全球30大前沿新材料介紹及未來發(fā)展趨勢解析！
作者：麻省理工科技評論APP 來源：
頭條號 
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新材料是指新近發(fā)展或正在發(fā)展的具有優(yōu)異性能的結構材料和有特殊性質的功能材料。目前，前沿新材料主要包括硼墨烯材料、過渡金屬硫化物、4D打印材料、仿生塑料等，加快布局前沿新材料已成為我國的重大戰(zhàn)略之一。小編為大家整理了全球30大最具潛力的前沿新
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新材料是指新近發(fā)展或正在發(fā)展的具有優(yōu)異性能的結構材料和有特殊性質的功能材料。目前，前沿新材料主要包括硼墨烯材料、過渡金屬硫化物、4D打印材料、仿生塑料等，加快布局前沿新材料已成為我國的重大戰(zhàn)略之一。小編為大家整理了全球30大最具潛力的前沿新材料，一起來看看它們對我們未來的生活會有哪些影響吧。簡介：全息膜實際上一種綜合衍射圖(hologram)技術的實際應用，它是國際上首次實現(xiàn)在無論光源是否充足的情況下，都能透過正面及背面兩側同時、多角度（即360°）直接觀看影像的，具有劃時代專利技術的投影膜。全息膜因其可提供空中動態(tài)顯示，清晰顯像的同時，能讓觀眾透過投影膜看見背后景物，又能與互動軟件組合，產(chǎn)生三位立體互動影像，是觀者產(chǎn)生身臨其境，玩轉空間的感覺，具有高清晰、耐強光、超輕薄、抗老化等無可比擬的眾多優(yōu)勢，而成為未來最具有發(fā)展前景的材料之一。未來發(fā)展趨勢：全息膜因其可提供空中動態(tài)顯示，清晰顯像的同時，能讓觀眾透過投影膜看見背后景物，又能與互動軟件組合，產(chǎn)生三位立體互動影像，是觀者產(chǎn)生身臨其境，玩轉空間的感覺，具有高清晰、耐強光、超輕薄、抗老化等無可比擬的眾多優(yōu)勢。而成為未來最具有發(fā)展前景的材料之一。那么，在未來勢必會有更多的科研人家，聚焦在全息膜上的研究。結合當下的材料發(fā)展趨勢，預測未來全息膜的發(fā)展趨勢主要包括以下兩方面：第一、分子級別的納米光學組件將是發(fā)展趨勢，即由全像彩色濾光板結晶體（HCFC）為核心材料，融合納米技術，材料光、光學、高分子等多學科成果生產(chǎn)而成。第二、輕薄內(nèi)部蘊含先進的精密光學結構，以達致高清晰、高亮度的完美顯像。成像效果卓越畫面晶瑩剔透，材料簡約纖薄傳播設計深蘊。用于電子器件、光學薄膜?？梢哉f，全息膜這項技術很多國家都在研制，毫不夸張的說它包含了未來，誰最先掌握并使用這項技術，誰就最先走入未來的先進技術行列。簡介：金屬氫是液態(tài)或固態(tài)氫在上百萬大氣壓的高壓下變成的導電體。導電性類似于金屬，故稱金屬氫。金屬氫是一種高密度、高儲能材料，之前的預測中表明，金屬氫是一種室溫超導體。金屬氫內(nèi)儲藏著巨大的能量，比普通TNT炸藥大30─40倍。2017年1月26日, Science雜志報道哈佛大學實驗室成功制造出金屬氫。2017年2月22日，由于操作失誤，這塊地球上唯一的金屬氫樣本消失了。從理論上來看，在超高壓下得到金屬氫是確實可能的。不過，要得到金屬氫樣品，還有待科學家們進一步研究。已掌握的超導材料大多需在液氦（-269℃）或液氮（-196℃）冷卻下使用，這使超導技術的發(fā)展受到限制。和化學家不同，天文學家將氫和氦以外的一切元素統(tǒng)稱為金屬。在高溫和高壓條件下，氣態(tài)的氫也可以成為電導體的金屬氫。以木星為例：最外層是1000公里厚的氣態(tài)分子氫，再往下是24000公里厚的液態(tài)分子氫，再往下是45000公里厚的液態(tài)金屬氫。1936年美國科學家維那對氫轉變?yōu)榻饘俚膲毫ψ髁耸状斡嬎?，提出了氫轉變?yōu)榻饘俚呐R界壓力是在100萬到1000萬大氣壓的范圍以內(nèi)。未來發(fā)展趨勢：金屬氫的超導臨界溫度(即體現(xiàn)超導性質主最高溫度)是零下223℃~零下73℃，可能能夠在固態(tài)二氧化碳（－78.45℃)溫度下使用，這將大大推動超導技術的發(fā)展。由于金屬氫是高密度材料，用它作燃料，火箭的體積和重量都會大大減小，航天事業(yè)將因此而產(chǎn)生巨大的飛躍。一旦金屬氫問世，就如同當年蒸汽機的誕生一樣，將會引起整個科學技術領域一場劃時代的革命。金屬氫是一種亞穩(wěn)態(tài)物質，可以用它來做成約束等離子體的“磁籠”，把熾熱的電離氣體“盛裝”起來，這樣，受控核聚變反應使原子核能轉變成了電能，而這種電能將是廉價的又是干凈的，在地球上就會方便地建造起一座座“模仿太陽的工廠”，人類將最終解決能源問題。簡介：超固體其實對應的是超流體，指的是一種具備超流特性的固體，也就是集“超流體+固體”特性于一身的物質。簡單來說就是超固體既有晶體態(tài)中原子規(guī)則排布的特征又可以像超流體一樣無摩擦流動。在極低溫下超固體晶體中的空隙能夠集中在一起到處流動，如果在超固體一側的空隙中放上固體，那么固體會隨著這些空隙一起在超固體中隨意穿梭，甚至直接穿梭就如穿墻術那樣自由穿梭。未來發(fā)展趨勢：這種新物質態(tài)只能存在于極低溫且超高真空條件下，這意味著至少目前我們還無法將其應用普遍化。不過更深入的理解理解這種明顯矛盾的物質狀態(tài)可以幫助我們更好地理解超流和超導的性質，從而極大促進超導磁體，超導傳感器以及能量傳輸?shù)刃袠I(yè)的發(fā)展。而在未來，在超固態(tài)，空位將成為相干的實體，可以在剩下的固體內(nèi)不受阻礙地移動，就像超流一樣。而玻色愛因斯坦凝聚體是一種出現(xiàn)在超冷溫度下的奇異物態(tài)，在如此低的溫度下原子的量子特性變得極其明顯，展現(xiàn)出明顯的波動性。簡介：木材海綿是用化學品處理，剝離半纖維素和木質素而成，可以從水中吸收油脂，吸收量是其自身重量的16-46倍，可重復使用多達10次。這種新型海綿在容量，質量和可重復使用性方面超越了我們今天使用的所有其他海綿或吸收劑。未來發(fā)展趨勢：石油和化學品泄漏對世界各地的水體造成了前所未有的破壞，作為清理海洋中的綠色方式，木海綿能夠有效解決這個問題。簡介：時間晶體英文名為time crystals，也叫時空晶體（space-time crystals），是一種在空間和時間上都有周期性結構的四維晶體。我們?nèi)粘Ｋ佑|的都是固、液、氣三種基本物質形態(tài)，但隨著科學的發(fā)展，物質形態(tài)的概念也得到擴展，比如等離子體態(tài)、波色-愛因斯坦凝聚態(tài)、超臨界流體等。時間晶體是一種全新的物質形態(tài)，也是一種打破時間平移對稱性的非平衡態(tài)物相。時間晶體的概念最早是由諾貝爾物理學獎得主弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）在 2012 年提出的。三維空間的晶體我們并不陌生，比如冰塊、鉆石等。晶體是微觀粒子在空間上周期性排列的幾何對稱結構。維爾切克在給學生上課時開始思考，能否把三維晶體的概念拓展到四維時空中，讓物質在時間的維度上周期性排列。也就是說，時間晶體在不同時刻具有不同的狀態(tài)，并且這種狀態(tài)的變化具有周期性。舉個通俗的例子，一個時間晶體可能第一秒是白糖，第二秒是紅糖，第三秒又變回白糖。未來發(fā)展趨勢：2021年9月，諾曼·姚、維迪卡·凱曼尼、多米尼克·埃爾斯和渡邊悠樹四位理論科學家共同獲得“科學突破獎”，標志著離散時間晶體這一新領域獲得了更廣泛的認可。2021年底，谷歌量子計算團隊所實現(xiàn)的離散時間晶體實驗，被美國物理學會（APS）Physics和英國物理學會（IOP）Physics World評為年度物理學突破之一。對離散時間晶體的研究，刷新了人們對了周期性驅動系統(tǒng)、多體局域化、預熱化以及量子熱化過程等領域的理解，并促使更多不同領域的科研工作者投身其中。從離散時間晶體的發(fā)展過程可以看出，科學探索在大多數(shù)時候都不是一番風順的，需要否定之否定，以及學術上針鋒相對的論戰(zhàn)。在科學探索中，有創(chuàng)見的錯誤比平庸的正確更有價值，因為錯誤中可能孕育著新的思想。時間晶體正好趕上了量子計算技術突飛猛進，才得以在短時間內(nèi)獲得迅猛發(fā)展而非被埋沒。簡介：加拿大生物公司HyperstealthBiotechnology研發(fā)出名為“量子隱形”的先進材料（隱形面料）。這種面料被命名為“Quantum Stealth camouflage”(量子隱形偽裝材料)，通過彎曲光線達到隱形目的。 未來發(fā)展趨勢：這種材料可以用來制作隱形衣，幫助戰(zhàn)場的士兵通過隱形來完成高難度的作戰(zhàn)任務。該公司首席執(zhí)行官蓋伊·克拉默介紹說：“‘量子隱形’材料不僅能幫助特種部隊在白天完成突襲行動，而且還能幫助士兵在遭遇不測時順利逃生。此外，這種材料還有望在下一代隱形戰(zhàn)機、潛艇和坦克上得到應用，讓其實現(xiàn)真正的隱形，幫助部隊在‘無形’中完成對敵方的打擊任務。” 簡介：由聚合物和水制成的材料，可導電， 而且不會變干。未來發(fā)展趨勢：未來，這種材料可以用于制作人造皮膚以及具有仿生功能的柔性機器人。簡介：過渡金屬硫化物（TMDC）具有簡單的二維結構，是可比肩石墨烯的超級創(chuàng)新材料。它通常由過渡金屬元素M（如:鉬、鎢、鈮、錸、鈦等）與硫族元素X（如:硫、硒、碲等）組成。由于相對成本較低，并且更易于制成非常薄且穩(wěn)定的圖層，同時具有半導體特性，TMDC成為光電子學領域的理想材料。未來發(fā)展趨勢：如果電子和真空洞被注入TMDC，當它們相遇時就會再次組合然后釋放光子，這種光電相互轉化的能力使得TMDC有望被用于光傳輸信息領域，用作微小的低功率光源或激光；TMDC可以和各種二維材料結合制備異質結，并且很少出現(xiàn)晶格失配的問題，這種異質結光電器件有望在更廣泛的光譜范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的器件性能。簡介：冷沸材料，是與熱沸材料截然相反的物質，是一類隨著溫度的下降依次呈現(xiàn)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的物質。聚集態(tài)冷沸材料在高溫、常溫條件下為固態(tài)，溫度越高其強度越高，最高可耐受1萬攝氏度以上的溫度，在零下121℃變?yōu)橐簯B(tài)，在零下270℃變?yōu)闅鈶B(tài)。冷沸材料是一種超級材料。與目前研制的性能最優(yōu)的耐高溫材料、超導材料相比，冷沸材料的耐高溫性、超導性等優(yōu)點更為突出。在冷沸材料中摻雜惰性熱沸材料，可提升冷沸材料的低溫、超低溫強度，使其在更廣闊溫度范圍內(nèi)具有超高強度特點。冷沸金屬材料在常溫條件下?lián)碛谐瑢匦裕瑹o需維持高成本的低溫環(huán)境。因此冷沸材料具有極高研究及應用價值。未來發(fā)展趨勢：行業(yè)分析人士表示，冷沸材料可以廣泛應用在航空航天、超級機械、電子設備等領域。以航空航天為例，冷沸材料可以制造性能更優(yōu)的航空發(fā)動機、飛行器外殼等部件，應用于第三宇宙速度及以上速度的太空飛行器中，在其超高速度飛行產(chǎn)生超高溫度的情況下，部件材料仍能夠保持超高硬度，同時還可以滿足太空飛行器在宇宙低溫、超低溫環(huán)境中仍能夠良好運行的要求。冷沸材料可推動航空航天產(chǎn)業(yè)科技革命，但其無論是人工制備還是從月球中開采均具有極大難度，實現(xiàn)應用還有較長道路要走。簡介：磁流體材料又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液，是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性。是由直徑為納米量級（10納米以下）的磁性固體顆粒、基載液（也叫媒體）以及界面活性劑三者混合而成的一種穩(wěn)定的膠狀液體。該流體在靜態(tài)時無磁性吸引力，當外加磁場作用時，才表現(xiàn)出磁性，正因如此，它才在實際中有著廣泛的應用，在理論上具有很高的學術價值。用納米金屬及合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應用于各種苛刻條件的磁性流體密封、減震、醫(yī)療器械、聲音調節(jié)、光顯示、磁流體選礦等領域。未來發(fā)展趨勢：近年來，磁流體材料在航空航天、國防、醫(yī)療、交通等新領域中的應用取得了頗多新的科研成果，磁流體的應用隨著科技發(fā)展被應用到越來越多的領域，相應地，對磁流體相關科學技術的要求也在逐漸提高。作為未來極具發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧现?，磁流體材料吸引了各國的關注。我國在磁流體研究方面雖然起步較晚，但也大有后來居上的勢頭。隨著磁流體高端應用技術由英美等發(fā)達國家獨家掌握的局面逐漸被打破，可以預見的是，未來關于磁流體材料研究的角力將會越來越激烈。簡介：此種涂層材料是專門為工業(yè)鉆頭和鉆孔工具專門設計的鐵基玻璃狀合金涂層，它在重載下更能抵抗斷裂。該涂層的成本遠遠低于普通材料，如碳化鎢鈷硬質合金，并且其較長的使用壽命也提高了隧道掘進過程的效率。未來發(fā)展趨勢：未來，此種材料在工業(yè)，制造，建筑等領域都有潛在應用。簡介：納米點鈣鈦礦，具有巨磁阻、高離子導電性、電催化性、氧化還原性等優(yōu)點，可以廣泛應用在光吸收、存儲、催化、傳感等領域。鈣鈦礦是一種晶體結構材料，是新型功能材料，目前，穩(wěn)定性不足等問題成為限制其發(fā)展的重要因素，新型結構的鈣鈦礦研究還在不斷深入，因此納米點鈣鈦礦受到關注。未來發(fā)展趨勢：據(jù)市場調查網(wǎng)發(fā)布的《中國納米點鈣鈦礦市場發(fā)展形勢現(xiàn)狀及行業(yè)前景預測研究報告》顯示，澳大利亞昆士蘭科技大學（QUT）團隊在OLED用納米點鈣鈦礦研究的基礎上，將用頭發(fā)制成的納米點鈣鈦礦集成到太陽能電池中，納米點在鈣鈦礦表面形成保護層，使材料免受其他因素影響，提高了其性能穩(wěn)定性，并提高了光電轉化效率，并可以降低生產(chǎn)成本。這對鈣鈦礦太陽能電池規(guī)?；l(fā)展具有重要意義，納米點鈣鈦礦擁有廣闊發(fā)展前景。簡介：微格金屬是由微型的空心管連接制作而成，空心管的直徑大約為100微米，壁厚只有100納米，因為是中空的結構，所以內(nèi)部的空氣高達99.99%。這種金屬主要是由輕飄飄的空氣所構成的，它甚至能夠停放在蒲公英上，或者是像是羽毛一樣從高處漂浮到地面上，不過許多小伙伴看到這兒一定會質疑這么輕的金屬是非常的脆弱，但其實并不然，微格金屬反而異常的堅硬，抗壓能力也絕對是非常高級別的存在。未來發(fā)展趨勢：電池電極、催化劑載體，未來航空飛行器制造，微格金屬材料可以確保美國宇航局降低深太空探索航天器40%質量，這對于未來旅行至火星和其它星球至關重要。簡介：錫烯又稱單層錫原子，具有類似石墨烯的二維蜂窩狀結構，是一種新型量子材料。錫烯的晶體結構基于金剛石結構的α-錫，由于其不屬于層狀結構，無法使用機械剝離方法制得，因此生產(chǎn)技術壁壘極高。與石墨烯、硅錫、鍺烯等二維材料相比，錫烯鍵長更長，導電性能更優(yōu)，有望成為全球首個能在常溫下導電率達到100.0％的超級材料。未來發(fā)展趨勢：據(jù)行業(yè)分析人士表示，作為新型二維材料，錫烯應用前景廣闊，隨著研發(fā)技術不斷創(chuàng)新突破，錫烯應用范圍將有所擴大，行業(yè)有望實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展。錫烯行業(yè)技術壁壘較高，近年來我國眾多科研團隊努力在錫烯材料研究上取得新進展，這對行業(yè)發(fā)展具有積極影響。簡介：分子強力膠是2013年牛津大學生物化學系的馬克·豪沃思和他的研究組發(fā)現(xiàn)的一種從化濃性鏈球菌侵入細胞后所放出的蛋白結合而成的膠。從化濃性鏈球菌侵入細胞后釋放出的蛋白獲得靈感，這種蛋白能夠分為二部分，但當它們再相遇時，會像膠一樣結合在一起；由這兩部分蛋白組成的膠，稱為分子強力膠（molecular superglue)。這種膠的粘結強度高、耐高低溫性能好，同時能夠承受酸和其它惡劣環(huán)境。
未來發(fā)展趨勢：未來，此種材料可用作癌癥的診斷手段；分子強力膠可粘結金屬、塑料及其種物質，解決現(xiàn)有各種涂料都與金屬粘附不強的問題。簡介：所謂“超材料”（metamaterial），是21 世紀以來出現(xiàn)的特種復合材料或結構，通過對材料關鍵物理尺寸上進行有序結構設計，使其獲得常規(guī)材料不具備的超常物理性質。超材料涉及眾多學科領域，如物理、化學、光電子學、材料科學、半導體科學以及裝備制造等，是全球最前沿、最具有戰(zhàn)略性意義的研究課題。被美國Science雜志列入本世紀前10年的10項重要科學進展之一，同時Materials Today雜志也稱其為材料科學50年中的10項重要突破之一。未來發(fā)展趨勢：超材料將有可能成為一種前途不可限量的新型材料，但是目前距離真正大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化還有一定距離，有許多的難題有待克服，這也將成為未來超材料研究的主流方向，并可能出現(xiàn)因技術的進一步突破取得更多成果的領域。簡介：量子是現(xiàn)代物理的重要概念，是物質和能量的最小基本單位，量子金屬是由最小單元粒子構成的金屬，是一種獨特的二維材料。量子金屬擁有普通金屬的特性，并具有絕緣、超導的特性，其在中等強度磁場中呈現(xiàn)為量子金屬，在強磁場作用下成為絕緣體，在-272℃以下溫度環(huán)境中則轉變?yōu)槌瑢w。由此可見，量子金屬存在兩個維度狀態(tài)的可能性研究。
未來發(fā)展趨勢：據(jù)行業(yè)分析人士表示，超導體是量子金屬研究的重要方向。超導體是臨界溫度以下電阻為零的導體，可無損耗的傳輸電流，能夠廣泛應用在電子、通信、電力、交通、醫(yī)療、核工業(yè)、航空航天等產(chǎn)業(yè)中。2021年，全球超導體市場規(guī)模約為76億美元，呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢。超導體可分為低溫超導體、高溫超導體兩大類，低溫超導體占據(jù)絕對主導地位，發(fā)展勢頭強勁。量子金屬是低溫超導體的一種，其研究與應用具有較大價值。簡介：硼墨烯，一種二維材料，是元素硼形成的類似石墨烯的單層平面原子結構，是僅有一層原子厚度的薄膜。硼墨烯由人工合成，預測有多種結構，其擁有獨特屬性，展現(xiàn)出許多金屬特性，特別是電子特性優(yōu)異，是一種新型二維材料。未來發(fā)展趨勢：據(jù)行業(yè)分析人士表示，為推動工業(yè)技術升級，全球市場對新材料的研究與應用關注度高，政府與資本在新材料研究領域的投資力度不斷加大，高性能新材料不斷被研發(fā)問世，實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展速度加快。硼墨烯作為新型的二維材料，具有優(yōu)異的電子特性，在電子、能源等產(chǎn)業(yè)中擁有巨大發(fā)展?jié)摿?，短期來看由于仍處于研究階段，其應用市場尚未形成，但長期來看，對比石墨烯，其擁有廣闊市場空間。簡介：可編程水泥，通過控制水泥微粒的微觀形狀，將水泥微?！熬幊獭毙纬筛呙芏取⒌涂紫兜奶胤N混凝土，使其堅固性提高，防水性與耐腐蝕性提升?？删幊趟嗍且环N技術含量較高的新型水泥，除了其綜合性能得到提升以外，其在生產(chǎn)與應用過程中對環(huán)境的危害也大幅降低。未來發(fā)展趨勢：據(jù)行業(yè)分析人士表示，目前來看，我國在可編程水泥研究方面與美國相比關注度較低，但為實現(xiàn)從制造大國向制造強國轉變，以及實現(xiàn)碳中和、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標，我國政府正在大力推動高性能、高環(huán)保新材料的研究工作，未來，我國新型建筑材料相關研究投入將不斷加大，可編程水泥相關研究成果有望不斷增多。簡介：超薄鉑是一種快速、廉價地沉積鉑超薄層的新方法，可減少用于燃料電池催化劑的金屬用量，從而大大降低其成本。未來發(fā)展趨勢：此種材料未來或將用在氫燃料電池等領域。簡介：鉑合金是指鉑與其他金屬混合而成的合金，如與鈀、,銠、釔、釕、鈷、鋨、銅等。鉑合金作為功能材料被用作測溫材料、催化劑、電接觸材料、電極材料、彈性材料、水磁材料等。鉑合金測溫材料高溫熱電性穩(wěn)定、精度高，主要是鉑銠、鉑鉬和鉑鈷系合金。鉑銠合金有良好高溫抗氧化性和化學穩(wěn)定性。鉑鉬合金熱電偶是在真空或惰性氣氛及核場測量中使用的高溫熱電偶。鉑鈷合金作電阻溫度計，在20K以上工作有很高的精度和靈敏度。鉑合金催化劑是氨氧化法制取硝酸的唯一材料。催化劑主要是鉑銠或鉑銠鈀合金網(wǎng)。未來發(fā)展趨勢：鉑合金在高溫應變材料、精密電位器繞組材料、醫(yī)用材料、首飾、貨幣等方面都有廣泛應用，未來發(fā)展?jié)摿熬薮蟆?/section>簡介：自修復材料，顧名思義，就是在含有某種材料的物品出現(xiàn)損傷時，不需或者只需很少的干預，破損處就會自動修復。這樣，在延長物品壽命、確保其使用安全性和完整性的同時，也降低了維護成本。對自修復材料的研究，始于上世紀90年代的建筑混凝土領域。但直到2001年，世界電化學家、美國人懷特等人在Nature雜志發(fā)文，將填充修復劑的微膠囊埋到含催化劑的環(huán)氧樹脂中，才開發(fā)出了聚合物自修復材料，相關研究逐步引起國際上的廣泛關注。未來發(fā)展趨勢：隨著自修復技術的快速發(fā)展，各種各樣的自修復材料必將在建筑、汽車、航天、航空、電子等行業(yè)領域得到更廣泛應用，對節(jié)約資源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展意義重大。簡介：這是一種新型涂料，可以自行調節(jié)玻璃的透明度，對于 67oC 以上的溫度，這種透明涂層將變成反射金屬般的光潔度來反射陽光。未來發(fā)展趨勢：此種材料未來可應用于建筑、交通運輸?shù)阮I域。簡介：仿生材料是指模仿生物的各種特點或特性而研制開發(fā)的材料。通常把仿照生命系統(tǒng)的運行模式和生物材料的結構規(guī)律而設計制造的人工材料稱為仿生材料。仿生塑料既具有遠高于工程塑料的強度，又有很強的韌性和抗裂紋擴展性能。在零下130攝氏度至零上150攝氏度范圍內(nèi)，其尺寸變化非常小，在室溫下，它的熱膨脹系數(shù)僅為普通塑料的約十分之一。未來發(fā)展趨勢：隨著我國城市化進程的加快，社會穩(wěn)定和城市安全等問題逐漸浮出水面，仿生塑料技術是實現(xiàn)基礎設施建設的關鍵技術。因此隨著社會經(jīng)濟和信息技術的進一步發(fā)展，仿生塑料的應用將成為未來的新趨勢。簡介：光子晶體是周期性的光學納米結構影響的運動光子在大致相同的方式，離子晶格影響電子在固體。在自然界中，光子晶體以結構著色和動物反射器的形式出現(xiàn)，并且以不同的形式有望在一系列應用中有用。光子晶體是用于控制和操縱光流的有吸引力的光學材料。
未來發(fā)展趨勢：一維光子晶體已經(jīng)以薄膜光學的形式被廣泛使用，其應用范圍從鏡片和鏡子上的低反射涂層和高反射涂層到變色的油漆和油墨。高維光子晶體對于基礎研究和應用研究都非常感興趣，而二維光子晶體正開始找到商業(yè)應用。涉及二維周期性光子晶體的商業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)以光子晶體纖維的形式出現(xiàn)，與用于非線性設備和引導奇異波長的常規(guī)光纖相比，其使用微米級結構來束縛具有與根本不同的特性的光。三維對應物還遠未實現(xiàn)商業(yè)化，但當某些技術方面，如可制造性和主要困難得到控制時，它們可能會提供其他功能，如光學計算機中使用的光學晶體管的操作所需的光學非線性。簡介：耐燒蝕陶瓷材料是一種很有發(fā)展前途的高溫結構材料，熔點高，可用作優(yōu)質耐火材料，如熔爐、高溫爐管等。在耐燒蝕陶瓷材料中，有一種稱為結構材料的材料，主要由強度、硬度、韌性等力學性能組成。金屬已廣泛用作結構材料，但由于金屬易腐蝕，在高溫下會氧化，因此不適合在高溫下使用。高溫結構材料的出現(xiàn)彌補了弱金屬材料的不足。這種材料耐高溫，不怕氧化，耐酸堿腐蝕。
未來發(fā)展趨勢：耐燒蝕高溫陶瓷具有絕緣、耐高溫，抗腐蝕，機械性能好等特點，耐高溫陶瓷絕緣涂料具有綠色環(huán)保、高效、多功能性等性能，在特種涂料領域占據(jù)著重要的位置。
簡介：這種名為Hydroceramics的材料是由水凝膠氣泡組成，這種水凝膠氣泡在水中可以擴大到原先體積的400倍。
未來發(fā)展趨勢：由于這種神奇的屬性，球面吸收的液體將會在炎熱的天氣蒸發(fā)到周圍空氣，從而起到降溫的作用。簡介：無限可回收塑料是指可以無限期回收利用的塑料。與常見的普通塑料相比，無限可回收塑料能夠回收，可以避免塑料制品進入生態(tài)環(huán)境中造成危害，生態(tài)價值大；與可降解塑料相比，無限可回收塑料制品在自然界中不降解，可以再利用，經(jīng)濟價值大。
未來發(fā)展趨勢：無限可回收塑料在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景下?lián)碛袕V闊市場前景。據(jù)行業(yè)分析人士表示，現(xiàn)階段常見的塑料在生態(tài)價值、經(jīng)濟價值等方面或多或少存在問題，無限可回收塑料可最大程度的解決這些問題，替代現(xiàn)有塑料來制造各種產(chǎn)品。簡介：目前4D打印材料主要是高分子聚合物，比如2014年有科學家研發(fā)了一種拉力敏感聚合物纖維，并制作成可以根據(jù)穿戴者的體型和動作進行自動變形的連衣裙。
未來發(fā)展趨勢：智能材料是4D技術的核心。但由于相關研究仍處于早期階段，現(xiàn)可投入使用的成熟材料尚少，主要以多聚物為主，故機遇挑戰(zhàn)并存。當前的一個重點研究領域就是探索陶瓷、金屬乃至生物物質、復合材料作為打印原料的可能性。簡介：將這種細膩而柔滑的聚合物涂在皮膚上，能夠瞬間拉緊皮膚、消除下垂，在不知不覺間讓皺紋消失。
未來發(fā)展趨勢：此種材料在護膚品開發(fā)和皮膚病治療方面具有良好應用前景。
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