新材料領(lǐng)域

    2017年態(tài)勢(shì)總結(jié)

    先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料3D打印化進(jìn)程加速

    科技強(qiáng)國(guó)紛紛推進(jìn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料3D打印化進(jìn)程。美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成功開(kāi)發(fā)出可3D打印的航空級(jí)碳纖維復(fù)合材料，為未來(lái)3D打印碳纖維在航空領(lǐng)域廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。西門(mén)子開(kāi)發(fā)出可耐受1250℃高溫的3D打印金屬燃?xì)鉁u輪葉片，將葉片的研發(fā)時(shí)間縮短了近90%，極大降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本。美國(guó)哈佛大學(xué)使用陶瓷泡沫墨水3D打印出輕質(zhì)高強(qiáng)材料。美國(guó)加州大學(xué)科學(xué)家3D打印出高強(qiáng)度鋁合金，其強(qiáng)度與鍛造材料相當(dāng)。

    新能源材料不斷取得重大突破

    全球環(huán)境問(wèn)題日益突出，可替代傳統(tǒng)石化能源的新型材料更受關(guān)注，太陽(yáng)能電池、儲(chǔ)氫與超導(dǎo)等技術(shù)不斷取得新進(jìn)展。如美國(guó)能源部伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出“無(wú)序”結(jié)構(gòu)的鋰電池陰極材料，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電池容量都有較大提升。美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校開(kāi)發(fā)出名為“交叉共晶合金”（IdEA）的新型陽(yáng)極材料，可幫助縮小鋰電池體積或?qū)㈦姵厝萘刻嵘齼杀丁Ｃ绹?guó)北卡羅萊納州立大學(xué)研制出硼摻雜碳基超導(dǎo)體材料，將超導(dǎo)臨界溫度由11開(kāi)爾文提升至37-57開(kāi)爾文。

    疊子芯片材料成為研發(fā)熱點(diǎn)

    隨著量子計(jì)算與量子通信技術(shù)的飛速發(fā)展，量子芯片材料研究受到全球廣泛關(guān)注。中國(guó)科技大學(xué)與日本國(guó)立材料研究所合作開(kāi)發(fā)出新型二硫化鉬二維材料半導(dǎo)體量子晶體管，為制備柔性量子芯片提供了新途徑。美國(guó)普渡大學(xué)、麻省理工學(xué)院和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等科研機(jī)構(gòu)合作研制出鎳酸釤“量子材料”，或可推動(dòng)模仿人類大腦的新算法研究。美國(guó)斯坦福大學(xué)研制出能在室溫下操作的量子芯片材料，包括一種量子點(diǎn)和兩種“色心”，使量子處理裝置向?qū)嶋H應(yīng)用跨出一大步。

    新型半導(dǎo)體材料和顯示材料繼續(xù)強(qiáng)勢(shì)發(fā)展

    在顯示材料方面，德國(guó)弗勞恩霍夫研究所的科研人員開(kāi)發(fā)出純石墨烯OLED電極的制備工藝，可用于制作新一代觸摸屏材料、太陽(yáng)能電池板等高端產(chǎn)品。韓國(guó)LG和三星向德國(guó)OLED材料開(kāi)發(fā)商 Cynara投資2500萬(wàn)歐元，以支持其開(kāi)發(fā)涵蓋全系列色彩的有機(jī)發(fā)光材料。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)和陶氏電子材料公司開(kāi)發(fā)出既能發(fā)光又能感光的新型多功能納米LED。在半導(dǎo)體材料方面，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)成功在硅襯底上生成氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)。美國(guó)萊斯大學(xué)研究人員通過(guò)氟改性，將二維六方氮化硼從絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體材料。中科院物理研究所、半導(dǎo)體研究所與浙江大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)成功研制了滿足高壓碳化硅（SiC）電力電子器件制造所需的4-6英寸SiC單晶生長(zhǎng)爐關(guān)鍵裝備。

    2018年趨勢(shì)展望

    先進(jìn)信息技術(shù)變革新材料開(kāi)發(fā)過(guò)程

    人工智能技術(shù)對(duì)新材料開(kāi)發(fā)的推動(dòng)作用初步顯現(xiàn)，如美哈佛大學(xué)研究人員借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法，利用“廢棄”數(shù)據(jù)成功預(yù)測(cè)新材料的合成。美哈弗福德學(xué)院和普渡大學(xué)利用人工智能預(yù)測(cè)制備亞硒酸鹽晶體的反應(yīng)條件，其準(zhǔn)確度高于有十余年經(jīng)驗(yàn)的材料化學(xué)家。量子計(jì)算技術(shù)在新材料開(kāi)發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)得到驗(yàn)證，如IBM公司科學(xué)家利用其研發(fā)的全新算法，成功在7量子位系統(tǒng)中模擬出氫化鈹（BeH12）分子。2018年，隨著人工智能與量子計(jì)算等先進(jìn)信息技術(shù)的發(fā)展與成熟，新材料模擬和預(yù)測(cè)速度將大大加快，新材料的開(kāi)發(fā)過(guò)程或?qū)a(chǎn)生顛覆性的改變。

    綠色、環(huán)保、高效和低碳成為新材料發(fā)展的主題

    當(dāng)前，環(huán)境問(wèn)題持續(xù)發(fā)酵，世界各國(guó)正努力推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和綠色經(jīng)濟(jì)。在這一背景下，開(kāi)發(fā)低能耗、可循環(huán)使用、可生物降解以及環(huán)境負(fù)荷低等性能的新材料得到了全球科研機(jī)構(gòu)與科技企業(yè)的廣泛關(guān)注。2018年，與綠色經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展直接相關(guān)的新材料的研發(fā)與商業(yè)化進(jìn)程將持續(xù)加速，生物醫(yī)用材料和節(jié)能環(huán)保材料等新材料的開(kāi)發(fā)將受到廣泛重視。3D打印技術(shù)在仿生材料、醫(yī)用材料、航空航天器件、新武器、可穿戴器件等領(lǐng)域?qū)?huì)獲得飛速發(fā)展。

    材料與物理、化學(xué)、生物、信息等多學(xué)科交叉融合加劇

    隨著生物醫(yī)用材料、信息材料、新能源材料等新材料的持續(xù)開(kāi)發(fā)，以及人工智能和量子計(jì)算在新材料研發(fā)中的加速應(yīng)用，材料與其他學(xué)科將廣泛交叉融合，多學(xué)科交叉在材料創(chuàng)新中的作用將進(jìn)一步凸顯。2018年，新材料與其它高技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的交叉融合將開(kāi)創(chuàng)新局面，顛覆性前沿新材料的研究和應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)展。

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責(zé)任編輯：王元

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