从2017年行业热点研究梳理出20大新材料（上）

　　材料工业是国民经济的基础产业，尤其新兴材料，将会给工业带来革命性的变革。新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业。21世纪的今天，科技革命迅猛发展，新材料产业升级、材料更新换代步伐加快。

　　在此背景下，综合国内外知名研究机构和公司研究进展、科技媒体评论以及行业热点研究梳理出20大新材料。

　　量子金属

　　突破性：由俄罗斯远东联邦大学、俄罗斯科学院远东分院的科学家与日本东京大学的同行组成的国际研究团队合成了世界上首例量子金属。二维系统在转变为绝缘体或超导体的同时，仍可保持正常的金属态。这种不寻常的状态就被称为量子金属或玻色金属。研究表明，这种新材料具有以多晶硅为衬底的双层铊原子结构，当温度低于零下272℃时，变为超导材料。通过观察这种非正常的物质状态，科学家有望对二维电子系统（二维金属）温度接近绝对零度时的行为（是否仍然是金属态以及是否会传导电流）一探究竟。

　　发展趋势：超低温导电性、正常金属存在于两个维度状态的可能性研究。

　　研究机构：俄罗斯远东联邦大学、日本东京大学。

　　超固体

　　突破性：超固体(Supersolid)同时具备固体与流体特征，是一种空间有序(比如固体或晶体)的材料，但同时还具有超流动性。当量子流体，比如He-4冷却到某特征温度以下时，He-4将经历超流转变，进入一个零黏性的态。这个转变被认为与发生玻色-爱因斯坦凝聚有关。

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

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

　　超高温陶瓷

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

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

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

　　过渡金属硫化物

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

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

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

　　微格金属

　　突破性：超轻，99.99%部分都是空气，表观密度为0.9g/cm3，是一种合成的多孔极轻3D开放式蜂窝聚合物结构金属材料，具有声学、振动和冲击能量抑制，非常坚硬，压缩50%张力之后能够完全恢复，具有超级高能量吸收能力。

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

　　主要研究机构（公司）：Boeing

　　锡烯

　　突破性：单层锡原子构成的厚度小于0.4纳米的二维晶体——锡烯，可在常温下达到100％导电率的超级材料，其导电性只存在于材料的边缘或表面，而不是内部。当拓扑绝缘体只有一层原子厚的时候，它的边缘导电性就会达到完美的100％。远胜近年来热议的石墨烯，可实现室温下无能量损耗的电子输运。

　　发展趋势：更高集成度的电子学器件应用方面具有重要的意义。

　　主要研究机构（公司）：美国能源部SLAC国家加速实验室、斯坦福大学，德国维尔茨堡大学，上海交通大学，清华大学。

　　新型透明导电材料

　　突破性：美国宾州州立大学研究人员选择了一种电子间相互作用大于其动能的材料，由于电子强关联作用，电子能“感觉”到彼此，从而使其性质类似于“液体”，而不是没有相互作用的“气体”。这种电子“液体”仍然非常导电，但是可见光波段的反射却大大降低，从而提高了透明度。

　　发展趋势：在光学透明性、导电性和易于制造上有望替代传统的透明导电材料——铟锡氧化物ITO，将被广泛应用于智能手机触摸屏、平板显示器等显示领域。

　　主要研究机构（公司）：美国宾州州立大学、无锡力合光电传感技术有限公司等。

　　第三代半导体

　　突破性：碳化硅、氮化镓、氧化锌、氮化铝等宽紧带半导体材料。具有宽的禁带宽度，高的击穿电场，高的热导率，高的发光效率，高的电子饱和速率及高的抗辐射能力。更适用于制作高温高频、抗辐射及大功率器件。

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

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

　　金属氢

　　突破性：金属氢是液态或固态氢在上百万大气压的高压下变成的导电体。导电性类似于金属，故称金属氢。金属氢是一种高密度、高储能材料，之前的预测中表明，金属氢是一种室温超导体。金属氢内储藏着巨大的能量，比普通TNT炸药大30─40倍。

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

　　主要研究机构（公司）：哈佛大学，爱丁堡大学。

　　高熵合金

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

　　发展趋势：工业制造，航空航天，电子电器等领域。

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

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