引言：研究人員正在致力于開發(fā)先進(jìn)的泡沫、涂料、金屬和其他物質(zhì)使我們的房屋，汽車和電子產(chǎn)品更節(jié)能和環(huán)保。

　　制造業(yè)的未來取決于一系列技術(shù)突破，如機(jī)器人，傳感器和高性能計(jì)算，等等。但是材料制造商使用什么性能的材料和如何來制備這些設(shè)備將具有非常的影響。新材料改變生產(chǎn)過程和最終使用結(jié)果。

　　《科學(xué)美國人》特別報(bào)道“如何制造下一個(gè)大突破”中，展示了幾個(gè)正在研發(fā)的新材料幫助發(fā)明家和工程師開發(fā)下一代技術(shù)。這些成分包括超絕緣氣凝膠宇航服、建筑工程中的高韌性混凝土布料和可代替有毒塑料的復(fù)雜天然高分子材料。

　　然而，先進(jìn)材料的陣容只觸及表面。例如，汽車制造商正在開發(fā)多孔聚合物和強(qiáng)度高、比鋼輕的新型鋼合金，使車輛更安全、更節(jié)能。環(huán)保企業(yè)家開發(fā)菌基包裝材料作為可降解泡沫塑料的替代品。

　　下面的幻燈片介紹一些材料，是制造商終有一天會(huì)用于來制造我們使用東西。

　　仿生學(xué)塑料：
 

　　在家蠅和蚱蜢堅(jiān)硬的外骨骼中發(fā)現(xiàn)了一種自然昆蟲表皮，它有足夠輕的重量保證飛行，足夠薄以保障彈性和足夠的強(qiáng)度以保護(hù)它的身軀。這種表皮能夠在不增加重量或體積的情況下給軀體提供保護(hù)。哈佛大學(xué)生物工程研究所工程研究員發(fā)現(xiàn)了一種稱之為Shrilk 的新材料以復(fù)制昆蟲表皮的強(qiáng)度、耐用性和多功能性。Shrilk,之所以這樣命名是因?yàn)檫@種材料包含了從廢棄的蝦殼（shrimp shells）和蠶絲（silk）蛋白的蛋白質(zhì)中提取出的殼質(zhì)，能夠用來制備可以迅速降解的垃圾袋，包裝袋和尿布。

　　作為一種異常堅(jiān)硬，具有生物相容性的材料，它也能夠被用于需要承受高載荷的傷口縫合，比如在疝修補(bǔ)或者用作組織再生的支架。

　　超薄鉑：
 

　　將來，氫燃料電池汽車可作為清潔的交通工具，但他們?nèi)匀话嘿F的部分原因是他們使用貴金屬鉑，促進(jìn)電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能。快速而低成本的一種新方法沉積超薄層鉑，可減少燃料電池中使用的金屬催化劑，從而大大降低成本。當(dāng)前應(yīng)用石墨烯鉑的主要方法--原子層沉積，低效而復(fù)雜。根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院準(zhǔn)則，新方法則廉價(jià)且容易實(shí)現(xiàn)。從本質(zhì)上講，鉑在溶液中溶解，是通過交替正負(fù)電壓在單原子層中沉積。通過重復(fù)可快速且輕松地構(gòu)建任意原子層厚度。上圖是鉑超薄薄膜層在金上沉積5秒鐘后的掃描電鏡顯微鏡圖。深色區(qū)域是未覆蓋鉑的金襯底。

　　更便宜和更輕的碳纖維：
 

　　未來的汽車需要高強(qiáng)度，重量輕的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)來提高汽車效率和運(yùn)行里程，但是低成本也是取得市場(chǎng)成功的充分條件。一個(gè)由國家實(shí)驗(yàn)室，和在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的碳纖維技術(shù)中心工作的產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界工作人員共同組成的團(tuán)隊(duì)正在致力于克服降低碳纖維成本的挑戰(zhàn)。美國能源局撥給了橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室3500萬美元的經(jīng)費(fèi)來建立和運(yùn)行這個(gè)碳纖維技術(shù)中心。這其中包括了一個(gè)年產(chǎn)能25噸新碳纖維材料的小規(guī)模試驗(yàn)場(chǎng)。上圖是用于制備碳纖維的聚合樹脂。

　　大型磁鐵：
 

　　稀土材料因?yàn)榫邆浞浅：玫拇盘匦裕瑢?duì)于制備風(fēng)力渦輪機(jī)，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車以及家用電子器件至關(guān)重要。但是同時(shí)他們也具有價(jià)格敖貴和來源單一（只有中國有）的特點(diǎn)。然而，根據(jù)美國電子能源公司的消息，電動(dòng)機(jī)使用磁鐵將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，一個(gè)很小尺寸的燒結(jié)的稀土磁體便能夠產(chǎn)生非常強(qiáng)大的磁場(chǎng)，這使制造商能夠制備更小和更輕的汽車成為可能。這家公司已經(jīng)與美國特拉華大學(xué)研究人員合作以尋找一種能夠?qū)⑾⊥链盆F的電阻率提高至少30%的制備工藝。他們的目標(biāo)是利用電阻率增加的磁鐵即使在汽車高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率損失。上圖便是塊狀的鍍鎳的釹磁鐵，是世界上使用最廣泛的一種稀土磁鐵之一。