縱觀曆史，人（rén）類社會（huì）生（shēng）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（wén）明的變革史，也是一部新材料發現與利用的曆史。近幾十年來，眾多高新技術產業（yè）和新興產（chǎn）業的發展（zhǎn），都以新材料技術的突破為前提和基礎，尤其是電子信息材料、新能源材料、生物醫（yī）用材（cái）料等極大地改（gǎi）變了人們的生產生（shēng）活方式（shì）。當前，在全球新一輪科（kē）技（jì）與產（chǎn）業（yè）革命的大背景下，世界主要國家都將發展新材料作為主要的科技政策之一，旨（zhǐ）在搶占科技與產業發展的製高點。2020年，全球政治經濟形勢發生了深刻複雜的變化，世界經濟（jì）重心調整、國際政治經濟格（gé）局加速變（biàn）化及國際貿（mào）易摩（mó）擦持續上演（yǎn），這些給中國新材料產業（yè）升級帶來巨大的挑戰，同時也帶來了新的機遇。在可見的未來，新材料與消費電子、新能源汽車（chē）、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（gāo）度融合，新材料創（chuàng）新的步伐將會持（chí）續加速（sù）。
一、世界新材料技術及產業發展重（chóng）要動（dòng）向
近年來，綠色可持續發展、生態環保意（yì）識的增強對新（xīn）材（cái）料發展提出了更高要（yào）求，新材料產業加速（sù）向高端化、綠色化及智能化方向轉型升（shēng）級。2020年，在國家政策（cè）和下遊市場的（de）雙重推動（dòng）下，中國新材料（liào）產業持續（xù）保持穩（wěn）定（dìng）增長的態勢。據中商產業研究院整理的（de）數據顯示（shì），2019年，中國新材料（liào）產業總產值為4.5萬億元，初步估算2020年全國新材料產值超6萬億元。2020年，逆（nì）全球化的陰霾依（yī）舊濃重，針（zhēn）對某些國（guó）家（jiā）和地區的科技遏製（zhì）仍在不斷（duàn）上演，極大限（xiàn）製了這些國家和地區的高（gāo）技術發展。與此同時，新冠（guàn）肺炎疫情的爆發給全球高技術（shù）供應鏈帶來極大威脅。在（zài）此背（bèi）景下，世界各國繼續保持對新材料研發的高度關注，旨在以此推動電子信息、5G通信、新能源和生物醫療等產業的發展變革。
（一）發達國家針對新材料領（lǐng）域展開新一輪布局
當前，世界主要國（guó）家普遍麵臨人口老齡化、環境資源惡化及經濟發展緩慢（màn）等諸多挑戰。從全球（qiú）範圍來看，科技強（qiáng）國無一不在積極部署人工智能、先進製造、新（xīn）能源和生物醫（yī）療等前（qián）沿技術領域，致力於通過科技（jì）發展解決人口、環（huán）境和經濟（jì）等方麵的（de）難題。新（xīn）材料作為發展前沿技術的基礎，更受到（dào）世界（jiè）各國的廣泛（fàn）重視（shì）。2020年，美歐日等科技強（qiáng）國和地區出台的科技戰略或規劃中，都將新材料作（zuò）為未（wèi）來的優（yōu）先研發事項，以支撐新興產業發展。
（1）美（měi）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（kē）學與工程中心”和“化學創新中心”合計投入約2.6億美元，旨在通過與跨學（xué）科、多機構的團隊開展（zhǎn）合作，應對相（xiàng）關領域的挑戰，推動新技術發展。其中，材料領域正在新建3個新（xīn）的研究中心，研究方向包括三大方麵：一是雜化、活性和響應材料，重點是合成具有自組裝和其他預設計（jì）特性的納（nà）米材料，主要方向涉及（jí）基於（yú）仿生技術和新型有機材料製造的納米機器（qì），以及使雜化無（wú）機量（liàng）子材料用於新的（de）光電電路或器件；二是極端環境材料（liào），重點是在生物環境和極端條件下研究合成（chéng）材料（liào），包括（kuò）研製出能夠承受（shòu）極端環境的具有空前物理性能的材料；三（sān）是生物合成材料，重（chóng）點是將工程生物與人造聚合物（wù）結合，主要方向包括通過強（qiáng）大的計算機係統來理解、預（yù）測並最終控製材料的性質（在僅大於分子的微觀尺度（dù）層麵），以及利用革（gé）命性生物技術（shù）工（gōng）具來構建新的材料類別，使其以有效（xiào）的（de）方（fāng）式對周圍環境刺激做出反應等。
此外，在化學領域將向材料領域3個中（zhōng）心的第（dì）2階段（duàn）資助6000萬美元，研究方向同樣包括三大方麵：一是合成有機電化學，通過新的合成化學、預測理（lǐ）論和表麵化學，探索新型電化（huà）學反應在有機合成和材（cái）料化（huà）學中的應用；二是基因編碼材（cái）料，致力於合成受自然“工程機械”核糖體啟發的聚合物，使其（qí）既具有預設的多樣化序列，又有特定的長度；三（sān）是可持續納米技術，評估納米技術對環境和生物分子水平的影（yǐng）響（xiǎng），範（fàn）圍涉及電池、電子產品和靶向藥物（wù）等（děng）。
（2）日本、英國持續關注新材料產業發展，致力於打造科技創新優勢
2020年（nián）5月，日本經（jīng）濟產業省發布《2020年日本工業技術展望報告》，旨在重新評（píng）估日本技術創新停滯的基本問題，並提出2050年（nián）前（qián）重（chóng）要技術的研發方向。該報告指（zhǐ）出，一方麵，日本需要進一（yī）步提升創新水平（píng），向資源（yuán）循環型經濟過渡，解決災害（hài）、傳染病等社（shè）會問題並增強工業競爭力；另一方麵，近年來日本技（jì）術創新狀況並不理想，此次新冠肺（fèi）炎疫情引起的危（wēi）機也凸顯出超智能社會（社會5.0）準備的不足。為實現社會5.0，日本經（jīng）濟產業省認為應將一定資源集中於作為所有領（lǐng）域基礎的材料技（jì）術領域。
2020年（nián）7月，英國商業、能源（yuán）與產業（yè）戰略（luè）部正式啟動“可持續複合（hé）材料計劃”（Sustainable Composites），著眼於（yú）複合材料的全生命周期，確保其滿足未來飛機、汽車與風電（diàn）渦（wō）輪機等領域的發展需要。該計劃將利用英國領先的複合材料領域的研究成果和技術開發（fā）能力，實現複（fù）合材料（liào）回收再利用（yòng）行業的快速發展，使英國在這一總價值超過20億英鎊的市場中取得優勢。具體而（ér）言，該計劃一（yī）方麵將致力於加快英國創新複合材料回收技術的開發，解（jiě）決當前複合材料回收再（zài）利用難（nán）題（tí）；另一方麵將利用蔬菜廢料、堅果殼和（hé）藻類等生物基材料，製成新型可持續發展的複合材料（liào）。
（3）對中國的影響與啟示
新材料是社會進（jìn）步、經濟發展的基礎，更是（shì）保障國家科技安全的關鍵（jiàn）所在（zài），其發展（zhǎn）水平對一個國（guó）家而言意義重大。然而，中國關鍵基礎材料受（shòu）製於人（rén）的狀況尚未得（dé）到徹底改善，“卡脖子（zǐ）”的風險依然突出。究其原因，主要在於中國新材料技術領域中存在創（chuàng）新機製不合理、產（chǎn）業轉化機製不完善、工程化周期長等問題。對此（cǐ），中國應積極探索新材料的產業技術創新模式，借鑒其他國家（jiā）和地區在新材料產業技術的創新機製、投資結構及（jí）模式、利益分享機製等方麵的經驗，同時要充分結合國內具體現狀，加速建設具有（yǒu）中國特色的新材料產業技術創新範式。
此外，新材料種類繁雜、涉及（jí）麵極廣且各細分新材料領域的發展階段、社會價值也各不相同，因此在創新模式（shì）的探索上也要“因材施策”。對於鋼鐵、有（yǒu）色、陶瓷、化工和建材等基礎性、技術成熟度（dù）較高的材料，應（yīng）充分發揮市場作用，采取產學研合（hé）作型、企業聯盟型模式，推動建（jiàn）立以應用企業（yè）投入為主的研發機製，圍繞（rào）實際需求開（kāi）展創新活動；對於特種（zhǒng）合（hé）金、特種橡膠、碳（tàn）纖維、半導體材料和特種玻（bō）璃等投入較大、回報期較長的戰略（luè）性材（cái）料，通過（guò）政府采購、軍方采購等形式，整合政府、軍方、科研機（jī）構和企業資源，構建高效的產用結合機製，實現研發製造與產品應（yīng）用的反複迭代，破解“有材不敢用（yòng）”的難題；對於石墨烯、納米材料和智能材料等前沿性材料，應（yīng）強化高校院所的主體作用，發揮政府的引導作用，通（tōng）過（guò）搭建平台，吸引更多的社（shè）會力量（liàng）參與技術創新及產業化（huà）。
（二）美歐韓高度關注原材料（liào）供應鏈安全問題
新材料在高技術（shù）發展中具有支撐性、引領性和顛覆性作用，在發展光電信息、新能源、生（shēng）物醫療和節能環保等技術上（shàng）具有至關重要（yào）的作用，是高技術產業供應鏈中的關鍵一環。2019年以來，逆全球（qiú）化浪潮、日韓半導體貿易（yì）摩擦及新冠肺炎疫情（qíng）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（zài）此背景下，歐、美、韓等發達（dá）經濟體日益重視上遊原材料的供應安全問題，開始致（zhì）力於將關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（dǎ）擊。
（1）美國開展關鍵材（cái）料加工技（jì）術創新研究，以降（jiàng）低稀土材料對外依賴
2020年4月，美國能源部宣布提供1800萬（wàn）美元的基礎研究資助（zhù），旨（zhǐ）在推（tuī）動關鍵礦物和稀土元素供應鏈的研究與開發，保障美（měi）國能源和國（guó）家安全。該研究將尋求根本性突（tū）破方法，提高對美國經濟運轉至關（guān）重要的稀土元素（sù）的（de）可獲得性或減（jiǎn）少其使用量（liàng），確保（bǎo）稀土元素及其有效替代品（pǐn）的（de）持續供應。該研究關注方向包括以下3點：一（yī）是開展稀土物理與化學的（de）理論和實驗研究，了解稀土元素及其（qí）電子結（jié）構在決定材料和分子的物理與化學性質中的（de）作（zuò）用，加速材料和分子設計及發現；二是通過假設驅動研（yán）究，開發新的設（shè）計和合成方法，以改進功能，減少或消除稀土元（yuán）素的使用；三是利用新（xīn）的分離原理與方法提高從複雜混合（hé）物（如礦石加工、礦山尾礦或再生材料（liào））中提取稀土的效率。
2020年5月，美（měi）國能源部宣布向（xiàng）關鍵礦物與稀土（tǔ）研究領域增投3000萬（wàn）美（měi）元，重點資助下一代關鍵材料的提（tí）取（qǔ）、分離和（hé）處理技術創新，旨在（zài）促（cù）進關鍵（jiàn）礦物（wù）和稀土元素供應鏈研發，降低美國關鍵原材料供應鏈中（zhōng）斷（duàn）的風險。美國能源部希望通過該投資推進關鍵原材料供應鏈的研究、開發和部（bù）署，以增（zēng）強美國的國防工業基礎。
（2）歐盟反思關鍵原材料供應問題（tí），對關鍵（jiàn）原材料短缺（quē）發出警報
2020年9月，歐盟委員會修訂（dìng）了關鍵原材料清單（dān）（List of CRMs），將稀土（tǔ）等30種具有重大經濟和戰略價值的原材（cái）料納入清單（dān），同時公布行動計劃，力求擴大供應商網絡，減（jiǎn）少對第三國的依賴。鑒於關鍵礦（kuàng）產對於歐盟製造業的戰略重要性，歐盟（méng）於（yú）2008年就啟動了《原（yuán）材料倡議》（The Raw Materials Initiative），關鍵原材料清單製定就是該倡議（yì）的一項重要成果。自2011年起，歐盟每3年更新一（yī）次（cì）關鍵原材（cái）料（liào）清單。與2017年9月更新的名單（共計27種原材料）相（xiàng）比，此次（cì）更（gèng）新的名單移除了氦（hài），保留（liú）了其餘26種原材（cái）料，新增了鋰、鍶（sī）、鈦、鋁土礦4種原材料。
歐盟（méng）委員會警告稱，歐盟成員國過度依賴關鍵原材料進口，如中國承擔（dān）了歐盟98%的稀土供應，土耳其承擔了98%的硼酸鹽供應（yīng），南非（fēi）承擔了71%的鉑供（gòng）應及比例更高（gāo）的（de）鉑族（zú）金屬供應。過度依賴原材料進口有可能威（wēi）脅到歐（ōu）盟（méng）航空、汽車和新（xīn）能源等關鍵行業，並使歐盟麵（miàn）臨資源豐富國家供應鏈緊縮的威脅。此外，歐盟委員會提醒，用（yòng）於製造電（diàn）池和可再生能源設備的原材（cái）料短缺，有可能威脅歐盟到2050年（nián）實現“碳中和”的政治目標。
為擴大供應商網絡，歐盟委員會同（tóng）時發布《提升關鍵原材料彈性：尋（xún）求安（ān）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（jù）體措施（shī），包括組建“原（yuán）材料聯盟”（European Raw Materials Alliance）。該聯盟的初步目標是為了（le）增強歐盟在稀土和磁鐵供應（yīng）鏈（liàn）中的抗風（fēng）險能力，未來還將擴展（zhǎn）到其他原材料領域。此外（wài），歐（ōu）盟還計劃發展國際戰略合作夥伴關係，擬於2021年與加拿大、非洲相關國家展開合作，促進當地采礦業可持續發展並承擔社會責（zé）任，滿足歐盟（méng）對關鍵原材（cái）料的需求。
（3）韓國發布材料、零組件和（hé）設備2.0戰略，以削弱對日依（yī）賴（lài）
2020年7月，韓國政府（fǔ）發布（bù）“材（cái）料（liào）、零組件和設備2.0”（Materials，Parts andEquipment 2.0）戰略，大幅擴充戰略產品的供應鏈（liàn）管理名錄，促（cù）進“製造（zào）業回流”，意圖（tú）打造零部件產業強國和尖端（duān）產業世界工廠（chǎng）。為此，韓（hán）國政府計劃在2022年前投資5萬（wàn）億韓元，其中包括在2021年先對半導體、生物（wù）和未來汽車三大產業投入（rù）2萬（wàn）億韓元。同時，韓國政府還將選拔100家具有發展（zhǎn）潛力的核心戰略技術龍頭企業進行重點扶持（chí），確保其具有（yǒu）國際（jì）競爭力。此外，韓國政府（fǔ）還將（jiāng）與多家企業、研究所簽署（shǔ）技術研發、招商引資（zī）的合（hé）作協議，助力新政策落（luò）地。
2019年，韓國政府為（wéi）降低對日本進口產品的依賴，在半導體、顯示（shì）器等六（liù）大領域選定100種關鍵戰略產品，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（gēn）據“材料、零組件和設備2.0”戰略，韓國在此前基礎上，增加了與美國、歐洲（zhōu）、中國及印（yìn）度等相關的戰略產品，總數增至338種，戰略產品的範疇（chóu）也在（zài）此前的六大領域（yù）基礎上增加了生物、能源和機器人等新興產業。
（4）對中（zhōng）國的影響與啟示
新材料幾乎是所有高科技產業（yè）鏈的上遊，新材料供應被“卡”住就相（xiàng）當於高科技（jì）產業（yè）從源頭上被“卡脖子”，後果不堪設想。新材料供應問題主要包（bāo）括兩個方麵：一是關鍵礦產（chǎn）供應安全問題，如鈷（gǔ）礦、稀土（tǔ）礦等戰略價值高的原材料對新能源汽車、電子信息等產業具有重要影響；二是（shì）高性能關鍵材料的供應安全問題，如半導（dǎo）體晶圓、高純靶（bǎ）材和碳（tàn）纖維等涉及國計民生的關鍵（jiàn）材料（liào），往（wǎng）往被國際上的少數科（kē）技巨頭把控。
近年來，美國對世界多國發起“貿易戰”，相繼在國際（jì）組織中“退群”，並在西方大肆渲染中國威脅論。在此背（bèi）景下，中國關鍵原材（cái）料安全或將受（shòu）到非（fēi）常大的挑戰：一是中國獲取境（jìng）外資源的外（wài）部風險不斷增加，存在“源頭斷供”的風險；二（èr）是美歐等國家和地區尋求建（jiàn）立原（yuán）材料產業聯盟，或給中國關鍵原材料進出口帶來嚴峻挑戰。當前，新一輪科技革命孕育興起，正催生全球範圍內的新一輪產業競（jìng）爭。作為新（xīn）一輪科技革命（mìng）的動力之源，關鍵礦產資源的國際競爭將越發激烈，未來甚至可能（néng）會重塑國家的科技競爭力。對此，中國應從國家戰略層麵高（gāo）度重視關鍵礦產安全問題，推動關鍵礦產資源安全與管理研（yán）究，從加強礦產資源勘探、提升循環利（lì）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資源的安全。
（三）先進（jìn）信息材（cái）料研發（fā）進（jìn）展（zhǎn）迅猛（měng），高功率與（yǔ）高效率成為發展重（chóng）點（diǎn）
縱觀全球，信息產業已成為世界科（kē）技強國最重要的支柱產業之一。近年來，人工智能、量子信（xìn）息及大（dà）數據等信息技（jì）術快速發展，不斷引領著新興產業的發展方向。2020年，在市場的強勁需（xū）求和科技政策的強力推動下，先進信（xìn）息材料不斷湧現，為人工智能（néng）、量子信息和大數據等產業的發展（zhǎn）提供了物質基礎（chǔ）。
（1）發達國家研製出新型高功率電子器（qì）件，推動信（xìn）息技（jì）術快速發展
2020年3月，瑞（ruì）士洛桑聯邦理工學（xué）院功率和（hé）寬帶間隙電子研究實（shí）驗室研製（zhì）出一種由間距20納米的雙金屬片組成的高功率太赫茲器件。當施加10～100伏電壓時，該器件能夠在皮秒（miǎo）內激發高強度“電火（huǒ）花（huā）”（等離子體），從而產生高功率、高強度的太赫茲電磁（cí）波（bō）。該技術結合了納米製造技術和等離子體技術，成功解決了傳統器件無法同時兼（jiān）顧高功率和納（nà）米尺（chǐ）寸的問題。新型器（qì）件具有結構緊湊、成本低和易於製造等優勢，未來有望廣泛應用於安防、醫（yī）療和通信等領域。
2020年5月，美國海軍研究實驗室（United States Naval ResearchLaboratory，NRL）研發出一款名為“諧振隧穿二極管”的新型氮化镓基電子器件。氮化镓基“諧振隧穿二極管”比傳統材料（liào）“諧振隧穿二極管”的（de）頻率和輸出（chū）功率都高，其速率（lǜ）快慢的關（guān）鍵在於采用（yòng）了氮化镓材料。新型器件利用量子（zǐ）隧穿效應，使電子以極快的速度傳輸。在隧穿過程中，電子會穿過物理壁（bì）壘，從而產生電流。此外，氮化镓基“諧振隧穿二極管”打破了傳統（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（mù）前，研究團隊與俄亥俄州立大（dà）學、懷特州立大學（Wright State University）聯合致力於繼續改進“諧振隧穿二極管”設計，使其在不增加電（diàn）能損耗（hào）的（de）同時繼（jì）續提升電流傳輸速率。
（2）新（xīn）型半導體材料及（jí）器（qì）件研發取得突破性進展
2020年5月，北京大學（xué）製備出高密（mì）度高純（chún）半（bàn）導體陣列（liè）碳納米管（guǎn）材料，並在此基礎上首（shǒu）次實現了性能超越同（tóng）等柵長矽基互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的晶體管（guǎn）和電路，展現出碳管電子學的優勢。碳納米管集成電路批量（liàng）化製備的前提是實（shí）現超高半導（dǎo）體純度、順排、高密度及大麵積均勻的碳納米管陣列薄膜。長期以來，材料問（wèn）題的製約導致碳管晶（jīng）體管和集成電路的（de）實際性能遠低於理論預期，甚至落後於相同節點的矽基（jī）技術至少一個數量級（jí），是碳管電子學領域麵臨的最大技術挑戰。該項（xiàng）工作突破了長（zhǎng）期以來阻礙碳管電子學發展的瓶頸，首次在實驗上顯示出碳管器件和集成電路（lù）較傳統技術的性能優勢，為推進碳基集成電路的實（shí）用化發展奠定了基礎。
2020年（nián）6月，俄羅斯聖（shèng）彼得堡國立信息技術、機械學與光學研究型大學宣（xuān）布開發出（chū）世界上最緊湊的綠光半導體激光器。該半導體（tǐ）激光器（qì）產生的綠色相幹激光可以很（hěn）容（róng）易（yì）地被追蹤（zōng）到，甚至在光學顯微鏡下（xià）用肉眼就能夠觀測到。新型半導體激光器具有納米粒子（zǐ）的尺寸（cùn），僅為（wéi）310納米。此外，該激光器納米粒子的（de）新穎設計還可有效囚禁受激發射的能量，從而為產生激光提供足夠高的電磁（cí）場放大率。該項研究對構（gòu）造光芯片、微傳感器和其他使用光作為（wéi）信息傳輸和（hé）處理媒介的器件領（lǐng）域的發展具（jù）有積極（jí）推動作（zuò）用。
（3）對中國的影響與啟示
近年來，量子材料、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展（zhǎn）進入了飛躍階段。這些材料的應用將顛覆未來的信息技術和器件，如量子計算機、微納型芯片、超級存（cún）儲器及新型圖像傳（chuán）感器等，在新（xīn）能源、信息、生物醫療、人工智能和航空（kōng）航天（tiān）等（děng）領域具有非常廣闊的應用前（qián）景。中國信息材料雖然占領了中低（dī）端領域市場（chǎng），但在高端領域依然無法與美日（rì）等發達國家競爭。對此，中國應從三個方麵采取措施：一是加大（dà）對高（gāo）校、科研院所（suǒ）、企（qǐ）業及公共平台（tái）的引導和支持，不斷積累技術經驗，夯（bèn）實基礎；二是提（tí）高自主創新能力和產業核心技術，如突破高端芯片製造技術，打破西方的壟斷和封鎖（suǒ）；三是加大基礎研究，開發各種顛覆性應用技術，實現產業化突破。
（四）顛覆性新材料技術不斷湧現，帶來高技術產業新變革
新材（cái）料技術的發（fā）展與基礎科學理論的突破息息相關。近年來，人工智（zhì）能、機器學習及凝聚態物理等領域（yù）的發展，使（shǐ）得許（xǔ）多（duō）顛覆性新材料技術不斷（duàn）湧現，未來有望帶來高技術產業（yè）的（de）新變革。2020年，顛（diān）覆性新材（cái）料技術（shù）主要進展如下。
（1）機器學（xué）習技（jì）術推動新（xīn）材料研發新變革
2020年3月，美國能源部（bù）勞（láo）倫斯（sī）利（lì）弗莫爾國家實驗室開發出一種（zhǒng）預測材料（liào）性能的新方法。該（gāi）方法旨在利用機器（qì）學習（xí）技術加速從新材料發現到大規模（mó）部署的過程，減少了測試和評估候選材料性能的（de）工作量，大幅減少了材料部署的時間。以三氨（ān）基三硝基苯（TATB）為例，該材料是一種鈍感高能炸藥，合成反應條件的（de）微小變化就可能引起較大的性能變化。因此，測試和評估TATB材料的性能需要做大量的工作。新方法（fǎ）利用計算機視覺和機器學習技術，可對TATB原材料粉末的掃描電子顯微鏡（jìng）圖像進行分析，從而避免繁（fán）多的物理測試。研究結果表明，與專家評估和儀器分析等常規方法相比，新方法可以減少約24%的預測誤（wù）差。
2020年9月，日本國立材料（liào）科（kē）學研（yán）究所（National Institute for MaterialsScience，NIMS）研發了一種機器學習工藝，可以製備具有（yǒu）特定及所需機械性能的鋁合金。鋁合金是一種輕質節能材料，主要由鋁製成，同時也含有鎂、錳、矽、鋅和銅等其他元素。各種元素和（hé）製造（zào）工藝的組合意味著鋁合金麵對各種應力時的彈性不同。然而，在生產鋁合金時需要驗（yàn）證各種元素與（yǔ）製造工藝的組合，這一（yī）過程非常耗時且成本昂貴。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（dào）機器學習模型中，從而訓練模型理解合（hé）金不同機械性能與不同（tóng）組成元素之間的關係，以及與（yǔ）生產過程（chéng）中應用的熱處理類型之間的關係。一旦（dàn）具有足夠的數據，該模型就可以預測生產（chǎn）具有特定機械性能的新合金需要何種元素（sù）和生產（chǎn）工藝，而且所有上述工作都（dōu）無須人工監督。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（bú）斷取得突破
超材料方麵，2020年11月，中國（guó）香（xiāng）港城市大（dà）學研究（jiū）人員（yuán）采用真空液體填充（chōng）技術在聚合物（wù）薄（báo）殼中注入液態金屬镓（Ga），首次製備了液（yè）態（tài）金（jīn）屬聚（jù）合物核殼結構的微點陣力學超材料。目前的（de）金屬微點陣力學（xué）超材料具（jù）有超（chāo）輕、高比強（qiáng）度（dù）等特性，在無（wú）人機機（jī）翼、小微型（xíng）電子器械等領域具有很好的應（yīng）用前景。但是，這（zhè）類超材料的韌性較差，在服役（yì）過（guò）程中容易脆斷失效。中國香港城市大學研發（fā）的新（xīn）型超材料不僅具有良好的韌性，而且充分利用低溫度範圍下液態金屬的（de）特性，實現了（le）類似科幻電影中複雜（zá）形態（tài）液態金屬的（de）自我修複功能，在生物醫療器（qì）械、微電子器件及（jí）微型機器（qì）人等領域有巨大（dà）應用潛（qián）力。
二維（wéi）材（cái）料方麵，2020年9月，受美國DARPA和美國空軍研究（jiū）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（zhì）備出超薄異質結構，並（bìng）表現出優異（yì）的隔熱性能。研究人員以二氧化矽/矽為襯底，先（xiān）後沉積原子層厚度的單層二硒化鎢、二硫化鉬、二硒化鉬（mù）和（hé）石墨烯，形成多層超薄異質結構，通過向石墨（mò）烯（xī）層施加電壓，加熱異質結構，並用拉曼光譜測量每層材料的溫度。測試結果顯示，該二（èr）維材料異質結（jié）構的熱導率與290～360納米厚的二氧化矽相當。該項研究將促進二維材料在熱電器件領域的應用。該異質（zhì）結構也有望（wàng）用作電子器件（jiàn）的超輕隔熱罩（zhào）。
（3）對中國的影響與啟示
近年來，全球前沿（yán）新材料研（yán）究熱（rè）度持續上（shàng）升，新材料開始實現從基礎支（zhī）撐到前沿顛覆的（de）跨越。一些對未來具有顛覆意義的前沿新材料，如石（shí）墨（mò）烯、量子點（diǎn）、超材料、仿生智能材料、超導材料、柔性材料及光催化材料等不斷得到開發和應用，產業化進程也在加速（sù）。美、日、韓等科（kē）技強國為（wéi）搶占新一輪工業革命製高點，紛紛製（zhì）訂了相（xiàng）應的發展（zhǎn）計劃（huá）和預期目（mù）標，並實施相應策略，推進前沿新材料跨越式發展（zhǎn）。中國前沿新材料的發展基本與世界同步，特別是近（jìn）年來中國在引領支持、研發投入、人力資源配置（zhì）及創新（xīn）體製改革等方麵不斷加大力度，前沿新材料發展非常迅猛，某些領域已躋身全球強國之列。
但同先進國家相比，中國（guó）前沿新材料在自主創新、新產品開發應用、研（yán）究範式變革和高端產業化等方麵還有一定差距。對此，中國應對全（quán）球前沿材料發展態勢有更充分的認識和把握，並重點在（zài）以下四個方麵實現標誌性突破：一是加強材料科技前沿性（xìng）基礎（chǔ）研究，國家在前沿基礎研究方麵應發揮（huī）引領、支持和協（xié）調的重要作用，應確定部門職（zhí）責（zé），推進跨部門（mén）跨領域全麵合作，保證研究規範有序及高效地運作，取得高質量、高水平、強時效性的研究成果；二是加強創新體係建設，強化戰略（luè）部署（shǔ）和戰略管理，充分做好新材（cái）料研發的頂（dǐng）層設計，培養和打造一批具有國際（jì）先進水平的研究機構或高新企（qǐ）業，組合人才、資源和研發基礎等優勢，努力實現一批前沿性新興技術的突破；三是完善（shàn）產學研機製，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；四是提高（gāo）自主創新能力，推進研究範式變（biàn）革。
二、高性能結構材料
高性能結構材料是指具有高強度、高韌性（xìng）、耐高溫、耐磨損及（jí）抗腐蝕等特殊性能的材料，是支撐航空航（háng）天、交通運輸、能源動力及國家重大基礎工程建設等領域（yù）的（de）重要物質基礎。近（jìn）年來，高性能結構材料的發展趨勢主要有三點：一（yī）是輕量化，這與全球低（dī）碳、可持續發展思潮同步；二是結構功能一體化，如具備一定（dìng）的抗氧化、抗腐蝕（shí）和抗輻照等性能（néng）；三是高性能化（huà），如具備高強度、高韌性。
（一）金屬結構材料
金屬結構材（cái）料是指與傳統結構材料相比具備更高的耐高溫性、抗（kàng）腐蝕性和高延展性（xìng）等特性的新型材料，主要（yào）包括鈦、鎂、鋯及（jí）其合金，鉭铌，硬質材料等，以（yǐ）及高端特殊鋼、新（xīn）型鋁材等。2020年，高性能金屬結構材料領域取（qǔ）得以下幾個方麵的進展（zhǎn）。
（1）鋁合金（jīn）研究（jiū）取（qǔ）得多項突破
2020年2月，美國電動車製（zhì）造商特斯拉（Tesla）研發出一種新型（xíng）鋁合（hé）金，解決了傳（chuán）統鋁合（hé）金（jīn）強度與導電性不能兼備（bèi）的難題。商用鑄（zhù）造（zào）鋁合金可分為兩類，一類（lèi）具有（yǒu）高強度，另一類具有高導電性。對於某些應用場景，如電動汽車內部的部件，要求同時具有高強度和高導電性。此外，由於需要通過鑄造工藝製備這些電動汽（qì）車部件，因此不能使（shǐ）用鍛造合金。此次特斯拉借鑒火（huǒ）箭用材的靈感，研發出的壓鑄電（diàn）動汽車零部（bù）件新型鋁（lǚ）合金（jīn），屈服強度可達90～150兆帕，導電性可以達到40% IACS（國際退火銅標準）至60% IACS，兼具高（gāo）強度和高導電性。從Model S和Model X車身上采用的（de）大量鋁材可（kě）以看出，新鋁（lǚ）合金材料未來或可應用到特斯拉（lā）旗下產品中。
2020年10月，澳大利亞莫（mò）納什（shí）大學（xué）（Monash University）提出一種改進鋁合金（jīn）疲勞強度的（de）組織設計新（xīn）概念——“疲勞失效”法，即通過修改鋁合金的微觀結構使其（qí）能（néng）自行修複弱點。研究（jiū）人員稱，高強度鋁合金疲勞（láo）性能差的原因是存在“無沉（chén）澱區（qū）”薄弱環節。該（gāi）環節中交變應力會導致材料微塑化或局部塑（sù）化。而塑化（huà）會催生疲勞裂紋，這些裂（liè）紋逐漸擴（kuò）展（zhǎn），最終（zhōng）導（dǎo）致材料斷裂。研究人員使（shǐ）用商用鋁合金，利用在疲勞早期循環中（zhōng）注入材料的機械能來修複“無沉澱區”中的弱點，極大地延遲了疲勞裂（liè）紋的產生（shēng），使得高強度鋁合金的疲勞壽命提高了25倍。
（2）美（měi）印共同開發高（gāo）性能鎂合金（jīn），可（kě）替代鋼和鋁（lǚ）合金用（yòng）作汽車（chē）、航空零部件
2020年6月（yuè），印度（dù）理工學院馬德拉斯分校（Indian Institute of TechnologyMadras）、美國北得克薩斯大學（University of North Texas）和美國陸軍研（yán）究實驗室（shì）的（de）研究人（rén）員使用一種含有釓、釔和鋯等稀土元素的鎂合金，經過熱機械加工技術（嚴重塑性變形和老化處理），共同開發出一種工程鎂合金。該合金強度高、延展性好，可（kě）在較高的應變速率下實現超塑（sù）性，從總體上減少製造時間、精力和成本（běn）。同時，此類合金具有較好的輕量化特性（xìng），有助於（yú）汽車減重從而降（jiàng）低碳排放量。研究人員表示，作為最輕的（de）節能型結構材料，鎂合金具有強大的潛力，可取代（dài）鋼和鋁合金，用於製造汽車和（hé）航空（kōng）航天零部件。
（3）中美研（yán）究人員合作研發“超級鋼”，可用於製造輕型汽車和軍用車輛等
2020年6月，中國香港大（dà）學（University of Hong Kong，HKU）和（hé）美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab，LBNL）的研究（jiū）團隊通過增加材料屈服強度（dù），突破了超（chāo）高強度鋼的（de）屈服強度-韌性組合極限，成（chéng）功研製出（chū）具備極高的屈服強度、極佳韌性和良好延展性（xìng）的“超級鋼”。“超級鋼”比目前航空航（háng）天用（yòng）的馬氏體鋼效能更高，而成本卻隻有其1/5。此外，研究人員還（hái）在“超級（jí）鋼”的結構方麵取得了重大發現。“超級鋼”通過一種新型“高強度誘導多層分層”增韌機製，具備了一種獨特的（de）抗斷裂性特征，其中主斷裂（liè）表麵下形成了多個微（wēi）裂紋，而微裂紋能夠有效吸收來自外（wài）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（wéi）實現（xiàn）“超級鋼”的工業化應（yīng）用奠定（dìng）了（le）基礎，未來有望（wàng）應用於製造高級防彈衣、高強橋梁纜索（suǒ）以（yǐ）及航空（kōng）航天領（lǐng）域、建築領域的高強螺栓和螺母。
（4）美國利用形狀記憶合（hé）金打造火星車車輪
2020年5月，NASA格倫研究中心（xīn）稱正在開發一種新型形狀記憶合金（SMA）輪胎，可滿足未來火星巡視器探索火星表麵複雜地形的需求。該形狀記憶（yì）輪胎由網狀織物金屬製成（chéng），能（néng）夠“記住”自己最理想的（de）形狀，可在火星惡劣的（de）環境（jìng）下（xià）實（shí）現可逆的材料（liào）變形，同時（shí）又不犧牲性能。測試結果表明，SMA輪胎的優（yōu）越抓地力滿足或超過所有牽引性能的要求，並將賦予巡視器驅動能力（lì），以（yǐ）跨越不同的地形。未來，研究人員將繼續推進（jìn）SMA技術的成（chéng）熟以使其應用於火星車車輪上。
（5）中國研究人員（yuán）研發出一種前所未有的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（cì）提出“輕質液態金屬”概念，並發明了一（yī）種前所（suǒ）未有（yǒu）的輕質量液（yè）態金屬材（cái）料。該材料可塑（sù）性強、無害（良好的生物安全性）且密度輕，在溫度調節下能保持良好的材料一致性和導電性，並可在完全柔軟和堅硬的狀態之（zhī）間自由切換，將（jiāng）液（yè）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（yǒu）可能逐（zhú）漸替（tì）代現有的材（cái）料，製造出突破性產品，將成為繼工程（chéng）塑料、輕合金（jīn）之後的第三代新材料，未來可廣泛應用於消費電（diàn）子產品、鋰（lǐ）電池、3D打印（yìn）、柔性智能（néng）機（jī）器和血管機器人（rén）等領域。
（二）無機非（fēi）金屬材料
無（wú）機非金屬材料是以某（mǒu）些元（yuán）素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物，以及（jí）矽酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等（děng）物質組成的材料，常見種類包（bāo）括二氧化矽氣凝膠、水泥、玻璃和陶瓷（cí）等。無機非金屬材料是現代材料當中必不可少（shǎo）的（de），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）下幾個方麵的（de）進展。
（1）超輕、超薄、超硬（yìng）玻璃的問世促進可（kě）折疊（dié）設（shè）備的發展
2020年1月，美國創新公司Akhan Semiconductor利用金剛石的堅硬特性研發出一款名（míng）為Miraj的金剛石玻璃，能為（wéi）可折疊設備製造超輕、超薄、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（chéng），既可以（yǐ）被（bèi）噴塗在塑（sù）料（聚合物）片（piàn）上，也可以（yǐ）被噴塗在沒有經過處理的（de）柔性（xìng）玻璃上，且不會影響玻璃（lí）的可折疊性。此外，金剛石玻璃還具（jù）有（yǒu）防水疏（shū）油屬性及良好的散熱性，可以讓手機保持較低的溫度，從而延（yán）長智能手機電（diàn）池和組件的使（shǐ）用壽命。Akhan Semiconductor公司表（biǎo）示，在智能折疊（dié）屏手機上使用金剛石玻璃還有很長的路要走，Miraj玻璃要到下一（yī）代柔性玻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（xué）強化專用玻璃。該款玻璃厚度僅為25微米（目前全球最薄的玻璃），表麵平滑、厚度（dù）均勻，具有易彎曲的（de）特性。Dinorex UTGTM玻璃彎曲半徑可達1.5毫米，可用於製造折疊顯示屏。長期以來，在生產較（jiào）薄的化學強化（huà）玻璃時，需要對原始厚玻璃板進（jìn）行薄化處理，而Dinorex UTGTM在玻璃成型工藝中直接生（shēng）產出較薄的（de）玻璃板，省（shěng）去了薄化處理環節，達到減少有害（hài）物質使用量、削減成本的效果。
（2）美國賓夕法尼亞大學開發出可在（zài）火星大氣中漂浮的輕薄納米氧化鋁板
2020年4月，美國賓夕（xī）法尼亞大學（xué）研究人員開（kāi）發出可在火星稀薄大氣中漂浮的輕薄氧化（huà）鋁板。該氧化鋁板內部為（wéi）中空結構，大量微小的縫隙（xì）孔洞分布其中，這些孔洞能（néng）夠防止裂紋蔓延，從而提升氧化鋁板強度。當暴露在強光下（xià）時，氧化鋁板被加熱的頂部可（kě）與底部形成溫差，引導氣體從通道的開孔頂部吸入並從底部排（pái）出，形成類似氣墊的懸浮效果。每塊納米氧化鋁板的重量僅與一隻（zhī）果蠅相當，理論上可承載10倍於自重的有效（xiào）載荷。研究人員正研究能夠安裝在（zài）飛（fēi）板上的小型化學傳感器，進一步提高其載重量。
（3）美國空軍開發出一種（zhǒng）可用於製造高溫陶瓷部件的雜（zá）化納米材料（liào）
2020年8月，美國萊特·帕特森空軍（jun1）基地（Wright-Patterson Air Force Base）開發出一種用於製造陶瓷基複合材料的（de）陶瓷先驅體聚合（hé）物接枝納米顆粒（或稱毛狀納米顆粒）。該顆粒是一種混（hún）雜材（cái）料，由固體納米顆粒內（nèi）核和圍繞在其周圍像毛（máo）發（fā）一樣的聚合物外殼組成，大小（xiǎo）相當於一個小型病毒，可用於製備適用於噴氣（qì）發動機和高超聲速飛行器高（gāo）溫部件的高性能陶瓷纖維和複合材料。新材料采用了一種含矽無機聚合物，分子（zǐ）結構類似於（yú）矽樹脂，但卻是由矽和碳原子（zǐ）構成（chéng）。當高溫加（jiā）熱時，這（zhè）種聚合物（wù）中的矽和碳可產生化學反應轉變成碳化矽陶瓷。以往（wǎng）即使采用最先進的工藝，陶瓷也必須經過6～10次（cì）循環滲透才能達到所需密（mì）度，而采用這種新型材料有望將滲（shèn）透循環次（cì）數減少約一半，從而實現更快的生產速度和更低的生（shēng）產成本。
（4）俄羅（luó）斯托木斯克理工大學開（kāi）發出一種新工（gōng）藝，可以在非真空環境下生產碳化鎢、碳化硼（péng）等超硬材（cái）料
2020年（nián）9月，俄羅斯托木斯克理工大學（Tomsk Polytechnic University，TPU）研究人員開發出一種新工藝，可（kě）以在非（fēi）真空環境下生產碳化鎢（wū）、碳化鈦、碳化矽和碳化硼等超硬材料。新工藝為一種合成碳化鎢納米粉的電弧法，由於在電弧等離子（zǐ）體的產生（shēng）中（zhōng）使用了特殊形狀的石墨電極，從而（ér）能夠（gòu）在非真空情況下生（shēng）成自發自絕緣（yuán）氣態介質，這極大地簡化了工藝過程，並降低了（le）能源（yuán）消耗。該技術的另一個優點是可以使用磨損的鑽頭、用過的刀具零件和其（qí）他含有碳化鎢（wū）的廢料作為合成原料。研（yán）究人員表示，目前在生產效率和經濟性上尚無同類的生（shēng）產技術。未來，研究（jiū）人員計劃進一步優（yōu）化技術工藝，將該方法運用到廢物處理（lǐ）方麵。
（三）高分子材料
高（gāo）分子（zǐ）材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包（bāo）括橡膠、塑料（liào）、纖維、塗料、膠黏劑和（hé）高分子基複合材料。高分子材料因質量輕、強度高、耐溫和耐腐蝕等優異的性能，廣泛應用於（yú）航空航天、交通運輸（shū）、醫療和消費電子等（děng）領域（yù）。2020年，高分子材料領域（yù）取得（dé）以下幾個方麵的進展.
（1）美國陸軍開發出先進的雙聚合物3D打印材料
2020年2月，美國陸軍研究實驗室研究人員采用無模（mó）熱拉拔工（gōng）藝研製出一種由丙烯腈-丁（dīng）二烯-苯（běn）乙烯與聚碳酸酯兩種不同的聚合物組成的（de）雙聚合物長絲。利用（yòng）該種雙聚（jù）合物長（zhǎng）絲可在現有的低（dī）成本3D打印機上生產出適用於（yú）戰場（chǎng）使用的堅固零部件，以便於士兵快速利用耐用的3D打印零部（bù）件替換損壞的塑料零部件。此外，因（yīn）材料和工藝問題，當（dāng）前普遍使用的3D打（dǎ）印（yìn）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（wù）長絲因含有兩種不（bú）同熔融溫度的（de）聚合物，被用於打印出固體零部件後可放入烤箱烘（hōng）烤以提升零部件的強度。
（2）德國研發（fā）出一種仿生纖維黏合材料，在保持黏合性的同時具有超疏液（yè）性
2020年4月，德國馬克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute，MPI）受壁虎啟發開發出一種彈性纖維膠黏（nián）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角幾何形狀的疏水性，不僅對低（dī）表麵張力液體表現出超強的疏液性，同時又保持了超強的黏合性能。研究人員表示，強疏液性使該纖維膠黏劑能夠有效地黏附到（dào）水、油或其他液體表麵而不會損（sǔn）失黏合力，如攀爬機器人或可使用這種黏合材（cái）料來攀爬濕玻璃板。此外，該彈性纖維膠黏劑還具有高度可（kě）變形性和拉伸性，能夠（gòu）抵抗較強程度（dù）的物理作用，大大擴展了實際應用範圍。
（3）中國研製出一種新型（xíng）納米纖維素仿（fǎng）生結構材料，綜合性（xìng）能突出
2020年5月，中國科學技術大學研究人員成功研製出一（yī）類天然納米纖維（wéi）素仿生結構材（cái）料，解（jiě）決了傳統結構材料難以兼具高強度與高韌（rèn）性的問題。該材料具有輕質高強韌的優異（yì）性能，性能超越航空（kōng）鋁合金和鋼，且密度僅為鋼的1/6、鋁（lǚ）合金的1/2。新材料（liào）的輕質高強韌性主要來自材（cái）料微米級層狀結構（gòu）和納（nà）米三維網絡結構設計。纖維素納米纖維內（nèi）部（bù）高度結晶（jīng）可以提供極高的強度，纖維之間通過大量氫（qīng）鍵等可逆相互作用網絡進行結（jié）合，在外力作用下（xià）這種（zhǒng）高密度的（de）可逆相互作（zuò）用網絡可以（yǐ）迅速解離和重構，吸收大量能量，使材料在具（jù）有高強度的同時實現高韌性。此外，該材料還具有高尺寸穩（wěn）定性、抗熱震、抗（kàng）衝擊（jī）及高損傷容限等多種優異性能，在輕量化抗衝擊防護及緩衝材料、空間材（cái）料、精密儀器結構件等領（lǐng）域（yù）具有廣闊的應用前景。
（4）以色列（liè）開發出柔性高（gāo）分子材料，有望用（yòng）於製造機器人、假肢及（jí）可穿戴（dài）設備
2020年6月，以色列理工學院研究人員開發出一種柔性（xìng）高分子材（cái）料（liào）。該材料在遭受刮（guā）擦（cā）、割傷或扭傷（shāng）時（shí）能夠“自愈（yù）”，將其與（yǔ）傳感器相結合，有望獲得具有柔性和自（zì）我修複能力的電子皮膚，未來可（kě）用於製造機器人、假肢和可穿戴設備。在該項研究中（zhōng），研究（jiū）人員（yuán）首（shǒu）先研發（fā）出柔性高分子材料和彈性體，該彈性體被拉（lā）伸（shēn）至原（yuán）長度的11倍也不（bú）會斷裂。隨後研究人員利用彈性體開發電子皮（pí）膚，並將選擇性感應（yīng）、防水、自我監控和自我（wǒ）修複等（děng）多種功能融入電子皮膚中。利用電子皮膚（fū）組成的傳感係統能夠監控環境變量，如壓力（lì）、溫度和（hé）酸度。同（tóng）時，該係統還包含能監視係統（tǒng）電（diàn）子部件損壞的類神經元組件，以及讓受損部位加速自我修複（fù）過程（chéng）的其他組件。
（5）韓國科學（xué）技術研（yán）究（jiū）院開發出高透高導（dǎo）塑料（liào）新材料
2020年（nián）6月，韓國科學技術研究院成功研製出適用於透明電極（jí）的高導電、高透明性高分子（zǐ）塑料新材料。當前，透明電極中的導電（diàn）高分子（zǐ）材料存在厚度增加不透明度也增加的問題。此（cǐ）次研（yán）究人員開發出與傳統高分子材（cái）料具有不同化學結構的“自由基高分子”材料，由此製成的導電高分子膜厚度在1微米時透明度達96%，相比傳統的10%透明度提升了近10倍。“自由基高分子”材料有望應用於（yú）未來新一代儲能材料、透明顯示（shì）材料、柔性電池和生物（wù）電化學等領域。
（6）日本三菱化學研發（fā）出可在海水中降解的塑料袋
2020年8月，日本三菱（líng）化（huà）學（Mitsubishi Chemical Holdings）研發出可在海水中降解的塑料袋。新塑料袋是（shì）根據微生物分解土壤中垃圾的相同（tóng）機理研發（fā），采用甘蔗等植物性成分製成（chéng），僅需1年左右的時間即可被海（hǎi）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（xué）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（yóu）於製造技術尚未普及，該種塑料（liào）袋（dài）的價格是普通塑料袋的6倍以上。
（四）複合材料
複合材（cái）料（liào）是指由（yóu）兩種或兩種以（yǐ）上不同物質以不同方式組合而成的材料，具有（yǒu）重量（liàng）輕、強（qiáng）度（dù）高（gāo）、加工成型方便（biàn）、彈性優良和耐化學腐蝕等優點，已逐步取代木材及金屬合（hé）金，廣泛應用於航空航天、汽車、電子電氣及建築等領（lǐng）域。隨著全球低碳經濟、綠（lǜ）色經濟的發展，複合材料呈現出低成本化、高性能化、可循環利用的（de）發（fā）展趨勢。2020年，複合材料領域取得以（yǐ）下幾個方麵的進展。
（1）瑞（ruì）典皇（huáng）家理工學院開發出“變形”碳纖維複合材料
2020年5月，瑞典皇家理工學院（yuàn）（KTH Royal Institute of Technology，KTH）開發出一種（zhǒng）由兩片摻雜鋰離子的（de）碳纖維和一塊固體電解質（zhì）薄片組成的碳纖維複合材（cái）料。當接入低壓直流電（diàn）時，鋰離子會從碳纖維的一層遷移到另一層（通過電解液），從而使碳纖維的放電（diàn）層收（shōu）縮，充電層膨脹（zhàng），因此整塊材料會向一（yī）側（cè）彎曲。即使電（diàn）流被移除後，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（fāng）向遷移，且不同的電（diàn）壓（yā）將決定複（fù）合材料是（shì）恢複到中性的平麵（miàn）形（xíng）狀，還是向另一側彎曲。該（gāi）複合材料質量雖輕，但硬度高於（yú）鋁（lǚ），進一步開發後或可應用於製（zhì）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（zuì）大效率的風力渦輪機葉片。
（2）中美研發出高阻（zǔ）尼、高（gāo）吸能與形狀記憶兼得的鎂基仿生（shēng）複合（hé）材料（liào）
2020年5月，中國科學院金屬（shǔ）研究所與美國加州大（dà）學伯克利分校、中國工程物理研（yán）究院展開合作，借鑒天然生物材（cái）料三維互穿微觀結構的原理，將鎂熔融浸滲至（zhì）增材製造的鎳鈦（tài）合金骨架，構築成輕質、高強（qiáng）度（dù）、高阻（zǔ）尼、高吸能鎂-鎳鈦仿生複合材料。微觀三維互（hù）穿仿生結構不僅實（shí）現了鎳鈦增強相與鎂基體在性能優勢上的互補與結合，而且賦予材料形狀記憶與自修複功能（néng）。新型仿生（shēng）複合材料突破了強度和阻尼性能之間的相互製約關係（xì），實現了鎂合金的強度、阻尼和能量吸收效率等多種性能的良好結合，綜合性能（néng）優於目前已知的工程材料，有望成為（wéi）精密儀器（qì）、航空航天等領域的新型阻尼減震材料。
（3）荷蘭開發可用於航空航天結構件損傷檢測的3D打印複（fù）合材料
2020年（nián）5月（yuè），荷蘭Brightlands材（cái）料（liào）中心開始研發具有自感知功能的3D打印複合材料，以用於（yú）監控航（háng）空航天、建築和醫療保健等領域的關鍵結構狀（zhuàng）態。該材料是一種碳纖維增強的聚合物（wù）基（jī）複合材料，可根據連續纖維電阻感應變化（huà），提供自感應功（gōng）能。目前該材料還在研發過程中，研究人員將首先驗（yàn）證（zhèng）其在飛機和建築領域提（tí）供結構健康監測（SHM）的可行性（xìng）。同時（shí），研究人員還在將連續碳纖維的（de）自感知能（néng）力與增材製（zhì）造技術相結合，擬使SHM應用更具成本效益，從而能夠更廣泛（fàn）地擴展到新應用中。
（4）美國北卡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，美國北卡羅來納州立大學（North Carolina State University，NCSU）的一項新研究（jiū）表（biǎo）明，一種由嵌入三（sān）氧化二鉍顆粒的高分子化合物組成的（de）複（fù）合材料具有巨（jù）大的潛力，可（kě）以替代傳統的輻射屏蔽材料，應用於太空探索、醫學成像和放射（shè）治療等領域。鉛等傳統的（de）輻（fú）射屏蔽材料通常（cháng）價格昂貴（guì）、重量大且對（duì）人體健康和環境有（yǒu）害（hài）。在該項（xiàng）研究中，研究人員使用紫外線固化方法而（ér）非耗時的高溫固化法創建了高分子化合（hé）物樣品，其中三氧化二（èr）鉍含量高達44%。隨後，研究人員對樣品進行了測試（shì），結（jié）果表明該化合物重量（liàng）輕、強度高，能有效屏蔽諸如伽馬射線等電離輻射，並（bìng）且可以快速（sù）生產。
（5）瑞士研發出新型磁（cí）致感應形狀記憶複（fù）合（hé）材料
2020年8月，瑞士保羅謝爾研究所（Paul Scherrer Institute，PSI）和蘇黎世聯邦理工學院（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich，ETHZ）合作研發出一種由磁流變液（yè）和聚二甲基矽氧烷（PDMS）組成的新型複合材料，該材料（liào）可以在磁場下表現出形狀記憶特性。研（yán）究人員利用水滴、甘油和羰基鐵顆粒組成磁（cí）流變（biàn）液，以不（bú）同（tóng）的體積分數（10%和40%）分散（sàn）在（zài）PDMS中製成軟磁（cí）性（xìng）形狀記（jì）憶複（fù）合材料。實驗結果表明，添加體（tǐ）積分數為40%的磁流變液使PDMS的儲能模量提高近30倍，無（wú）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、航空航天、電子和機器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改變導管的硬度，減輕副作用；在太空探索領域（yù）可作為自行充氣或折疊的輪胎安裝在探測漫遊車上；在電子設備領域可用於製造柔性電（diàn）源、數據電纜或可穿戴設備。
三、先進功能材料
功能材料是指通過光（guāng）、電、磁、熱、化學和生化等作用後具有特定功能的（de）材料（liào）。進入21世紀以來，功能材料成為新材料領域研（yán）究的重（chóng）點，是（shì）國民經濟、社會發（fā）展及國防建設的基礎（chǔ）和先導，推動信息通信、能源、航空航天、生物醫療和國防等領域的發展。近年來，先進信息材料、新能源材料、生物醫用材料和節能環保材料等先進功能材料發（fā）展迅猛，前沿（yán）、顛覆性技術不斷（duàn）湧現，給全（quán）球可持續發展、產業升級與（yǔ）變革等（děng）帶來了深刻影響。
（一）先進信（xìn）息材料
先（xiān）進（jìn）信息材料是為實現信息探測、傳輸、存儲、顯示和處理等功能使用的材料，是人類社會步入信息時代的物質基礎，也是科（kē）技創新和國際（jì）競爭（zhēng）最為激（jī）烈的技（jì）術領域。近年來，隨著人工智能、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（sù）向多功能化、薄（báo）膜化、高性能（néng）和低功耗方向發展。2020年，先進信息材料領域取得以下幾個方（fāng）麵的進展。
（1）美國北卡羅來納州立大學研製出（chū）超薄可拉伸電子材料，具有（yǒu）氣體（tǐ）滲透性
2020年5月，美國北卡羅來納州立（lì）大學研製出一（yī）種超薄、可拉伸、可透氣的電子材料。研究人員使用了一種稱為呼吸（xī）圖法的技術來（lái）製造具有均勻（yún）孔分布的可拉伸（shēn）聚合物薄膜，通過將薄膜浸入含有銀納米線的溶液中進（jìn）行塗層，然後對材料進行熱（rè）壓，將納米線封住。由於銀納（nà）米線正好嵌（qiàn）入到聚合物表麵正（zhèng）下方，因此在出（chū）汗和長期磨損（sǔn）的情況下，該材料也表現出出色的穩定性。研究人員表示，這種薄膜在導（dǎo）電性、光學透光（guāng）性和水蒸氣（qì）滲透性方麵表現（xiàn）出良好的組合特性。研究團隊（duì）創建的第一個原型是可安裝在皮膚上用作電生理傳感器的（de）幹電極（jí）。
（2）韓國開發出（chū）新型導電（diàn）黏合劑，可將集（jí）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（kāi）發出一種導電黏合劑，可（kě）以將集成電路密度提高20倍以上。該（gāi）黏合劑（jì）由納米金屬顆粒製成（chéng），用於在（zài）電路板上集成微（wēi）型的（de）電子設備。通過這項（xiàng）研究，研究人員已成功將數千個比頭發還細的（de）30微米×60微米微型LED組裝在低溫低壓的柔性板上。此外，該項技術可以（yǐ）實現在比信用卡更小的（de）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，該導電黏合劑能夠應用於可彎曲和展（zhǎn）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半導體材料非晶氮化硼
2020年7月，韓國三星電子（zǐ）宣布，三星高級技術學院（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（dà）學兩家高校合作，成功製（zhì）備出一種3納米厚的無（wú）定型氮化硼薄膜（a-BN）。該薄膜在100千赫茲和1兆赫茲的工作頻率下分別展示了1.78和1.16的超低介電性質，極度接近（jìn）於空氣的介電值1，並且表現出優異的機械、高壓穩定性（xìng）。研究人員表示，無定型氮化硼薄膜具有極低的（de）介電常數、高擊穿電壓和（hé）出色的金屬阻擋性能，可實（shí）現更（gèng）小巧、更緊湊的電子解決方案，推動器（qì）件進一步小型化發展。
（4）俄羅斯南烏拉爾（ěr）州立大學研發出環保且可應用於多種傳（chuán）感（gǎn）器的材料
2020年7月，俄羅斯南烏拉爾州立大學（South Ural State University）的研究人員（yuán）合成了（le）適用於製造壓力、溫度、電（diàn）場和磁（cí）場傳感器的陶瓷材料（liào）。當前，許多用於製造傳感器的現代材料都（dōu）含有鉛，其廣泛使（shǐ）用會造成環（huán）境汙染並對人（rén）體健康產生負麵影響，無法大規模生產。而南（nán）烏拉爾州立（lì）大學研究人員（yuán）通過（guò）研（yán）究基於鉍（bì）鐵氧（yǎng）體（tǐ）的陶（táo）瓷材料的相變結構，發現該種材料對外部因素（溫度、電（diàn）勢、磁場（chǎng）、壓力）高度敏感，不僅可以被用於製（zhì）造傳感器，而且該材料屬於多鐵性合金，對環境更加友好，可能成為未來傳感器材料的發展方向。
（5）日本東京大學開發出一種磁（cí）性材料，可（kě）提供更高的存儲密度
2020年10月（yuè），日本東京大學（The University of Tokyo）研究人員開發出一種磁性材料——ε氧化鐵。該磁性（xìng）材料加上特殊（shū）的訪問方法，可以提供比以往（wǎng）更高的存（cún）儲密（mì）度。研究人員稱，當施加外部磁場（chǎng）時，ε氧化鐵會在高頻波情況下發生磁方向翻轉，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著數據存（cún）儲時間將比其他介質（zhì）更長，並且（qiě）可以在低功耗下運行，未來有望（wàng）應用（yòng）於需要進行長期存儲的應用中。研究人員希（xī）望（wàng）能在未來5～10年內開發出基（jī）於新磁性材料的磁帶存儲器，其數據容（róng）量可達當前容量的10倍。
（6）麻省理工學院研究表明“金屬化”金（jīn）剛（gāng）石可製備新（xīn）型量子探測器和（hé）傳（chuán）感器
2020年10月，美國麻省理工學院和新（xīn）加坡南洋理工大學（NanyangTechnological University，NTU）利用量子力學和機械變（biàn）形的（de）計算機模擬發現，使（shǐ）金剛（gāng）石納米針變形（xíng），會（huì）使其導電性從絕緣體變為半導體，再（zài）變為高導電性金屬。電子在材料中移動的難易（yì）程度是以材料的帶隙（xì）來衡量的，帶隙越大，電子越難通過。在5.6電子伏特（tè）下，金剛石通常具有超寬的帶隙，是絕緣體。但（dàn）是，當對金剛石納米針施加（jiā）外力時，可以使（shǐ）其產生應變。施加的外力越大，應變越（yuè）大，帶隙就越窄（zhǎi），從而使金（jīn）剛石轉化成優良的導電體。研（yán）究人員稱，“金（jīn）屬化”後的金剛石可以製造新型量子探測器和傳感器。
（二（èr））新能源（yuán）材料
新能源材料是指支撐新能源發展，具有能量存儲和能量轉換功能的材料，主要包括燃料電池材料、鋰離子電池材料、太陽能電池材料、相變儲能材料、金屬氫化物鎳電池材料（liào）和（hé）半導（dǎo）體（tǐ）照明發光材（cái）料等。近年來，隨（suí）著氣候變化、能（néng）源危機等全球性問題進一步凸（tū）顯，新能源（yuán）材料成為（wéi）世界各國（guó）重（chóng）點（diǎn）關注的技術領域之一（yī），政策扶持（chí）與（yǔ）資金支持不斷加（jiā）碼。2020年（nián），新能源材料（liào）領域取得以下進展。
（1）澳大利亞昆士蘭大學在量（liàng）子點太陽能電池效率方麵取得重（chóng）大突破
2020年2月，澳大利亞昆士蘭大（dà）學研究人員開發出能量轉換效率高達16.6%的新型量子點太陽能電池，比此前世界紀錄高出近（jìn）25%。該（gāi）電（diàn）池采用（yòng）了銫和甲酰胺鉛三碘鈣鈦礦體係，並用油酸（suān）配體輔助陽離子交換策略，提供了穩定的基於鈣鈦礦的光伏和光電子學的途徑。研究團（tuán）隊通過控製量子點上的表麵功能（néng）化學物（wù）質，開發出一種新的表麵工程方法，不僅可以穩定量子點（diǎn），還可（kě）以保持電子通過的路徑平滑，使量子點將太陽能轉換為（wéi）電能的效率大大（dà）提（tí）高。此外，由於這些量子點具有柔韌性，並且（qiě）能夠以較低成本（běn）大規模打印，因此可（kě）將其用作透（tòu）明皮膚，為汽車、飛機、房屋和可穿戴設備提供動力。
（2）美國西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（xìng）能鋰離（lí）子電池陽極
2020年4月，美（měi）國能源（yuán）部西北（běi）太（tài）平洋國家實驗室（Pacific NorthwestNational Laboratory，PNNL）研究人員設計出一種新型納米結構，能夠賦予矽非凡的（de）強度，使（shǐ）其有望成為（wéi）鋰離子電（diàn）池的陽（yáng）極材料。近年來，隨著對更高能量密（mì）度電池的需求（qiú）不斷增加，石墨基（jī）電極亟待升級，而矽被認為是一種（zhǒng）很好的升級版（bǎn）材料。但矽在遇到鋰時會大幅膨脹，可能會導致鋰電池陽極破裂粉化（huà）。為解決這一難題，研究人員將細小的矽顆粒聚集到直徑約8微（wēi）米的（de）微球中，形成一種相當於紅細胞大小的分層多孔矽結構。這種結（jié）構就像海綿一樣，內部有（yǒu）空間吸收膨脹壓力。研究表明，這種分層多孔結構具（jù）有出色的電化學性能、機械強度和結構完整性，可（kě）用於製造高性能鋰離子電（diàn）池陽極，其可容納的電荷也（yě）是（shì）典型石墨基陽極的兩倍。
（3）瑞典林雪（xuě）平大學研發出穩定的鈣鈦礦（kuàng）——有機分子複合薄膜，可用於開發高效發光（guāng）二極管
2020年4月，瑞典林雪平（píng）大（dà）學（xué）（Linköping University，LiU）與中國、英國和捷（jié）克組成的國際（jì）團隊合作（zuò）研（yán）製出一種效率高、穩定性強的鈣鈦礦（kuàng）發光二極管（Light Emitting Diode，LED）。鈣鈦礦是當今熱門的半導體材料之一，其獨特的晶體結構使其具有卓越的光學及電子（zǐ）特性，並（bìng）且製造起來難度小、成本低。然而，當前大多數鈣鈦礦LED並不是特別穩定，無法投入實（shí）際應用。此次研究團隊采用鉛、碘和有機物質（zhì）甲脒製備了新型鈣鈦礦（kuàng）材料，並將（jiāng）鈣鈦（tài）礦（kuàng）材料嵌入到有機分子基體中，最終形成一種複合薄膜（mó）。其中，末端有兩個氨基的有機分子有助於穩定鈣鈦礦的結構，鉛和碘有助（zhù）於提升鈣鈦礦的發光性能。測試結果表明，新型鈣鈦礦LED的效率為17.3%，服役壽命超過100小時。
（4）美國愛達荷國家實驗室研（yán）發出新（xīn）型氧電極（jí）材料，可使電（diàn）化學電池實現“三重傳導”
2020年5月，美國愛達荷國家實驗室（Idaho National Laboratory，INL）研發出一款可用作電化學電池的新型氧電極（jí）材料。該材料是一種鈣鈦礦化合物，此前氧電極隻傳導電子和（hé）氧離子，而新型鈣（gài）鈦礦能夠進（jìn）行“三重傳導”，即（jí）可傳導電子、氧離子和質子。在實際應用中，能夠進行“三重傳導”的電極會更快、更高效地發生反應，因（yīn）而可以在保持良好性能的同時，降低操作溫度。研究人員表示，使（shǐ）用該材料的（de）電池能夠（gòu）高效地將多餘的電力和水轉化為氫，當電力需（xū）求增加時，該電池能夠反過來將氫轉換成電，用於電網供電。未（wèi）來，研（yán）究人（rén）員希望繼續將創新材料與前沿製造工藝相結合，繼續改進該款電化學電池，以使其可以應用於工業化生產（chǎn）。
（5）英國研發石墨烯基催（cuī）化劑，可製成使用壽命更長的氫（qīng）燃料電池（chí）
2020年8月，英國倫敦瑪（mǎ）麗女王大學（xué）（Queen Mary University ofLondon）和倫敦大學學院（University College London）的研究團隊通過一鍋合成法，生產出包裹著鉑納米顆粒的高質量石墨烯，並將（jiāng）其用於研發（fā）氫燃料電池（chí）催化劑。氫燃料電池在催化劑作用下使氫和氧結合，將化學能（néng）轉化為電能，是一種高效且（qiě）環保的能源。在氫燃料電池（chí）中，鉑是使用（yòng）最廣泛（fàn）的（de）催化劑，但成本高昂，這也是阻止氫燃料電池實現商業化的一大難題。為（wéi）解決該問（wèn）題，商（shāng）用催化劑通常是（shì）在較便宜的碳載體上裹上微小的鉑納米顆粒，不過（guò）此種材料耐用性很差，大大（dà）縮短了當前燃料電池的使用壽命。研究表明，石墨烯具有耐腐蝕性、表麵積大且導電性高等優點，可能是氫（qīng）燃料電池催化劑的理想支撐（chēng）材料。與現有的催化劑相比，石墨烯基催化劑（jì）更耐用且（qiě）性能相（xiàng）當，可用於大規模生產，有望在能源領域得到廣泛應（yīng）用。
（6）美國用回（huí）收塑料製備儲能納米材料，可用於製備電動汽車超級電（diàn）容器
2020年9月，美國加州大學河（hé）濱（bīn）分校研發了一種方法，以回收蘇打水瓶等塑料（liào），並（bìng）將此類塑料（liào）製備成可以用來存儲能源的納米材（cái）料。研究人員（yuán）首先將塑料（liào）瓶的碎片溶解在溶劑中，然後采用靜電紡絲工（gōng）藝，用聚合物製出微小的纖維，並在熔爐中將塑料（liào）絲碳化。在與黏結劑和導電劑（jì）混合後，該材料被幹燥，並被組裝成硬幣電池芯類（lèi）型（xíng）的雙層（céng）超級電容器。當在超級電容器中（zhōng）測試該材（cái）料時，該材料（liào）包含了由分散離子電（diàn）荷和電子電荷形成的雙層電容器，以及當離子（zǐ）被電化學反應吸收到材料（liào）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離（lí）子電池（chí）多，但充電速（sù）度要（yào）快（kuài）得多，可以讓很多基於塑料廢料製成的電池應用到更多領域。
（7）英國發（fā）現可將太陽能存儲數月乃至數年的特殊材料
2020年12月，英國蘭開（kāi）斯特大學研究人員發現一種可將太陽能存儲數月乃至數（shù）年的特殊材料——金屬（shǔ）有機框架（Metal-Organic Framework，MOF）材料。MOF材料（liào）是多孔的，因此可與其他小分子形（xíng）成複合材料。MOF材（cái）料通過添加吸收光的化合物偶氮苯分子，最終形成的複合材料能在室（shì）溫下（xià）將吸收（shōu）的（de）紫外線（xiàn）能量（liàng）儲存至少4個（gè）月，然後再釋放出來。目前大多數光響應（yīng）材料僅能存儲幾天或幾周能量，而（ér）MOF材（cái）料成（chéng）為該領域的重大突破。研究人員稱，該材料仍需要做一些改進才能實現商業化，未來有望用於為汽車風窗玻璃（lí）除冰或為家庭和辦公室提供額外的熱（rè）量。
（8）德國研發出當前全球最高轉換效率的鈣鈦礦電池
2020年（nián）12月，德國海姆霍茲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（yáng）能電池，轉換（huàn）效率高達（dá）29.15%。此外，該電池即使在沒有封（fēng）裝的情況下也能提供300小時的穩定電量。在該項研究中，研（yán）究人（rén）員為鈣鈦礦—矽疊層電池開發了一種特殊（shū）的（de）電極接觸層，用於光學耦（ǒu）合頂部和底部電（diàn）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（yáng）光的紅外/近紅外轉化為電能，而鈣鈦礦化合物（wù）則主要利用光譜的可見光部分。因此，由矽和鈣鈦礦製（zhì）成的（de）疊層太陽能電池（chí）可比單個電池（chí）實現更高的效率。當前，該太陽能電池在1平方（fāng）厘（lí）米的樣品中測試成功。研究人員希望未（wèi）來（lái）將其擴大到更貼合實際應用的尺（chǐ）寸。
（三）生物醫用材料
生物醫用材料是（shì）指以醫療為目（mù）的，用於診斷、治療（liáo）、修複、替換人體組織器官或增進（jìn）其功（gōng）能的新型高技術材料，是材料科學技術中一個高速發展（zhǎn）的新領域（yù）。近年來，隨著生物技術的蓬勃（bó）發（fā）展和重大突破（pò），生物醫用材料已成為各國研究和開發的熱點（diǎn）。2020年，生物醫用材（cái）料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）瑞典隆德大學開發出一種可治愈傷口的非抗（kàng）生素凝膠
2020年1月，瑞典隆（lóng）德（dé）大學（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（kě）以殺死對（duì）抗生素產生（shēng）耐藥性的細菌，還可以減輕傷口內的炎症。該凝膠含有一種名為TCP-25的肽（tài），可通過殺死傷口部（bù）位的有害細菌來幫助預防感（gǎn）染。在對大鼠和豬進行的實驗室測（cè）試中發現，該凝膠可在使用後24小時內減少傷（shāng）口發炎，並在隨後3～4天內顯著減少細菌數量。隆德大學正在與瑞典生物（wù）醫（yī）學初創公司in2cure AB進行合作，使該技術商業化，並希望該技術能很快應用於燒（shāo）傷患者的臨（lín）床試驗中。下一步（bù），研究人員計（jì）劃開發用於治療眼部感染（rǎn）和其他內部器官感（gǎn）染的新型肽（tài）基（jī）藥物。
（2）中國天津大學開發出（chū）可追蹤癌細胞位置的（de）新型水凝膠材料
2020年（nián）2月，天津大學研究人員成功（gōng）研發（fā）出新型長餘輝水凝膠。該水凝膠由腫瘤特異靶向性的“長餘輝納米探針”和“海藻酸鈉水凝膠”構成，通過表麵修飾腫瘤特（tè）異性配體，能夠靶向識別、持續標記不同腫瘤細胞，其進入活體後，能夠在腫（zhǒng）瘤細胞上長時間標記並發出近紅外光，使腫瘤細胞的轉移活動形成一幅發（fā）光的“實時位置軌跡圖”。試驗結果顯示，新型水凝膠有很高的（de）靈（líng）敏度且生物相容性好，無毒無副作用，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的癌細胞進行定製化（huà）設（shè）計，從而（ér）為各種腫瘤轉移研（yán）究提供通用檢測平台，在癌症治療領域具有廣闊前景。
（3）瑞典查爾默斯（sī）理工大學開（kāi）發出無毒柔性材（cái）料，可用於藥物（wù）精準治療
2020年3月，瑞典查爾默斯理（lǐ）工大學（xué）（Chalmers Tekniska Högskola，CTH）研究人（rén）員開發出一種柔軟、呈橡膠狀的生（shēng）物相容性材料（liào）。該材料內部充斥著納米孔洞，是一（yī）種三維網絡結（jié）構，其成分類似於有機（jī）玻璃，但柔韌性、彈（dàn）性要（yào）優於有機玻（bō）璃。研究人員表示，未來可（kě）以將一塊載有藥（yào）物的（de）材（cái）料植入體內（nèi），以精確地將藥物輸送到需要的地方，從而（ér）最大限度地減少了口服同（tóng）一藥物所帶來的副作用。此外（wài），該材料還可用於替換體內軟（ruǎn）骨或其他軟組織，但這可能需要提前3D打印替換零件，然後通過傳統手術方式將其植入。
（4）美國哈佛大學醫學院製備出一種可（kě）以（yǐ）直接打印成具有多（duō）級孔結構的水凝膠（jiāo）生物墨水
2020年9月，美國哈（hā）佛大學（xué）醫學院（Harvard Medical School，HMS）報道（dào）了一種基於（yú）甲基丙烯酰化明膠的生物墨水（shuǐ）的製備方（fāng）法，實現了具有納米孔—微孔—大孔多級孔的細胞負載水凝膠結構的3D生物打印，並且（qiě）證明（míng）這種多（duō）孔級水凝膠在微創組（zǔ）織再生和細胞治（zhì）療（liáo）方麵的應用前景。多（duō）孔水凝（níng）膠由於內（nèi）部（bù）存在（zài）著大量（liàng）孔結構，可在注射前後具有形狀記憶功能（néng），利用該功能可以將其直接注射到組織缺損空間內並與周圍的宿主組織（zhī）結合（hé），實（shí）現組織再生修複。同時，該方法避免（miǎn）了侵入性外科手（shǒu）術，能極大地減輕患者的痛苦（kǔ），有望（wàng）在組織工程、再生醫（yī）學和個性化治療方麵得到應用（yòng）。
（5）俄羅斯合成一（yī）種新材料（liào），可有效止血還具（jù）明顯的抗菌活性
2020年9月，俄羅斯門捷列夫化工大學（Mendeleev University ofChemical Technology of Russia，MUCTR）研究人（rén）員（yuán）用殼聚糖、藻酸鹽兩（liǎng）種生物聚合物和銀納米顆粒合成一種新材料，形如一塊5厘米厚的多孔海綿，可用於開放性傷口快速止（zhǐ）血，同時防止感染。當前，市麵上（shàng）的各種止血材料大部分隻注重（chóng）快（kuài）速止血，不適合更長期的治療。而此次研發的（de）新材料中，殼聚糖與藻酸鹽（yán）結合形成的（de）凝膠，在浸入（rù）溶液時可以（yǐ）保持穩定。同時，殼聚糖具有抗（kàng）菌作用，可促使血液（yè）成分結合，使傷口愈合，而銀（yín）納米顆粒可增強凝膠的抗菌（jun1）作用。
（6）德國開發出將藥物（wù）和（hé）銀結合起來的植入物塗層，可防止術後感（gǎn）染
2020年11月（yuè），德國弗勞（láo）恩霍夫製造技術和先進材料研（yán）究所（FraunhoferInstitute For Manufacturing Technology And Advanced Material）與柏林大（dà）學醫學院（Universität zu Berlin）合作開發出將藥物和銀結合（hé）起來的植入物（wù）塗層。研（yán）究人員利用激光對浸過抗生素溶（róng）液的鈦（tài）合金髖關節表麵進行結構化處理，使金屬表麵充滿含有抗生素溶液的微孔（kǒng），然後再使用物理氣相沉積（jī）技術在金屬上塗一層具有抗菌性的銀。植入髖關節後，抗生（shēng）素能從微孔中流入周圍組織，有助（zhù）於防止術後立即出現任何感染，而（ér）銀會在幾周內釋放殺菌離子，為愈合階段提供防感染保護。此外，植入物髖關節表麵的微孔使其能夠更好地與鄰（lín）近的骨融合。
（四）節能環保材料
節（jiē）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（zhe）世界各國加強（qiáng）對節（jiē）能環保產業（yè）的扶持力度（dù），節能（néng）環保產業技術（shù）水平顯著提升，節能環保材料的發展勢如破竹。2020年，節能環保材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）日本神戶大學研發出一種能夠有（yǒu）效（xiào）分離油和水、可重複使用的薄膜
2020年1月，日本神戶大學（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（èr）氧化（huà）矽（guī）塗層，成功（gōng）開發出能夠有效分離油（yóu）和水且能夠重（chóng）複使用的薄（báo）膜。其中，PK薄膜具有大孔徑和高孔隙率（lǜ），水滲透性良好；矽化過程（在PK纖維上（shàng）添加二氧（yǎng）化矽）提供了堅固的拒油（yóu）塗層，可保護表麵改性（xìng）膜免受汙染，從而實現可重複使（shǐ）用。該薄膜的另一個優點是不（bú）需（xū）要很大的壓力即可實現高透水性，即使用低至10厘米（約0.01個標準（zhǔn）大氣壓）的（de）水位也表（biǎo）現出了重力滲透性。研究人員稱，每平方（fāng）米薄膜可在1小時（shí）內處理6000升廢水，也可有效地從各種不（bú）同的油性乳液中分離出水。
（2）美國萊斯（sī）大學研發出可將塑料（liào）等垃圾變成石墨烯的新技術
2020年（nián）2月，美國萊斯大學研發出一種新工藝，可將廢棄食品、塑料廢料、石油焦、煤、木（mù）屑（xiè）和生物炭等垃圾快速（sù）轉化成有價值的（de）石墨烯薄片。新工藝名為“閃蒸石墨烯”技術，可（kě）在10毫秒內將碳源加熱（rè）至3000開爾文（2727攝氏度）以（yǐ）製得石墨烯（xī）薄片，其成本低於其（qí）他的石墨烯生產方法。這類石墨烯的潛在應用（yòng）包括將其混入用作黏結混凝土（tǔ）的水泥中，可將混凝土對環境的影（yǐng）響（xiǎng）降低1/3。研究人員表示，新技術可將固體碳基物質和橡膠等塑料廢料轉化為石墨烯，有助於解決食（shí）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藝將廢舊輪胎橡膠轉換為多用途氣凝膠
2020年3月，新加坡國立大學研究人員（yuán）開發出一（yī）種將舊輪胎橡膠（jiāo）轉換為高價值氣凝（níng）膠的方法。研究團（tuán）隊（duì）首先將（jiāng）廢棄的汽車輪胎切成細橡膠纖維，然後（hòu）將纖（xiān）維浸入由水和少量（liàng）“生態友好型”溶劑組成的溶液中，使纖維彼（bǐ）此交聯。機械攪拌20分（fèn）鍾後，該混（hún）合物形成液體凝膠，交聯纖維均勻懸浮其中（zhōng）。最（zuì）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，得到固體橡膠氣凝膠。該氣凝膠具有隔熱、隔聲和吸收性強等優點，製造（zào）過（guò）程簡（jiǎn）單、經濟高效且環保，生產一塊麵積為1平方米且厚度為1厘米的橡膠氣凝膠的成本不到10新幣，具（jù）有良好的應用前景。
（4）美國科（kē）羅拉多大學利用細菌生產礦（kuàng）物質和聚合物，打造環保的建築材料
2020年3月，美國科羅拉多大（dà）學博爾德分校（University of ColoradoBoulder）利用細菌（jun1）來生產礦物質和聚合物，以打造環保的建築（zhù）材料。研究團隊對大腸杆菌進行編程，成功生（shēng）產出（chū）不同尺寸、形狀和剛度的石灰（huī）岩顆粒（lì），以及用（yòng）於製造聚苯乙烯泡沫的苯乙烯單體。石灰岩顆粒與聚苯乙烯複合（hé）後（hòu），可用於開（kāi）發環保、低碳（tàn）的生物建築材（cái）料。研究人員表示，基（jī）於合成生物學和基因編輯（jí）等技術，細菌還可用於生產自愈材料、環境感（gǎn）知材料和發光材料等，應用前景十分廣泛。
（5）澳大利亞莫（mò）納什大學利用特殊材料快速（sù）將海水轉化成飲（yǐn）用水
2020年8月，澳大利亞（yà）莫納什大學（Monash University）開發出一（yī）種新型海水淡（dàn）化技術。研究（jiū）團隊將聚螺吡喃丙烯酸（suān）酯加入一種金屬有機框（kuàng）架（jià）材料（liào）的孔隙中，獲得一種名（míng）為PSP-MIL-53的（de）材料。據介紹，該材料（liào）可以在30分鍾內將海水等鹹水中的鹽分及有害顆粒吸附出來，並使水質達到世（shì）界衛生組織（zhī）規（guī）定的飲用水安全標準。隨後，隻要經過陽光照射，材料就會很快釋（shì）放出吸附的鹽（yán）分等顆粒，從而實現重（chóng）複使用。據實驗數據表明，每千克特殊材料可以過濾139.5升的飲用水（shuǐ），並且（qiě）使用特殊材（cái）料所耗費的成本遠低於現（xiàn）在的海水淡化技術。新型技術利用陽光實現可持續的鹹水（shuǐ）淡化，為發展低耗能、具有可持續性的海水淡化技術開辟出一條全新（xīn）的道路。
（6）國際研究團隊研發出可反複利用、無（wú）限循環的塑料
2020年8月，美國科羅拉多州立大學、中國北京大學和沙特阿拉伯阿卜杜拉國王（wáng）科技大學（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）的研究團隊（duì）通過從生物基烯烴羧酸（suān）中製備橋聯雙環（huán）硫內酯單體，製（zhì）備出（chū）一種新型塑料PBTL。該塑料可以很容易地（dì）分解並重新組（zǔ）合（hé）成（chéng）高質量的產品，並（bìng）且（qiě）這個過程可（kě）以（yǐ）無（wú）限重複。研究人員首先用催化劑在100攝氏（shì）度下進行整體解聚來（lái）測試（shì）塑料，測試結果表明PBTL已被分解成原來的單體（tǐ）。隨（suí）後，在室溫下分（fèn）解PBTL樣品（使用催（cuī）化劑），再次檢測（cè）到樣品已經分解成原（yuán）來的單體。最後，利用以上製得的單體仍可以再製造出PBTL。一係列性能測試表明，PBTL具有（yǒu）優異的強度、韌性和穩定性，可用於製造塑料包裝（zhuāng）、運動器材、汽車零部件、建築材料和其他產品。
四、前沿新材料
前沿新材料是具有戰略性、前瞻（zhān）性和顛覆（fù）性的新（xīn）材料，是未來（lái）產業發展的製高點（diǎn），具有重要的引（yǐn）領作用和重大的應用前景。近年（nián）來（lái），在世界各國的積極推動（dòng）下，二維（wéi）材料、智能材料和超材料等前沿材料發展迅猛，前沿、顛覆性技術不斷湧現，支撐著一大批高新技術產業的發展。
（一）二維材料
二維材料是厚度為幾納米或更小的由單層原（yuán）子組成的（de）結（jié）晶材料，具有特殊的電學、熱學、光學和力學等性能，在高端電子（zǐ）和光電子器件、能源轉化與存儲（chǔ）及複合材（cái）料等領域有著廣闊的應用前景。2020年，二維材料領域取（qǔ）得以下幾個方麵的進展。
（1）芬蘭阿爾托大學（xué）實現了厘米級尺寸的二維材料扭曲
2020年5月，芬蘭阿爾托大（dà）學（Aalto University）基於外延生長法和水助（zhù）劑轉（zhuǎn）移法，開（kāi）發出一種可將大尺寸二維材料層進行扭曲的新方法。近年（nián）來，單層原子組成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（hé）醫療等領域。研究（jiū）人員發現將二維材料放在（zài）另一材料上並稍做旋轉時，扭曲會從根本上改變雙層（céng）材料的性（xìng）能，如高溫超導性、非線性光學及超潤滑性（xìng），這促使了扭曲與電子學的結合。芬蘭阿爾托大（dà）學以二硫化鉬材料為主要研究對象，不僅可以精確控（kòng）製（zhì）單原子層之間的扭曲角，還可將扭曲層的尺寸（cùn）由以前的微米級擴展至厘米級，實現（xiàn）了大尺寸二維材料扭曲。未來，研究人（rén）員計劃將該（gāi）扭曲方法應用（yòng）於（yú）其他二維分層材料上。
（2）瑞士洛桑聯邦理工（gōng）學院設計（jì）出一種基於二維半導體材料（liào）的新（xīn）型器件
2020年6月，瑞士（shì）洛桑聯邦理工學院納米電（diàn）子器件實驗室設計並論證（zhèng）了一種基於二維半導體材料的新型器件，其效能幾乎與人類神經元相當。研究人（rén）員利用二硒化鎢（wū）和二硒化錫柵極結的能帶對準機製，開發出被稱為二維隧穿晶體管的（de）高能效二維（wéi）晶體管。二維隧穿晶體管工作原理類（lèi）似於“山中開（kāi）鑿隧（suì）道”，能夠（gòu）以更低的能耗實現開關的接通和關斷（duàn）操作（zuò）。研究人員通過原子模擬測試驗證了二（èr）維隧穿晶體管的性能（néng），其比類似的二維半導體材料製成的晶（jīng）體管性能更高，且電源電（diàn）壓非常低。二維隧穿晶體管可用於構建類似於大腦神經元的節能電子係統，未來有望在可穿（chuān）戴設備和人工智（zhì）能芯片領域得到應用。
（3）美國研發出厚度僅三個原（yuán）子的二維金屬芯片，可使芯片存儲速度提高100倍
2020年7月，美國斯坦福大學（xué）、加州（zhōu）大學（xué）伯克利分校和得克薩斯農工大學（Texas A&M University，TAMU）的研究人員利用層（céng）狀二碲化鎢製成了二維金屬芯（xīn）片，其厚度僅為三個原子。研究人員對二碲（dì）化鎢薄層結構施加微（wēi）小電流，使其奇（qí）數層相對於偶數層發生穩定（dìng）且快速的偏移，並利用奇偶層的排列來存儲二進製數據。數據寫入後，再通過一種稱為貝（bèi）利曲率的量子特性，在不（bú）幹擾排列的情況下讀取數據（jù）。與現有的基於矽的數據存儲係統（tǒng）相比，新芯片可以將更多的數據填充到極小（xiǎo）的物理空間中，非常節能。此外，二碲化鎢薄層結構奇偶（ǒu）層偏移速度很快，可以（yǐ）使數據寫入速度比現有技術（shù）快100倍。目前，團隊已為該設計申請了專利，並繼（jì）續研（yán）究（jiū）下一步（bù）改進方（fāng）法，如尋找除二碲化鎢之外的其他二維材料。
（4）中國製備出一種不存（cún）在已知母體（tǐ）材（cái）料的（de）全新二維層狀材料
2020年8月（yuè），沈陽材（cái）料科學國家研究中心先進炭材料研究部在（zài）化學氣相沉積法生長非層狀二維氮化鉬（mù）的過程中，引入矽元素鈍化其表麵懸鍵，製備（bèi）出一（yī）種不存在已知母體材料的（de）全新二維範（fàn）德華層狀材料MoSi2N4，並獲得了厘米（mǐ）級單層薄膜。研（yán）究發現，單層MoSi2N4具有半導體性質和優於二（èr）硫化鉬的理論載流子遷移率，表現出優於二（èr）硫化鉬（mù）等單層半導（dǎo）體材料的力學（xué）強度和穩定性。此外，研究人員通（tōng）過理論（lùn）計算預測出了（le）十幾種與（yǔ）單層（céng）MoSi2N4具（jù）有相同結構的二維（wéi）層（céng）狀（zhuàng）材料，包含不同帶隙的半導體（tǐ）、金屬和磁性半金屬（shǔ）等。探索不存在已知三維母體材料的新型二維層狀材料，可極大拓展二維材料（liào）的物性和應用，具有重要的科學意義和實用（yòng）價值。
（5）美國德雷克塞爾大學開發出一種可阻擋電磁波和其他輻射的二（èr）維材料
2020年12月，美國德雷克塞（sāi）爾大學（Drexel University）研究人員開發出一種稱為MXene的（de）塗層和相關新型織物。MXene塗層是一種二維材料，具有導電性，已被證明在阻擋電磁波和有害（hài）輻射方麵非常有效。此外，MXene可以穩定地製成噴霧塗層、墨水或（huò）油漆，使其可以應用於紡織品中。研究表明，如果將普通的棉布或（huò）麻布浸塗在MXene溶液中，可以阻擋電磁幹擾，效果大於99.9%。而使用這種工藝塗覆的織（zhī）物在正常條件下存放兩年後，其屏蔽效率隻損失了大約10%。
（二）智能材料
智能材料是指具有感知環境刺激（jī）能力，可（kě）以進行分析、處理、判斷，並采取一定的措（cuò）施進行適度響應的智能特征（zhēng）的材料，是繼天然材料、合成高（gāo）分子材料、人工設計材料之後的第（dì）四代（dài）材料。自20世紀90年代起，智能（néng）材料迅速（sù）發展（zhǎn）起來，成為一種全新的材料分支學（xué）科，並朝著更加高（gāo）性能化、多功能（néng）化、複合化（huà）、精細化和智能化（huà）方向發展。2020年，智能材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）美國加州大學聖迭戈（gē）分校（xiào）研發（fā）出（chū）全新熱偽裝材料，可自行適應環境溫度
2020年3月，美國加（jiā）州大學聖迭戈分校（University of California，SanDiego）研（yán）究人員（yuán）開發出一種可（kě）適應環境溫度的新型熱偽裝材料。該材料為一種柔性（xìng）材料，由蠟狀相變物質及（jí）熱電合金組成，由集成電池供電（diàn），並由佩戴者通過無線電路板控製。施加電流時，材料（liào）能夠（gòu）在不到一（yī）分（fèn）鍾的時間內在（zài）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（shì）度時，材料會通過相變吸（xī）收熱量；當環境溫度低於30攝氏度時，材料會固化並起到隔熱作用（yòng）。該材料已被合並到迷彩服的臂（bì）章中。研究人（rén）員希望最終（zhōng）可以打造出完整、貼身的夾（jiá）克。
（2）中國天津大學研發（fā）出“全天候自愈合材料”，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（yán）發出“全天候自（zì）愈合材料”，該材料能（néng）在嚴寒、深海和強酸堿（jiǎn）等極限條件下快速自愈合，有望（wàng）成為機器人、深海探（tàn）測器和極端（duān）條件下各類高科技設備的“超級電子皮膚”。研究（jiū）人員充分利用了不（bú）同動態鍵的相互協同作用，使材料在不借助任（rèn）何外界能源的條件下，同時實現高彈性、高拉伸性和快速修複損（sǔn）傷的（de）功能。實驗結果顯示，新型自愈合材（cái）料在室溫下可實（shí）現10分鍾內快速愈合，愈合後可承受超過自身重量500倍的重物，並在零（líng）下40攝氏度的低溫、過（guò）冷高濃（nóng）度鹽水下甚至在強酸強堿性環境中都表現出了高效的（de）自愈合性能。下一步，研究人員計劃將材料應用於電子皮膚傳感器（qì），從而使極限環境下的機器人能（néng）夠感（gǎn）知體表的壓力（lì）、水（shuǐ）流和溫度等，為先進電子設備打造真正的“智能皮膚（fū）”。
（3）日本東京大學開發出可自我修複的新複合材料
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發出具有自（zì）我修複能力的新複合材料“MWCNTs-PBS”。該材料（liào）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。研究人員（yuán）將PBS、MWCNTs-PBS和（hé）其他常見的軟（ruǎn）材料結合在一起，構建出具有自愈合、傳感和驅動能力的接口設備。自修複材料的應用範圍極為（wéi）廣（guǎng）泛，包括軍用裝備、電子產品、汽車、飛機和建築材料等領域，其中在智能手機和平板電腦屏幕上的應用最（zuì）受關注，此次研究人員使自修複材料向實用（yòng）化方向又邁進了一步（bù）。
（4）英國劍橋大學研（yán）發出由納米顆粒製成的（de）光（guāng）熱驅動變色皮膚
2020年6月，英國劍橋（qiáo）大（dà）學研發出一種人造變色皮膚，在光照或加熱時會變色（sè）。該（gāi）皮膚變（biàn）色機理（lǐ）源於（yú）其中的納米顆粒。研究人員先將14納米的金顆粒（Au）包裹在（zài）聚（N-異丙基丙烯酰胺）（pNIPAM）外殼（ké）中，製成Au@pNIPAM芯—殼結構納米顆粒，再用（yòng）流動聚焦微流體裝置和碳氟油產生含納（nà）米顆粒的（de）水滴，最（zuì）後將水滴轉移至（zhì）油中以防蒸發。當光照或加熱至32攝氏（shì）度（dù）以上（shàng）時，納米顆粒會聚集在油水界麵（miàn）處，並沉積到水滴底部，材料呈深藍色（sè）；當溫度（dù）降低後，納米顆粒通過（guò）布（bù）朗運（yùn）動重新分散，材料呈（chéng）紅色。用這種機理可研製光隱身皮膚、光/熱敏感變色材料等，甚至通過激光照射構（gòu）建可編（biān）程控製顏（yán）色的材料。
（5）美、德研究人（rén）員研發聚合（hé）物材料，可使軟機器人實現自我修複
2020年7月，美國賓夕法尼亞州立大學和德國馬克斯·普朗克研究所（suǒ）研究人員受烏賊圓環齒啟發，聯合開（kāi）發出一種能夠實現自我修複的聚合物材（cái）料。研究人員通過研究烏賊圓齒軟硬（yìng）混合蛋白質的序列，在細菌生（shēng）物反應器中創造（zào）出具有重複（fù）氨基酸序列的聚（jù）合物材料，其能夠在水和熱量的作用下快速實現自我愈合，且愈合時間小於同類型材料。該材料可完全生物降解，將有利於構建堅固且可自（zì）我修複的（de）軟機器人和（hé）執行器，幫助其延長使（shǐ）用壽命。
（6）美國開發出可回收、可自（zì）愈的聚合物3D打印材料
2020年8月，美國得克薩斯（sī）農工大學和美國陸軍研究實驗室聯合開發出一種可回收、自愈合的聚合物3D打印材料。研究人員利用低聚物線性預聚（jù）物和交聯劑二苯甲烷雙馬來酰（xiān）亞胺的混合（hé）物製成新型樹脂（zhī）材料，通過增加該（gāi）材料內部交（jiāo）聯分子的數量，可以控製該材料的強度水平，使其能（néng）夠像橡膠般柔軟或具備（bèi）塑（sù）料般的強度。該聚合物材料暴露在高（gāo）溫下時，化學鏈接會脫離或重連，因此可（kě）經過簡單加熱來實現修複。該（gāi）材料能夠在幾秒鍾內（nèi）自愈，並且可以進行3D打印，在假肢、柔性機器人（rén）及航空航天部件製造領域具有應用潛力。
（7）美國研（yán）製出可作為軟體機器人的仿生材料
2020年12月，美國西（xī）北大學（Northwestern University，UN）研究人員研製出一種仿生材料，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（zì）如地（dì）完成拾取和運輸物體等任務，而且前進速度（dù）達（dá）到了每秒一步，甚至與人類步伐速度相當。該仿生材料（liào）軟體機器人大小隻有幾（jǐ）厘米（mǐ）長，形狀像帶有四（sì）條腿的章魚，內嵌的鎳製骨架使其（qí）能夠響應外部磁場，由於沒有任何複雜的硬件或是液（yè）壓、電力（lì）組（zǔ）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。該類仿（fǎng）生軟體機器人在（zài）生產燃料和藥物、海洋環境清理或變革（gé）性醫療的“智能”微觀係統中具有應用前景。
超材料是21世紀以來出現的一類人工複合材料，具備（bèi）天（tiān）然（rán）材料所不具（jù）備的特殊（shū）物理性質。作為最熱門的新（xīn）興技術之一，超材料正（zhèng）持續引發信息技術、國防工（gōng）業、新能源及微細加工的重大變革。2020年，超材料領域取得以下幾個（gè）方麵的（de）進展。
（三）超材料
超材料是21世紀以（yǐ）來出現的一類人工複合材料，具備天然材料所不具備（bèi）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（fáng）工業、新能源及微細加工的重大變革。2020年，超（chāo）材（cái）料領域取得以下（xià）幾個方麵的進展。
（1）美國南加州大學開發（fā）出新型智能聲學超材料，可控製聲波的傳播方式
2020年3月，美國（guó）南加州大學研究人（rén）員受鯊魚皮膚（fū）啟發，研發出可控製聲（shēng）波傳播方式的新型智能（néng）聲學超材料。傳統聲學（xué）超材料通常由金屬或塑料製成（chéng），聲學特性單一，難以對不同聲波信號進行處理。此次研（yán）究人員利用鯊魚皮膚具有雙重聲學特性的原理，采用橡膠和鐵納米顆粒製備出（chū）智能聲學超材（cái）料，利用了橡（xiàng）膠易於彎曲和拉伸、鐵納米顆（kē）粒可響應磁場變化的特性。該聲學超材料構（gòu）成的柱狀陣列通過分開（kāi）或靠（kào）近即可實現聲波的傳播或阻斷，目前尚處於實驗室測試階段，未來研究人（rén）員還將對其進行（háng）水下（xià）測試。
（2）英國和土耳其合作設計出模塊化超材料，可用於數據加（jiā）密和可逆解密
2020年7月，土耳其畢（bì）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（mó）塊（kuài）化超材料，可用於數（shù）據加密（mì）和可逆解密。該（gāi）材料由兩部分組成，頂部是透明（míng）的彈性襯底，其上塗覆約10納米厚的金屬層；底部是（shì）120納米厚的銀膜，其上塗（tú）覆介電層，以反射大（dà）部分入（rù）射光。當（dāng）頂部和底（dǐ）部放在一起時（shí），頂部的金屬（shǔ）層與底部的銀膜形成光學腔，腔的（de）顏色等性質由介電層厚度決定。此時，在介電層上製作的圖（tú）案即可由不同（tóng）顏色（sè）顯示。除去（qù）頂部後（hòu），圖案（àn）就會消失，從而實現一次加密多（duō）次重（chóng）複解密。該項研究為光學加密提供了一種更實用的途徑，可用於秘密信息傳（chuán）遞...
今（jīn）年四甲鎮（zhèn）工業經濟實現穩健開局，1至3月，四甲鎮（zhèn）工業經濟實現應稅銷售11.45億元，入庫稅金（jīn）5099萬元，增幅均位列（liè）海門區（qū）中心鎮第一（yī）。
“是金屬新材料（liào）產業拉動了全鎮工業經濟穩增長。”四甲鎮黨委書記黃紅傑說。四甲（jiǎ）鎮是海門區確立的（de）金屬新材（cái）料產業鏈上（shàng）的主體鎮，黨委政府按照區委（wěi）、區政府的決策部署，緊扣金屬新材料主導（dǎo）產業，實施精準招商，加快項目建設，培育龍頭企業，將四甲鎮打造成產業特色最明顯、產業門類最齊全的金屬新材料研發生產基地，爭取用（yòng）3至（zhì）5年的（de）時間，全鎮金屬新材料產業年應稅銷（xiāo）售突破50億元。
構建梯次發展格（gé）局
南通（tōng）愛爾思輕合金精密成型有限公司繼（jì）獲得2021年度工業金牌企（qǐ）業之（zhī）後，今年穩健開局，1至3月，愛爾思實現應稅銷售6848萬元，同比增幅19.8%，入庫稅金747萬元。
南通愛爾思輕合金精密成型有限公司是（shì）一家專門從事高壓、超（chāo）高壓電氣裝（zhuāng）備用鋁合金鑄件的生產企業，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。該公司成立20多年來（lái），始終專注鋁合金（jīn）鑄（zhù）件的研（yán）發與生產（chǎn），充分發揮省級工（gōng）程技術中心的優勢（shì），不斷技術（shù）創新（xīn）、工藝創新，研發生產的產品與國際先進產品媲美，為國內外著名高壓電氣裝備（bèi）製造商的優質供應商（shāng），產品遠銷美國、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（jiā）企業供貨。該公（gōng）司（sī）還成功研製部分醫療產品並已批量生（shēng）產。目前，該（gāi）公司已經成為四甲（jiǎ）鎮金屬新材料產業的支（zhī）撐企業。
金屬新材料產業是（shì）四甲鎮工業領域的特色產業，也是支撐型產業。經過多年發展積（jī）累（lèi），四甲鎮金屬新材料門類繁多，包括（kuò）鋁合金（jīn）製品（pǐn）、鎂合（hé）金製品、特種鋼絲、特種（zhǒng）不鏽鋼製品、特種銅材製（zhì）品等，擁有（yǒu）12家規上企（qǐ）業。四甲鎮的3家（jiā）區百強企業均集聚在金屬新材料領域，目前，年應稅銷售約10億元，占四甲鎮規上工業總量的三（sān）分之一。
“加快構建金屬新材料（liào）企業（yè）梯次發展格局（jú），是我們培大扶優金屬（shǔ）新材料企業的關鍵。”黃紅傑說，目前，四甲鎮金屬新材料（liào）企（qǐ）業體量不大，支撐作用還不明顯。“十四五（wǔ）”期間，四甲鎮將重點實施內培外引，重點培育新江科技、南通愛爾思、滬海有色鑄（zhù）造、金輪特種（zhǒng）鋼絲、中興精密、中（zhōng）興創元等企業，引導這（zhè）些企業不斷（duàn）加大技改投入、科技創新、經營模式（shì）創（chuàng）新力度，全力提升發（fā）展能級，做大做強、做精做優，力爭形成以10億元級企業為龍頭（tóu）、5億元級企業為支撐、億元級企業為基礎的（de）梯次發展新格局。江蘇中興精（jīng）密機械（xiè）有限公司今年將投入900萬元進行技改，擴大半導體（tǐ）材料生產規模。1至3月，該公司（sī）應稅銷售、入庫稅金分別為（wéi）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（shǔ）新材料行業將新增3家規上工業（yè）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（mù）列入省級重大項目，其中一個就落地在四甲鎮，為海門中國航天裝備新型鈦合金材料項（xiàng）目。這是上海航天精密機械研究所在四甲（jiǎ）鎮投資的第二個輕合（hé）金材料（liào）重特大項目。
四甲鎮（zhèn）是上（shàng）海航天精密機械研究所打造的輕合金材料產業基地，鎂合金材料項目（mù）是基地的第一個重大項目，於去年5月份成立了新江科技（jì）（江蘇）有限（xiàn）公司，9月份全麵投產。上海航天精密機械研究所隸（lì）屬（shǔ）中航科技集團，擁有（yǒu）60多年輕合金研製的曆程積澱，具（jù）備鎂、鋁、鈦等輕合金結（jié）構件“材（cái）料研發—鑄造成形—精密數控加工—無損檢測—表麵防護—服役可靠性評價”全鏈路核（hé）心技（jì）術和研發能力（lì），可提供輕合金結構件全流（liú）程研製的整體解決方案。在特大型鎂合金鑄件鑄造、超細長變壁（bì）厚鋁合金鑄件鑄造、大型複雜薄壁艙體反重力鑄造和新型高強耐熱稀土（tǔ）鎂合金材料（liào）鑄造等方（fāng）麵均處於國內（nèi）領先水平，先後獲得國際鑄造博覽會“鑄造材料金鼎獎”、“優質鑄件金獎特別獎”、國防科（kē）技進步一等獎、省部級科技成果二（èr）等獎等榮譽。
輕（qīng）合（hé）金材料是四（sì）甲鎮金屬新材料（liào）中的重點。在鎂合金材料項目實（shí）施中，區鎮兩級全力（lì）服務，確保了該項目快速竣（jun4）工投產，去年實現應稅銷（xiāo）售5000萬元，今年有望突破2億元。上海航天精密機（jī）械研（yán）究所又將鈦合金項目布點在四甲鎮的產（chǎn）業基地。據介紹，鈦合金項（xiàng）目主要建設鈦合金精密成型自（zì）動化生產線、鈦合（hé）金結構件精密加工自動化生產線、先進複合材料自（zì）動集成生產線（xiàn）和高性能防熱隔熱材（cái）料製備生產線等，目前（qián）正在做開工前的（de）籌備（bèi）工作。
“圍繞產業鏈招商，使我們招商（shāng）引資重（chóng）心更聚焦。”四甲鎮（zhèn）黨委副書記、鎮長（zhǎng）王（wáng）洪新說。今（jīn）年以來，四甲鎮以招商引資突破年為抓手，以（yǐ）航（háng）天新材料產業園和（hé）高端智能（néng）裝備產業為載體，依托中航科技（jì）集（jí）團第八研究所（suǒ）、上海航天精密機械（xiè）研究所等，以上海（hǎi）和蘇南為重點，加大金屬新材料項目招（zhāo）引力度。到目前為止，四甲鎮在手在談的超億元項目12個，其中重特大（dà）項目3個。總投資2億元的鈹銅合金（jīn）電子（zǐ）材料研發製造項目是四甲鎮（zhèn）成功招引的金（jīn）屬新材料產（chǎn）業項目，該項目技術含量高，曾獲得上海市科技進步一等獎。目前，項（xiàng）目（mù）已經注冊成（chéng）立訊（xùn）連科技公司（sī）。
全（quán）力打造營商環境（jìng）
最近（jìn），四甲鎮出台（tái）“聚力領航工程”實施方案，創新（xīn）工作模式（shì），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（tiáo）線中堅力量，挖掘機關幹（gàn）部內在潛力，實現四甲鎮機關幹部服務企業、服務項目、服務群（qún）眾的能力作風大提升，助（zhù）力四甲鎮（zhèn）營商環（huán）境的大提升。
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（dòng）該（gāi）項目的快（kuài）速落地，四甲鎮與投資商一起，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（wéi）新型電子元器件，為該項目破解（jiě）了落地瓶頸。投資商十分感動，表態項目的建設周（zhōu）期為（wéi）半年，並決定在項目建成前，先在四甲鎮（zhèn）租賃廠房（fáng）生產。四甲鎮又迅速為其落實了租賃的廠（chǎng）房，預計訊（xùn）連科技今年有望實現應稅銷（xiāo）售超億元。最近，投資商又為四甲鎮介紹（shào）了高精度自動化設備研（yán）發製造項目（mù）和新（xīn）型銅合金製造項目。
“項目落得下、推（tuī）得快，投（tóu）產後遇到的問題能夠及時解決，是投（tóu）資商最看重的（de）營商環境。”黃紅傑說（shuō），四甲鎮全力當好企業的金牌（pái）“店小二”和星級服務員（yuán）。該鎮專門成立了由黨政主要領導掛帥的產業強盛（shèng）專班，整合經濟發展、項目建設、科技創新、統計等各條線人員，構建從項目注冊到項目投（tóu）產的全方位、全周期、全鏈條項目保障“直通車”。項目落地生產後，主動聽取企（qǐ）業訴求，積極作為、靠前服務，幫助解決實（shí）際困難，為（wéi）企業健康快速發（fā）展（zhǎn）創造條件。鈦合金（jīn）項目作為（wéi）首季力爭開工的項目，四甲鎮按（àn）照區委、區政府要求，超（chāo）前服務，圍繞產能、能耗、環（huán）評的前置條件，赴（fù）省有關部門（mén）匯報，為項目順（shùn）利開工創造了（le）條（tiáo）件。
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