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前沿科学动态|2017新材料技术发展盘点!

2018年01月08日 11:42  点击:[]

新材料技术的发展不仅促进了信息技术和生物技术的革命,而且对制造业、物资供应以及个人生活方式产生重大的影响。 材料技术的进步使得“芯片上的实验室”成为可能,大大促进了现代生物技术的发展。新材料技术的发展赋予材料科学新的内涵和广阔的发展空间。

量子金属 

突破性: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合成了世界上首例量子金属。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。这种不寻常的状态就被称为量子金属或玻色金属。研究表明,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℃时,变为超导材料。通过观察这种非正常的物质状态,科学家有望对二维电子系统(二维金属)温度接近绝对零度时的行为(是否仍然是金属态以及是否会 传导电流)一探究竟。

发展趋势:超低温导电性、正常金属存在于两个维度状态的可能性研究。

研究机构:俄罗斯远东联邦大学、日本东京大学。

超固体 

突破性:超固体(Super solid)同时具备固体与流体特征,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。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。

发展趋势:在超固态,空位将成为相干的实体,可以在剩下的固体内不受阻碍地移动,就像超流一样。而玻色爱因斯坦凝聚体是一种出现在超冷温度下的奇异物态,在如此低的温度下原子的量子特性变得极其明显,展现出明显的波动性。

主要研究机构(公司):宾夕法尼亚州立大学、瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)、美国麻省理工学院(MIT)等。

超高温陶瓷 

突破性:超高温陶瓷通常是指能在2000℃以上有氧气气氛灯苛刻环境条件下仍然照常使用的最耐热的高级陶瓷,主要是IV B、VB族过渡金属的硼化物、碳化物及其复合材料。目前,超高温陶瓷在温度达到1600℃时仍具有较好的抗氧化性。

发展趋势:航空航天领域、军工武器领域。超高温陶瓷材料主要用于高超音速导弹、航天飞机等飞行器的热防护系统如翼前缘、端头冒以及发动机的热端,是难熔金属的最佳替代者,时超高温领域最有前途的材料。

主要研究机构(公司):美国Sandia National Labs、英国伦敦帝国理工学院、航天703所、中材山东工陶院、中科院金属所、中科院上硅所、哈工大、西工大等。

过渡金属硫化物 

突破性:过渡金属硫化物(TMDC)低成本、具有简单二维结构,是可比肩石墨烯的超级创新材料。过渡金属硫化物通常由钼或钨形成,例如硒或者碲与硫元素构成。它们具有相当简单的二维结构。由于其相对成本较低,并且更易于制成非常薄而稳定的图层,同时具有半导体特性,因此过渡金属硫化物(TMDC)也成为光电子学领域 的理想材料。

发展趋势:数字电子领域。如果电子和真空洞被从一个外部环路注入过渡金属硫化物,当它们相遇时就会再次组合然后释放光子。这种光电相互转化的能力使得过渡金属硫化物有望被用于利用光传输信息、用作微小的低功率光源,甚至激光。

主要研究机构(公司):中国科学技术大学、北京航空航天大学、中国石油大学、中国石油天然气集团公司催化重点实验室等。

微格金属 

突破性:超轻,99.99%部分都是空气,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,具有声学、振动和冲击能量抑制,非常坚硬,压缩50%张力之后能够完全恢复,具有超级高能量吸收能力。

发展趋势:电池电极、催化剂载体,未来航空飞行器制造,微格金属材料可以确保美国宇航局降低深太空探索航天器40%质量,这对于未来旅行至火星和其它星球至关重要。

主要研究机构(公司):Boeing。

第三代半导体 

突破性: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。

发展趋势:更高集成度的电子器件,光电子器件、电力电子器件,蓝光LED,OLED,照明、新能源汽车、导弹、卫星等。

主要研究机构(公司): 姆、三菱电机、松下电器,Cree、Bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic,日本的Nippon、Sixon,芬兰的Okmetic,德国的SiCrystal,TDI、Kyma、ATMI、Cree,日亚(Nichia)、Matsushita、索尼(Sony)、 东芝(Toshiba)。

4D打印材料 

突破性: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。即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。4D打印最关键是记忆合金。

发展趋势:家具制造以及最终的宇宙航天和建筑领域。

主要研究机构(公司):斯特塔西有限公司,麻省理工学院。

金属氢 

突破性: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。

发展趋势:能量密度最高的化学燃料料(如:火箭燃料),航天级新概念武器,发电储能材料,可能为常温超导体,新火药,潜在的聚变应用价值。

主要研究机构(公司):哈佛大学,爱丁堡大学。

高熵合金 

突破性:高熵合金由多种含量相近的主元混合而成,由于主元数增多,混合熵增加,混产生独特的高熵效应,并抑制金属间化合物和其他有序相的生成。元素间不同的尺寸和结合力,导致了合金具有晶格畸变和缓慢扩散效应,保证了合金强硬;凝固过程中保留的大量缺陷和能量,使得铸态的合金即保留了很大的残余能量,有利于孪晶等的发生,变现出一系列优异的和特殊的力学行为;多种主元,保证了合金的钝化层复杂,耐腐蚀性能优越,等等。高熵合金在机械性能、耐腐蚀、耐磨损、磁学性能、 抗辐照、低温性能等方面都很优异。

发展趋势:工业制造,航空航天,电子电器等领域。

主要研究机构(公司):北卡罗莱纳州立大学,卡塔尔大学,浙江大学,北京科技大学。

硼墨烯 

突破性: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。

发展趋势:航空航天,纳米级电子设备,微型机械设备等领域。

主要研究机构(公司):美国能源部阿贡国家实验室、西北大学和纽约州立大学石溪分校,美国布朗大学,清华大学。

锂空气电池 

突破性:-氧电池或锂空气电池能量密度是锂离子电子的10倍,被业界誉为“终极电池”。理论上这样的能量密度可使电动车续航能力接近传统汽油汽车,电动汽车只充一次电就能从伦敦驶到爱丁堡,而且锂空气电池的成本和重量只有现在市面上销售的电动汽车所使用的锂离子电池的1/5。

发展趋势:航空航天,电子电器,动力汽车等领域。

主要研究机构(公司):日本产业技术综合研究所,日本学术振兴会(JSPS),剑桥大学,美国IBM。

特种纤维 

突破性: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。例如,TeflonTFE®,Nomex®,Kermel®,Kevlar®,Torayca®。

发展趋势:航空航天,交通,装备,体育休闲,通信,机械,化工,国防军工等领域。

主要研究机构(公司):杜邦,东丽,帝人,东洋纺,东华大学,天津工业大学大学,北京化学研究所。

柔性电极材料 

突破性:目前万物智能的发展方向来说,穿戴式设备将会越来越普及,开发一种导电性和拉伸性极佳的高分子材料,可用于可拉伸塑料电极。这种柔性电极也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。

发展趋势:触摸屏、显示器、薄膜太阳能电池。

主要研究机构(公司):斯坦福大学,东华大学,华南先进光电子研究院先进材料研究所,大连化物所。

全息膜 

突破性:可提供空中动态显示,清晰显像的同时,能让观众透过投影膜看见背后景物,又能与互动软件组合,产生三位立体互动影像,是观者产生身临其境,玩转空间的感觉,具有高清晰、耐强光、超轻薄、抗老化等无可比拟的众多优势。

发展趋势: 分子级别的纳米光学组件:全像彩色滤光板结晶体(HCFC)为核心材料,融合纳米技术,材料光、光学、高分子等多学科成果生产而成。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。成像效果卓越画面晶莹剔透,材料简约纤薄传播设计深蕴。 用于电子器件、光学薄膜。

主要研究机构(公司)Excelite, Multiway,Mindiamart, ACF Technology, 上海奥德思智能科技有限公司。

 

                                    来源:新材料在线


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