新材料領域

    2017年態(tài)勢總結

    先進結構材料3D打印化進程加速

    科技強國紛紛推進先進結構材料3D打印化進程。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室成功開發(fā)出可3D打印的航空級碳纖維復合材料，為未來3D打印碳纖維在航空領域廣泛應用奠定了基礎。西門子開發(fā)出可耐受1250℃高溫的3D打印金屬燃氣渦輪葉片，將葉片的研發(fā)時間縮短了近90%，極大降低了產品的開發(fā)成本。美國哈佛大學使用陶瓷泡沫墨水3D打印出輕質高強材料。美國加州大學科學家3D打印出高強度鋁合金，其強度與鍛造材料相當。

    新能源材料不斷取得重大突破

    全球環(huán)境問題日益突出，可替代傳統石化能源的新型材料更受關注，太陽能電池、儲氫與超導等技術不斷取得新進展。如美國能源部伯克利國家實驗室開發(fā)出“無序”結構的鋰電池陰極材料，結構穩(wěn)定性和電池容量都有較大提升。美國德克薩斯大學奧斯汀分校開發(fā)出名為“交叉共晶合金”（IdEA）的新型陽極材料，可幫助縮小鋰電池體積或將電池容量提升兩倍。美國北卡羅萊納州立大學研制出硼摻雜碳基超導體材料，將超導臨界溫度由11開爾文提升至37-57開爾文。

    疊子芯片材料成為研發(fā)熱點

    隨著量子計算與量子通信技術的飛速發(fā)展，量子芯片材料研究受到全球廣泛關注。中國科技大學與日本國立材料研究所合作開發(fā)出新型二硫化鉬二維材料半導體量子晶體管，為制備柔性量子芯片提供了新途徑。美國普渡大學、麻省理工學院和阿貢國家實驗室等科研機構合作研制出鎳酸釤“量子材料”，或可推動模仿人類大腦的新算法研究。美國斯坦福大學研制出能在室溫下操作的量子芯片材料，包括一種量子點和兩種“色心”，使量子處理裝置向實際應用跨出一大步。

    新型半導體材料和顯示材料繼續(xù)強勢發(fā)展

    在顯示材料方面，德國弗勞恩霍夫研究所的科研人員開發(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、太陽能電池板等高端產品。韓國LG和三星向德國OLED材料開發(fā)商 Cynara投資2500萬歐元，以支持其開發(fā)涵蓋全系列色彩的有機發(fā)光材料。美國伊利諾伊大學和陶氏電子材料公司開發(fā)出既能發(fā)光又能感光的新型多功能納米LED。在半導體材料方面，美國伊利諾伊大學成功在硅襯底上生成氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管結構。美國萊斯大學研究人員通過氟改性，將二維六方氮化硼從絕緣體轉變?yōu)榘雽w材料。中科院物理研究所、半導體研究所與浙江大學等科研機構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單晶生長爐關鍵裝備。

    2018年趨勢展望

    先進信息技術變革新材料開發(fā)過程

    人工智能技術對新材料開發(fā)的推動作用初步顯現，如美哈佛大學研究人員借助機器學習算法，利用“廢棄”數據成功預測新材料的合成。美哈弗福德學院和普渡大學利用人工智能預測制備亞硒酸鹽晶體的反應條件，其準確度高于有十余年經驗的材料化學家。量子計算技術在新材料開發(fā)方面的優(yōu)勢得到驗證，如IBM公司科學家利用其研發(fā)的全新算法，成功在7量子位系統中模擬出氫化鈹（BeH12）分子。2018年，隨著人工智能與量子計算等先進信息技術的發(fā)展與成熟，新材料模擬和預測速度將大大加快，新材料的開發(fā)過程或將產生顛覆性的改變。

    綠色、環(huán)保、高效和低碳成為新材料發(fā)展的主題

    當前，環(huán)境問題持續(xù)發(fā)酵，世界各國正努力推進可持續(xù)發(fā)展和綠色經濟。在這一背景下，開發(fā)低能耗、可循環(huán)使用、可生物降解以及環(huán)境負荷低等性能的新材料得到了全球科研機構與科技企業(yè)的廣泛關注。2018年，與綠色經濟和可持續(xù)發(fā)展直接相關的新材料的研發(fā)與商業(yè)化進程將持續(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發(fā)將受到廣泛重視。3D打印技術在仿生材料、醫(yī)用材料、航空航天器件、新武器、可穿戴器件等領域將會獲得飛速發(fā)展。

    材料與物理、化學、生物、信息等多學科交叉融合加劇

    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)開發(fā)，以及人工智能和量子計算在新材料研發(fā)中的加速應用，材料與其他學科將廣泛交叉融合，多學科交叉在材料創(chuàng)新中的作用將進一步凸顯。2018年，新材料與其它高技術和新興產業(yè)的交叉融合將開創(chuàng)新局面，顛覆性前沿新材料的研究和應用將進一步擴展。

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責任編輯：王元

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