腐蝕、無磁性等優越性能,被廣泛用於航空航天、化工、石油、電力等領域。

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、輪船等領域經常出現。而鎂合金是實用金屬當中質量最輕的,是汽車實現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,六邊形結構連接完美,具有許多異常的力學、電學和化學性能。

碳納米管除瞭作為模具,在內部填充金屬、氧化物等物質外,還可用於納米結構電子器件、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、催化劑載體等領域。

超導材料

2019年最具潛力20大新材料

近年來,超導材料所具有的零電阻、完全抗磁性和隧道效應三個特性,使之在全世界廣受關註。其最廣為人知的用途是用在電力網上,由於無電阻,電力網中損耗為零,將可以節省10%-20%因輸送而造成的電力損耗。

半導體材料

最近,數字傢居以及物聯網的崛起惠及半導體產業的蓬勃發展。據市場研究公司IHSiSuppli報告顯示,2013年,傢電半導體市場增幅達到12%,規模達到26億美元,去年這一數字為23億美元。除此之外,半導體材料涉及的產業主要包括集成電路、LED、太陽能光伏等。

功能薄膜

功能薄膜屬於先進高分子材料的一種,其種類較多,應用領域各異,在戰略新興產業中扮演重要角色。目前,被看好的功能薄膜主要有光學薄膜、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裡就能充電嗎?英國的科學傢利用智能材料滿足瞭人們的這一願望。

英國沃達豐手機公司和南安普頓大學合作研制一種便捷式充電器,隻要將手機與褲袋內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生的能量轉化成電能。

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、響應功能、自診斷能力、自修復能力和自適應能力。而這七大功能正好切合瞭時下火熱的可穿戴設備以及4D技術,此外該材料在醫療、軍工、建築等領域也具有巨大的潛力。

生物材料

生物材料主要應用在醫學上,目前利用生物材料已經生產出除大腦以外的人體所有的器官。在市場上已經有的產品包括人工眼角膜、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也迎來發展先機。隨著移動設備產業的發展,對高性能玻璃的需求也越來越大,其中包括用於各種平板顯示器件的平板玻璃,用於光的折射、透射等方面的傳光玻璃。此外,微晶玻璃還應用在太陽能基板、集成電路基板和人工骨齒等方面。

氣凝膠

2019年最具潛力20大新材料

發展趨勢:極具潛力的新材料,在節能環保、保溫隔熱電子電器、建築等領域有巨大潛力。

主要研究機構(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特性,堿金屬富勒烯超導性等。

發展趨勢:未來在生命科學、醫學、天體物理等領域有重要前景,有望用在光轉換器、信號轉換和數據存儲等光電子器件上。

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

非晶合金

突破性:高強韌性、優良的導磁性和低的磁損耗、優異的液態流動性。

發展趨勢:在高頻低損耗變壓器、移動終端設備的結構件等。

主要研究機構(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。

發展趨勢: 具有導電性,可替代無機非金屬材料不能導電的應用領域;在隔音降噪領域具有巨大潛力。

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

離子液體

突破性:具有高熱穩定性、寬液態溫度范圍、可調酸堿性、極性、配位能力等。

發展趨勢:在綠色化工領域,以及生物和催化領域具有廣闊的應用前景。

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

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值穩定性;具有納米網狀結構,和很高的機械特性等。

發展趨勢:在生物醫學、增強劑、造紙工業、凈化、傳導與無機物復合食品、工業磁性復合物方面前景巨大。

主要研究機構(公司):Cellu Force公司(加拿大),US Forest Service(美國林務局),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、高離子導電性、對氧析出和還原起催化作用等。

發展趨勢:未來在催化、存儲、傳感器、光吸收等領域具有巨大潛力。

主要研究機構(公司):埃普瑞,AlfaAesar等

3D打印材料

突破性:改變傳統工業的加工方法,可快速實現復雜結構的成型等。

發展趨勢:革命性成型方法,在復雜結構成型和快速加工成型領域,有很大前景。

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

柔性玻璃

突破性:改變傳統玻璃剛性、易碎的特點,實現玻璃的柔性革命化創新。

發展趨勢:未來柔性顯示、可折疊設備領域,前景巨大。

主要研究機構(公司):康寧公司,德國肖特集團等。

自組裝(自修復)材料

突破性:材料分子自組裝,實現材料自身“智能化”,改變以往材料制備方法,實現材料的自身自發形成一定形狀和結構。

發展趨勢:改變傳統材料制備和材料的修復方法,未來在分子器件、表面工程、納米技術等領域有很大前景。

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