縱觀（guān）曆史，人類（lèi）社（shè）會生產力的提升、政治軍事的變革，背後往往伴隨著新材料的誕生。可以說，人類文明的變革史，也是一部新材料發現與利用的曆史（shǐ）。近幾十年來，眾多高新技術產業和新興產業的發展，都以新（xīn）材料技術的突（tū）破為（wéi）前提和（hé）基礎，尤其是電子信息材料、新能源材料、生物醫用材料等極大地改變了人們的生（shēng）產生活方式。當前，在全球（qiú）新一輪科技與產業革命的大背（bèi）景下，世界（jiè）主要國家都將發展新材料作為主要的科技（jì）政（zhèng）策之一，旨在（zài）搶占科技與產業發展的製高點。2020年，全球政治經濟形勢（shì）發生了深刻複雜的變化，世界（jiè）經濟重心調整、國際政治經濟（jì）格局加速變化及國際（jì）貿易摩擦持續（xù）上（shàng）演（yǎn），這些給中國新材料產業升級帶來（lái）巨大的挑戰，同時也帶來了新的機遇。在可見的未來，新材料與（yǔ）消費電子、新能（néng）源汽車、人工智能、5G、智慧城市、智能家居及數字經濟等新興產業的發展將會高度融合，新（xīn）材料創（chuàng）新的步伐將會持續加速。
一、世界新材料技術及（jí）產（chǎn）業發展（zhǎn）重要動向
近年來，綠色可持續（xù）發展、生態環保意（yì）識的增強對新（xīn）材料發展提出了更高要求，新（xīn）材料產業加速向高端化、綠色化及智能化方向轉型升級。2020年（nián），在國家政策和下遊市場的雙重推（tuī）動（dòng）下，中國新材料（liào）產業持續保持穩定增（zēng）長的態（tài）勢。據中商產業研究院整理的數據顯示，2019年，中國新材（cái）料產業總產值為4.5萬億元，初步估算2020年全國新（xīn）材料產值超6萬億元。2020年，逆全球化的陰霾依舊（jiù）濃重，針對某些（xiē）國家和地區的科技遏製（zhì）仍在不斷上演，極大（dà）限製了這（zhè）些國家和地區的高技術發展。與此同時，新（xīn）冠肺（fèi）炎疫情的爆發給全（quán）球高技術供應鏈帶來極大威脅。在此背景下，世界各國繼（jì）續保持對新材料研發的（de）高度關注，旨在以此推動電子信息、5G通信、新能源（yuán）和生（shēng）物醫（yī）療等產業的發展變革。
（一）發達國家針對新材料領域展開新一輪布局
當前，世界主要國家普遍麵臨人（rén）口老齡（líng）化、環境資（zī）源惡（è）化及經濟發展緩慢等諸多（duō）挑戰。從全球範圍來看，科技（jì）強國無一不在積極部署人工智能（néng）、先（xiān）進製造、新能源和生（shēng）物醫療等前沿技術領域，致力於通（tōng）過科技（jì）發展解決人口、環境和經濟等方麵（miàn）的難題。新（xīn）材料作為（wéi）發展（zhǎn）前沿（yán）技術的基（jī）礎，更受到世界各國的廣泛重視。2020年，美歐日等科技（jì）強國和地區出（chū）台的科技（jì）戰略或（huò）規劃中，都將（jiāng）新（xīn）材料作為未來（lái）的優先研發事項，以支撐新興產（chǎn）業發展。
（1）美國圍繞材料、化學領域製定新研究計劃
2020年7月，美國國家科學基金會先後宣布向“材料研究科學（xué）與工程中（zhōng）心”和“化學創新中心”合計投入約2.6億美元，旨在通過與跨學科（kē）、多機構的團隊開展合（hé）作（zuò），應對相關領域的挑戰，推動新技（jì）術發展。其中，材料領域正在新建（jiàn）3個新的研究中（zhōng）心，研（yán）究方向包括三大方麵：一是雜化、活性和響應材料，重點是合成具（jù）有自組裝和其他預設計特性的納（nà）米材料，主要方向涉及基於仿（fǎng）生技術和新型（xíng）有機材料製造的納米機器，以及使雜化無機量子材料（liào）用於新的光電電路（lù）或器件；二是極端環境材料，重點是在生物環（huán）境和極端條件下研究合成材料，包（bāo）括研製出能夠承受極端環境的具有空前物理性能的材料；三是生物合成材（cái）料，重點是將工程生（shēng）物與人造聚合物結合，主要方向包括通過強大的計算機係統來理解、預測並最終控製材（cái）料的性質（zhì）（在僅大於分（fèn）子的微觀尺度層麵），以及利用革命性（xìng）生物技術工具來構（gòu）建新的材料類別，使其以（yǐ）有效的方式對周圍環境刺激做出反應等。
此外，在化學領域將向（xiàng）材（cái）料領域3個中（zhōng）心的第2階段資助6000萬美元，研究方（fāng）向同（tóng）樣包（bāo）括三大（dà）方麵：一是合成（chéng）有機電化學，通過新的合成化學、預測理論和（hé）表麵（miàn）化學，探索新型電化學反應在有機合成和材料化學中的應用；二是基因編碼材料，致力於合成受自然“工程（chéng）機械”核糖體啟發的聚合物，使其既具有預設的多樣化序列，又有特定的長（zhǎng）度；三是（shì）可持續納米技術，評估納米技術對環境和（hé）生物分子水平的影響，範圍涉及電池、電子產品和靶向藥物等。
（2）日本、英國持續關注新材料產業發展，致（zhì）力於打（dǎ）造（zào）科技創新優勢
2020年（nián）5月，日本經濟（jì）產業（yè）省發布《2020年日本工業技（jì）術展（zhǎn）望報告》，旨（zhǐ）在重新評（píng）估日本（běn）技術（shù）創新停滯的（de）基本問題，並提出2050年前重要技術的研發方向。該報告指出（chū），一方麵，日本需要進一步提升創新水平，向（xiàng）資源循環型經濟過渡，解決災害、傳染病等（děng）社會問題並（bìng）增強（qiáng）工業競爭力（lì）；另一方麵，近年來日本技術創（chuàng）新狀況（kuàng）並不理想，此次新冠肺炎疫情引起（qǐ）的危機也凸顯出超智能社會（社會5.0）準備的（de）不足。為實現社會5.0，日本經濟（jì）產業省認為應將一定（dìng）資源（yuán）集中於作為所有領（lǐng）域基礎的（de）材料技術領域。
2020年7月（yuè），英國商業、能源與（yǔ）產業戰略部正式啟動“可持（chí）續複（fù）合材料計劃”（Sustainable Composites），著眼於複合材料的（de）全生（shēng）命周期，確（què）保（bǎo）其滿足未來飛機、汽車與風電渦輪機等領域的發展（zhǎn）需要。該計劃將（jiāng）利（lì）用（yòng）英國領（lǐng）先（xiān）的複合材料領域的研究成果和技術（shù）開發能力，實現（xiàn）複合材（cái）料回收再利用行業的快速發展，使英國在這一總價值超過（guò）20億英鎊的市場中取得優勢。具體而言，該計劃一方麵將（jiāng）致力於加快（kuài）英（yīng）國創新複（fù）合材料回收技術的（de）開發，解決當前（qián）複合材料（liào）回收再利用（yòng）難題（tí）；另一方麵將利用蔬菜廢料（liào）、堅果殼和藻類等（děng）生物基材料，製成新（xīn）型可持續發（fā）展的複合材料。
（3）對中（zhōng）國的影響與啟示
新材料是社會進步、經濟發展的基礎，更是保障國家科技安全的關鍵所在，其發展水平對（duì）一個國家而言意義重大（dà）。然而，中國關鍵基礎材料受製於（yú）人的狀況（kuàng）尚未得到徹底改善，“卡脖子”的風險依然（rán）突出。究其原因，主要在於中國新（xīn）材料技（jì）術領域中存在創新機製不合理（lǐ）、產業轉化機製不（bú）完善、工程化（huà）周期長等問題。對此，中國應積極探索新材料的產業技術創新模式，借鑒其他（tā）國家和地區在新（xīn）材料產（chǎn）業技術的創新機製、投資結構及模式（shì）、利益分享機製等方（fāng）麵的經驗，同時要充分結合國內具體現狀，加速建設具有中國特色（sè）的（de）新材（cái）料產業技術創新範式。
此外，新材料種類繁雜、涉及麵（miàn）極廣且各細分新材料領域的發展階段、社會價值也各（gè）不相同，因（yīn）此（cǐ）在創新模式的探索上也要“因材施策”。對於鋼（gāng）鐵、有色、陶瓷、化工和建材等基（jī）礎性、技術成熟度較高的材料，應充（chōng）分發揮市場作用，采取產（chǎn）學研（yán）合作（zuò）型、企業聯盟型模式，推動建（jiàn）立以應用企業投入（rù）為主的研發機製（zhì），圍繞實際需求開展創新活動；對於特種合金、特（tè）種橡膠、碳纖維、半導體材料和特種玻璃等投入較大、回報期（qī）較長的戰略性材料，通過政府采購、軍方采購（gòu）等形式，整合政府、軍方、科研機構和企業資源，構建高效的產（chǎn）用結（jié）合機製，實現研發製造（zào）與產品應用的反複迭代，破解“有材不敢用（yòng）”的難題；對於石墨烯、納（nà）米材料和智能材料等前沿性材料，應強化高校院所的主體作用，發揮政（zhèng）府的引（yǐn）導作用，通（tōng）過搭建（jiàn）平（píng）台，吸引更多的社會力（lì）量參與技術創新及產業化。
（二）美歐韓高度關注原材料供應鏈安全（quán）問題
新材料（liào）在高技術發展中具有支撐性、引（yǐn）領性和顛覆性作用，在發展光電信息、新能源、生物醫療和節能環（huán）保等技術上具有至關重（chóng）要的作用（yòng），是高技術產業供應鏈（liàn）中的關鍵一環。2019年以來，逆全球化浪潮、日韓半導體貿（mào）易摩擦及新冠肺炎疫情等事件相繼爆發，給全球高技術（shù）產業供應鏈帶來巨大壓力。在此背景下，歐、美、韓等發（fā）達經濟體（tǐ）日益重視上遊原材料的供應安（ān）全問題，開始致力於將關（guān）鍵材料的供應分散化、本土化，以避免本國技術產業受製於人，甚至受到毀滅性打擊。
（1）美國開展關鍵材料加工技術創新研究（jiū），以降低稀土材料（liào）對外（wài）依賴
2020年4月，美國能（néng）源部宣布提供1800萬美元的基礎研究（jiū）資助，旨在推動關鍵礦物和稀（xī）土元（yuán）素（sù）供應鏈的（de）研究與開發，保障美國能源和國家安全。該研究將尋求根本性突破方法，提高對美國經濟運（yùn）轉至關重要的稀土（tǔ）元素的可獲得（dé）性或減少其使用量，確保稀土元素及其（qí）有效替（tì）代品的持續供應。該研究關（guān）注方向包（bāo）括以下（xià）3點：一是開展稀土物（wù）理與化（huà）學的理（lǐ）論（lùn）和實驗（yàn）研究，了解（jiě）稀土元素及其電（diàn）子結構在決定材料和分子的物理與化（huà）學性質中的作用，加速材料和分子設計及發現；二是通過假（jiǎ）設驅動研究，開發新的設計和合成方（fāng）法，以改進（jìn）功能，減少（shǎo）或消除稀土元素的使（shǐ）用；三是（shì）利用新的分離原理與方法提高從複雜（zá）混合物（如（rú）礦石加工、礦山尾礦或再生（shēng）材料）中提取稀土的（de）效率。
2020年5月，美國能源部宣布向關鍵礦物與稀土研究領域（yù）增投3000萬美元，重點資（zī）助下一代關鍵材料的提取、分離和處理技術創新，旨在（zài）促進關鍵礦物和稀土元素供應鏈研發，降低美國關鍵原材（cái）料供應鏈中斷的風險。美國能源部希望通過該（gāi）投資推進關鍵原材料供應鏈的（de）研究、開發和部署，以增強美國的國防工業基（jī）礎。
（2）歐盟（méng）反思（sī）關鍵原材料供應問題，對關（guān）鍵原（yuán）材（cái）料短缺發出警報
2020年9月，歐盟委員會修訂了關鍵原材料清單（List of CRMs），將稀土等30種具有重（chóng）大經濟和戰略價值的原材料納入清單，同時公布行動計劃，力求擴大供應商網絡，減少對第三國的依賴。鑒（jiàn）於（yú）關鍵礦產對於歐盟製造業的戰略重要性（xìng），歐盟於2008年就啟動了《原材料倡議》（The Raw Materials Initiative），關鍵原（yuán）材料清單製（zhì）定（dìng）就是該倡議的（de）一項重要成果。自2011年起，歐盟每3年（nián）更新一次關鍵原材料清（qīng）單。與2017年9月更新（xīn）的（de）名單（共計（jì）27種原材料）相比，此（cǐ）次更新的名（míng）單移除了氦，保留了（le）其餘26種原材料，新增了鋰、鍶（sī）、鈦、鋁土礦4種原材料。
歐盟委員會警告稱，歐盟成員國過度依賴關鍵原材（cái）料進口，如（rú）中國承（chéng）擔了歐盟98%的稀土供應，土耳其（qí）承擔了98%的硼酸鹽供應，南非承擔了71%的鉑（bó）供應及比例更高的鉑族金屬供應。過（guò）度依賴原材料進口（kǒu）有可能（néng）威脅到歐盟航空、汽車和新能（néng）源等關鍵行業，並使歐盟（méng）麵（miàn）臨資源豐富國家供應（yīng）鏈緊縮的威脅。此外，歐盟委（wěi）員會提醒，用（yòng）於（yú）製造（zào）電池和可再生能源設備的原材料（liào）短缺，有（yǒu）可能（néng）威脅歐盟到2050年實（shí）現“碳中和”的政治目標。
為擴大（dà）供應商網絡，歐盟委員會同時發布《提升關鍵原材料彈（dàn）性：尋求（qiú）安全可持續的供給之路》（Critical Raw Materials Resilience: Charting a Path Towards GreaterSecurity and Sustainability）報告，擬采取10項具體措（cuò）施，包括組建“原材料聯盟”（European Raw Materials Alliance）。該聯盟的初步目標（biāo）是為了增強歐盟在稀土和磁鐵供應鏈（liàn）中的抗（kàng）風險能力，未來還將（jiāng）擴展到其他原材料領域。此外，歐盟還計劃發展國際戰略合作夥（huǒ）伴關（guān）係，擬於2021年與加拿大、非（fēi）洲相關（guān）國家展開合作，促進（jìn）當地采礦業可（kě）持續發展並承擔社（shè）會責任，滿足歐盟對關鍵（jiàn）原材料的需求。
（3）韓國發布（bù）材料、零組件和（hé）設（shè）備2.0戰略（luè），以削弱對日依賴
2020年7月，韓國政府發布“材料、零組件和設備2.0”（Materials，Parts andEquipment 2.0）戰略，大幅擴充戰略產品的（de）供（gòng）應鏈管理名（míng）錄，促進“製造業回流”，意圖打造（zào）零部件產業強國和尖端產業世界工廠。為此，韓（hán）國政府計劃在2022年（nián）前投資5萬億韓元（yuán），其中包括在2021年先對半導體、生物和未來（lái）汽（qì）車三大產業投入2萬億韓元。同時，韓國政府還將選拔100家具有發展潛力的核心戰略技術龍頭企業進行重點扶持，確保其具有國際競爭力。此外，韓國政府還（hái）將與多家企業、研究所簽署技術研發、招商（shāng）引（yǐn）資的合作協議（yì），助力新政（zhèng）策落（luò）地。
2019年，韓國政府為降（jiàng）低對日（rì）本進口產品的依（yī）賴，在半導體、顯示器等六大領域選定100種關鍵戰略產（chǎn）品，希望通過進口來源多元化、提高國產化程度等方式，確保其供應鏈穩定。根據“材料、零組件和設備2.0”戰（zhàn）略，韓國在此前基（jī）礎上（shàng），增加了與美國、歐洲、中國及印度等相關的戰略產品，總數（shù）增至338種，戰略產（chǎn）品的範疇也在此前的六大領域基礎上增加了生物、能（néng）源和機器人等新興產業（yè）。
（4）對中國（guó）的影響與啟示
新（xīn）材料（liào）幾（jǐ）乎是所有高科技產業鏈的上遊，新材料供應被“卡”住就相當於高科技產業從源頭上（shàng）被“卡脖子”，後果不堪設想。新材料（liào）供應問題主要包（bāo）括兩個方麵：一是關鍵礦產供應安全問題，如鈷礦、稀土礦等戰略價值高（gāo）的原材料對新能源汽（qì）車、電子信息等產業具有重要影響；二是高（gāo）性能關鍵材料（liào）的供應安全問（wèn）題，如半（bàn）導體晶圓、高純（chún）靶材和碳纖維等涉及國計民生的關鍵材料，往往被國際上的少（shǎo）數科技巨頭把控。
近年來，美國對世界多國發起“貿易戰”，相（xiàng）繼在國際組織中“退群”，並在（zài）西方大肆渲染中國威脅論。在此背（bèi）景下，中國關鍵原（yuán）材料安全或將受到非常大的（de）挑戰：一是中國獲取境外（wài）資源的外（wài）部風險不斷增加，存在“源頭斷供”的風險；二（èr）是美歐等國家（jiā）和地區尋求建立原材（cái）料產業聯盟，或給中國關鍵原材料進出口帶來（lái）嚴峻挑戰。當前，新一輪科技革命孕育（yù）興起，正催生（shēng）全球範圍內的新一輪產業競爭。作為新一輪科技革命的（de）動力（lì）之源，關鍵礦產資源（yuán）的國際競爭將越發激（jī）烈，未來甚至可能會重塑（sù）國（guó）家的科技競爭力。對此，中國應從國家戰略層麵（miàn）高度（dù）重視關鍵礦產安全問題，推動關鍵礦（kuàng）產資源安（ān）全與管理研究，從（cóng）加強礦產資（zī）源勘探、提（tí）升循環（huán）利用率、參與全球礦產（chǎn）資源治理等環節，切實保障中國未來關鍵礦產（chǎn）資源的安（ān）全。
（三）先進信息（xī）材料研發進展迅猛，高功率（lǜ）與高效率成為發展重點
縱觀全球，信息產業已成為世界（jiè）科技強國最重要的支柱產業之一。近年來，人工智能、量子信息及大數據等信（xìn）息技術快（kuài）速發展（zhǎn），不斷引領著新興產業的發展方向。2020年，在市場的強勁需求和科技（jì）政（zhèng）策的強（qiáng）力推動（dòng）下，先進信息材料不斷湧現，為人工智能（néng）、量子信（xìn）息和大數據等產業的發展提供了物質基礎。
（1）發達國家研製出新型（xíng）高功率電子（zǐ）器件，推動信息技術快速發展
2020年3月，瑞士洛桑聯邦理（lǐ）工學院功率和寬帶間隙電子研究實驗室（shì）研製出一種由間距20納（nà）米的雙（shuāng）金屬片組成的高功率太赫茲器件。當（dāng）施加10～100伏電壓時，該器件能夠在皮秒內激發高強度“電火花”（等離子體），從而產（chǎn）生高功率、高強度的太赫茲電（diàn）磁波。該技（jì）術結合了納米製造技術和等離子體技術，成功解決了（le）傳統器（qì）件無法同時兼顧（gù）高（gāo）功率和納米尺（chǐ）寸的（de）問題。新型器件具有結構緊湊、成本（běn）低和易於製造等優勢，未來有望廣泛應用於安防、醫療和通信等領域（yù）。
2020年5月，美國海軍研究實驗室（shì）（United States Naval ResearchLaboratory，NRL）研發出一款名為“諧振隧（suì）穿二極管”的新型氮化镓基電子器件。氮化镓基“諧振隧穿二（èr）極管”比傳（chuán）統材料“諧振隧穿二極管”的頻率和輸出（chū）功率都高，其速率快慢的關鍵在於采用（yòng）了氮化镓材料。新型器件利用量子隧（suì）穿效應，使電子以（yǐ）極快的速度傳輸。在隧（suì）穿過程中，電子會穿過物理壁壘，從而產生（shēng）電流。此外（wài），氮化（huà）镓基（jī）“諧振（zhèn）隧穿（chuān）二極管”打破了傳（chuán）統（tǒng）器件的電流輸出與開關速率紀錄，能使應用程序獲取毫米波範圍內的電磁波及太赫茲頻率。目前，研究團隊與俄亥俄州立（lì）大學、懷特（tè）州立大學（Wright State University）聯合致力於繼續改進“諧振隧穿二極管”設計，使其（qí）在不增加電能損耗（hào）的同時（shí）繼續提升電流傳輸速率。
（2）新型（xíng）半導體材料及（jí）器件研發取得突破性進展
2020年（nián）5月，北京大學製備出高密度（dù）高純半導體陣列碳納（nà）米管材料，並在此基礎上首次實現了性能超越同等柵長矽基（jī）互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的晶體管（guǎn）和電路，展現出碳管電（diàn）子（zǐ）學的優勢。碳納（nà）米管集成電路批（pī）量化製備的前提是實現超高半導（dǎo）體純度、順排、高密度及大（dà）麵積均勻的碳納米管陣列薄膜。長期（qī）以來，材料問題的製約導致碳管晶體（tǐ）管（guǎn）和集成電路的實際性能遠低於理論預（yù）期，甚至落後於相同節點的矽基技術至少一個數量級，是碳管電子學領（lǐng）域麵臨的最大技術挑戰。該項工（gōng）作突破了長期以（yǐ）來阻礙碳管電（diàn）子學發展的瓶頸，首次（cì）在實驗上顯（xiǎn）示出碳管（guǎn）器件和集成電路較傳統技術的性能優勢，為推進碳基集成電路的實用化（huà）發展奠定了（le）基礎。
2020年6月，俄（é）羅斯聖彼得堡國立信息技術（shù）、機械學與光學研究型大學宣布開發出世界上最緊湊的綠光半導體激光器。該（gāi）半導體激（jī）光器產生的綠色相幹激光可以很容易地被追（zhuī）蹤到，甚至在光學顯（xiǎn）微鏡下用肉眼就能夠觀測到。新型半導體激光器具（jù）有納米粒子的尺寸，僅為310納米。此（cǐ）外，該激光器納米粒子的新穎設計還可（kě）有效囚禁（jìn）受激（jī）發射的能量，從而（ér）為產生（shēng）激光提供足夠高的電磁場放大率。該項研究對構造光芯（xīn）片、微傳感器和其他使用光作為信（xìn）息傳輸和處理媒介的器件領域的發展具有積極推動作用。
（3）對中國（guó）的影響與啟示
近年來，量子（zǐ）材（cái）料（liào）、二維材料及半導體材料等先進信息材料技術的突破使信息技術發（fā）展（zhǎn）進入了飛躍階段。這些材料的應用將顛覆未來的（de）信息技術和器件，如量（liàng）子計算機（jī）、微納型芯片（piàn）、超級存（cún）儲器及新型圖像（xiàng）傳感器等，在新能源、信息、生物醫療、人工（gōng）智能和航空航天等領域具有非常廣闊的應用前景（jǐng）。中國信息材料雖然占領了中低端領域市場，但（dàn）在高端領域（yù）依（yī）然無法與美日等（děng）發達國家競爭。對此，中國（guó）應從三個（gè）方麵采取措（cuò）施：一是加大對高校、科研院（yuàn）所、企（qǐ）業及公共平台的引導和（hé）支持，不斷積累（lèi）技術經驗，夯實基（jī）礎；二是提高（gāo）自主創新能力和產業核心技術，如突破高端芯（xīn）片製造技術（shù），打（dǎ）破西方的壟斷和封鎖；三是加大基礎研究，開發（fā）各種顛覆（fù）性（xìng）應用技術，實現產（chǎn）業化突破。
（四）顛覆性新材料技術不（bú）斷湧現，帶來高技術產業（yè）新變革
新材料技術的發展與基礎（chǔ）科學理論的突破息息相關。近年來，人工智能、機（jī）器學習及凝聚態物理等領域的發（fā）展，使得許多顛覆性新材料技術不斷湧現，未來有望帶來高技術（shù）產業的新變革。2020年，顛覆性新材料技術主要進展如下。
（1）機器學習技術推動新材料（liào）研發（fā）新（xīn）變革（gé）
2020年（nián）3月，美國能源部勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發出一種（zhǒng）預測材料性能的新方法。該方法旨在利用機器學習技術加速從（cóng）新材料發現到大規（guī）模部署的過程，減少（shǎo）了測試和評估候選材料性能的工作（zuò）量，大幅減少了（le）材料部署的時間（jiān）。以三氨基三硝基苯（TATB）為例（lì），該材料是一種鈍感高（gāo）能炸（zhà）藥（yào），合成反應條（tiáo）件的微小變化就可能引起較大的性能變化。因此，測試和評估TATB材料的性能需（xū）要做大量的工作。新方法利用計算機視覺和機器（qì）學習技術，可對（duì）TATB原材料粉末的掃描電子顯微鏡圖像（xiàng）進行分析，從而避免繁多的物理測試。研究結果表明，與（yǔ）專家評估和儀器分析等常規方法相比，新方法（fǎ）可以減少約24%的預測誤差。
2020年9月，日本（běn）國立材（cái）料科學研究所（National Institute for MaterialsScience，NIMS）研發了一種機器學習工藝（yì），可以製備具有特（tè）定及所（suǒ）需機械性能的鋁合金。鋁合金是一種輕質節能材料，主（zhǔ）要由鋁製成，同時也含有（yǒu）鎂、錳、矽（guī）、鋅和銅等其他元素。各種（zhǒng）元素和製造工藝的組（zǔ）合意味著鋁（lǚ）合金麵（miàn）對各種應力時（shí）的彈性不同。然而，在生產鋁合金（jīn）時需要驗證各種元素與製造（zào）工藝的組合，這（zhè）一（yī）過程（chéng）非常耗時且（qiě）成本昂貴。為解決該問題，研究人員將已知的鋁合金數據庫數據輸入到機器學習模型中，從而訓（xùn）練模型理解合金不同機械性能與（yǔ）不同（tóng）組成（chéng）元素之間的關係，以及與生產（chǎn）過程中應用（yòng）的熱處理（lǐ）類型之（zhī）間的關係。一（yī）旦具（jù）有足夠的數據（jù），該模型就可以預測生產具有特定機械性能的（de）新合金需要何種元素和生產工藝，而（ér）且所有上述工作都無（wú）須人工監督。新工藝有助於加快鋁合金等新材料的研發速率。
（2）前沿新材料技術不斷取得突（tū）破
超（chāo）材料方麵，2020年11月，中國香港城市大學（xué）研究人員采用真空液體填充（chōng）技（jì）術在聚合物薄殼中注入（rù）液態金屬镓（Ga），首次製備了液（yè）態金屬聚合物核殼結構的微點陣力（lì）學超材料。目前的金屬微點（diǎn）陣力學（xué）超材料具有超輕、高比強度等特性，在無（wú）人機機（jī）翼、小微（wēi）型電子器械等領域具有很好的應用前景。但是，這類超材料的（de）韌性較差，在服役過程中容易脆斷失效。中國香港城市大學研發的新型超材料不僅具有良好的韌性，而且充分利用（yòng）低溫度（dù）範圍下液態金（jīn）屬的（de）特性，實現了類似科幻電影中複雜形態液態金屬的自我修複功能，在生物醫療器械、微電子器件及（jí）微型機（jī）器人等領域有巨大應用潛力。
二維材料方麵，2020年9月，受美國DARPA和美國空軍研究實驗室（Air ForceResearch Laboratory，AFRL）等資助，斯坦福大學研究人員利用二維材料製備出超薄異質結構，並表現出優異的隔（gé）熱性能。研究人員以二氧化矽（guī）/矽為襯底，先後沉積（jī）原子層厚度的單層二硒化鎢、二硫（liú）化鉬、二硒化鉬和石墨烯，形成多層超薄異質結構，通（tōng）過向（xiàng）石墨烯層施加電壓，加（jiā）熱異質結構，並用拉曼光譜測量每層材料的溫度。測試結（jié）果（guǒ）顯示，該二維材料異質結構的熱導率與（yǔ）290～360納米厚的二氧化矽相當。該項研（yán）究將（jiāng）促（cù）進二維材料在熱電器件領域的（de）應（yīng）用。該異質結構也有（yǒu）望用作電子器件的超輕隔熱罩。
（3）對中國的影響與啟（qǐ）示
近年來，全球前沿新材料研究熱度持續上升，新材料開（kāi）始實現從基礎（chǔ）支撐到前沿顛覆的（de）跨越。一（yī）些對未來具（jù）有顛覆意義的前沿新材料，如石墨（mò）烯、量子點、超材（cái）料、仿生智能材料、超導材料（liào）、柔性材料及光催化材料等不斷得到開發和應用，產業化進程也在加（jiā）速。美、日、韓等科技強國為搶占新一輪工（gōng）業革命製高點，紛紛製訂了相應的（de）發展計劃和預期目標，並實施相應策略，推進前沿新材料跨越式（shì）發（fā）展。中國前沿新材料的發展基本與（yǔ）世（shì）界同步，特別是近年來中國在引領支持、研發投入、人力資源配置（zhì）及創新體製改革等方麵不斷加大力度，前沿新（xīn）材（cái）料（liào）發（fā）展非常迅猛，某些（xiē）領域已躋（jī）身全球強國（guó）之列。
但同先進國家（jiā）相比，中（zhōng）國前沿新材料在自主創新、新產（chǎn）品開發應用、研究範式變（biàn）革和高端產業化等方麵還有一定差距。對此，中國應對全球前沿材料發展態勢有更充分的認（rèn）識和把握，並重（chóng）點（diǎn）在以下（xià）四個方麵實（shí）現標誌性突（tū）破：一是加（jiā）強（qiáng）材料科技前沿性基礎研究，國家在前沿基礎研究方麵（miàn）應（yīng）發揮引領、支持和協調的重要作用，應確定部門職責，推進跨部門跨領域全麵合作，保（bǎo）證研究規範有序及高效地運作，取得高質（zhì）量、高水平、強時效性（xìng）的研究成果；二是加強創新體係建設（shè），強化戰略（luè）部署和戰略管理，充分（fèn）做（zuò）好（hǎo）新材料研發的頂層設計，培養和打造一批具有國際先（xiān）進水平的研究機（jī）構或高新（xīn）企業，組合人才、資源和（hé）研發基礎等優勢，努力實現一批前沿性新興技術的突破；三是完善產學研機（jī）製（zhì），采取政策導向和財經支持，加速新材料研究成果轉化和產業化（huà）；四是（shì）提高自主創新能力，推（tuī）進研究範式（shì）變革（gé）。
二、高性能結構材料
高性能結構材料是指具有高強度（dù）、高韌性、耐高溫、耐磨損及抗腐蝕等特（tè）殊性（xìng）能的材料，是支撐航（háng）空航天（tiān）、交通運輸、能源動力及（jí）國家重大基礎工程建設等領域的重要物質（zhì）基礎。近年來，高性能結構材（cái）料的發展趨勢主（zhǔ）要有三點：一是輕量化，這與全（quán）球低碳、可持續發展思潮同步；二是結構功能一體化，如具備一定的抗氧化、抗腐蝕和抗輻照等性（xìng）能；三是高性能化，如具備高強度、高韌性。
（一）金屬結（jié）構材料
金屬結構（gòu）材料是指與傳統結構材料相比具備更高的耐高溫性、抗腐蝕性（xìng）和高延展性等特性的新型材（cái）料，主要包括鈦、鎂、鋯（gào）及其合金，鉭铌（ní），硬質材料（liào）等，以及高端特殊鋼、新型鋁材等。2020年，高性能金屬結構材料領域取得以下幾個方麵的進（jìn）展。
（1）鋁合金研（yán）究取得多項突破（pò）
2020年2月，美國（guó）電動車製造商特斯（sī）拉（Tesla）研發出一種新型鋁合金，解（jiě）決了傳統鋁合金（jīn）強度與導電性（xìng）不能兼備的難題。商用鑄造鋁合金可（kě）分為（wéi）兩類，一類具有高強度，另一類具有高導電性。對於某些應用場景（jǐng），如電動汽車內部的部件，要求同時具（jù）有高強度（dù）和（hé）高導電性。此外，由於（yú）需要通過鑄造工藝製備這些電動汽車部件，因此不能使（shǐ）用（yòng）鍛造合金。此次特斯拉借鑒火箭用材的靈感，研發出的壓鑄電動汽車零部件新型鋁合金，屈服強度可達90～150兆帕，導（dǎo）電性（xìng）可以達到40% IACS（國際退火（huǒ）銅標準）至60% IACS，兼具高強度和高導電性。從Model S和Model X車身上采用的大量鋁材可以看出（chū），新鋁合金材料未（wèi）來或可應用到特斯拉旗下產品中。
2020年10月，澳（ào）大利亞莫納什大（dà）學（Monash University）提出一種改進鋁合金疲（pí）勞強度的組織設計新概念——“疲（pí）勞失效”法，即通過修改鋁（lǚ）合金的微（wēi）觀結構使其能自行修複弱點。研究人員稱，高強度鋁合金疲勞性能差的原因是存在“無沉澱區”薄弱環節。該環節中交變應力會（huì）導致材料微塑化（huà）或局部塑化。而塑化會催（cuī）生疲勞裂紋，這些裂紋逐漸擴（kuò）展，最終導致材料斷裂。研究人員使用商用鋁合金，利用在（zài）疲勞早期循環（huán）中注入材料的機械能來修複“無沉澱區”中的弱點，極大地延遲了疲勞（láo）裂紋的產生，使得高強（qiáng）度鋁合金的（de）疲勞壽（shòu）命提高（gāo）了（le）25倍。
（2）美印共同開發高性能（néng）鎂合金，可替代鋼和鋁合金用作汽車、航空零部件
2020年6月，印度理工學院馬德拉斯分（fèn）校（Indian Institute of TechnologyMadras）、美國北（běi）得克薩斯大學（University of North Texas）和美（měi）國陸軍（jun1）研究實驗室的研究人員使用一種含有釓、釔和（hé）鋯等稀土元素的鎂合金，經過熱機械（xiè）加工技術（嚴重塑性變形和老化處（chù）理（lǐ）），共（gòng）同開發（fā）出一種工程鎂（měi）合金。該合金強度高、延展性好，可在（zài）較高的（de）應變速率下實現超塑（sù）性，從（cóng）總體上減少製造時（shí）間、精力和成（chéng）本。同（tóng）時，此類（lèi）合金具有（yǒu）較好的輕量化特性，有助於汽車減重（chóng）從而降（jiàng）低碳排放量（liàng）。研（yán）究人員表（biǎo）示，作為最輕的節能型結構材料，鎂（měi）合金具有強大的潛力，可取代鋼和（hé）鋁合金，用於製造汽車和航空航天零部件。
（3）中美研究（jiū）人員（yuán）合作研發（fā）“超級鋼”，可用（yòng）於製（zhì）造輕（qīng）型汽車和（hé）軍用車（chē）輛等
2020年6月，中國香港大學（University of Hong Kong，HKU）和美（měi）國勞（láo）倫斯伯（bó）克利國家實（shí）驗室（Lawrence Berkeley National Lab，LBNL）的研究團隊通過增加材料屈服（fú）強（qiáng）度，突破了（le）超高強度（dù）鋼的屈服強度（dù）-韌性組合極限，成功研製（zhì）出具備極高的屈服強（qiáng）度、極佳韌性和（hé）良好延展性的“超級鋼（gāng）”。“超級鋼”比目前航空航天（tiān）用的馬氏體鋼效能更高，而成本卻（què）隻有其1/5。此外，研究人員還在“超級鋼”的結構方（fāng）麵取得了重大發現。“超級鋼”通過一種新型“高強度誘導多層分層”增韌機製，具（jù）備了一種獨特（tè）的抗斷裂性特征，其中主斷裂表麵下形成了多個（gè）微裂紋，而微裂紋能夠有效吸收來自外部作用力的能量，使“超級鋼”的韌性高於現有鋼材。該研究成果為實現（xiàn）“超級鋼”的工業（yè）化應用（yòng）奠（diàn）定了基礎，未來有望應用於製造高級防彈衣、高強橋梁纜索以及航空航天（tiān）領域、建築領域的高強螺栓和螺母。
（4）美國利用形狀記憶合金打造火星車車輪
2020年5月，NASA格倫研究中心稱正在開發一種新型形狀（zhuàng）記憶合金（SMA）輪（lún）胎，可滿足未來火星巡視器探索火星表麵複雜地形（xíng）的需（xū）求。該形狀記憶輪胎由網狀（zhuàng）織物金（jīn）屬製（zhì）成，能夠“記住”自己最理想的形狀，可在火星惡劣的環境下實現可逆的材料變形，同時又不犧牲性能。測試結（jié）果表明，SMA輪胎的優（yōu）越抓地力滿足或（huò）超過所有牽引（yǐn）性能的要求，並將賦予巡視器（qì）驅動能力，以跨越不同的地形。未來，研究（jiū）人員將繼續（xù）推進SMA技術的（de）成熟以使其（qí）應（yīng）用於火星車車輪上。
（5）中國研究人（rén）員研發出一種前所未有的（de）輕質量液態金屬材料
2020年2月，中國清華大學研究人員在全球範圍內首次提出“輕質液態金屬（shǔ）”概念（niàn），並發明（míng）了一種前（qián）所未有的輕質量液態金屬材（cái）料。該材料可塑性強、無害（良好的生（shēng）物安（ān）全性）且密度輕，在（zài）溫度調節下能保持良好的材料一致（zhì）性和導電性，並可在完全柔軟和堅硬的狀態之間自由切換，將液態金屬的特性發揮到極致。液態金屬是金屬材料中的新貴，有可能逐漸替代現有（yǒu）的材料，製造出突破性產品（pǐn），將成為繼工程塑料、輕合金之後的第三代新材料，未來（lái）可廣泛應用於消費電子產品、鋰電池、3D打印、柔性（xìng）智能機器和血管機器人等領域。
（二）無機非金屬材料
無機非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物（wù），以及矽酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等（děng）物質組成的（de）材料，常見種類包括二氧化矽氣凝（níng）膠、水泥、玻（bō）璃和陶瓷等。無機非金屬材料是現代材料當中必不可少的，尤其在現代建築中具有不可忽視的地位。2020年，無機非金屬材料領域取得以（yǐ）下幾個方麵（miàn）的進展（zhǎn）。
（1）超輕、超薄、超硬玻璃的問世促（cù）進可折疊設備的發展
2020年1月，美國創（chuàng）新公司Akhan Semiconductor利用金剛石的堅（jiān）硬特性研發出一款名為Miraj的金剛石玻璃，能為可折疊設備製造超輕、超薄（báo）、超硬的屏幕。該玻璃由納米金剛石晶體材料塗裝到玻璃上製成，既可以被噴塗在塑料（liào）（聚合物）片上，也可以被噴塗在沒有經過處理的柔性玻（bō）璃（lí）上，且不會影響玻璃的可折疊性。此（cǐ）外，金剛石玻璃（lí）還具有防水（shuǐ）疏油屬性及（jí）良好的散熱性，可以（yǐ）讓手機保持較低的溫度，從而延長智能手機電池和組件的使用壽命。Akhan Semiconductor公司表示，在智能折疊屏手機上使用金剛（gāng）石玻璃還（hái）有（yǒu）很長的路要走，Miraj玻璃要到下一代柔性玻（bō）璃問世之後才會有發揮的空間。
2020年7月，日本電氣硝子株式會社（Nippon Electric Glass，NEG）成功研發出一款名為Dinorex UTGTM的化學強化（huà）專用玻（bō）璃。該款玻璃厚度僅為25微米（目前全球最薄（báo）的玻璃），表（biǎo）麵平滑、厚度均勻，具（jù）有易彎曲的特性。Dinorex UTGTM玻璃彎曲半徑（jìng）可達1.5毫米，可用於製造折疊顯示屏。長期以來，在生產較薄的化學強化玻璃時，需要對原始厚玻璃板進行薄化處理，而Dinorex UTGTM在玻璃成型工藝中直接生產出較薄的玻（bō）璃板，省去了薄化處（chù）理環節，達到減少有害物質使（shǐ）用量、削減成本的效果。
（2）美（měi）國賓夕法尼亞大學開發出可在火星大氣（qì）中漂浮的輕薄（báo）納米氧化鋁板
2020年4月，美國賓夕法尼亞大學研究人員開發（fā）出可（kě）在火星稀薄大（dà）氣中漂浮的輕薄氧化鋁板。該氧化鋁板內部為中空結構，大量微小的縫隙孔洞分布其中，這些孔洞能夠（gòu）防止裂紋蔓延，從而提升氧化鋁板強度（dù）。當暴露在強光（guāng）下時，氧化鋁板被加（jiā）熱的頂（dǐng）部可與底部形成溫差，引導氣（qì）體從通道的開孔頂部吸入（rù）並從底部排（pái）出，形（xíng）成類似氣墊的懸浮效果。每塊納米氧化鋁板的重量（liàng）僅與（yǔ）一隻果蠅相當，理論上可承載10倍於自重（chóng）的有效載荷。研究人員正研究能夠安裝（zhuāng）在飛板上的小型化學傳感器，進（jìn）一步提高其載重量。
（3）美國（guó）空軍開發出一種可用於製造高溫陶瓷部件的雜化納米材料
2020年8月，美（měi）國萊特·帕特森空軍基地（dì）（Wright-Patterson Air Force Base）開發出一種用於製造陶瓷基複合材料的陶瓷先驅體聚合物接枝納米（mǐ）顆粒（或稱毛（máo）狀納米顆粒）。該顆粒是（shì）一種（zhǒng）混雜材料（liào），由固體納米顆粒內核和圍繞在其周圍像毛（máo）發一樣的聚合物外殼組成，大小相當於一個小型病毒，可用於製備適用（yòng）於噴氣（qì）發動機和高超聲速飛行（háng）器高溫部件的（de）高性能陶瓷纖維和複合材料。新材（cái）料采用了一種含矽無機聚合物，分子結構類似於矽樹脂，但卻是由矽和碳原子構成。當高溫加熱時（shí），這種聚合物中的矽和碳可產生化學反應轉變成碳化（huà）矽陶瓷。以往即使采用最先進的工藝，陶瓷也必須經過6～10次循環滲透才能達到所需密度，而采用（yòng）這種新（xīn）型材料有望將滲透（tòu）循（xún）環次數減少約一半，從（cóng）而實現更快的生產速度和更低的生產成本。
（4）俄羅斯托木斯克理工大學開發出一種新工藝，可以在非真空環（huán）境下生產碳化（huà）鎢、碳化硼等超硬材料（liào）
2020年9月，俄羅斯托（tuō）木斯克理工大學（Tomsk Polytechnic University，TPU）研究人員開發出一種新工藝，可（kě）以（yǐ）在（zài）非真空（kōng）環境下生產碳化鎢、碳化鈦（tài）、碳化矽和碳化硼等超硬（yìng）材料（liào）。新工藝為一種合成（chéng）碳化鎢納米粉的（de）電弧（hú）法，由於在電弧等離子體的產生中使用了特殊形狀的石墨電極，從而（ér）能夠在非真空情況下生成自發自絕緣氣態介質，這極大地簡（jiǎn）化了工藝（yì）過程，並降低（dī）了能源消耗（hào）。該技術（shù）的（de）另一個優點是可以使用（yòng）磨損的鑽頭、用（yòng）過的刀具零件（jiàn）和其他含有碳（tàn）化鎢（wū）的廢料（liào）作為（wéi）合成原料。研究人員表示，目前在（zài）生產效率和經濟性上尚無同類（lèi）的生產技術（shù）。未來，研究人員計劃進一步優化技術工（gōng）藝（yì），將該方法運用到廢物處理方麵。
（三）高分子材料
高分（fèn）子材（cái）料是（shì）由相（xiàng）對分子質量較高的化（huà）合物構成的材料，包括橡膠、塑（sù）料、纖（xiān）維、塗料、膠黏劑和高分子基複合材料。高分子材料因質量輕、強度高、耐溫和耐腐（fǔ）蝕等（děng）優異的性能，廣泛應（yīng）用於航空航天（tiān）、交通運輸、醫療和（hé）消費電子等領域。2020年，高分子材料領域取得以下（xià）幾個（gè）方麵的進展.
（1）美國陸軍開發出先進的雙聚合物3D打印材料
2020年2月，美國（guó）陸軍（jun1）研究實驗室研（yán）究人員采用（yòng）無模熱拉（lā）拔工藝研製出一種由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯與聚碳（tàn）酸酯兩種不同的聚合物組成的雙聚合物長絲。利用該種雙聚合物（wù）長絲可（kě）在現有（yǒu）的低成（chéng）本3D打印機上生產出適用於戰場使（shǐ）用的堅固（gù）零部（bù）件，以便於士兵快速利用耐用的3D打印零部件替換損（sǔn）壞的塑料零部（bù）件。此外，因（yīn）材（cái）料和工藝問題，當前（qián）普遍使用（yòng）的3D打印會出現零部件易碎、機械性能較差、退火過程中發生過度變形等問題。但是，雙聚合物長絲因含有（yǒu）兩（liǎng）種不同熔融溫（wēn）度（dù）的聚合物，被用於打印出固體零部件後可放入烤（kǎo）箱烘烤以（yǐ）提升零部件的強度。
（2）德國研發出一種仿生（shēng）纖維黏合（hé）材料，在保持黏合性的同時具（jù）有超疏液性（xìng）
2020年4月，德國馬克斯·普朗克研究（jiū）所（Max Planck Institute，MPI）受壁虎啟發開發出一種彈性纖維膠黏劑。該膠黏劑結合了蘑菇狀纖維的強黏附性和纖維尖端雙凹（āo）角幾何形狀的疏水性，不僅對低表麵張（zhāng）力液體表（biǎo）現出超強的（de）疏液性，同時又保持了超強的黏合性能。研究人員表示，強疏液性使（shǐ）該纖維膠黏劑能夠有效地黏附到水、油或其他（tā）液體表麵而不會損失黏（nián）合力，如攀爬機器人或（huò）可使用這種黏合材料來攀爬濕玻璃板。此外，該彈性纖維膠黏劑還（hái）具有高度可變形性和拉伸性，能夠抵抗較強（qiáng）程度的物（wù）理作用，大（dà）大擴展了實際應用範（fàn）圍。
（3）中國研製出（chū）一種新型納米纖維素仿生結構材料，綜合性能（néng）突出
2020年5月，中國科學技術大學研究人員成功研（yán）製出一類天然納米纖維素仿生結構材料，解決了傳統結構材料難以兼具高強度與高韌性的問題。該材料具有輕質高強韌的優異性能，性能超越航空鋁合金和鋼，且密度僅為鋼的（de）1/6、鋁合金的1/2。新材（cái）料的輕質高強韌性主要來自材料微米級層狀結構和納米（mǐ）三維網絡結構設計。纖維素納米纖維內（nèi）部高度結晶可以提供（gòng）極高的強度，纖維之間通過大量氫鍵等（děng）可逆相互作用（yòng）網絡（luò）進行結合，在外力作用下這種高密度的可逆相互作（zuò）用網（wǎng）絡可以迅速解離和重構，吸收大量能量，使材料在具有高強度的（de）同時實現高韌性。此外，該材料還具有高尺（chǐ）寸（cùn）穩（wěn）定性、抗熱震、抗衝擊及高損傷容限（xiàn）等多種（zhǒng）優異性能，在輕量化抗衝擊防護及緩衝材料、空間材料、精密（mì）儀器結（jié）構件等領域具有廣闊的應用前景。
（4）以（yǐ）色列（liè）開發出柔性高（gāo）分子材（cái）料，有望用於製造機器人、假肢及可穿戴（dài）設備
2020年6月，以色列理工學院研究人員開發出（chū）一種柔性高分子材料。該材料在遭（zāo）受刮擦、割傷或（huò）扭傷時能夠“自愈”，將其與（yǔ）傳感器相結合，有望獲得具有柔性和自我修複能力的電（diàn）子皮（pí）膚，未來可用於製造機器人、假肢和可穿（chuān）戴設備。在該項研究中，研究人員首先研（yán）發出柔性高分子材料和（hé）彈性體，該彈性體被拉伸至原長度（dù）的11倍也不會斷裂。隨（suí）後研究人員利用（yòng）彈（dàn）性體開發電子皮膚，並將選擇性感應、防水、自我監控和自我修複等多種功能（néng）融入電子皮膚中。利用電子皮膚（fū）組成的（de）傳感係統能夠監控（kòng）環境變量，如壓（yā）力、溫度和酸度。同時，該係（xì）統（tǒng）還包含能監（jiān）視係統電子部件損壞的類神（shén）經元組件，以及讓受損部位加（jiā）速自我修複過程的其他組件。
（5）韓國（guó）科學技術研究院開發出高（gāo）透高導塑料新材料
2020年6月，韓國科學技術研究院成功研製出適（shì）用於透明電極的高導電、高（gāo）透明性高（gāo）分子塑料（liào）新材料。當前，透明（míng）電極中的導電高分子材料存在厚度增加不透明度也增加的問題。此次研究人員開發出與傳統高分子（zǐ）材料具有（yǒu）不同化學結構的“自由基高分子”材料，由此製成的導電高分子膜厚度在1微米時透（tòu）明度（dù）達96%，相比傳統的10%透明度提升了近10倍。“自由基（jī）高（gāo）分子”材料有望應（yīng）用於未來新一（yī）代儲能材料、透明顯示材料、柔性電池和生物電化學等領域。
（6）日本三（sān）菱（líng）化學研發出可在海水中降解的塑（sù）料袋
2020年8月，日（rì）本三菱化學（Mitsubishi Chemical Holdings）研（yán）發出可在海水中降解的（de）塑料袋。新塑（sù）料袋是根據微生物分解土壤中垃圾的相同機理研發，采用甘蔗（zhè）等植物性成分製成，僅需1年左右的時間即可被海水完全分解，而普通塑料袋的自然分解通常需20～1000年不等。三菱化學希望通過推廣使用這種塑料袋來幫助解決海洋塑料垃圾問題。但是，由於製（zhì）造技術尚未普及，該種塑料袋的價格是普通塑料袋（dài）的6倍以上。
（四）複合材料
複合材料是指由兩（liǎng）種或兩種以上不同物（wù）質以不（bú）同方式組合而成的材料，具有（yǒu）重量輕、強度高、加工成型（xíng）方便、彈性優良和耐化學腐蝕等優點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用於航空航天、汽車、電子電氣及建築等領域。隨著全（quán）球低碳經濟、綠色經（jīng）濟的發展，複合材料呈現出低成本化、高性能化（huà）、可循環利用的發展趨勢。2020年，複合材料領（lǐng）域取得以（yǐ）下幾（jǐ）個（gè）方麵（miàn）的進展。
（1）瑞典皇（huáng）家理工學院開發出“變（biàn）形”碳纖維（wéi）複合材料
2020年5月，瑞典皇家理工學院（KTH Royal Institute of Technology，KTH）開（kāi）發出一種由兩片摻雜鋰離子的碳纖維和一塊固體電解質薄片組成的碳纖維（wéi）複合材料。當接入低壓直流電時（shí），鋰離子（zǐ）會從碳（tàn）纖維的一層遷移到另一層（通過電解液），從而使碳（tàn）纖維的放電層收縮，充電層膨脹，因此整塊材料（liào）會向一側彎曲。即使電流（liú）被移除後，材料仍然保持這種形狀。但是，如果隨後接入反向電流，鋰離子就會向相反的方向遷移，且不同的電壓將決定複合材料是恢複到（dào）中性的平麵形（xíng）狀，還是向另一側彎曲。該（gāi）複合材料質量雖輕，但硬（yìng）度高於鋁（lǚ），進一（yī）步開發後或可應（yīng）用於製造不需要副翼的變（biàn）形飛機機翼，或是在不同風速下改變形狀以實現最大效率的風力渦輪機葉片。
（2）中美研發出（chū）高阻尼（ní）、高（gāo）吸能與形狀記憶兼得的鎂基仿生複合材料
2020年（nián）5月，中國科學院金屬研究所與美國加州大學伯克利分校、中國工（gōng）程物理研究院展開合作，借鑒（jiàn）天然（rán）生物材（cái）料三維互穿微觀結構（gòu）的原理，將鎂熔融浸滲至增材製造（zào）的鎳鈦合（hé）金骨架，構築成輕質、高強度、高阻尼、高吸能鎂-鎳鈦仿生複合材料。微觀三維互穿（chuān）仿生結構不僅實現了鎳鈦增強相與鎂基體在性能優（yōu）勢（shì）上的互補與結合，而（ér）且賦予材料形狀記憶與自修（xiū）複功能。新型仿生複合材料突（tū）破了強度和阻尼性能之間的相互（hù）製約關係，實現了（le）鎂合金的強度、阻尼和能量吸收效率等多種性能（néng）的良好結合，綜合性能優於目前已知的工程材（cái）料，有望成為精密儀（yí）器、航空航天等領域的新型阻尼減（jiǎn）震材料。
（3）荷（hé）蘭開發可用於航空航天結構件損傷檢測（cè）的3D打印複合材料
2020年5月，荷蘭Brightlands材料中心開始研發具有自感知功能的3D打印複合材料，以用於監控航空航天、建築和醫療保健等領域的關鍵（jiàn）結構狀態。該材料是（shì）一種碳纖維增（zēng）強的聚（jù）合物基複合材料，可（kě）根據連續纖維電阻感應變化，提供自感應功（gōng）能。目前該材（cái）料還（hái）在研（yán）發過程中，研究（jiū）人員（yuán）將（jiāng）首先驗證其在（zài）飛機和建築（zhù）領域提供結構（gòu）健康監測（SHM）的可行性。同時（shí），研究人（rén）員還（hái）在將（jiāng）連續碳纖（xiān）維的自感（gǎn）知能力與（yǔ）增材製造技術相結合（hé），擬使（shǐ）SHM應用更具成本效益，從（cóng）而能夠更廣（guǎng）泛（fàn）地擴（kuò）展到新應用中。
（4）美國北卡（kǎ）羅來納州立大學研發出具有優異輻射屏蔽性能的複合材料
2020年5月，美國北（běi）卡羅來納州立大學（xué）（North Carolina State University，NCSU）的一（yī）項新研究表明，一種由嵌入三氧化二鉍顆粒（lì）的高分子化合物組成的複合材料具有巨大的潛（qián）力，可以替代傳統的輻射屏（píng）蔽（bì）材料，應用於太空探索、醫學成像和放射（shè）治療（liáo）等領域。鉛等傳統的輻射屏蔽材料通常價格昂貴、重量大且對人體健康（kāng）和環境有害。在該項研究中，研究人員使用紫外線固化方法而非耗時的高溫固化法創（chuàng）建了高分子（zǐ）化合（hé）物樣品，其中三氧化二鉍含量高達44%。隨後，研究人員對樣品進行了測（cè）試，結果表明該化合物重量輕、強度（dù）高，能有效屏蔽諸如伽馬射（shè）線等電離輻射，並且可以（yǐ）快速生產。
（5）瑞士研發出新型磁致感應形狀記（jì）憶複合材料（liào）
2020年8月，瑞士保羅謝爾（ěr）研究所（Paul Scherrer Institute，PSI）和蘇黎世聯邦理工學院（yuàn）（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich，ETHZ）合作研發（fā）出一種由磁流變液和聚（jù）二甲基矽氧烷（PDMS）組成的新型複合材（cái）料，該材料可以在磁場下表現出形狀記憶特性。研究人員（yuán）利用水（shuǐ）滴、甘油和羰（tāng）基鐵顆粒組成磁流變液，以不同的體積分數（10%和40%）分散在PDMS中製（zhì）成軟磁（cí）性形狀記憶複（fù）合材料。實驗結果表明，添加（jiā）體積分數為40%的磁流變（biàn）液使PDMS的儲能模量（liàng）提高近30倍，無須加熱即可實現快速可逆的形狀記憶。該磁性形狀記憶複合材料在生物醫學（xué）、航空航天、電子和機器（qì）人等領域有顯著的應用潛力，如在醫學領域進行血栓微創手術時可（kě）改變導（dǎo）管的硬度，減輕副作用；在太空探索領域可作為自（zì）行充氣或折（shé）疊的輪胎安裝（zhuāng）在探測漫遊車（chē）上；在電（diàn）子設備領域可用於製造柔性電源、數（shù）據電纜或可穿戴設備。
三、先進功能材（cái）料
功能材料（liào）是指通過光、電、磁、熱、化學和生化等作用後具有（yǒu）特（tè）定功能的材料。進入21世紀以來，功（gōng）能材（cái）料成為新材料領域（yù）研究（jiū）的重點，是國民經濟、社（shè）會發展及國防建設的基礎和先導，推動信息通信、能源、航空航天、生物醫療和國防等（děng）領域的（de）發展。近年來，先（xiān）進信息材料、新能源材料、生物醫用材料和（hé）節能環保材料（liào）等先進功（gōng）能材料發展迅猛，前沿、顛覆性技術不斷湧現，給全球可持續發展、產業升級與變革等帶來了深刻影響。
（一）先進信息材料
先進信息材料（liào）是為實（shí）現信（xìn）息探測、傳輸、存儲、顯示和（hé）處理（lǐ）等功能使用的材料，是人類社（shè）會步入（rù）信息時代的物質基礎，也是科技創新和（hé）國際競爭最為激烈的技術領域。近年來，隨著人工智（zhì）能、量子信息和大數據等技術的發展，新型信息器件不斷湧現，信息材料正加速向（xiàng）多功能化、薄膜化、高性能（néng）和低功耗（hào）方向發展。2020年，先進信息材料領域取得以下幾個方麵（miàn）的（de）進展。
（1）美國北卡羅來納州立大學（xué）研製出超薄可拉伸電子材料，具有氣體（tǐ）滲透性
2020年5月，美國北卡羅來（lái）納州（zhōu）立大學研製出一種超薄、可拉伸、可透氣的電子材料。研究人（rén）員使用了一（yī）種稱為呼吸圖法的技術來製造具有均勻孔分布的可拉伸聚合（hé）物薄膜，通過將薄膜浸（jìn）入含有（yǒu）銀納米線的溶液中進行塗層，然後對材料進行熱壓，將納米線封住。由於銀納（nà）米線正好嵌入到聚合（hé）物表麵（miàn）正下方，因此在出汗和長期磨損的情（qíng）況（kuàng）下，該材料（liào）也表現出出色的穩定性。研究人員表示，這種薄膜在導電性、光學透光性（xìng）和水蒸氣滲透（tòu）性方麵表現出良好的（de）組合（hé）特性。研（yán）究團（tuán）隊創建的第一個（gè）原型是可安裝在皮膚上用（yòng）作電生理（lǐ）傳感器的幹電極。
（2）韓國（guó）開發出新型導（dǎo）電黏合劑，可將集成電路密度提高逾20倍
2020年5月（yuè），韓國成均館大學（Sungkyunkwan University，SKKU）和三星電子合作開發出一（yī）種導電黏（nián）合劑，可以將集成電路密度提高20倍以上。該黏合劑（jì）由納米金屬顆粒製成，用於在電（diàn）路板上集成微（wēi）型的電（diàn）子設備。通過這項研究，研究人員已成功將數千個比頭發還細的（de）30微米×60微米（mǐ）微型LED組裝在低溫低壓的柔性（xìng）板上。此外，該項技術可以實現在比信用卡更小的基板上排列60萬個相距100微米的微型LED。與目前市場上的其他黏合劑不同（tóng），該導電黏合劑能夠應用（yòng）於可彎曲和展開的柔性基板上，這意味著其將為生物醫學設備的進一步小型化鋪平道路。
（3）韓國三星宣布發現新型（xíng）半導體材料非晶氮化硼
2020年7月，韓國三星電子宣布，三星（xīng）高（gāo）級技術學院（Samsung AdvancedInstitute of Technology，SAIT）與蔚山國家科學技術學院（UlsanNational Institute of Science and Technology，UNIST）、劍橋大學（xué）兩家高校合作，成（chéng）功製備出一種3納米厚的無定型氮化硼薄膜（a-BN）。該薄膜在100千赫茲和1兆赫茲的（de）工作頻率下分（fèn）別（bié）展（zhǎn）示了1.78和1.16的超低（dī）介電性（xìng）質，極（jí）度接近於空氣的介電值1，並且表（biǎo）現出優異的（de）機械、高（gāo）壓穩定性。研究人員表示，無定型氮化硼薄膜具有極低的（de）介電常數、高（gāo）擊穿電壓和出色的（de）金屬阻（zǔ）擋性能，可實現更小巧、更緊（jǐn）湊的電子解決方案，推動（dòng）器件進（jìn）一步小型化發展。
（4）俄羅斯南烏拉爾州立大學研發出環保且（qiě）可應用於多種傳感器的材料
2020年7月，俄羅（luó）斯南烏拉爾州立大學（South Ural State University）的研究人員合成了適用於製造壓力、溫度、電場（chǎng）和磁場傳感器的陶瓷材料。當前，許多用於製造傳感（gǎn）器的現代材料都（dōu）含有鉛，其（qí）廣泛使用會（huì）造成（chéng）環境汙染並對人體健康產生負麵影響，無法大規模生產。而南烏拉爾州立大學（xué）研究人員通過研究基於鉍鐵氧體的陶瓷材料（liào）的相變結構，發現該種材料對外部因素（溫度、電勢、磁場、壓力）高度敏感，不僅可以被用（yòng）於製造傳感（gǎn）器，而（ér）且該材料屬於（yú）多鐵性合金，對環（huán）境更加友好，可能成（chéng）為未來傳感器材料的發展方向。
（5）日本東京大學開發（fā）出（chū）一種磁性材（cái）料，可提供更高（gāo）的存（cún）儲密度
2020年10月，日本東京大學（The University of Tokyo）研究（jiū）人員開發出一種（zhǒng）磁性材料——ε氧化鐵。該磁性（xìng）材料加上特殊的訪問方法，可以提供（gòng）比以（yǐ）往更高的存儲密度。研究人員稱（chēng），當施加外部磁場時，ε氧化鐵會在高頻波情況下（xià）發（fā）生磁方向翻轉，隨後數據就被鎖定在磁帶存儲器中。此外，ε氧化鐵材料的魯棒性意味（wèi）著（zhe）數據存儲（chǔ）時間將比其他介質更長，並且可以在低功耗下運行，未來有望應用（yòng）於需要進行長期（qī）存儲的應用中。研究人員希望（wàng）能在未來（lái）5～10年內開發出（chū）基於新磁性材料的磁帶存儲器，其（qí）數據容量可達（dá）當前容量的10倍。
（6）麻省理工學（xué）院研究表（biǎo）明“金屬化”金剛石可製備新型量子探測器和傳感器
2020年10月，美國麻省理工學院和新加坡南洋理工大學（NanyangTechnological University，NTU）利用量子力學（xué）和機械變（biàn）形的計算機模擬發現，使金剛石（shí）納米針變形（xíng），會使其導電性從絕緣體變為半導體，再變為高導電性金屬。電子（zǐ）在材料中移動的難易程度是以材料（liào）的帶隙（xì）來（lái）衡量的，帶隙越（yuè）大，電子越難通（tōng）過（guò）。在（zài）5.6電（diàn）子伏特下，金（jīn）剛（gāng）石通（tōng）常具有超寬的（de）帶隙，是絕（jué）緣體。但是，當對金剛石納米（mǐ）針施加外力時，可以使其產生應（yīng）變。施加的外力越大，應變（biàn）越大，帶隙就越（yuè）窄，從而使金剛石轉化成優良的導電體。研（yán）究人員稱，“金屬化”後的金剛石可以製造新型量子探測器和傳（chuán）感器。
（二）新能源材料
新能源材料（liào）是指支（zhī）撐新能（néng）源發展，具有能量存儲和（hé）能量轉換（huàn）功能的材料，主要包括燃料電池材料、鋰離子電池材料（liào）、太陽（yáng）能電池材料、相變儲能材料、金屬氫化物鎳電池材料和半導體照明發光材料等。近年來，隨著（zhe）氣候變化、能（néng）源危機等全球性問題進一步凸顯，新能源材料成為世界各國重點關注的技術領域之一，政（zhèng）策扶持與資金支持不斷加碼。2020年，新能源材料領域取得以下進展。
（1）澳大利亞昆士蘭大學（xué）在量子點太陽能電（diàn）池效率方麵取得重大（dà）突破
2020年（nián）2月，澳大利亞昆士蘭大學研究人員（yuán）開發出（chū）能量轉換效率高（gāo）達16.6%的新型量子點太陽能電池，比此前世界紀錄（lù）高出近25%。該電池采用了銫和甲酰胺鉛三碘鈣鈦礦體係，並用油酸配（pèi）體輔助陽離子交換策略，提供了穩（wěn）定的基於鈣（gài）鈦（tài）礦的光伏和光電子學的途徑。研究團隊通（tōng）過控（kòng）製量子點上的表麵功能化學物質，開（kāi）發出一種（zhǒng）新的（de）表麵工程方法，不僅可以穩定量子點，還可以保持（chí）電子通過的路徑平滑，使量子點將太陽能轉換為電能的效（xiào）率大大提（tí）高。此外，由於這些量子點具有柔韌性，並且能夠以較低成本大規模打印，因此可將其（qí）用作透（tòu）明皮膚，為汽車（chē）、飛機、房屋和可穿戴設備提供動力。
（2）美（měi）國（guó）西（xī）北太平洋國家實驗室設計出一種新型納米結構，可用於製造高性能鋰離子電池（chí）陽極
2020年4月，美國能源部西北太平洋國家實驗室（Pacific NorthwestNational Laboratory，PNNL）研究人員設計出一種新（xīn）型納米結構，能夠賦予矽非凡的強度，使其有望成為鋰離子電池的陽極材（cái）料。近年來，隨著對（duì）更（gèng）高能量密度電池的需求不斷增（zēng）加，石墨基電極亟待升（shēng）級，而矽被認為是一種很好的升級版材料。但矽在遇到鋰時會大幅膨脹，可能（néng）會導致鋰電池陽極破裂粉化。為解決這一難（nán）題，研究人（rén）員將細小的矽顆粒聚集到直徑約8微米的微球中，形成一（yī）種相當於（yú）紅細胞大小的分層多孔矽結構。這種結構就像海（hǎi）綿一樣，內部有空間吸收膨脹壓力。研究表明，這種分層（céng）多孔結（jié）構（gòu）具有出色的電化學性能、機械強（qiáng）度和結構完整性，可用於製造高性能鋰離子電池陽（yáng）極，其可容納的電荷也是典型石墨基（jī）陽極的兩倍。
（3）瑞典林雪平大（dà）學研發出穩（wěn）定的鈣（gài）鈦礦——有機分子複合薄（báo）膜，可用於開發高效發光（guāng）二極管
2020年4月，瑞典林雪平大學（xué）（Linköping University，LiU）與中國、英國和捷（jié）克（kè）組成的國際（jì）團隊合作研製出一種（zhǒng）效（xiào）率高、穩定（dìng）性強的鈣鈦礦發光二極管（Light Emitting Diode，LED）。鈣鈦礦是當今熱門的（de）半導體材料之一，其（qí）獨特的晶體結構使其具有卓越的光學及電子特性，並且製造起來難度小、成本低。然而，當前大多數鈣鈦礦（kuàng）LED並不是特別穩定，無法投入實際應用。此次研究團隊采用鉛、碘（diǎn）和有機物質甲脒製備了新型鈣鈦礦材（cái）料，並（bìng）將鈣鈦礦材料嵌入到有機分子基體中，最終形成一種複（fù）合薄膜。其中，末端有（yǒu）兩個氨基的有機分子有助（zhù）於穩定鈣（gài）鈦礦的結構，鉛（qiān）和碘有助於提升鈣鈦礦的發光性能。測試（shì）結果表明，新型鈣鈦礦LED的效（xiào）率為17.3%，服役壽命超過100小時。
（4）美國（guó）愛（ài）達（dá）荷國家實（shí）驗室研（yán）發出新型氧電極材料，可使電化（huà）學電池實現“三重傳導”
2020年5月，美國愛達荷（hé）國家（jiā）實驗（yàn）室（Idaho National Laboratory，INL）研發（fā）出一款可用作電化學電池的新型氧電（diàn）極（jí）材料。該材料是一種鈣鈦（tài）礦（kuàng）化合物，此前氧電極隻傳導電子和氧離子，而新型鈣鈦礦能（néng）夠進行“三重傳（chuán）導（dǎo）”，即可傳導電子、氧離子和質子。在實際應用中，能夠進行“三重（chóng）傳導”的電極會更快、更高效地發生反應（yīng），因而可以在（zài）保持良好性能的同時，降低操作溫度。研究人員表示，使用（yòng）該材料的（de）電池能夠高效地將多餘的電力和水轉（zhuǎn）化為氫，當電力需求增加時，該電池能夠反過來將氫（qīng）轉換成電，用於電網供電（diàn）。未來（lái），研究人員希望繼續將創新材（cái）料與前沿製造工藝相結合，繼續改進該（gāi）款電化學電池（chí），以（yǐ）使其可以應用於（yú）工業化生產。
（5）英國研發石墨烯基催（cuī）化劑，可製成（chéng）使用（yòng）壽命更長的氫燃料電池
2020年8月，英國倫敦瑪麗女王大學（Queen Mary University ofLondon）和倫（lún）敦大學學院（University College London）的（de）研究團隊通過一鍋合成法，生產出包裹（guǒ）著（zhe）鉑納米顆粒的（de）高質量石墨烯，並將其用於研（yán）發氫燃料電池催化劑。氫燃料電池在催化劑作（zuò）用下使氫和氧結合，將化學能轉化為電能，是一（yī）種高（gāo）效且環保的能源。在（zài）氫燃料電池中，鉑是使用最廣泛（fàn）的催化劑，但成本高昂，這也（yě）是阻止氫燃（rán）料電池實現商業化的一大難（nán）題。為解決該問題，商用催化劑通常是在較便（biàn）宜的碳載體上裹上微小的鉑納米顆粒，不（bú）過此種材料耐用性很（hěn）差，大大縮短了當前燃料電池的使用壽命。研究表明（míng），石墨烯具有耐（nài）腐蝕性、表麵積大且導電性高等優點，可能是氫燃料電池催化劑的理想支撐材料。與現有的催化劑相比，石墨（mò）烯基催化劑（jì）更耐用（yòng）且性能相當，可用（yòng）於大規模生產，有望在能源領（lǐng）域得到廣泛應用。
（6）美國用（yòng）回收（shōu）塑料製備（bèi）儲能納（nà）米材料，可用於製備（bèi）電動汽（qì）車超級電容器
2020年9月（yuè），美（měi）國加州大學河濱分（fèn）校研發了一種（zhǒng）方法，以回收蘇打水瓶等塑料，並將此類（lèi）塑（sù）料製備成（chéng）可以用來存儲能（néng）源的納米材料。研究人員首先將塑料瓶的碎片溶解在溶（róng）劑中，然後（hòu）采用靜電紡絲工藝，用聚合物製出微小的纖維，並在熔爐中將塑料絲碳化。在與黏結（jié）劑和導電劑混合後，該材料（liào）被幹燥，並被組裝成（chéng）硬幣電池芯類型的雙層超級電容器。當在超級電容器中測（cè）試該材料時，該材料（liào）包含（hán）了由分散離子電荷和電子電荷形成的雙層電容器，以及當離子被電化（huà）學反應吸收到材料表麵時產生的氧化還原反應偽電容的特性。雖然此電容器存儲的能量不如鋰（lǐ）離子電池多，但充電速（sù）度（dù）要快得多，可以讓很（hěn）多基（jī）於塑料廢料製成的電池（chí）應用到更多領域。
（7）英國發現可將太（tài）陽能存儲數月乃至數年的特殊材料
2020年12月，英國蘭開斯特大學研究人員發現一（yī）種可將太陽（yáng）能存儲數月（yuè）乃至（zhì）數年的特（tè）殊（shū）材料——金屬有機框架（Metal-Organic Framework，MOF）材料。MOF材料是多孔的，因此可與其他（tā）小分子形成複合（hé）材料。MOF材料通過添（tiān）加吸收光的化（huà）合物偶氮苯分子，最終形（xíng）成的複合材料能在室溫下將吸收的紫外線能量儲存至少4個月，然後再釋放出來。目前大多數光響應材料（liào）僅能存（cún）儲幾天或幾周能量，而MOF材料成為（wéi）該領域的重大（dà）突破。研究人員稱，該材料仍（réng）需要（yào）做一些（xiē）改進才能實現商業化，未來（lái）有望用於為汽車風（fēng）窗玻璃除冰或為家庭和辦公室提供額外（wài）的熱（rè）量（liàng）。
（8）德國研發出（chū）當前全球（qiú）最高轉換效率（lǜ）的（de）鈣鈦礦電池（chí）
2020年12月，德國海（hǎi）姆霍茲（zī）柏林材料所研發出目前全球最高轉換效率的鈣鈦礦—矽疊層太陽能電池，轉換效率高達29.15%。此外，該電（diàn）池即使在（zài）沒有封裝的情況下也能提供300小時的穩定電量。在該項研究中，研究（jiū）人員為鈣鈦礦—矽疊層電池開發了一種特殊的電極接觸層，用於光學耦（ǒu）合頂部（bù）和底部電池，同時還改進了界麵層。在鈣鈦礦—矽疊層電池中，矽將大部分太陽光的紅外/近紅外轉化為電能，而鈣鈦（tài）礦化合物則主（zhǔ）要利用光譜的可見光部（bù）分。因（yīn）此，由矽和鈣鈦礦製成的疊層太陽能電（diàn）池可比單個電池（chí）實現更高的效率。當前，該太陽能電（diàn）池在1平方厘米的樣品（pǐn）中測試成功。研究人（rén）員希望未來（lái）將其擴大到更貼合實際應用的尺寸。
（三）生（shēng）物醫用材料
生物醫用材料是指以醫療為目的，用於診斷、治療（liáo）、修複、替換（huàn）人體組織器官（guān）或增（zēng）進其功能的新型高技術材料，是材（cái）料科（kē）學技術中一個高速發展（zhǎn）的新領域。近年（nián）來，隨著生物技術的蓬勃發展和重大突破，生物醫用材料已成為各國（guó）研究和開發的熱點。2020年，生物醫用材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）瑞典隆德（dé）大學（xué）開發（fā）出一種（zhǒng）可治愈傷口（kǒu）的非抗生（shēng）素凝膠
2020年1月，瑞典隆德大（dà）學（Lund University）研究人員開發出一種用於愈合傷口的凝膠。該凝膠不僅可以殺（shā）死對抗生素產生耐藥性的細（xì）菌，還可以減輕傷（shāng）口內的炎（yán）症。該凝膠含有一種名為TCP-25的肽（tài），可通過殺死（sǐ）傷口（kǒu）部（bù）位的有害細菌來幫助預防感染。在對（duì）大鼠和豬進（jìn）行的實驗（yàn）室測試中發現，該凝膠（jiāo）可在使用後24小時（shí）內減（jiǎn）少傷口發炎，並在隨後（hòu）3～4天內顯著減少（shǎo）細菌數量。隆德大學正在與瑞典生物醫學初創公司in2cure AB進行合作，使該（gāi）技術商（shāng）業化，並希望該技術能很快應用（yòng）於燒傷患者的臨床試驗（yàn）中。下（xià）一步（bù），研究人員計劃開發用（yòng）於治療（liáo）眼（yǎn）部感染和其他內部器官感染的新型肽基藥物。
（2）中國天津大學開發出可追蹤癌（ái）細胞位置（zhì）的新型水凝膠材料
2020年2月，天津大學研（yán）究人（rén）員成功研發出新型長餘輝水凝膠。該水凝膠由腫瘤特異靶向性的“長（zhǎng）餘輝納（nà）米探針”和“海藻酸鈉（nà）水凝膠”構成，通過表麵修飾腫瘤特異性配體，能夠靶向識別、持續標記不同腫瘤細胞，其進入活體（tǐ）後，能夠在腫瘤細胞上長時間標記並發出近紅外光，使腫瘤細胞（bāo）的轉移活動形成一幅發光的“實時位置軌跡圖”。試驗結果顯示，新型水凝膠有很高的靈敏度且生物相（xiàng）容（róng）性好（hǎo），無毒無副作（zuò）用（yòng），不（bú）影響腫瘤的轉移和侵襲。研究人員表示，該水凝膠可以針對各種類型（xíng）的癌細胞進行定製化設計，從而為各種腫瘤轉移研究提供通用檢測平台，在癌症治療領域具有廣闊前景（jǐng）。
（3）瑞典查爾默斯理工大學開發出（chū）無毒柔性材料，可用於（yú）藥物（wù）精準治療
2020年3月，瑞典（diǎn）查爾默斯理工大（dà）學（Chalmers Tekniska Högskola，CTH）研究人員開（kāi）發出（chū）一種柔軟、呈（chéng）橡膠狀的生物相容性材料。該材料內（nèi）部充斥著納米孔洞，是一種三維（wéi）網絡結構，其成（chéng）分類似於有機玻（bō）璃（lí），但柔韌性、彈性要優於有機玻璃。研（yán）究人員表示，未來可以將一塊載有藥物的材料植入體內，以精確地將藥物輸送到需要的地方，從而最大限度地減少了口服同一藥物所帶來的副作用。此外，該材料還可用於替換體內軟骨或其他軟組織，但這（zhè）可能需要提前3D打印替換零件，然後通過（guò）傳（chuán）統手術方式將其（qí）植入。
（4）美國哈佛大學醫學院製備出一種可以直接（jiē）打印成具有多級孔結構的水凝膠（jiāo）生物墨水
2020年9月，美國哈佛大學醫學院（Harvard Medical School，HMS）報（bào）道了一種基於甲基丙烯酰化明膠的生物墨水的製備方法，實現了（le）具有納米孔—微孔—大孔多級孔的細胞負（fù）載水（shuǐ）凝膠結構的（de）3D生物打印（yìn），並且證明這（zhè）種（zhǒng）多孔級水凝膠在微創（chuàng）組織再（zài）生和細胞（bāo）治（zhì）療方麵的應用前景。多孔（kǒng）水凝（níng）膠由於內部（bù）存在（zài）著大量孔結構，可（kě）在注射前後具有形狀記憶功能，利（lì）用該功（gōng）能可以將其直接注射到組織缺損（sǔn）空（kōng）間內並與周圍的（de）宿主（zhǔ）組（zǔ）織結合，實現組織再生修複。同時（shí），該方法避免了侵入（rù）性（xìng）外（wài）科手術，能極大地減輕患者的痛苦（kǔ），有望在組織工（gōng）程、再生醫學和個性化治療方麵得到應用。
（5）俄羅斯合成（chéng）一種新（xīn）材料，可有效止血還（hái）具明（míng）顯（xiǎn）的抗菌活性
2020年9月（yuè），俄羅斯（sī）門捷列（liè）夫（fū）化工大學（Mendeleev University ofChemical Technology of Russia，MUCTR）研究人員用殼聚糖、藻（zǎo）酸鹽兩（liǎng）種生（shēng）物聚合（hé）物和銀納米顆粒合成一種新（xīn）材料（liào），形如一塊5厘米厚的（de）多孔海綿（mián），可用於開放性傷口快速止血，同（tóng）時防止感染。當前（qián），市麵上（shàng）的各種止血（xuè）材料大部分隻注重快速止血，不適合更長期的治療。而此次研發的新材料（liào）中，殼聚糖與藻酸鹽結合形成的凝膠，在浸（jìn）入溶液（yè）時可以保（bǎo）持穩定。同時，殼聚糖具有抗菌作（zuò）用，可促使血液成分（fèn）結合，使傷口愈合，而銀納米顆粒可增強凝膠的抗菌作用。
（6）德國開發出將藥物和銀結合起來的植入（rù）物塗層，可防止術後感染
2020年11月，德國弗勞恩霍夫製造技術和先進材料研究所（FraunhoferInstitute For Manufacturing Technology And Advanced Material）與柏林大學醫（yī）學院（yuàn）（Universität zu Berlin）合作開發出將藥物和銀結合起來的植入（rù）物塗層。研究人員利（lì）用激光（guāng）對浸過抗生素溶液的鈦合金髖關節表麵進行結構化處理，使（shǐ）金屬表麵（miàn）充滿（mǎn）含有（yǒu）抗生素（sù）溶液的微孔，然（rán）後再使用物理氣相沉積技術在金屬上（shàng）塗一層具有抗（kàng）菌（jun1）性的銀。植入髖關（guān）節後，抗生素能從微孔中流入周圍組織，有助於防止術後立即（jí）出現任何感染，而銀會在（zài）幾周內（nèi）釋放殺菌離子，為愈合階（jiē）段提供防感染保護。此外，植入物髖關節表麵的微孔使其能夠更好地與（yǔ）鄰近的骨融合。
（四）節（jiē）能環保材料
節能環保材料廣義上是指應用於節能環保產業的相關材料。近年來，隨著世界各國加強（qiáng）對節能環保（bǎo）產業的扶持力度，節能環（huán）保產業技術水平顯（xiǎn）著提升，節能環保材料的發展勢如破竹。2020年，節（jiē）能環保材料（liào）領域取得以下幾個方麵的進（jìn）展。
（1）日本神戶大（dà）學研發出一種能夠有效分離油和水、可重複使用的薄膜
2020年（nián）1月，日本神戶大（dà）學（Kobe University）薄膜技術研究中心在多孔聚酮（Porous polyketone，PK）薄膜上塗覆10納米厚的二氧化矽塗層，成功開（kāi）發（fā）出能夠有效分離油和水且能夠重（chóng）複（fù）使用的（de）薄膜（mó）。其中，PK薄膜具有大孔（kǒng）徑和高孔（kǒng）隙（xì）率，水滲透性良好；矽（guī）化過程（在PK纖維上添加二氧化矽）提供了堅固（gù）的拒油塗層，可保護表麵改性（xìng）膜免受汙染，從而實現可重複使用。該（gāi）薄膜（mó）的另一個優點是不需要很大的壓力即可實現高透水性，即使用低（dī）至10厘米（約（yuē）0.01個標準大氣壓）的水位也表現出了重力滲透性。研究人員稱，每平方米薄膜可在1小時內處理6000升廢水，也可（kě）有效地從各種不同的油性（xìng）乳液中分離出水。
（2）美國萊斯（sī）大學研發出可將塑料等（děng）垃圾變成石墨烯（xī）的（de）新技術
2020年2月，美國萊斯大學研（yán）發出一種新工藝，可將廢棄食品、塑料廢料、石油焦、煤、木屑和生物炭等垃圾快速（sù）轉化成有價值的石（shí）墨烯薄片。新工藝名為“閃蒸石墨烯”技術，可在（zài）10毫（háo）秒內將碳源加熱至3000開爾文（2727攝氏度）以製得石墨（mò）烯薄片（piàn），其成本低於其他的石墨烯生產方法。這類石（shí）墨烯的潛在（zài）應用包括將其混入（rù）用作黏結混凝土的水泥中，可將混（hún）凝土對環（huán）境的影響降低（dī）1/3。研究人員表示，新（xīn）技（jì）術可將（jiāng）固體碳基物質和橡膠（jiāo）等塑料廢料轉化為石墨烯，有助於解決食物浪費、白色汙染等全球問題。
（3）新加坡國立大學研發出新工（gōng）藝將（jiāng）廢（fèi）舊輪胎橡膠轉換為多用途氣凝膠
2020年（nián）3月，新加坡國立大學研究（jiū）人員開發出一種將舊輪胎橡膠轉換為高價值氣凝（níng）膠的（de）方法。研（yán）究團（tuán）隊首先將廢（fèi）棄（qì）的汽車輪胎切成細橡膠纖維，然後將（jiāng）纖維浸入（rù）由水（shuǐ）和少量“生態友好型”溶劑組成的溶液中，使纖維（wéi）彼此交聯（lián）。機械（xiè）攪拌20分鍾後，該混合物形成液體凝膠，交聯纖維均勻懸浮其中。最後將該凝膠倒入模具，並在零下50攝氏度下冷凍幹燥12個小時後，得到固體（tǐ）橡膠氣凝膠。該氣凝（níng）膠具有隔熱、隔聲和吸收性強等優點，製造過程簡單、經濟（jì）高效且環保，生產一塊麵積為1平方（fāng）米且厚度為（wéi）1厘米的橡膠氣凝膠的成本（běn）不到10新幣，具有良好的（de）應用前景。
（4）美國科（kē）羅拉多大（dà）學利用細菌生產礦物質和聚合物，打造環保的建築材料
2020年3月，美國（guó）科羅拉（lā）多大（dà）學博爾德分校（University of ColoradoBoulder）利用細菌（jun1）來生產礦物質（zhì）和聚合物，以打造環保的建築材料。研究團隊對大腸杆（gǎn）菌進行編（biān）程，成功生產出不同尺寸、形狀和剛度的石灰岩顆粒，以及用於製造聚苯乙烯泡沫的苯乙烯單體。石（shí）灰（huī）岩顆粒與聚苯乙烯複合後（hòu），可用於開發環保、低碳的生物（wù）建築材料。研究人員表示（shì），基於合成生物學和基因編輯等技術，細菌還可用於生（shēng）產（chǎn）自愈材料、環境感（gǎn）知材料和發光材料等，應用前景十（shí）分廣（guǎng）泛。
（5）澳大利亞莫納什大學利用特（tè）殊材料快（kuài）速將海水轉化成飲用（yòng）水
2020年8月，澳大利亞（yà）莫納（nà）什大學（Monash University）開發出一種新型海水淡（dàn）化技術。研究（jiū）團隊將聚螺吡喃丙烯酸酯加入一種金屬有機框架材料的孔隙中，獲得一種名為PSP-MIL-53的材料。據介紹，該材料可以在30分鍾內將海水（shuǐ）等鹹（xián）水中（zhōng）的鹽分及有害（hài）顆粒吸附出來，並使水質達到（dào）世界衛生組織規定的飲用水安全標（biāo）準。隨後，隻要經過陽光（guāng）照射，材料就（jiù）會很快釋放（fàng）出吸（xī）附的（de）鹽分等顆粒，從而實（shí）現重複使（shǐ）用。據實驗數據表明，每千克特殊（shū）材料可以（yǐ）過濾139.5升的飲用水，並且使用特殊材料所（suǒ）耗費的成（chéng）本遠低（dī）於現在（zài）的海水淡化技術。新型技術（shù）利用陽（yáng）光實現可持續的鹹水淡化，為發（fā）展低耗能、具有可持續性的海水淡化技術開辟出一條全新的道路。
（6）國際研究團隊研發（fā）出可反複利用、無限循環的塑料
2020年8月，美國科（kē）羅拉多州立大學、中國北京大學和沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大（dà）學（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）的（de）研究團隊通過從生（shēng）物基烯烴（tīng）羧酸中製備橋聯（lián）雙環硫內（nèi）酯單體，製備出一種新型塑料PBTL。該塑料可（kě）以很容易地分解並重新組合（hé）成高（gāo）質量的產品，並且這個過程可以無限重複。研究人員首先用催化劑在100攝氏度下進行整（zhěng）體（tǐ）解聚來測試塑料，測試結（jié）果表（biǎo）明PBTL已被分解成原來的單體。隨後，在室溫下分解PBTL樣品（使用（yòng）催化劑），再次（cì）檢（jiǎn）測到樣品（pǐn）已（yǐ）經分解成原來的單體。最後，利用以上製得的（de）單體仍可以再製造出PBTL。一係（xì）列性（xìng）能測試表明，PBTL具有優異（yì）的強度、韌性和穩定性，可用（yòng）於（yú）製造塑料（liào）包裝、運動器材、汽車零部件（jiàn）、建築材料和其他產品。
四、前沿（yán）新材料
前沿新材料是（shì）具有戰略性、前瞻性和顛覆性的新材料，是未來產業發展的製（zhì）高（gāo）點（diǎn），具有重要的引領作用和重大的應用前景。近年來，在世（shì）界各國的（de）積極（jí）推動下，二（èr）維材料、智能材料和超材料等前沿材料發展迅猛，前沿、顛覆性技（jì）術不斷湧（yǒng）現，支撐著一大批高新技術產業的發（fā）展。
（一）二維材（cái）料
二維材料（liào）是厚度為幾納米（mǐ）或更小的由單層原子組成的結晶材料（liào），具有特殊的電學、熱學、光學和力學等性能，在高端電子和光電子器（qì）件、能源轉（zhuǎn）化與（yǔ）存儲及複合材料等領域有著廣闊的應（yīng）用前景（jǐng）。2020年，二維材料（liào）領域（yù）取得以下幾個方（fāng）麵的進展。
（1）芬蘭阿爾托大（dà）學實現了厘米級尺（chǐ）寸的二維材（cái）料扭曲
2020年5月，芬蘭阿爾托大學（Aalto University）基於外延生長法（fǎ）和水助劑轉移法，開發出一種可將（jiāng）大尺寸二維材（cái）料層進行扭曲的新方法（fǎ）。近年來，單層（céng）原子組成（chéng）的二維材料憑借著獨特的電、光和機械特性，被廣泛應用於激光、光電、傳感器和醫療等領域。研究人員發現將二維材料放在另一材料上並稍做旋轉時，扭曲會從根（gēn）本上改變雙層材料的性能，如高溫超導性、非線性光學（xué）及超潤滑性，這促使了扭曲與電子學的結合。芬蘭阿（ā）爾托大學以二硫化鉬材料為主要研究對象，不僅可以精確控製單原子層之間的扭（niǔ）曲角，還可將扭曲層的（de）尺寸由以前的微米級擴展至（zhì）厘米級（jí），實現了大尺寸（cùn）二維材料扭曲。未來，研究（jiū）人員計劃將該扭曲方法應用於其他二維分（fèn）層材料上。
（2）瑞士洛桑聯邦理工學院設計出一種基於（yú）二（èr）維半導體（tǐ）材料的新（xīn）型器件
2020年6月，瑞士洛桑聯邦理工學（xué）院納米電子器件實（shí）驗室設計並論證（zhèng）了一種基於二維半導體材料的新型器件，其效能幾乎與人（rén）類神（shén）經元相當。研究人員利用二硒化鎢和二硒化錫柵極結的能帶對準機製，開發出被（bèi）稱為二維（wéi）隧穿（chuān）晶體管的高能效二維晶體管。二維隧穿晶體管工作原理類（lèi）似於（yú）“山（shān）中開鑿隧道”，能夠以（yǐ）更低的能耗實現開（kāi）關的接通和關（guān）斷操作。研究人員通過原子模擬測試（shì）驗證了二維隧穿晶體管的性能，其比（bǐ）類似的二維半導體材料製成的晶體管性能更高，且電（diàn）源電壓非常低。二維隧穿晶體（tǐ）管可用於構建（jiàn）類似於大腦神（shén）經元的節能電子係（xì）統，未來有望在可穿戴設備和人工智能芯片領（lǐng）域得到應用。
（3）美國研發出厚度僅三個（gè）原子的二維金屬芯（xīn）片，可（kě）使芯片存（cún）儲（chǔ）速度提高（gāo）100倍
2020年7月，美國斯（sī）坦福（fú）大學、加州大學伯克利分校和得克薩（sà）斯農工大學（Texas A&M University，TAMU）的研（yán）究人員利用層狀二碲化鎢製成了二維金屬芯片，其厚度僅為三個原子。研究人員對二碲化鎢薄層結構施加微小電（diàn）流，使（shǐ）其（qí）奇數層相對於偶數層發生穩定且快速的偏（piān）移，並利用奇偶層的（de）排列（liè）來存儲二進製數據（jù）。數據寫入後（hòu），再通過一種稱（chēng）為貝（bèi）利曲率的量（liàng）子（zǐ）特性，在不幹擾排列的情況下讀取數據（jù）。與現（xiàn）有的基於矽的數據存（cún）儲係統相比，新（xīn）芯片可以將更多的數據填充到極小的物理空間中，非常節能。此外，二（èr）碲（dì）化鎢薄（báo）層結構奇偶層（céng）偏移速度很快，可以使數據寫入速度（dù）比現有技（jì）術快100倍。目前，團隊已為該設計申請了專利，並繼續研究下一步改進方法，如尋找（zhǎo）除二碲化鎢之外的其他二維材（cái）料（liào）。
（4）中國製備出一種不存（cún）在已知母體材料的全新二維層狀材料
2020年8月，沈陽材料科學國家研究中心先進炭材料（liào）研究部在化學氣相沉積法生長非層狀二維（wéi）氮化鉬的過程（chéng）中（zhōng），引入矽元素鈍化其表麵懸鍵，製備出一種不（bú）存在已知母體（tǐ）材料的全新二（èr）維範德（dé）華層狀材料（liào）MoSi2N4，並獲得了厘米級單層（céng）薄膜。研究發現，單層（céng）MoSi2N4具有半導體性質和優於二硫化鉬的理論載流子遷移率，表現出優於二硫化（huà）鉬等單層半導體材料的力學強度和穩定性。此外，研（yán）究人員通過理論計算預測出（chū）了十幾種與單層MoSi2N4具（jù）有相同結構的二維層（céng）狀材料，包含不同（tóng）帶隙的半導體（tǐ）、金屬和磁性（xìng）半金屬等。探索不存在已知三（sān）維母（mǔ）體材料（liào）的新型二維層狀（zhuàng）材料，可極大拓展二維材料的物性和應用，具有重要的科學意義和實（shí）用價值。
（5）美國德（dé）雷克塞爾大（dà）學（xué）開發出一種可阻擋電磁波和其他輻射的二維材（cái）料
2020年12月，美國德雷克塞爾（ěr）大學（Drexel University）研究人員（yuán）開發出（chū）一種稱為MXene的塗層和相關新型織（zhī）物。MXene塗層是一（yī）種二維材料，具有導電性，已被證明在（zài）阻擋電磁波和有害輻射方（fāng）麵非常有效。此外（wài），MXene可以穩定地製成（chéng）噴霧塗層、墨水或油漆，使其可以應用於紡織品中。研究（jiū）表明，如果將普通的棉布或麻布浸塗在MXene溶液（yè）中，可以阻擋電磁幹擾，效果大於99.9%。而使用這種工藝塗（tú）覆的織（zhī）物在正常條件下存放兩年後，其屏（píng）蔽效率隻損失了大約10%。
（二）智能材料
智能材料是指（zhǐ）具有（yǒu）感知環境刺激能力，可以進行分析、處理、判斷，並采取一定的措施進行適度（dù）響應的（de）智能特征的（de）材料，是繼天然材料、合成高分子材料（liào）、人工設計材料（liào）之後的第四代材（cái）料。自20世（shì）紀90年代起，智能材（cái）料迅（xùn）速發展起（qǐ）來，成為一種全新的材料分支（zhī）學科，並朝著更加高性能化、多功（gōng）能化、複（fù）合化、精細化和智能化方向發展。2020年，智（zhì）能材料領域取得以下（xià）幾個方（fāng）麵的進展。
（1）美國加州大學聖迭戈分校研發出（chū）全（quán）新熱偽裝（zhuāng）材料，可自行適應環境溫度
2020年3月，美（měi）國加州大學聖迭戈分校（University of California，SanDiego）研究人員開發出一種（zhǒng）可適應環境溫度的新型熱偽裝材料。該材料為一種柔性材料，由蠟狀相變物質及熱電合金組成，由集成電池供電，並由佩戴者通過無線電路板控製。施（shī）加（jiā）電流時，材料能夠在不到一分鍾的時（shí）間內在10攝氏度到38攝氏度範圍內改變溫度。當環境溫度高於30攝氏度時，材料會通過相變吸收熱量；當環境溫度低於30攝氏（shì）度時，材料會固化並起到隔熱作用。該材料已被合並到迷彩服的臂章中。研究人員希望最終可（kě）以打造出完整、貼身的夾（jiá）克。
（2）中國天（tiān）津大學研發出“全天候自（zì）愈合材料”，可在嚴寒、深海和強酸堿等極限條件下快速自愈合
2020年6月，中國天津大學成功研發出“全天候自愈合材料”，該材料能（néng）在嚴寒、深海和強酸堿等極限條件下快速自愈合，有（yǒu）望成（chéng）為機器人、深海探（tàn）測器和極端條件下各類高科技設備（bèi）的“超級電子皮膚”。研究人員充分（fèn）利用了不同動態鍵的相互協同作用，使材料在不借助任何外界能源的條件下，同時（shí）實現高彈性、高拉伸性和快速修複損傷的功能。實驗結果顯（xiǎn）示（shì），新型自愈合材料在室溫下可實現10分鍾內快速愈（yù）合，愈合後可承（chéng）受超過自身重量500倍的重物，並在零下40攝氏度的低溫、過冷高濃（nóng）度鹽水下甚至在強酸強堿性環境中都表（biǎo）現出了高效的（de）自愈合性能。下（xià）一步（bù），研究人（rén）員計劃將材（cái）料應用（yòng）於（yú）電子（zǐ）皮膚傳感器，從而使極限環境下的機器人能夠感知體表的壓力、水流（liú）和溫度等，為先進電子設備打造真正的“智能皮膚”。
（3）日本（běn）東京大學開發出可自我修（xiū）複的新複合材料（liào）
2020年6月，日本東京大學與美國卡耐基梅隆大學研究人員聯合開（kāi）發出具有自我修複能力的新複合材（cái）料“MWCNTs-PBS”。該材料由聚矽氧烷（PBS）和多層碳納米管（MWCNTs）複合而成，具有機械和電氣自愈性。研（yán）究人員將PBS、MWCNTs-PBS和其他常見的軟材料結合在一起（qǐ），構（gòu）建出具有自愈合、傳感（gǎn）和驅動能力的接（jiē）口設備。自修複材料的應用（yòng）範圍（wéi）極為（wéi）廣泛，包括軍用裝備、電子（zǐ）產品、汽車、飛機和建築材料等領域，其中在智能（néng）手機和平板（bǎn）電腦屏幕上（shàng）的應（yīng）用最受關注（zhù），此（cǐ）次研究（jiū）人員使自修複材料向實（shí）用化方向又（yòu）邁進了一步。
（4）英國劍橋大學研發出（chū）由納米顆粒製成的光熱驅動變色皮膚
2020年6月，英國劍橋大學研發出一種人造變色皮（pí）膚，在光照或加熱時會變色（sè）。該皮膚變（biàn）色機理源於其中的納米顆粒。研究人員先將14納米的金顆（kē）粒（Au）包裹在聚（N-異丙基丙烯酰胺）（pNIPAM）外殼中，製成Au@pNIPAM芯—殼（ké）結構納米顆粒，再用流動聚焦微流體裝置和碳氟油產生含納米顆粒的水滴，最後將水滴轉（zhuǎn）移至油中以（yǐ）防蒸發。當光照或加熱至32攝氏度以上（shàng）時，納米顆粒會聚集在油水界麵處，並沉（chén）積到水滴底部，材料呈深藍色；當溫度降低後，納米顆粒（lì）通過（guò）布（bù）朗運動重新（xīn）分散，材料呈（chéng）紅色。用這種機（jī）理可研製光隱（yǐn）身皮膚、光/熱敏感變色材料等，甚（shèn）至（zhì）通過激光照射構建可編程控製顏色的（de）材料。
（5）美、德研究人員研發聚合物材料，可使軟機器人實現自我修複
2020年7月，美國賓夕法（fǎ）尼亞州立大學和（hé）德國馬克斯·普（pǔ）朗克研究所研究人員受烏賊圓環齒啟發，聯合開發出一種能夠實現自我修複的聚（jù）合物材料（liào）。研究人員通過研究烏賊（zéi）圓齒軟（ruǎn）硬混合（hé）蛋白質的序列，在（zài）細菌生物反應器中創造出具有重複氨基酸序（xù）列的聚合物（wù）材料，其能夠在水和熱量的作用下快（kuài）速實現自我愈合，且愈合時間小於同類型材料。該材料可完全生（shēng）物降解，將有利（lì）於構建堅固且可自我修複（fù）的軟機器人和執行器，幫助其延（yán）長使用（yòng）壽命。
（6）美國開發出可回收、可自愈的聚合物3D打印材料
2020年8月，美（měi）國得克薩斯農工大學和美國陸軍研究實驗室聯（lián）合開發出一種可回收、自愈合的聚合物3D打印材（cái）料。研究人員利用低聚物線性預聚物和交聯劑二苯甲烷雙馬來酰亞胺的混合物製成新型樹脂材料，通過增（zēng）加該材料內部交聯分子的數（shù）量，可以控製該材料的強度（dù）水平，使其（qí）能夠像橡膠般柔軟或具備塑料般的強度。該聚合物材料暴露（lù）在高溫下時，化學鏈接會脫離或重（chóng）連，因此可經過簡單（dān）加熱來實現修複。該材料能夠在幾秒鍾內自愈，並且可（kě）以進行3D打印，在假肢、柔性機器人及航（háng）空航天部件製造領域（yù）具有應用潛（qián）力。
（7）美國（guó）研製出可作為軟體機器人（rén）的仿生材（cái）料
2020年12月，美（měi）國（guó）西（xī）北大學（Northwestern University，UN）研究人員研（yán）製出一種仿生材料，其本身可以作為一種軟體機器人，不僅能夠在液態環境中行動自如地完成（chéng）拾取和運輸物體等任務，而且前進速度達到了每（měi）秒一步，甚至與人（rén）類（lèi）步（bù）伐速（sù）度相當。該仿生材料軟體機（jī）器人大小隻有幾厘米長，形狀像帶有四（sì）條腿的章（zhāng）魚，內嵌（qiàn）的鎳製骨架使其能夠響（xiǎng）應外部磁場，由於沒有任（rèn）何複雜的硬件或是液壓（yā）、電力組件，因此可以不受體積限製在水下或地下的微小空間中執行重要任務（wù）。該類（lèi）仿生軟（ruǎn）體機器人在生（shēng）產燃料和（hé）藥物、海洋環境清理或（huò）變革性醫療的“智能”微觀係統中具（jù）有應（yīng）用（yòng）前景。
超材（cái）料是21世紀以來出（chū）現的一類人工複合材（cái）料，具備天然材料所不具備的特殊物理性質。作為最熱門的新興技術之一，超材料正持續引發信息技術、國防工業、新能源及微細加工（gōng）的重大變革。2020年，超（chāo）材料領域取得以下幾個方麵的（de）進展。
（三）超材料
超材料是21世紀以來出現的一（yī）類人（rén）工複合（hé）材料（liào），具備天然材（cái）料所不具備的特殊物理（lǐ）性質。作為最（zuì）熱門的新興（xìng）技術之一，超材料正持續（xù）引發信息技術、國防（fáng）工業、新能源及微細加工（gōng）的重大變革。2020年，超材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）美國南加州大學開發出（chū）新（xīn）型（xíng）智能聲學超材料，可（kě）控製聲波的（de）傳播方式
2020年3月，美國南（nán）加州大學研究人員受鯊（shā）魚皮（pí）膚啟發，研發出可控製聲波傳播方式的新型智能聲學（xué）超材料。傳統聲學超材料通常由金屬或塑料製成，聲學特性單一，難以對不同聲波信號進（jìn）行（háng）處理。此（cǐ）次研究人員（yuán）利用鯊魚皮膚具有雙重聲學特性的原理，采（cǎi）用橡膠和鐵納米顆粒製備出智能聲學超材料，利用了（le）橡膠易於彎曲和拉伸、鐵納米顆粒可響應磁場（chǎng）變化的特（tè）性。該聲學超材料構成（chéng）的柱狀陣列通過分（fèn）開（kāi）或靠近即可實現聲（shēng）波的傳播或阻斷，目前尚處於實驗（yàn）室測試階段，未來研究人員（yuán）還將對其進行水下測試（shì）。
（2）英國和土耳其合作設計（jì）出模塊（kuài）化超材料（liào），可用於數據加密和可逆解密
2020年7月，土耳其畢爾肯大學（İhsan Doğramacı-Bilkent University）與英國曼徹斯特大學（University of Manchester）合作設計出一種模塊化超材料，可用於數據加（jiā）密和可逆解密。該材料由兩部分組成，頂部是透明的彈性襯底，其上（shàng）塗覆約10納（nà）米厚的金屬層；底部是120納米厚的銀膜，其上塗覆介（jiè）電層，以反射大部分入射光。當頂部和底部放在一起時，頂部的金屬層與底部的銀膜形成光學腔，腔的顏色等性質由介電（diàn）層厚度決定。此時，在介電層（céng）上製作的圖案即可由不同顏色顯示。除去頂部後，圖案就會消失，從而實現一次加密多次重複解密。該項研究為光學加密提（tí）供了一種更實用的途徑，可用於秘密信息傳遞...
今（jīn）年四甲鎮工業經濟實（shí）現穩健開局（jú），1至（zhì）3月，四甲鎮工業經（jīng）濟實現應稅銷售11.45億元，入庫稅金5099萬元，增幅均位（wèi）列海門區中心鎮第一。
“是金屬新材料產業拉動了全鎮（zhèn）工業經濟穩增長。”四甲鎮黨委書記黃紅傑說。四甲鎮是海門區確立的金屬新材料（liào）產業鏈上的主體鎮，黨委政府按照區委、區政府的決策部署，緊扣金屬新材料主導產業，實施精（jīng）準招商，加快項目建設，培育龍頭企業，將四甲鎮打造成（chéng）產業特色最明顯、產業（yè）門（mén）類最齊全的金（jīn）屬（shǔ）新材料研發生產基地（dì），爭取用（yòng）3至5年的時間，全鎮金屬新材料產業年應稅銷售突破50億元。
構建梯次發展（zhǎn）格局（jú）
南通愛爾思（sī）輕合金精密成型有限公司繼獲得2021年度工業金牌企（qǐ）業之後，今年穩健開局，1至3月，愛爾思實現應稅銷售6848萬元（yuán），同比增幅19.8%，入庫稅（shuì）金747萬元。
南通愛爾思輕合金精密成（chéng）型有限公司是一家專門從事高（gāo）壓、超高（gāo）壓電（diàn）氣裝備用鋁合金（jīn）鑄件的生產企業，是國家高新技術企業，為輕合金精密成型國家工程研究中心的產業化基地。該公司（sī）成立20多年來（lái），始終專注鋁合金鑄件的（de）研發與生產，充分發（fā）揮省級工程技術中心的優勢，不斷技術創新、工藝創新，研發生產（chǎn）的產品（pǐn）與國際先進產品（pǐn）媲美，為國內外著名高壓電氣裝備製造商的優質供應商，產品遠銷（xiāo）美國、德國（guó）、瑞士、意大利、日本、加拿大等10多個國家，同時也為國內西電、思源等20多家企業供貨。該公（gōng）司還成功研製部分醫（yī）療產品並已批量生產。目前（qián），該公司已經成為四甲鎮金屬新材料產業（yè）的支撐企業。
金屬新材料產業是四甲（jiǎ）鎮工業領域的特色產業，也是支撐型產業。經過多年發展積累，四甲鎮金屬新材料門類繁（fán）多，包括鋁合（hé）金製品、鎂合金製品、特種鋼絲、特種不鏽鋼製品（pǐn）、特種銅材製品等，擁有12家規上企業。四甲鎮的3家區（qū）百強企業均集聚（jù）在金屬新材料領域，目前（qián），年應稅銷售約10億元，占四（sì）甲鎮規上工業總量的三分之一。
“加（jiā）快構建金屬新材料企業梯次發展格局，是我們培大扶（fú）優金屬新材料企（qǐ）業的關鍵。”黃紅傑說（shuō），目前，四甲鎮金屬新材料企業體量不大，支撐（chēng）作用還不明顯。“十四五”期（qī）間（jiān），四甲鎮將重點實施內培外引，重點培育新江科技、南通愛（ài）爾思（sī）、滬海有色鑄（zhù）造、金輪特種鋼絲、中興精（jīng）密、中興創元等企（qǐ）業，引導這些企業不斷加大技改投入（rù）、科技創新、經營模（mó）式創新力度，全（quán）力提（tí）升發（fā）展能級，做大（dà）做強、做精做優，力爭形成以（yǐ）10億元級企業為龍頭、5億元級企業為支撐、億元級企業為基礎的梯（tī）次發展新格局。江蘇（sū）中興精密機械有限公司今年將投入900萬元進行技改，擴大半導體材料生產規模。1至3月，該公司應稅銷售、入庫稅金分別為7406萬元、651萬元，同比增幅分別為32.2%、48.1%。今年，四甲鎮在金屬新材料行業將新增3家規上工（gōng）業企業，全年力爭實現應稅銷售突破15億元。
堅持產業鏈招商
今年，海門區有5個產業項目列入省級重大項目，其中一（yī）個就落地在四甲鎮，為海門中國航天裝備新型鈦合金材料項目。這是上海航（háng）天精密機械研究所在四甲鎮投資（zī）的（de）第二個輕合金材料重特大項目。
四甲鎮是上海航天精密機械研究所打造的輕合金材料（liào）產業基地，鎂合金材料項目是基（jī）地的第一個重大項目，於去年（nián）5月份成立了（le）新江科（kē）技（江蘇）有限公司，9月份全麵投產。上海（hǎi）航天精密機械研究所隸屬（shǔ）中航科技集團，擁有60多年輕合金（jīn）研製（zhì）的（de）曆程積澱，具備鎂、鋁、鈦等輕（qīng）合金結（jié）構件“材料研發（fā）—鑄造成形—精密數（shù）控加工—無（wú）損檢測—表麵防護—服役可靠性評價”全鏈路核心技術和（hé）研發能力，可提（tí）供輕（qīng）合金結（jié）構件全流程研製的整體解（jiě）決方案。在特大型鎂合金鑄件鑄造、超細長變壁厚鋁合金鑄件鑄造、大型複雜薄壁（bì）艙體反重力鑄造和新型（xíng）高強耐熱稀土鎂合金材料鑄造等方麵均處於國內領（lǐng）先水平，先後獲得國（guó）際鑄造博覽會“鑄造材料金鼎獎”、“優質鑄件金獎（jiǎng）特別獎”、國防科技進步一等獎、省部級科技成（chéng）果二等獎等榮譽（yù）。
輕合金材料（liào）是四甲鎮金屬新材（cái）料中的（de）重點。在鎂合金材料項目實施中，區（qū）鎮兩級全力（lì）服務，確保了該項目快速竣工投產，去年實現應稅銷售5000萬元，今年有望突破（pò）2億元。上海航（háng）天精密（mì）機械研究所又將鈦合金項目布點在四甲鎮（zhèn）的產業基地。據介（jiè）紹，鈦合金項目主要建設鈦合金精密成型自動化生產線、鈦合金結構件（jiàn）精密（mì）加工自動化生產線、先進複（fù）合材料自動集成生產線和高性能（néng）防熱隔熱材料製備（bèi）生產線等，目前正在做開工前的籌備（bèi）工作。
“圍繞產業鏈招商，使我們（men）招商引資重心更聚焦。”四甲鎮黨委副（fù）書記、鎮（zhèn）長王洪新說（shuō）。今年以來，四甲鎮以招商引資突破年為抓手，以航天新材料產業園和高端智能裝備產業為（wéi）載體，依托中航科技集團第八研究所、上海航天精（jīng）密機械研究所等，以上海和蘇南為重點，加大金（jīn）屬新材料項目招引力度。到目前（qián）為止，四（sì）甲鎮在（zài）手在談的超億元（yuán）項目12個，其（qí）中重特大項目3個。總投資2億元的（de）鈹（pí）銅（tóng）合金電子材料研發（fā）製造項目是四甲鎮成功招引的金屬新材料產業項目，該項目技術含量高，曾獲得上海市（shì）科技進步一等獎。目前，項目已（yǐ）經注冊成立訊（xùn）連科技公司。
全力打（dǎ）造營商環境
最近，四甲鎮出台“聚力領航工程”實施方案，創新工作模式，打破固有的條線分割，成立黨建領航、產業強盛等6個工作專班，整合條線（xiàn）中（zhōng）堅力量，挖掘機關幹部內在潛力（lì），實現（xiàn）四甲鎮機關幹部服務企業、服務項目、服（fú）務群眾的能力作風大提升，助力四甲鎮營商環境的大（dà）提升。
訊連科技一入駐四甲鎮，就實實在在感受到這裏的營商環境之好、之優。為推動該項目的快速落地，四甲鎮與投資商一（yī）起，與省有色金屬協會等機構主動對接，為該項目定性，最終將其確定為新型（xíng）電子元器件，為該（gāi）項目破解了落地瓶頸。投資商十分感動，表態項目的（de）建設周期為半年，並決定在項目建成（chéng）前，先（xiān）在四甲鎮租賃（lìn）廠房生產。四甲鎮（zhèn）又迅速為其落實了租賃的廠房，預計訊連科技今年有望實現應（yīng）稅（shuì）銷售超億元。最近，投資商又為四甲鎮介紹了高精（jīng）度自動化設備研發製造項目和新型銅合金製造項目。
“項目落（luò）得下、推得快，投產後遇到的問題能夠及時解決，是投資商最看重的營商環境。”黃紅傑說，四（sì）甲鎮全力當好（hǎo）企業的金牌“店（diàn）小二”和星級服務員。該鎮專門成立了（le）由黨政主要領導掛帥（shuài）的產業強盛專班，整合（hé）經濟發展、項目建（jiàn）設、科技創新、統計（jì）等各（gè）條線人員（yuán），構建從項目注冊到項目投產的全方位、全周期、全鏈條項目保障（zhàng）“直通車”。項目落地生產後，主動聽取企業（yè）訴求，積極作為、靠前服務，幫助解決實際困難，為（wéi）企業健康快速發展創造條（tiáo）件。鈦（tài）合（hé）金項目作為首季力爭開工的項（xiàng）目，四甲鎮按照區委（wěi）、區政府要求，超前服（fú）務，圍繞產能、能耗、環評的前置條（tiáo）件，赴省有關部門匯報，為項目順利開工創造了條件。
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