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盘点2017最具潜力20大新材料

广州鸿凯机械科技有限公司  2018-01-26  点击916次

材料工业是国民经济的基础产业,尤其新兴材料,将会给工业带来革命性的变革。新材料是材料工业发展的先导,是重要的战略性新兴产业。21世纪的今天,科技革命迅猛发展,新材料产业升级、材料更新换代步伐加快。以下总结了2017年最具潜力的20大新材料。


特种纤维

特种纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途,或具有特殊功能的化学纤维。这些纤维大都应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。


特种纤维分别具有不同的特殊性能,如耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能。


柔性电极材料

柔性电极是将电子器件制作在柔性或可延性塑料或薄金属基板上的电子技术。柔性电极可作为可穿戴电子器件。也就是说,如果成功,以后,我们带有「智能」的衣服或者体内的供电设备就不会再被僵硬的电路掣肘了。


全息膜

透明全息投影膜拥有独一无二的透明特性,在保持清晰显像的同时,能让观众透过投影膜看见背后景物。画质100%清晰亮丽,非凡超薄境界,绝无空间设限。有此神奇效果,得益于在国际市场上首次发表的综合衍射图(hologram)技术的实际应用,是国际上首次实现在无论光源是否充足的情况下,皆能透过正面及背面两侧同时、多角度直接观看影像的划时代专利技术投影膜。


全像彩色滤光板结晶体(HCFC)为核心材料,融合纳米技术,材料学、光学、高分子等多学科成果和制备加工技术,以有机材料、无机纳米粉体和精细金属粉体为原料,生产而成。轻薄内部蕴含先进的精密光学结构,以达致高清晰、高亮度的完美显像。


微格金属

微格金属(microlattice)材料是由连通中空管构成的3D多孔聚合物材料,中空管壁厚度不足人体头发直径的千分之一。它其中的金属微点阵是由相互连接的空心支柱组成;每支柱的直径~100um,壁厚100um,全部结构的99.99%为空气;表观密度为0.9g/cm3,是一种合成的多孔极轻3D开放式蜂窝聚合物结构金属材料。


量子金属

由俄罗斯远东联邦大学、俄罗斯科学院远东分院的科学家与日本东京大学的同行组成的国际研究团队近日合成了世界上首例量子金属。远东联邦大学发布消息称,这种新材料具有以多晶硅为衬底的双层铊原子结构,当温度低于零下272摄氏度时,变为超导材料。


实验表明,二维系统在转变为绝缘体或超导体的同时,仍可保持正常的金属态。这种不寻常的状态被称为量子金属或玻色金属。研究人员将继续对这种合成材料的电子特性进行深入研究。


超固体

超固体(Supersolid)是一种空间有序(比如固体或晶体)的材料,但同时还具有超流动性。换句话说,超固体同时具有固体和流体的特性。当量子流体,比如 He-4 冷却到某特征温度以下时,He-4 将经历超流转变,进入一个零黏性的态。这个转变被认为与发生玻色-爱因斯坦凝聚有关。


超固体是回到1969年由俄罗斯物理学家首先预测的。他们假设在某些条件下,氦-4同位素可以同时显示固体和液体特性。


超高温陶瓷

超高温陶瓷材料(Ultrahigh-Temperature Ceramics,简称UHTCs)最早由美国空军开发,主要指高温环境(2000℃以上)和反应气氛中(如原子氧环境)能够保持化学稳定的一种特殊材料,通常包括硼化物、碳化物、氧化物在内的一些高熔点过渡金属化合物,由上述化合物组成的多元复合陶瓷材料统称为超高温陶瓷材料。


过渡金属硫化物

TMDCs是具有MX2型的半导体,M代表过渡金属(如Mo、W等),X代表硫族元素(如S、Se、Te)。TMDCs的研究历史非常悠久,1923年Linus Pauling就确定了其结构,到1960s已经发现了超过60种TMDCs。1986年,单层的MoS2被首次合成,进一步推进了2D-TMDCs的研究。


锡烯

单层锡原子构成的厚度小于0.4纳米的二维晶体——锡烯,可在常温下达到100%导电率的超级材料,其导电性只存在于材料的边缘或表面,而不是内部。当拓扑绝缘体只有一层原子厚的时候,它的边缘导电性就会达到完美的100%。远胜近年来热议的石墨烯,可实现室温下无能量损耗的电子输运。


新型透明导电材料

美国宾州州立大学研究人员选择了一种电子间相互作用大于其动能的材料,由于电子强关联作用,电子能“感觉”到彼此,从而使其性质类似于“液体”,而不是没有相互作用的“气体”。这种电子“液体”仍然非常导电,但是可见光波段的反射却大大降低,从而提高了透明度。


第三代半导体

碳化硅、氮化镓、氧化锌、氮化铝等宽紧带半导体材料。具有宽的禁带宽度,高的击穿电场,高的热导率,高的发光效率,高的电子饱和速率及高的抗辐射能力。更适用于制作高温高频、抗辐射及大功率器件。


4D打印材料

所谓的4D打印,比3D打印多了一个“D”也就是时间维度,人们可以通过软件设定模型和时间,变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。准确地说4D打印是一种能够自动变形的材料,直接将设计内置到物料当中,不需要连接任何复杂的机电设备,就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。


4D打印最关键是记忆合金。4D打印由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发的,是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。大小形状可以随时间变化。


金属氢

金属氢是液态或固态氢在上百万大气压的高压下变成的导电体。导电性类似于金属,故称金属氢。 金属氢是一种高密度、高储能材料,之前的预测中表明,金属氢是一种室温超导体。


金属氢内储藏着巨大的能量,比普通TNT炸药大30─40倍。2017年1月26日, <<科学>>杂志报道哈佛大学实验室成功制造出金属氢[1]。2017年2月22日,由于操作失误,这块地球上唯一的金属氢样本消失了。


高熵合金

高熵合金概念由台湾科学家叶均蔚于1995年提出的。高熵合金含有多种主要元素,每种元素介于5%-35%之间。传统金属则是以一种元素为主,而高熵合金是多元素共同作用的结果。所以高熵合金是一种颠覆数千年以来的合金制备方法。与传统合金相比,高熵合金表现出更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐辐照等等。


硼墨烯

硼墨烯是一种不同寻常的材料,因为它在纳米尺度表现出很多金属特性,而三维硼或者散状硼都只是非金属半导体。因为硼墨烯同时具有金属性和原子厚度,从电子产品到光伏发电都具有广泛的应用可能性。导电属性具有方向性,较高的拉伸强度。


锂空气电池

锂空气电池,也称为锂-O2,有望使用质轻的方法改变本世纪的能源存储方式。他们有很大的潜力,比目前为手机和平板电脑供电的锂离子电池的能量高五倍。它甚至可能成为可充电电池,高达1000瓦时/公斤,所需要的仅是氧气。这种电池可以用于燃料电动汽车和储存太阳能板和风力涡轮机产生的电能。


量子隐形材料

“量子隐形”材料制作成衣服,透过反射穿衣者身边的光波,可以使得穿着这种衣服的人达到“隐形”的效果。通过折射周围光线来实现“完全隐形”。“量子隐形”材料完全可以在不借助其他技术的情况下实现隐形,甚至可逃过红外望远镜和热力学设备的追踪。


冷沸材料

随着温度的下降而依次呈现固态、液态和气态。聚集态的冷沸材料愈热强度愈高,冷沸金属材料最高耐受温度可达10200 ℃,在常温及高温时均可保持电超导和磁超导特性;冷沸非金属材料可耐7400 ℃ 的高温,是优秀的耐磨和阻磁材料。


冷沸材料的优异性能可以用于研制一系列前未有的航空航天发动机和飞行器、超级机械和电子设备,引发新一轮的工业科技革命。


时间晶体

时间晶体是一种四维以上的空间晶体晶格,在时空中拥有一种超短程的周期性结构运动。时间晶体的主特质是超对称粒子的超对称破缺即CPT破坏,并粒子组合在空间轴线做非平移运动,揭示了‘超额外维度’粒子的客观存在。


可以将它看作是一只可以永远保持走时精确无误的钟,即便是在宇宙达到热寂之后也是如此。2012年初,时间晶体的理论由诺贝尔物理学奖得主麻省理工学院物理学家弗兰克·维尔泽克提出,并在2017年10月31日由中国科学家在自然界的物质中首次‘发现’时间晶体的天然真实存在。


光子晶体

光子晶体是由周期性排列的不同折射率的介质制造的规则光学结构。具有速度快、静止质量为零、彼此间不存在相互作用、具有电子所不具备的频率和偏振等特征;建立了光子的能带理论,打开了控制光的传播及光与物质相互作用的新领域—凝聚态物理和光学的新交叉领域;创造了一种人工设计的新材料---光子半导体;为发展新型光子器件奠定了物理基础。


反光镜、放大器、弯曲光路、超棱镜、激光器、非线性开关、光子纤维和发光二极管等基于光子晶体的全新光子学器件相继被提出。在新的纳米技术、光计算机、激光器、光子器件、芯片、光通讯、生物等前沿和较差领域具有广泛的应用前景。