未来最具潜力的新材料归纳汇总

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离子液体 ( 低温熔盐 )

未来,化学工业因离子液体或将不再有废水、废气产生,从工业、船舶、汽车、电子、制冷乃至纺织等或将都充满离子液体的身影。

主要特性:宽液程、低熔点、难挥发、可循环、安全不易燃爆、可调酸碱性。

主要用途:(1)环保(水处理、废气处理,VOC回收、重金属捕集);(2)替代传统挥发性有机溶剂;(3)新型电解质或电解液添加剂;(4)生物柴油、药物、有机合成催化剂;(5)新材料制备(纳米材料、气凝胶、柔性材料、超导体、储热材料);(6)制冷、导热;(7)生物质提取(纤维素、木质素、蛋白质等);等等

发展趋势:在绿色化工、环保、生物、催化等领域具有广阔的应用前景。

研究机构/公司:默尼化工(Monils Chemicals)公司、Solvent InnovaTIon公司、巴斯夫、Merck公司、兰化所、过程所、华东理工大学、东华大学、清华大学、华南理工大学、复旦大学,等等。

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石墨烯

石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪。”

有趣的是,石墨烯诞生并没有使用“高大上”的科学技术,而是由英国曼彻斯特大学的两位科学家用透明胶带从石墨晶体上“粘”出来的。

石墨烯目前最有潜力的是成为硅的替代品,制造超微型晶体管,用来生产未来的超级计算机。据相关专家分析,用石墨烯取代硅,计算机处理器的运行速度将会快数百倍。而近日,美国麻省理工学院的科学家通过研究发现,在特定情况下,石墨烯能够被转化成具有独特功能的拓扑绝缘体。这一研究发现,有望带来一种制造量子计算机的新方法。

其次,石墨烯能助力超级电容器、锂离子电池的发展。据相关资料显示,加入石墨烯材料,同等体积的电容可扩充5倍以上的容量,而锂电池电极中加入石墨烯则可大幅度提高其导电性能。此外,石墨烯还可应用于电路、触摸屏、基因测序以及制造出羽翼般超轻型飞机、超坚韧防弹衣等领域。

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碳纤维

随着低碳经济的不断发展,碳纤维产品的需求也将不断攀升。碳纤维强度大、密度低、线膨胀系数小等特性使之在飞机制造等军工领域、汽车和医疗器械等工业领域、高尔夫球棒和自行车等体育休闲领域备受追捧。

而十八届三种全会改革军队和国家安全机构的决定,增强了采购国防装备和安防设备的预期,这为碳纤维行业的发展带来利好。中国军用领域对碳纤维的需求一直很大,作为现代战略武器必不可少的新材料之一,碳纤维及其复合材料大量用于战略导弹、隐身战机、现代舰艇以及非杀伤性武器等方面。

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碳纳米管

碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。

碳纳米管除了作为模具,在内部填充金属、氧化物等物质外,还可用于纳米结构电子器件、热电材料、电池电极材料、低温高灵敏度传感器,生物分子载体、催化剂载体等领域。

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超导材料

超导材料是在特定温度下,电阻消失的材料。超导材料并不罕见,在我们生活中很多材料,如铝、钙、硫、磷等都具有超导特性,只是要实现这些材料的超导性就必须要达到临界温度、超高压等极端条件。

近年来,超导材料所具有的零电阻、完全抗磁性和隧道效应三个特性,使之在全世界广受关注。其最广为人知的用途是用在电力网上,由于无电阻,电力网中损耗为零,将可以节省10%-20%因输送而造成的电力损耗。

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半导体材料

最近,数字家居以及物联网的崛起惠及半导体产业的蓬勃发展。据市场研究公司IHSiSuppli报告显示,2013年,家电半导体市场增幅达到12%,规模达到26亿美元,去年这一数字为23亿美元。除此之外,半导体材料涉及的产业主要包括集成电路、LED、太阳能光伏等。

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轻合金

十二五期间,中国将重点发展高强轻型合金材料。该项工程目标为,到2015年,关键新合金品种开发取得重大突破,形成高端铝合金材30万吨、高端钛合金材2万吨、高强镁合金压铸及型材和板材15万吨的生产能力。2014年,是高强轻型合金达到该工程目标的冲刺年,其冲刺成果值得期待。

钛合金,是一种在现代高端武器中占领重要位置的轻型合金。据资料显示,近年来我国批量生产的军用飞机机体和发动机用钛质量合计占比达25%,而F-22钛合金占比更是高达41%。钛金属由于具有高强度、延展性好、耐腐蚀、无磁性等优越性能,被广泛用于航空航天、化工、石油、电力等领域。

除钛合金之外,轻型合金还主要包括铝合金和镁合金。铝合金使用较早,如今普及程度也较高,在汽车、轮船等领域经常出现。而镁合金是实用金属当中质量最轻的,是汽车实现轻量化最重要的新材料之一。

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功能薄膜(材料)

功能薄膜属于先进高分子材料的一种,其种类较多,应用领域各异,在战略新兴产业中扮演重要角色。目前,被看好的功能薄膜主要有光学薄膜、光伏薄膜、锂电池隔膜、水处理渗透膜、高阻隔包装膜等。

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智能材料

你想象过有一天手机揣在兜里就能充电吗?英国的科学家利用智能材料满足了人们的这一愿望。

英国沃达丰手机公司和南安普顿大学合作研制一种便捷式充电器,只要将手机与裤袋内的接驳头相连即可充电。而该短裤是用智能面料聚合泡沫物料制成,它的作用是能将人体运动时产生的能量转化成电能。

一般认为,智能材料拥有七大功能,包括传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。而这七大功能正好切合了时下火热的可穿戴设备以及4D技术,此外该材料在医疗、军工、建筑等领域也具有巨大的潜力。

生物材料

生物材料主要应用在医学上,目前利用生物材料已经生产出除大脑以外的人体所有的器官。在市场上已经有的产品包括人工眼角膜、心脏支架、心脏起搏器、人工硬脑膜等等。

特种玻璃

特种玻璃包含的光伏玻璃和超薄玻璃两个子行业也迎来发展先机。随着移动设备产业的发展,对高性能玻璃的需求也越来越大,其中包括用于各种平板显示器件的平板玻璃,用于光的折射、透射等方面的传光玻璃。此外,微晶玻璃还应用在太阳能基板、集成电路基板和人工骨齿等方面。

气凝胶

突破性:高孔隙率、低密度质轻、低热导率,隔热保温特性优异。

发展趋势:极具潜力的新材料,在节能环保、保温隔热电子电器、建筑等领域有巨大潜力。

主要研究机构(公司):阿斯彭美国,W.R. Grace,日本Fuji-Silysia公司等

富勒烯

突破性:具有线性和非线性光学特性,碱金属富勒烯超导性等。

发展趋势:未来在生命科学、医学、天体物理等领域有重要前景,有望用在光转换器、信号转换和数据存储等光电子器件上。

主要研究机构(公司):Michigan State University,厦门福纳新材等。

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非晶合金

突破性:高强韧性、优良的导磁性和低的磁损耗、优异的液态流动性。

发展趋势:在高频低损耗变压器、移动终端设备的结构件等。

主要研究机构(公司):Liquidmetal Technologies, Inc.,中科院金属所,比亚迪股份有限公司等。

泡沫金属

突破性: 重量轻、密度低、孔隙率高、比表面积大。

发展趋势: 具有导电性,可替代无机非金属材料不能导电的应用领域;在隔音降噪领域具有巨大潜力。

主要研究机构(公司):Alcan(美国铝业),Rio TInto,Symat,Norsk Hydro等

纳米纤维素

突破性:具有良好的生物相容性、持水性、广范围的pH值稳定性;具有纳米网状结构,和很高的机械特性等。

发展趋势:在生物医学、增强剂、造纸工业、净化、传导与无机物复合食品、工业磁性复合物方面前景巨大。

主要研究机构(公司):Cellu Force公司(加拿大),US Forest Service(美国林务局),InnvenTIa公司(瑞典)等。

纳米点钙钛矿

突破性:纳米点钙钛矿具有巨磁阻、高离子导电性、对氧析出和还原起催化作用等。

发展趋势:未来在催化、存储、传感器、光吸收等领域具有巨大潜力。

主要研究机构(公司):埃普瑞,AlfaAesar等

3D打印材料

突破性:改变传统工业的加工方法,可快速实现复杂结构的成型等。

发展趋势:革命性成型方法,在复杂结构成型和快速加工成型领域,有很大前景。

主要研究机构(公司):Object公司,3DSystems公司,Stratasys公司,华曙高科等。

柔性玻璃

突破性:改变传统玻璃刚性、易碎的特点,实现玻璃的柔性革命化创新。

发展趋势:未来柔性显示、可折叠设备领域,前景巨大。

主要研究机构(公司):康宁公司,德国肖特集团等。

自组装(自修复)材料

突破性:材料分子自组装,实现材料自身“智能化”,改变以往材料制备方法,实现材料的自身自发形成一定形状和结构。

发展趋势:改变传统材料制备和材料的修复方法,未来在分子器件、表面工程、纳米技术等领域有很大前景。

主要研究机构(公司):美国哈佛大学等

 

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