最新未來二十大最具有潛力新材料盤點

材料工業是國民經濟的基礎產業，新材料是材料工業發展的先導，是重要的戰略性新興產業。今天，科技革命迅猛發展，新材料產品日新月異，產業升級、材料換代步伐加快。新材料技術與納米技術、生物技術、信息技術相互融合，結構功能一體化、功能材料智能化趨勢明顯，材料的低碳、綠色、可再生循環等環境友好特性倍受關注。

儘管很多新材料離產業化還有很大距離，但他們的使用價值在未來一定會凸顯出來。那麼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」，科學家甚至預言石墨烯將「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矽的替代品，製造超微型電晶體，用來生產未來的超級計算機。據相關專家分析，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家通過研究發現，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，有望帶來一種製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、觸控螢幕、基因測序以及製造出羽翼般超輕型飛機、超堅韌防彈衣等領域。

碳纖維

隨著低碳經濟的不斷發展，碳纖維產品的需求也將不斷攀升。碳纖維強度大、密度低、線膨脹係數小等特性使之在飛機製造等軍工領域、汽車和醫療器械等工業領域、高爾夫球棒和自行車等體育休閒領域備受追捧。

而十八屆三種全會改革軍隊和國家安全機構的決定，增強了採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，碳纖維及其複合材料大量用於戰略飛彈、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衝刺年，其衝刺成果值得期待。

鈦合金，是一種在現代高端武器中佔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佔比達25%，而F-22鈦合金佔比更是高達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。

碳納米管除了作為模具，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

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

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注。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，數字家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，家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

你想像過有一天手機揣在兜裡就能充電嗎？英國的科學家利用智能材料滿足了人們的這一願望。

英國沃達豐手機公司和南安普頓大學合作研製一種便捷式充電器，只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製成，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了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。隨著行動裝置產業的發展，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

突破性：高孔隙率、低密度質輕、低熱導率，隔熱保溫特性優異。

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，鹼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、寬液態溫度範圍、可調酸鹼性、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、廣範圍的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、淨化、傳導與無機物複合食品、工業磁性複合物方面前景巨大。

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列印材料

突破性：改變傳統工業的加工方法，可快速實現複雜結構的成型等。

發展趨勢：革命性成型方法，在複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、可摺疊設備領域，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」，改變以往材料製備方法，實現材料的自身自發形成一定形狀和結構。

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

主要研究機構（公司）：美國哈佛大學等

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