縱觀曆史（shǐ），人類社會生產力的提升、政治軍事的變革，背後往往伴隨著新材料的誕生。可以說，人（rén）類文明的變（biàn）革史，也（yě）是一部（bù）新材料發現與利用的曆史。近幾十年來，眾多（duō）高新技術產業和新興產業的發展，都以新材料技術的突破為前提和基礎，尤（yóu）其是電（diàn）子信（xìn）息材料、新能源材料、生物醫用材料等極大地改變了人們的（de）生產生活方式。當前，在全球新一輪科技與（yǔ）產（chǎn）業革命的大背景下，世界主要國家（jiā）都將發展新材料作為主要（yào）的科技政策之一，旨在（zài）搶占科技與（yǔ）產業發展的（de）製高點。2020年，全球政治經濟形勢發生（shēng）了深刻複雜的變化，世界（jiè）經濟重心調整、國際政治經濟格局加速變化及國際貿易摩擦持續上演，這些給中國新材料（liào）產業升級帶來巨（jù）大的挑戰（zhàn），同時也帶來了新的機遇。在可見的未來，新材料與消費（fèi）電子、新能源汽（qì）車、人工智能、5G、智（zhì）慧城市、智能家居及數字經濟等新興產業的發（fā）展將會高度融合，新材料創新的步伐將會持續加速。
一、世界新材料技術（shù）及（jí）產業發展重要動（dòng）向
近年來（lái），綠色可持續發展、生態環保意識的增強對新材料發展提出了更高要求，新（xīn）材料產業加（jiā）速向高端化、綠色（sè）化及智能化方向轉型升級。2020年，在國（guó）家政策和下遊市（shì）場的雙重推動下，中國新材料產（chǎn）業持續（xù）保持穩定增長的態勢。據中商產業研究院整理的數據顯示，2019年，中國新材料產（chǎn）業總（zǒng）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，逆全球化的陰（yīn）霾（mái）依舊濃重，針對某些國家和地區的科技遏製仍在不斷上演，極大限製了這些國家和地區的（de）高技術發展。與此同時，新冠肺（fèi）炎疫情（qíng）的爆發給全球高技術供應鏈帶來極大威脅。在此（cǐ）背景下，世界各國（guó）繼（jì）續保持對新材料（liào）研發（fā）的高度關注，旨在以此推動（dòng）電子信息、5G通信、新能（néng）源（yuán）和生物醫療等產業的（de）發展變革。
（一）發達國家針對新材（cái）料領域展開新一輪布局
當前，世界主要國家普遍麵臨人口老齡化、環境資源惡化及經濟發展緩（huǎn）慢等諸多挑（tiāo）戰。從全球範圍來看，科技強國無一不在積極部（bù）署人工智能、先進製造、新（xīn）能源和生物（wù）醫療等前沿技術（shù）領域，致力於通過科技發展解決人口、環境和經濟等方麵的難題。新材料作為發展前沿技術（shù）的基礎，更受到世界各國的廣（guǎng）泛重視。2020年，美歐日等科技強國和地區出台的科技戰略或規（guī）劃中，都將（jiāng）新材料作為未來的優先研發事項，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（jì）劃
2020年7月，美國國家科學基金會（huì）先後宣布向“材料研究科學與工程中心”和“化學（xué）創新中心”合計投入約2.6億（yì）美（měi）元，旨在通過與跨學科、多機（jī）構的團隊開展合作，應對相關領域的挑戰，推動新技術發（fā）展。其中，材料領域正在（zài）新建3個新的（de）研究中心，研究方向包括三大方麵：一是（shì）雜化、活性（xìng）和響應材料，重點（diǎn）是合（hé）成具有自組裝和其他預設計特性的納米材料，主要方（fāng）向涉及基（jī）於仿生（shēng）技術和新型有（yǒu）機材料製（zhì）造的（de）納米機（jī）器，以及使雜化（huà）無機量子材料用於新的光電電路或器件；二是（shì）極端環境材料，重點是在生物環境和極端條件下研究合成材料，包括研製出能夠承受極端環境的（de）具（jù）有空前物理性能的（de）材料；三是生物合成（chéng）材料，重點是將工（gōng）程生物與人造聚合物結合，主要方向包括通過強大的計（jì）算機係統來理解、預測並最終控製材料的（de）性質（在僅大於分子的微（wēi）觀（guān）尺度層麵），以及利（lì）用革命性生物技術工具來構建新的材料類別，使其以有效的方式對周圍環境（jìng）刺激做出反應等。
此外，在化學領域（yù）將向材（cái）料領域（yù）3個中心的第2階段資助6000萬美元，研究方（fāng）向同（tóng）樣包括三大方麵：一是合成有機電化學，通過新的合成化學、預測理論和（hé）表麵化學，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（jī）因編碼材料，致力（lì）於合成受自然“工程機械”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（jì）術對環境和（hé）生物分子水平的影響（xiǎng），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，致力於打造科技創新優勢
2020年5月，日（rì）本經濟產業省發布《2020年日本工業技（jì）術展望報告》，旨在重新評估日本技術創新停滯（zhì）的基本問題（tí），並提出2050年前重要（yào）技術的研發方向。該報告指出，一方麵，日本需要進一步提升（shēng）創新水平，向（xiàng）資源循環型經濟（jì）過渡，解決災（zāi）害、傳染病（bìng）等社會問題並增強（qiáng）工業（yè）競爭力；另一方麵，近年來日本技術創新狀況並不理想，此次新冠肺炎疫情引起的危機也凸顯出超智能社會（社會5.0）準備的不足（zú）。為實現社會5.0，日（rì）本經濟產業省認為應將一定資源集（jí）中於作為所有（yǒu）領域基礎的材料技術領（lǐng）域。
2020年7月，英國（guó）商業、能（néng）源與產業戰略部（bù）正式啟動“可持續複合材料計劃”（Sustainable Composites），著眼於複合材料（liào）的全（quán）生（shēng）命周期，確保其滿足未來飛機、汽車與風電渦輪機等領域的發展需要。該計劃（huá）將利用英（yīng）國領先的（de）複合材料領域的研究成果和技術開發能力，實現複合材料回收再（zài）利（lì）用（yòng）行業的快速（sù）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。具體而言，該計劃一方麵將致（zhì）力於加快（kuài）英國創新複合材料回收技術的開發，解決當前複合材料回（huí）收再利用難題；另一方麵將利用蔬菜廢料、堅果殼和藻類等生物基材（cái）料，製成新型可持續（xù）發（fā）展的複合材料。
（3）對中國（guó）的影響與啟示
新（xīn）材料是社會進步、經濟發展的基礎，更（gèng）是保障（zhàng）國家科技安全的關鍵所在（zài），其發展水平對一個國（guó）家而（ér）言（yán）意義重大。然而，中國關鍵基礎材料受製於人的狀況尚未得到徹底改善，“卡脖子”的風險依然突出。究其原因，主要（yào）在於中國新材料技術領域中存在（zài）創新機製不合理、產業（yè）轉化（huà）機製不完善、工程化周期長等問題。對此，中國（guó）應積極探索新材料的產業技術創新模式，借鑒其他國家和地區在新材料產業技術的創新機（jī）製、投資結構（gòu）及模式、利益（yì）分享機製等方麵的（de）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）的新材料產業技術創新範式（shì）。
此外，新材料種類繁雜、涉及麵極廣且各細分新材料領域的發（fā）展階段、社會價值也各不相同，因此在（zài）創新模式（shì）的探索（suǒ）上也要“因材施（shī）策”。對於鋼鐵、有色（sè）、陶瓷、化工和建材等基礎性、技術成熟（shú）度較高的材料，應充分發（fā）揮市場作用，采取產學研合（hé）作型、企業聯盟型模式，推動建立以應用企業投入為主的（de）研發機製（zhì），圍繞實際需求開展創新（xīn）活動；對於特種合金、特種（zhǒng）橡膠、碳纖維、半導體材料和特種玻璃等投入較大、回報期較長的（de）戰略性材料（liào），通過（guò）政府采購、軍方采購等形式，整合政府、軍方、科研機構和企業（yè）資源，構建高效的產用結合機製，實現研發製造與產品應用的（de）反複迭代，破解“有材不敢用”的難題；對於石墨烯、納米材（cái）料和智能材料等前（qián）沿性材料，應強化高校院所的主體作用，發揮政府的引導作用，通過搭建平台，吸引更多（duō）的社會力量參與技術創新及（jí）產業化。
（二）美歐韓高度關注原材料（liào）供應鏈安全問題
新材（cái）料在高技術發展中具有支撐性、引領性和顛覆性作用，在發展光電（diàn）信息、新能源、生物醫療和節能環保等技術上具有至關重要的作用，是高技術產業供應鏈中的關鍵一環（huán）。2019年以來，逆全球化（huà）浪潮、日韓半導體貿易摩擦及新冠肺（fèi）炎疫情等事件相繼爆發，給全球高技術產業供應鏈帶來巨大壓力。在此背景下（xià），歐、美、韓（hán）等發達經濟體（tǐ）日（rì）益（yì）重視上遊（yóu）原材料的供應安全（quán）問題，開始致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（dào）毀（huǐ）滅性打擊。
（1）美國開展關鍵材料（liào）加工技術創（chuàng）新研究，以降低稀土材料對外依（yī）賴
2020年4月，美國能（néng）源部宣布提（tí）供1800萬美元的基礎研究（jiū）資助，旨在推動關鍵礦物（wù）和稀土元素供應鏈的研究與（yǔ）開發，保障美國能源和國家安（ān）全。該研究將尋求根（gēn）本性突破方法，提高（gāo）對美國經濟運轉（zhuǎn）至關重要的稀土（tǔ）元素的可獲（huò）得性或減少其使用量，確保稀土（tǔ）元（yuán）素及其有效替代（dài）品的持續供應。該研究關注方向包括以下3點（diǎn）：一是開（kāi）展稀土物理與化（huà）學的理論和實驗研（yán）究，了解（jiě）稀（xī）土元素及（jí）其電子結構在決定材料和分子的物理與化學性（xìng）質中的作用，加速（sù）材料和分子設計及發現；二是通過假設驅動（dòng）研究，開發新的設（shè）計和（hé）合成方法，以改進功（gōng）能（néng），減少或消除稀（xī）土元素（sù）的使用；三是利用新的分離原理與方法提高從複雜混合物（如礦石加工、礦山尾礦或再生材料）中提取稀土的效率。
2020年5月，美國能源部（bù）宣布向關鍵礦物與稀（xī）土（tǔ）研究領域增（zēng）投3000萬美元，重點資助下（xià）一代關鍵材料（liào）的提取、分離和處理技術（shù）創新，旨在促進關鍵礦物和稀（xī）土元素（sù）供應鏈研（yán）發，降低美國關鍵原材料供應鏈中斷（duàn）的風險（xiǎn）。美國能源部希望通過該投（tóu）資推進關鍵原材料供（gòng）應鏈的研究、開發和部署，以（yǐ）增強美國的國防工業基礎。
（2）歐（ōu）盟反思關鍵原材料供應問題，對關鍵（jiàn）原材料短缺發出警報
2020年9月，歐盟委員會修訂了關（guān）鍵原材料清單（List of CRMs），將稀土等30種具有重大經濟和戰略價值的原材料納入（rù）清單，同時公布行動計劃，力（lì）求擴大供應商網絡，減少對第三國的（de）依賴。鑒（jiàn）於（yú）關（guān）鍵（jiàn）礦產（chǎn）對於歐盟製造業的（de）戰略重要性，歐盟於2008年就啟動了《原材料倡議》（The Raw Materials Initiative），關鍵（jiàn）原材料清單製定就是該倡議的一項重要成果。自2011年起，歐（ōu）盟每3年更新一次關鍵原材（cái）料清單。與2017年9月更新的名單（共計27種原（yuán）材料）相比，此次更新的名單移除了氦，保留了其餘26種原材料（liào），新增了（le）鋰、鍶、鈦、鋁土礦4種原材料（liào）。
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（guó）承擔了歐盟98%的稀土供應（yīng），土耳其承擔了98%的硼酸鹽供應，南非承擔了71%的鉑供應及比例更高的（de）鉑族金屬供應。過度依賴原材料進口有可能威脅到歐盟航空、汽車和新（xīn）能源等關鍵行業，並使歐盟麵臨資源豐富國（guó）家供應（yīng）鏈緊縮的（de）威脅。此外，歐盟委員會提醒，用（yòng）於製造電池和可（kě）再生能源設（shè）備的原材料短缺，有可（kě）能威脅歐盟到2050年實現“碳中和（hé）”的（de）政治目標。
為擴大供應商網絡，歐盟委員會（huì）同時發布《提升關鍵原材料彈性：尋求安全（quán）可持續的供給之路》（Critical Raw Materials Resilience: Charting a Path Towards GreaterSecurity and Sustainability）報告，擬采（cǎi）取10項具體措施，包括組建“原材料聯盟”（European Raw Materials Alliance）。該聯盟的初步目標是為了增強歐盟在稀土和磁鐵供（gòng）應鏈中的抗風（fēng）險能力，未來還將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伴關係，擬於（yú）2021年與加拿大、非洲相關國家展開合作（zuò），促進當（dāng）地采礦業可持續發展並承擔社會責（zé）任，滿足歐盟對關鍵原材料的需求。
（3）韓（hán）國發布材（cái）料、零組件和設備2.0戰略，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（luè），大幅擴充戰略產品的供（gòng）應鏈管理名錄，促進“製造業回流”，意圖打造零部件產業強國和尖端產業世界工廠。為此，韓國政府計劃在2022年（nián）前投資5萬億韓（hán）元，其中包括在2021年先對半導體（tǐ）、生物和未來汽車三（sān）大產業投（tóu）入2萬億韓元。同時，韓國政府還將選拔（bá）100家具有發展潛力的（de）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（guó）政（zhèng）府還將與多家企業、研（yán）究所簽（qiān）署技術研發、招商引資（zī）的（de）合作協議，助力新政策落地。
2019年，韓國（guó）政府為降低對日本（běn）進口產品的依賴，在半導體、顯示器等六大領域選（xuǎn）定100種關鍵戰（zhàn）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（gòng）應鏈穩定（dìng）。根據“材料、零組件和設備2.0”戰略，韓國在此前基礎上，增（zēng）加了與美國、歐洲、中國及（jí）印度等相關的戰略產（chǎn）品，總（zǒng）數增至338種，戰略產品的（de）範疇也在此前的六大領域基礎上增加了（le）生物（wù）、能源和機器人（rén）等新興產業。
（4）對中國的影響與啟示（shì）
新材料幾乎是所有高科技產業鏈的上遊，新材料供（gòng）應被（bèi）“卡”住就相當於高科技產業從源頭上被（bèi）“卡脖子”，後果不堪設想。新材料供應問題主要包括兩個方（fāng）麵：一是關鍵礦產供應安全問題，如（rú）鈷礦、稀土礦等戰略價值高的原材料對新能源汽車、電子信息等（děng）產（chǎn）業具有重要影響（xiǎng）；二是高性能（néng）關鍵材料的供應（yīng）安全問題（tí），如半導體晶圓、高純靶材和碳纖維等涉及國計民生的關鍵材料（liào），往（wǎng）往被國際上的少數科技巨頭把控。
近（jìn）年來（lái），美國對世界多國發起“貿易戰”，相繼在國（guó）際組織中（zhōng）“退群”，並在西方大肆渲染中國威（wēi）脅論（lùn）。在此背景下，中國（guó）關鍵原材料安（ān）全或將受到非常大的挑戰：一是中國獲取境外資源的外（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（hé）地區尋（xún）求建立原材料產業聯盟，或給中國關鍵原材料進出口帶來嚴峻挑戰（zhàn）。當前，新一輪科技革命孕育興起，正催生全球範圍內的新（xīn）一輪產業競爭。作為新一輪科技革命（mìng）的動力之源，關鍵礦產資源的國際競爭（zhēng）將越（yuè）發激烈，未來（lái）甚至可能會重塑國家的科技（jì）競爭力。對此，中國應從國（guó）家戰略層麵高度重視關鍵礦產安全（quán）問題，推動關鍵（jiàn）礦產資源安全與管理（lǐ）研究，從加強礦產（chǎn）資源勘（kān）探、提升循環利用率（lǜ）、參與全球（qiú）礦產資源治理等環節（jiē），切實保障中國未來關鍵礦產資源的安全。
（三）先進（jìn）信（xìn）息材料研發進展迅（xùn）猛，高功率與高效率成為發展重點
縱觀全（quán）球，信息產業已成為世（shì）界科技強國最重要的支柱產業之一。近年來，人工智（zhì）能、量子信（xìn）息及（jí）大（dà）數據（jù）等信息技術快速發展，不斷引領著新興產業的發展方向。2020年，在市場的強勁需求和科技政策的強力推動下，先進信息材料不斷湧現（xiàn），為人工智能、量子信息和大數據等產業的（de）發（fā）展提供了物質基礎。
（1）發達國家研製出新型高功率電子（zǐ）器件，推動信息（xī）技術快速發展
2020年3月，瑞士洛桑聯邦理工學（xué）院功率（lǜ）和寬帶間隙電子研（yán）究實驗室研製出一種由間距20納米的雙金屬片組（zǔ）成的高功率太赫茲器件。當施加10～100伏電壓（yā）時（shí），該（gāi）器件能夠在皮（pí）秒內激發高強度“電火花”（等（děng）離子體），從而產生高功率、高（gāo）強度（dù）的太赫茲電磁波。該技術（shù）結合（hé）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顧（gù）高功率和納米尺寸的問題。新型器件具有結構緊湊、成本低和易於製造等優勢，未來有望廣泛應（yīng）用於安防（fáng）、醫療（liáo）和通信等領域。
2020年5月，美國（guó）海軍研究實驗（yàn）室（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（jiā）基“諧振隧穿二極管”比（bǐ）傳統材料“諧振隧穿二極管（guǎn）”的頻率和輸出功率都高（gāo），其速率（lǜ）快慢的關（guān）鍵在於（yú）采用了氮（dàn）化镓（jiā）材料。新型器（qì）件利用量子隧穿（chuān）效應（yīng），使電子以極快的速（sù）度傳輸。在隧穿過程中，電子會穿過物理壁壘，從而產（chǎn）生電流。此外，氮化（huà）镓基“諧振隧穿二極管”打破（pò）了傳統器件（jiàn）的電（diàn）流輸出與開關速率（lǜ）紀（jì）錄，能使應用程序獲取毫米波（bō）範圍內的電磁波及（jí）太赫茲頻率。目前，研究團隊與俄亥俄州立（lì）大學、懷（huái）特州（zhōu）立（lì）大學（Wright State University）聯合致力於繼續（xù）改進“諧振隧穿二極管”設計（jì），使其在不增（zēng）加電能損耗的同時繼續提（tí）升電流傳輸速率。
（2）新型半導體材料及（jí）器件研（yán）發取得突破性進展
2020年5月，北京大學製（zhì）備出高密度高純半導體（tǐ）陣列碳納米（mǐ）管（guǎn）材料，並在此基礎上首次實現了性能超越同等（děng）柵（shān）長矽基互補金屬（shǔ）氧化物半（bàn）導體（CMOS）技術（shù）的晶體管和電（diàn）路，展現出碳管電子學的優勢。碳納米管集成（chéng）電路批量化製備（bèi）的前提是實現超高半導體純度、順排、高密度及大麵積均勻的碳納米管陣列薄膜。長期以來，材料問題的製約導（dǎo）致碳管晶體管和集成電路的實際性能（néng）遠低於理論預期，甚至落後於相同節點的矽基技（jì）術至少一個數量級，是碳管電子學領（lǐng）域麵臨的（de）最大技術挑戰。該項工作（zuò）突破（pò）了長期以來阻礙（ài）碳管電子學發展的瓶（píng）頸，首次在實驗上顯示出（chū）碳管器件和集（jí）成（chéng）電路較傳統技術的性能優勢，為推進碳基集成電路的實用（yòng）化發展奠定了基礎（chǔ）。
2020年（nián）6月，俄羅斯（sī）聖（shèng）彼得堡國（guó）立信息技術、機械學與光學研（yán）究型大學宣布開發出世界上最緊湊的綠光半導體激（jī）光器。該半導體激光器產生的綠色相幹激光可以很容易地被追蹤到（dào），甚至在光學顯微鏡下用肉眼就能夠（gòu）觀測到（dào）。新型半導（dǎo）體激光器具有納米粒子的尺寸，僅為310納米。此（cǐ）外，該（gāi）激光器納（nà）米粒子的新穎設計還可有效囚禁受（shòu）激發（fā）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（yòng）光作為信息傳輸和處理媒介的器件領域的發（fā）展具有（yǒu）積極推動作用。
（3）對中國的影響與啟示
近年來，量子（zǐ）材料、二維材料及半導體材料等先進信息材料技術的突（tū）破使信息技術發（fā）展進入了飛躍階段。這（zhè）些材料的應用將顛覆未來的信息技術和器件，如量子（zǐ）計算機、微納型芯片、超級（jí）存儲器及新型圖像傳感器等，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（cháng）廣闊的應用前景。中國信息材料雖然占領了中低端領域市場，但在高端領域（yù）依（yī）然無法與（yǔ）美日等發達國家競爭。對此，中國應從三（sān）個（gè）方麵采取措施（shī）：一是加大對高校、科研院所、企業及公共平台的引導和支持，不斷（duàn）積累技術經驗，夯實基礎；二是提高自主創新（xīn）能力和產業核心技術，如突破高端芯片製（zhì）造技術，打破西方的壟斷和封鎖；三（sān）是加（jiā）大基礎研究，開發各（gè）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（yè）新（xīn）變（biàn）革（gé）
新材料技術的發展與基（jī）礎科學理論的突（tū）破息息相關。近年來，人工智能、機器學習及凝聚態物理等領域的發展，使得許多顛覆性新材料技術不斷湧現，未來有望帶（dài）來高技（jì）術產業的新變革。2020年，顛覆（fù）性新材料（liào）技術主要進（jìn）展如（rú）下。
（1）機（jī）器學習技術推動新材（cái）料研發新變革
2020年3月（yuè），美國能源部勞（láo）倫斯利（lì）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（jī）器（qì）學習（xí）技（jì）術加速從新材料發現到大（dà）規模部署的過程，減少了測試和（hé）評估候選材料性能的工作量，大幅減少了材料部（bù）署的時間。以三氨基三硝基苯（TATB）為例，該材料是一種鈍感（gǎn）高能炸（zhà）藥，合成反應條件的微小變化就可能引起較大（dà）的性（xìng）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（fāng）法利用計算機視覺和機器學習技術，可對TATB原材料（liào）粉末的掃描電子顯微鏡圖像進行分析，從而避免繁多的物理測試。研（yán）究結果表明，與專家評（píng）估和儀器分析（xī）等常規方法相比，新方法可以減少約24%的預測誤（wù）差（chà）。
2020年9月，日本國立材料（liào）科（kē）學研究所（National Institute for MaterialsScience，NIMS）研發了一種機器學習工藝，可以製（zhì）備具有特定及（jí）所需機械性（xìng）能的鋁合金。鋁合金是一種輕（qīng）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（tā）元素。各種元素和製造工（gōng）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（chǎn）鋁合金（jīn）時（shí）需要（yào）驗證各種元素與製造工藝的組合，這一過程非常耗時且成（chéng）本昂貴。為解決該問題，研（yán）究人員（yuán）將已知的鋁合金數據庫數據輸入到機器（qì）學習模（mó）型中，從而訓練模型理解合金（jīn）不同機械性能與不同（tóng）組成元素（sù）之（zhī）間的關係，以及（jí）與生（shēng）產過程中應用的熱處理（lǐ）類（lèi）型之（zhī）間的關係。一旦具有足夠的數據，該模型（xíng）就可以預測生產具有特（tè）定機械性能的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須人工監督。新工藝有助（zhù）於（yú）加快鋁合金等新（xīn）材料的研發速率。
（2）前沿新材料技術不斷取得突破
超（chāo）材料方麵，2020年11月，中國香港城市大學研究人員（yuán）采用真空（kōng）液體填充技術在聚合物薄殼中注入液（yè）態金屬镓（Ga），首次製備了液態金屬聚合物核殼結構的微點陣力（lì）學（xué）超材料。目前的金屬微點陣力學超材料具有超輕、高比強度等特性，在無人機機翼、小微型電子器械等領域具有很好的應用前景。但是，這類（lèi）超（chāo）材料的韌（rèn）性較差，在服役過（guò）程中（zhōng）容易脆斷失效。中國香港城市大學研發的新型超材料不（bú）僅具有良（liáng）好的韌性，而且充分利用低溫度範圍下液態金屬的特性，實現了類似科幻電影（yǐng）中（zhōng）複雜形態液態金屬的自我修複功能，在生物醫療器械、微電子器件及微型機器人等領域有巨（jù）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（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備出超薄異質結構，並表（biǎo）現出優異（yì）的隔熱性能。研（yán）究人（rén）員以二氧化矽/矽為襯底，先後沉（chén）積原子層厚度的單層二硒化鎢、二硫化鉬（mù）、二硒化鉬和石墨烯，形成多層超（chāo）薄異（yì）質（zhì）結（jié）構，通過向石墨烯層施（shī）加電壓，加熱（rè）異質結構（gòu），並用拉曼光譜測量每層材料的溫度。測試結果顯示，該二維材料異質結構的熱（rè）導率與（yǔ）290～360納米厚的二氧（yǎng）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（yì）質結構也（yě）有望用作電子器件的超輕隔熱罩。
（3）對（duì）中國的影響與啟示
近年來（lái），全球前沿新材料研究熱（rè）度持續上升，新材料開始（shǐ）實現從基礎支撐到前沿顛覆的跨越（yuè）。一些對未（wèi）來具有顛覆意（yì）義的（de）前沿新材料，如石墨烯、量子（zǐ）點、超（chāo）材料、仿生智能材料、超導材料、柔性材料及光（guāng）催化材（cái）料等不斷得到開發和應用，產業化進程也在加速。美、日、韓（hán）等科技強國為搶占新一輪工業革命製高點，紛紛製訂了相應的發展計劃和預期（qī）目標，並實施相應策略，推進前沿新材料跨（kuà）越式發展。中國前沿新（xīn）材料的發（fā）展基本與世界同步，特（tè）別（bié）是（shì）近（jìn）年來（lái）中國在引領（lǐng）支持、研發投入、人力資源配置及創新體製改革等方麵不斷加大力度，前沿（yán）新材（cái）料（liào）發展非常迅猛，某些領域已躋身全球（qiú）強（qiáng）國之列。
但同先進國家相比，中國前沿新材料在自主創新、新（xīn）產（chǎn）品開發應（yīng）用、研（yán）究範式變革和高端（duān）產業化等方麵還有一定差距。對此，中國應對全球前沿（yán）材（cái）料發（fā）展態勢有（yǒu）更充分的認識（shí）和把（bǎ）握，並重點在以下四個方麵實（shí）現標誌性突破：一是加強材料科技前沿性基礎研究，國家在前（qián）沿基礎研究方麵應發揮引領、支持（chí）和協調的重要（yào）作用，應確定部門職責，推進跨部門跨領域全麵合作，保證研究規範有序及高效（xiào）地運作，取得（dé）高質量、高水平、強（qiáng）時效性的研究成果；二是加強創新（xīn）體係（xì）建設，強化戰略部署和戰略管理，充分做好新材料研發的頂層設計，培養（yǎng）和打造（zào）一批具有國際先進（jìn）水平的研究機構或高新企業，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；三是完善產學研機製，采取政（zhèng）策導向和財經支持，加速新（xīn）材料研究成果轉化和產業化；四是提高自主創新（xīn）能（néng）力，推進研究範式變革。
二、高性能結（jié）構材料
高性能結構材料（liào）是指具（jù）有高強度、高韌性、耐（nài）高溫、耐磨損及抗腐蝕等特殊性能的材料，是支撐航空航天、交通運輸、能源（yuán）動力及國家重大基礎工程（chéng）建設等領域的重要物質基礎。近年來，高性能結構材料的發展（zhǎn）趨勢主要有三點（diǎn）：一是輕量（liàng）化，這與全球低碳、可持（chí）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、抗腐蝕和（hé）抗輻照等性能；三是高性能化，如（rú）具備高強度、高韌性。
（一）金（jīn）屬結構材料
金屬結構材料是指與傳統結構材料相比具備更高的耐高溫性、抗腐蝕性和高延展性等特（tè）性的（de）新型材料，主（zhǔ）要包（bāo）括鈦、鎂、鋯及其合金，鉭铌（ní），硬質材（cái）料等，以及高端特殊鋼、新型鋁材等。2020年，高性能金屬（shǔ）結構材料領域取（qǔ）得以下幾個方麵的進展。
（1）鋁合金研究取得多項突破（pò）
2020年2月，美（měi）國電動車（chē）製造商特斯拉（Tesla）研發出（chū）一種新型（xíng）鋁合金，解決了傳統鋁合金強度與導電性不能兼備的難題（tí）。商用鑄造鋁合金（jīn）可分為兩類，一類具有高強度，另一類具有高導電性。對於某（mǒu）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（wài），由於需要通過鑄（zhù）造工藝製備這（zhè）些電動汽車部件，因此不能使用鍛造合金。此次特斯拉借鑒火箭用材的靈感，研發出（chū）的壓鑄電動（dòng）汽車（chē）零部件新型鋁合金，屈服強度可（kě）達90～150兆帕，導電性可以達到40% IACS（國際退火銅標準）至60% IACS，兼具高強度和（hé）高導電性。從Model S和Model X車身上采用（yòng）的大量鋁材可以看出，新鋁合金材料未來（lái）或可應用（yòng）到特斯拉旗下產品中。
2020年10月，澳大利亞（yà）莫（mò）納什大學（Monash University）提出一種改進鋁合金疲勞強度（dù）的組織設計新概念——“疲勞失效”法，即通過修（xiū）改鋁合金的微觀（guān）結（jié）構使其能自行修複弱點。研究人員稱，高強度鋁合金（jīn）疲勞性能差的原因是存在“無沉澱區”薄弱環節。該環節（jiē）中交變應力會導致材料（liào）微塑化或局部塑化。而塑化會催生疲勞裂紋，這些裂紋逐漸擴展（zhǎn），最終導致材料斷裂。研究人（rén）員使用商用鋁合金，利（lì）用在疲勞（láo）早期循環中注入材（cái）料的機械能（néng）來修複“無沉澱區”中的弱點（diǎn），極大地延遲了疲勞裂紋的產生，使得高強度鋁合金的疲勞壽命（mìng）提高了25倍。
（2）美印共同開發高性能鎂合金（jīn），可替代鋼和鋁合金用作汽車、航空零部件
2020年6月，印（yìn）度（dù）理工學院馬德拉斯分校（Indian Institute of TechnologyMadras）、美國北得（dé）克薩斯（sī）大學（University of North Texas）和美國陸（lù）軍研究實驗室的研究人員使用一種含有釓、釔和鋯等稀土元素的鎂合金（jīn），經過熱機械（xiè）加工技術（嚴重（chóng）塑性變形和（hé）老化（huà）處理），共同開發出一種工程鎂合金。該合金強度高、延展性（xìng）好，可在較高的應變速率下實現超塑性，從總體上減少製造時間、精力和成本（běn）。同時，此類（lèi）合金具有較好的輕（qīng）量（liàng）化特（tè）性，有（yǒu）助於汽車減重從（cóng）而降（jiàng）低碳排放量（liàng）。研究人（rén）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（qián）力，可取代鋼和鋁（lǚ）合金，用於製造汽車和航空（kōng）航天零部件。
（3）中美研究人員合（hé）作研發“超級鋼”，可用於製造輕型汽車和軍用（yòng）車輛等
2020年6月，中國香港大學（University of Hong Kong，HKU）和美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab，LBNL）的研究團隊通過增加材（cái）料屈服強度，突（tū）破（pò）了超高強度鋼的屈服強（qiáng）度-韌性組合極限，成功研製出具備極高的屈服強度、極佳韌性和良好延展性的“超級鋼”。“超級鋼”比目前（qián）航空航天用的（de）馬氏體鋼效（xiào）能更高，而成本卻隻有其1/5。此外，研究人員還在“超級鋼”的結構方麵取得（dé）了重大發現（xiàn）。“超級鋼”通過一種新型“高強度誘導多層分層”增韌（rèn）機製，具備了一種（zhǒng）獨特的抗斷裂性特征，其（qí）中主斷裂表麵下（xià）形成了多個微裂紋，而微裂紋能夠有（yǒu）效吸收（shōu）來自（zì）外部作用力的能（néng）量，使“超級鋼（gāng）”的韌性高於現有鋼材。該研究成果為實現“超（chāo）級鋼”的工業化應用奠定了基礎，未來有望應用於（yú）製造高級防彈衣、高強橋梁纜索以及航空航天領域、建築領域的高強螺栓和螺母。
（4）美國（guó）利用（yòng）形狀記憶合金打造火（huǒ）星車車輪
2020年5月，NASA格倫研究中心稱正在（zài）開發一種新型（xíng）形狀記憶合金（SMA）輪胎，可滿（mǎn）足未（wèi）來火星巡視器探索火星表麵（miàn）複雜地形的需求。該形狀記憶輪胎由網（wǎng）狀織物金屬製成，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輪胎的優越抓地力滿足或超過所有牽（qiān）引性能（néng）的要求，並將賦予（yǔ）巡視器驅動能力，以跨越不同的地形。未來，研究人員將繼續推進SMA技（jì）術（shù）的成熟以使其應用於火星車（chē）車輪（lún）上。
（5）中國研（yán）究人員研發出一種前（qián）所未有的輕質量（liàng）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”概念，並發明了一種前所未有的輕質量液態金屬材料。該材料可塑性強、無害（良好的生物安全性（xìng））且密度輕，在（zài）溫度調節下能保持良好的材料一致性和導電（diàn）性（xìng），並可在（zài）完全柔軟和堅硬的狀態之（zhī）間自由切換，將液態金屬的特性發揮到極致。液態（tài）金屬是金屬材料中的新貴（guì），有可能逐漸替代現有的材料，製（zhì）造出（chū）突破性（xìng）產品，將成為繼（jì）工程塑料、輕合金之後的第三代新材（cái）料，未來可廣（guǎng）泛（fàn）應用於消費電子產品、鋰電池、3D打印、柔（róu）性智能機器和血管機器人等領域。
（二（èr））無機非金屬材料
無（wú）機非金屬材料是以某些元素的氧化物（wù）、碳化物、氮化物、鹵素化合物（wù）、硼化物，以（yǐ）及矽酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質組成的材料，常（cháng）見種類包括二氧化矽氣凝（níng）膠、水泥、玻璃和陶瓷等。無機非金屬材料是現代材料當中（zhōng）必不可少的，尤其（qí）在現代建築中具有不可忽視的地位。2020年，無機（jī）非金（jīn）屬材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）超輕、超薄、超硬玻璃的（de）問世促進（jìn）可折（shé）疊設備的發展
2020年1月，美國創新公司Akhan Semiconductor利用金剛石的堅（jiān）硬特性研發（fā）出（chū）一款（kuǎn）名為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（shí）晶體（tǐ）材料塗裝到（dào）玻璃上製成，既可以被噴塗在（zài）塑料（聚合物）片上，也可以（yǐ）被噴塗在沒（méi）有經過處理的柔性玻璃上，且不會影響玻璃的（de）可折疊性（xìng）。此（cǐ）外，金剛石玻璃還具（jù）有防水疏油（yóu）屬性及良好的散熱性，可以讓手機保（bǎo）持較低的溫度（dù），從而延（yán）長（zhǎng）智能手機電池和組件的使用壽命。Akhan Semiconductor公（gōng）司（sī）表示，在智能折（shé）疊屏手機上（shàng）使（shǐ）用金剛石玻璃還有很長的路要（yào）走，Miraj玻璃要到（dào）下一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（chū）一款名為Dinorex UTGTM的化學強化專用玻璃（lí）。該款玻（bō）璃厚度僅為25微米（目（mù）前全球最薄的玻璃（lí）），表麵平滑、厚度均勻，具有易彎曲的特性（xìng）。Dinorex UTGTM玻璃彎曲半徑（jìng）可達1.5毫米（mǐ），可用於（yú）製造折（shé）疊顯示（shì）屏（píng）。長期以來，在生產較薄的化學強化玻璃時，需要對原始（shǐ）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（chǎn）出較薄的玻璃板，省去了薄化處（chù）理（lǐ）環節，達到減少有害物質使用（yòng）量、削減（jiǎn）成本的效果。
（2）美國（guó）賓夕法（fǎ）尼亞大學（xué）開發出可在（zài）火星大氣中漂浮的輕（qīng）薄納（nà）米氧化鋁板
2020年4月，美國賓夕法尼亞大學研究人員開發出可在火星稀薄大氣（qì）中漂浮的輕薄氧化鋁板。該氧化鋁板內部為（wéi）中空結構（gòu），大（dà）量微小的縫隙（xì）孔洞分布其中，這些孔洞能夠防止裂（liè）紋蔓（màn）延，從而（ér）提升氧化鋁板強度。當暴露（lù）在強（qiáng）光下時，氧化鋁板被加熱的頂部可與底部形成溫差，引導氣體從通道的開孔頂部（bù）吸入並從底部排出，形成類似氣墊的懸浮效果。每（měi）塊納米氧化鋁板的（de）重量僅與（yǔ）一隻果蠅（yíng）相當，理論（lùn）上可承載10倍於自重的有效載荷。研究（jiū）人員正研究（jiū）能夠安裝（zhuāng）在飛板上的小型化學傳感器，進（jìn）一步提高其（qí）載重量。
（3）美國空軍開發出一種可用於製造高溫陶瓷部件的雜化納米（mǐ）材料
2020年8月，美（měi）國萊特·帕特森（sēn）空軍基地（Wright-Patterson Air Force Base）開發出一（yī）種用於製造陶瓷基複合材料的陶瓷先驅（qū）體聚合物接枝納米顆粒（lì）（或稱毛狀納米顆粒）。該顆粒是一種混雜材料，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（hé）物外殼組成，大小相當於一個小型病（bìng）毒，可用於製備適（shì）用於（yú）噴氣發（fā）動機和高超聲速飛行器（qì）高溫部件的（de）高性能陶瓷纖維和複合材（cái）料。新材料采用（yòng）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（zǐ）構成。當高溫加熱時，這種（zhǒng）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（yǐ）往即使（shǐ）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，而采用這（zhè）種新型材料有望將滲透循環次數減少約一半，從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（kāi）發出一種新工藝，可以在非真（zhēn）空環境下生產碳化鎢、碳化硼等超硬材料
2020年9月，俄羅（luó）斯托木斯克理工大學（Tomsk Polytechnic University，TPU）研究人員開發出一種新工（gōng）藝，可以在非真空環境（jìng）下生產（chǎn）碳（tàn）化鎢、碳化（huà）鈦、碳（tàn）化矽和碳化硼等超硬材料。新工藝為一種合成碳化（huà）鎢納米粉的（de）電（diàn）弧法，由於在電（diàn）弧等離子體的產生中使（shǐ）用了特殊形（xíng）狀的石墨電極，從而能夠在非真空情況下生成自（zì）發自絕緣氣（qì）態介質，這極大地簡（jiǎn）化了工（gōng）藝過（guò）程，並降低了能源（yuán）消耗。該技術的另（lìng）一個優點是可以使（shǐ）用磨損的鑽頭、用過的刀具零件（jiàn）和其他（tā）含有碳化鎢的廢料作為合成原料。研究人員表示（shì），目前在生產效率和經濟（jì）性上尚（shàng）無同類的生產技術。未來，研究（jiū）人員計劃進一步（bù）優化（huà）技術工藝，將該方法運（yùn）用到（dào）廢物處理方麵。
（三）高分子材料
高分（fèn）子材（cái）料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡（xiàng）膠、塑料、纖維、塗（tú）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（nài）腐蝕等優（yōu）異的性能，廣泛應用於航空航天、交通運輸、醫療（liáo）和消費電子等領域。2020年，高分子材料（liào）領域取得（dé）以下幾個方麵的進展.
（1）美（měi）國陸軍開發出先進的雙聚合物（wù）3D打印材料
2020年2月，美國陸軍（jun1）研究實驗室研究人員采用無模熱拉（lā）拔工藝研製出一種由（yóu）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯與聚碳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（zhǎng）絲可在現有的低成本3D打印機上生產出適用於戰場使用的堅固零部件，以（yǐ）便於士兵快速利（lì）用耐用的3D打印零部件替換損壞的塑料零部件。此外，因材料和（hé）工藝問題，當前普遍使用的3D打印會（huì）出（chū）現零部（bù）件（jiàn）易碎、機械性能較差、退火過（guò）程中發生過度變形（xíng）等問題。但是，雙聚合（hé）物長絲因含有兩種不同熔融溫度的聚合物，被用於打印出固體零部件（jiàn）後可放入烤箱烘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（yǒu）超疏液（yè）性
2020年4月，德國馬克斯·普朗克（kè）研究所（Max Planck Institute，MPI）受壁虎啟（qǐ）發開發出一種彈性（xìng）纖維膠黏劑。該膠黏（nián）劑結合（hé）了蘑菇狀纖維的強黏附性和纖維尖端雙凹角幾（jǐ）何形狀的疏水性（xìng），不僅對（duì）低（dī）表麵張（zhāng）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水、油（yóu）或其他液體表麵而不（bú）會損失黏合力，如（rú）攀爬（pá）機器人或（huò）可使用這種黏合材料來攀（pān）爬濕玻璃板。此外，該彈性纖維膠黏劑還具有高度（dù）可變形性和（hé）拉伸性，能（néng）夠抵抗較強程度的物（wù）理作用（yòng），大（dà）大擴展了實際應用範圍。
（3）中國研製出一種新型納米纖維素仿生結構材料，綜合性能突出
2020年5月（yuè），中國科學技術大學（xué）研究人員成功研製出（chū）一類天然納米纖維（wéi）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（tí）。該材料具有輕（qīng）質高強韌的優異性能，性能超越航空鋁（lǚ）合金和鋼，且密度僅為鋼的（de）1/6、鋁合（hé）金的1/2。新材料（liào）的輕質高強韌（rèn）性主要（yào）來自材料微米級層狀結（jié）構和納米三維網絡結構設計（jì）。纖維素納米纖維內部高（gāo）度結晶可以提供極高的強度，纖維之間通過大量氫鍵等可逆相互作用網絡進行（háng）結合，在外力作用下這種（zhǒng）高密度的可逆（nì）相互作用網絡（luò）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同時實現高韌性。此外（wài），該材料還（hái）具有高尺（chǐ）寸穩定性、抗熱震、抗衝（chōng）擊及高損傷容（róng）限等（děng）多種優異性能，在（zài）輕（qīng）量化抗衝擊防護及緩衝材（cái）料、空間材料（liào）、精密（mì）儀器結構件等領域具有廣闊的應用前（qián）景。
（4）以色列開發出（chū）柔性高分子（zǐ）材料，有望用於製（zhì）造機器人、假肢及可穿戴設備
2020年6月，以色列理工學（xué）院研究人員開發出一種柔性高分子材（cái）料（liào）。該材料在遭受刮擦、割傷或扭（niǔ）傷時能夠“自愈”，將其與（yǔ）傳感器（qì）相結（jié）合，有（yǒu）望獲得具有柔性和自（zì）我修複能力的電子皮膚，未來（lái）可用於製造機器人、假肢和可穿戴設備。在該項（xiàng）研究中（zhōng），研究人員首先研發出柔（róu）性高分子材料和彈性體（tǐ），該彈性體被拉（lā）伸至原長度的11倍也（yě）不會斷裂。隨後研（yán）究人（rén）員利用彈性體開發電子皮膚，並將選擇性感應（yīng）、防水、自我監控和自我修複等（děng）多種功能（néng）融入電子皮膚中。利（lì）用電子皮膚組（zǔ）成的傳感係統能夠監控環境變（biàn）量，如壓力、溫度和酸度。同時，該係統還包含能監視係統電子部件損壞的類神經元組件，以及讓受損部（bù）位加速自我修複過程的其他組件。
（5）韓國科學技術研究院開發出高透高導塑（sù）料新材料
2020年6月，韓國科學技術研究院成功（gōng）研製出適用於透（tòu）明電極的高導電、高透明性高分子塑料新材料。當前，透明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（fā）出與傳統高分子材料具有不同（tóng）化學結（jié）構的（de）“自由基高分子”材料，由（yóu）此製成的導電高分子膜（mó）厚度在1微米（mǐ）時透明度達（dá）96%，相比傳統的10%透明度提升了近10倍。“自由基高分子”材料有望應用於未來新一代儲能材料、透明顯示材料、柔性電池和生物電化學等領域。
（6）日本三菱化學研發出可在海水中降解的塑料袋
2020年8月，日本三菱化學（Mitsubishi Chemical Holdings）研（yán）發出可在（zài）海水中降解的塑（sù）料袋。新（xīn）塑料袋是根據微生物分解土壤中垃（lā）圾的相同機理研發，采用甘蔗等（děng）植物性成（chéng）分製成，僅需1年左右的時間即可被海水（shuǐ）完全分解（jiě），而普通（tōng）塑料（liào）袋的（de）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（zhè）種塑料袋（dài）來幫助解決（jué）海洋塑料（liào）垃圾（jī）問題。但是（shì），由於製造技術尚未普及（jí），該種塑料袋的價格是普（pǔ）通（tōng）塑料袋的（de）6倍以上。
（四）複合材料
複合材（cái）料是指由兩種或兩種以上不同物（wù）質以不同方式組合而成的材料，具有（yǒu）重量輕、強度（dù）高、加工成型方便、彈性優良和（hé）耐化（huà）學腐蝕等（děng）優點，已逐步取代木（mù）材及金屬合金，廣泛應用於航空航天、汽車、電子電氣及建（jiàn）築等領域。隨著全球（qiú）低碳經濟、綠色經濟的發展，複合材料呈現（xiàn）出低成本化、高性（xìng）能化（huà）、可循環利（lì）用的發展趨勢。2020年，複合材料領域取得以下（xià）幾個方麵的（de）進展。
（1）瑞典（diǎn）皇家（jiā）理工學院（yuàn）開發出“變（biàn）形”碳纖維複合材料
2020年5月，瑞典皇（huáng）家理工學院（yuàn）（KTH Royal Institute of Technology，KTH）開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（zǔ）成的碳（tàn）纖維複合材料。當接入低壓直流電時，鋰離子會（huì）從碳（tàn）纖維的（de）一層遷（qiān）移到另一層（通過電解液），從而使碳纖維的（de）放電層收（shōu）縮，充電層膨脹，因此整塊材料會向一側彎（wān）曲。即使電流被移除後（hòu），材料仍然保持（chí）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（huī）複到中性的平麵形狀，還是向另一（yī）側彎（wān）曲。該複合材料質量雖輕，但硬度高於（yú）鋁，進一步開發後或可應用於製造不需要副翼的（de）變（biàn）形飛機機翼，或是在不同（tóng）風速下改變形狀以（yǐ）實現最大效率的（de）風力渦輪機葉（yè）片。
（2）中美研發出高阻尼、高吸能與形狀記憶兼得的鎂基仿生複合材料
2020年5月，中國科學院金屬研（yán）究所與美國加州大學伯（bó）克利分（fèn）校、中國工程物（wù）理研究院展開合（hé）作，借鑒天然生物材料三維互穿（chuān）微觀結構的原理，將鎂熔融（róng）浸（jìn）滲（shèn）至增材製造的鎳鈦合金骨架，構築成輕質、高強度、高（gāo）阻尼、高（gāo）吸能（néng）鎂-鎳鈦仿生複合材料。微（wēi）觀三維（wéi）互穿仿生結構不僅實現了（le）鎳鈦增強相與鎂基體在性能優勢上的互補（bǔ）與結合，而且賦予材料形狀記憶（yì）與自修（xiū）複功能。新型仿生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（néng）量吸收效（xiào）率等多種性能（néng）的（de）良好結合，綜合性能優於（yú）目前已知的（de）工程材料，有望成為（wéi）精密儀器、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（shāng）檢測的3D打印複合材料
2020年5月，荷蘭（lán）Brightlands材料中心開始研發具有自感（gǎn）知功（gōng）能的3D打印複合材（cái）料，以用於監控航空航天（tiān）、建築（zhù）和（hé）醫療保健（jiàn）等領（lǐng）域的關鍵結構狀態。該材料是一種碳纖維增強的聚合（hé）物基複合材料，可根據（jù）連續纖維電阻感應變化，提供自感應功能。目前（qián）該材料還（hái）在研發過程中，研究人員將首先驗證其在飛機和建築領域提供結（jié）構健康監測（SHM）的可行（háng）性。同時，研究人員還在將連續碳纖維的自感知能力與（yǔ）增材製造技術相結合，擬使SHM應用更具成本效益，從而能夠更廣泛地擴展到新應用中。
（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（fù）合材（cái）料
2020年5月，美國北卡羅來（lái）納（nà）州立大學（North Carolina State University，NCSU）的一項新研究表明，一種由嵌入三氧化二鉍顆粒的高分子化合物組成的複合材料具（jù）有巨大的潛力，可以替代（dài）傳統的（de）輻射屏蔽材料（liào），應用於太空探索（suǒ）、醫學成像和放射治療等領域。鉛等傳統的輻射屏蔽材料通常價（jià）格昂貴、重量大（dà）且對人體健康和環境有害。在該項研究中，研（yán）究人員（yuán）使用紫（zǐ）外線固化方法而非耗時（shí）的高溫固化法創建了高（gāo）分子化合物樣品，其中三氧化二鉍（bì）含量高達（dá）44%。隨後，研究人員對樣品進行了測試（shì），結果表明（míng）該（gāi）化合物重量輕、強（qiáng）度高，能有效屏蔽諸如（rú）伽（gā）馬射線等電離（lí）輻射，並且可以快速生（shēng）產。
（5）瑞士研發出新型（xíng）磁致感應形狀記憶複合材料
2020年8月，瑞士（shì）保羅謝爾研究所（suǒ）（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（yī）種由磁流變液和聚二（èr）甲基矽（guī）氧烷（PDMS）組成的新型複合材（cái）料，該材料可以在磁（cí）場下表現（xiàn）出形狀記憶特性。研究人員利用水滴、甘油和羰基鐵顆粒組成磁流變液，以不同的體積分數（shù）（10%和40%）分散（sàn）在PDMS中製成軟磁性形狀記憶複合材料。實（shí）驗結果表明（míng），添加體積分數為40%的磁流（liú）變液（yè）使PDMS的儲能模量提高近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、航空航天、電子和機器人等領域有顯著的應用潛力（lì），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（tài）空探索領域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（bèi）領域可用於製造柔性電（diàn）源、數據電纜或可（kě）穿戴設備（bèi）。
三、先進功能材料
功能材料是指通過光、電、磁、熱、化學和（hé）生（shēng）化等作用後具有特定功能的材料。進入21世紀以來，功（gōng）能材料成（chéng）為新材料領域研（yán）究的（de）重點，是國民經濟、社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、生物醫療和國防等領域的發（fā）展。近年來，先進信息材料、新能源材料、生物醫用材（cái）料（liào）和節能環（huán）保材（cái）料等先進功能材料發展（zhǎn）迅猛，前沿、顛覆（fù）性（xìng）技術不斷（duàn）湧現，給全球可持續發展、產業升級與變革（gé）等帶（dài）來了深刻影響。
（一）先進信息材料
先進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（chǔ），也是科技創新和國際競爭最為激烈的技術領域。近年來（lái），隨著人工智能、量子信息和大數（shù）據等技術的發展，新型信息器件不斷湧現，信（xìn）息材料正加速向多功（gōng）能化、薄膜化、高性能和低功耗方向發展。2020年，先進信息材料（liào）領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）美國北卡羅來納州立大學研製出超薄可拉伸電子材料，具有（yǒu）氣體滲透性
2020年5月，美國（guó）北卡羅來納州立大學研製出一種超薄、可拉伸、可透氣（qì）的電子材料。研究人員使用了一種稱為呼吸圖法的技術來製造具有均勻孔分布的可拉（lā）伸聚合物薄膜，通過將薄膜浸入（rù）含有銀納米線的溶液中進行塗層，然後對材（cái）料進行熱壓，將（jiāng）納米線封住。由於銀納米線（xiàn）正好（hǎo）嵌入到聚合物表麵正下方，因此在（zài）出汗和長期磨損的情況下，該材料也表現出出色的穩定性。研（yán）究人員表示（shì），這種薄膜在導電（diàn）性、光學透光性和水蒸氣滲（shèn）透性方麵表（biǎo）現出（chū）良好的組合特性。研（yán）究團隊創建（jiàn）的第一個原（yuán）型是可安裝在皮膚上用作電生理傳感器的幹電極。
（2）韓國開發出新型導電黏合劑，可將集成電路密度提（tí）高逾20倍
2020年5月，韓國成均（jun1）館大學（Sungkyunkwan University，SKKU）和三星電子合作開發出一種導電黏合劑，可以將集成電路密度提高20倍以上。該黏合劑由納米金屬（shǔ）顆粒製成，用於在電路板上集成微型的電子設備。通過這項研究，研（yán）究人（rén）員已成功將（jiāng）數千個（gè）比頭發還細的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（jì）術可以實現在比（bǐ）信用卡更小的基板上排列60萬個相距100微（wēi）米的微型LED。與目前市場上的其他黏合（hé）劑不同，該導電黏合劑能夠（gòu）應用於可彎曲（qǔ）和展開的柔性基板上，這意味著其將為（wéi）生物醫學設（shè）備（bèi）的（de）進一步小型化鋪平道路。
（3）韓（hán）國三星宣布發現新（xīn）型半導體材料（liào）非（fēi）晶氮化硼
2020年7月，韓國三（sān）星電子宣布，三星高級技（jì）術學院（Samsung AdvancedInstitute of Technology，SAIT）與蔚山國家科學技（jì）術學院（UlsanNational Institute of Science and Technology，UNIST）、劍橋（qiáo）大學兩家高（gāo）校合作，成功製備出一種3納（nà）米厚的無定型氮化硼薄膜（a-BN）。該薄膜（mó）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（dī）介電性質，極度接近於空氣的介電值1，並且表現出優異的機械、高壓（yā）穩（wěn）定性。研究人員表（biǎo）示，無定型氮化硼薄膜具有極低的介（jiè）電常數、高擊穿電壓和出色的金屬阻擋性能，可實現更小巧、更（gèng）緊湊的（de）電子解決方案，推動器件進一步小型化發展。
（4）俄羅斯南烏拉爾州立大學研發出環保且可（kě）應（yīng）用於（yú）多種傳感器的材料
2020年（nián）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（yú）製造壓力、溫度、電場和磁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含有鉛，其廣（guǎng）泛使用會造成環境汙染並（bìng）對人體健康產生（shēng）負麵影響，無法大規（guī）模生產。而南烏拉爾州立大學研究人（rén）員（yuán）通過研究基於鉍鐵（tiě）氧（yǎng）體的陶瓷材（cái）料的相變結構，發現該種材料對外部因素（溫度、電（diàn）勢、磁場、壓力）高度敏（mǐn）感，不僅可以被用於製造傳感器，而且該材料（liào）屬於多鐵性合金，對環境更加（jiā）友好，可能成為未來（lái）傳感（gǎn）器材（cái）料的發（fā）展方（fāng）向。
（5）日本東（dōng）京大學開發（fā）出（chū）一（yī）種磁性材料，可提供更高的存儲密度
2020年10月，日本東京大學（The University of Tokyo）研究人員開（kāi）發出（chū）一種磁性材料——ε氧化鐵。該磁性材料加上特殊的（de）訪問方法，可以提供（gòng）比以往更高的存儲密度。研究人員稱，當施加外部磁場時，ε氧化鐵會在高頻波情況下（xià）發生磁方向翻轉，隨（suí）後數據就被鎖定在（zài）磁帶存儲器中。此外，ε氧化鐵材料的魯棒性意味著數據存儲時間將比其他（tā）介質更長，並（bìng）且可以在低功耗下運行，未來有望應用於需要進行長期存儲的應用中。研究人員希望能在未來（lái）5～10年內開發出基於新磁性（xìng）材（cái）料的磁（cí）帶存儲器，其數據容量可達（dá）當前容量的（de）10倍。
（6）麻省理工學院研究表明“金屬化”金（jīn）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（gōng）學（xué）院和新加坡南洋理工大學（NanyangTechnological University，NTU）利用量子力學和機（jī）械變形的計算機模擬發現，使金剛石納米針變形，會使其導電性從絕緣體變為半導體，再變為高導（dǎo）電性金（jīn）屬。電子在材料中移動（dòng）的難易程度是以材料的帶隙來衡量的，帶隙越大，電子（zǐ）越難通過。在5.6電子伏特下，金剛石通常（cháng）具有超寬（kuān）的帶隙（xì），是絕緣體。但是，當對金剛石納（nà）米針施加外（wài）力時，可以使其（qí）產生應變。施加的外（wài）力（lì）越大，應變越大，帶隙就越窄，從而使金剛（gāng）石轉化成優良的導電體。研究人員稱，“金屬化”後的金剛石（shí）可以製造新型量子探（tàn）測器和（hé）傳感器。
（二）新能源材料
新能源（yuán）材料是指支撐新能源發展，具有能量存儲和能（néng）量轉換功能的材料，主要包括燃料電池材料、鋰離子電（diàn）池材料、太（tài）陽能電池材料、相變儲能材料、金屬氫（qīng）化物（wù）鎳電池（chí）材料和半導體照明發光材料等。近年來，隨著氣候變化、能源危機等全球性問題進（jìn）一步凸顯，新（xīn）能源材料成為世界（jiè）各國重點關注的技術領域之一，政策扶持與資金支持不斷加碼。2020年，新能源材料領域取得（dé）以（yǐ）下（xià）進展。
（1）澳大利亞（yà）昆士蘭大學在量子點太陽能電（diàn）池效率方麵取得重大突破
2020年2月，澳大（dà）利亞昆士蘭大學研究人（rén）員開發出能量轉換效率高達（dá）16.6%的新型量子（zǐ）點太陽能電池（chí），比此前世界（jiè）紀錄高出近25%。該電池采用了銫和甲酰胺鉛三碘鈣鈦礦體係，並用油（yóu）酸配體輔助陽離子交換策略，提（tí）供了穩定的基於鈣鈦礦的光伏和光電子（zǐ）學的途徑。研究團隊通過控製量子點（diǎn）上的表麵功能化學物質，開發出一（yī）種新的表麵工程方法，不僅可以穩定量子點，還可以保持電（diàn）子通過（guò）的路徑平滑，使量子點將太陽能轉換為電能的效率大大提高。此外，由於（yú）這些量子點具有柔韌性，並且能夠（gòu）以較低成本大（dà）規模打印，因此可將其用作透明皮膚，為汽車、飛機（jī）、房屋和可穿戴設備（bèi）提供（gòng）動（dòng）力。
（2）美國（guó）西北太平洋國家實（shí）驗（yàn）室設計出一（yī）種新型（xíng）納米結構，可用於製造高性能鋰離子電池陽極
2020年4月，美國能源部西北太平洋國家實（shí）驗（yàn）室（Pacific NorthwestNational Laboratory，PNNL）研究人員設計（jì）出一種新型納米結構，能夠（gòu）賦予矽非凡的強度，使其有望成為鋰離（lí）子電池的陽極材（cái）料。近年（nián）來，隨著對更高能量密度電池的（de）需求不斷增加，石墨基電極亟待升級，而矽被認為（wéi）是一種很好（hǎo）的升級版材料。但矽在遇到鋰時會大幅（fú）膨脹，可能會導致鋰電池陽極破裂粉化。為解決這一難題，研究人員將細（xì）小的矽顆（kē）粒聚集到直徑約8微（wēi）米的微球中，形成（chéng）一種相當於（yú）紅細胞大（dà）小的分層多孔矽結構。這種結構就像海綿一（yī）樣（yàng），內部有空間吸收膨脹壓力。研究表明，這種分層多孔結構（gòu）具有出色的電化學性能、機械強度和結構完整性，可用於製造高性能鋰離子電池（chí）陽極（jí），其可容納的電荷也是典型石（shí）墨基（jī）陽極的兩倍（bèi）。
（3）瑞（ruì）典（diǎn）林（lín）雪（xuě）平大學研發出穩定的（de）鈣鈦礦——有機分子複合薄膜，可用於開發高效發光二極管（guǎn）
2020年4月，瑞典林雪平大（dà）學（Linköping University，LiU）與中國、英國和捷克組成的國際（jì）團隊合作研製出一種效率高、穩定性強的鈣鈦礦發光二極管（Light Emitting Diode，LED）。鈣（gài）鈦礦是當今熱門（mén）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特性，並且製造起來難度小、成本低。然而，當前大多數鈣鈦（tài）礦LED並不是（shì）特別穩（wěn）定，無法投入實際應（yīng）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料，並將鈣鈦礦（kuàng）材料嵌入到有機分子基體中，最（zuì）終（zhōng）形成一種複合薄膜。其中，末端有兩個氨基（jī）的有機分子（zǐ）有助於穩定鈣鈦礦（kuàng）的結構，鉛和碘有助於提升鈣（gài）鈦礦（kuàng）的發光性能。測試結果表明，新型鈣（gài）鈦礦LED的效率為17.3%，服役壽命超過（guò）100小時。
（4）美國愛達（dá）荷國家實驗室研發出新型氧電極材料，可使電化學電（diàn）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（zuò）電（diàn）化學（xué）電池的新型氧電極材料。該材料是一種鈣鈦（tài）礦化（huà）合物，此前氧電極隻傳導電子和氧離子，而新型鈣鈦礦能夠（gòu）進行“三重傳導”，即可傳導電子、氧離子和質子。在實際應用中，能（néng）夠進行“三重傳（chuán）導”的電（diàn）極（jí）會（huì）更快、更高效地發生反應，因而可以在保持良好性能（néng）的同時，降低操作溫度。研究人員表示，使用（yòng）該（gāi）材料（liào）的電池能夠高效地將多餘的電力和水轉化為氫，當電力需求增（zēng）加時，該電池能夠反過來將氫轉換成電，用於電網供電。未來，研（yán）究人員希望繼續將創新材料與前沿製造工藝（yì）相（xiàng）結合，繼續改進（jìn）該款電化學電池，以使其可以應用於工業化生產。
（5）英國研發（fā）石墨烯基催化劑，可製成使用（yòng）壽（shòu）命更長的氫燃料電池（chí）
2020年8月，英國倫敦（dūn）瑪麗女（nǚ）王大學（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（chǎn）出包裹（guǒ）著（zhe）鉑納米顆粒（lì）的高質量石（shí）墨烯，並將其用於研發氫燃料電池催化劑（jì）。氫燃料電池在催化劑作用下使氫（qīng）和氧結合，將化學能轉化為電能（néng），是（shì）一種高效且環保的能源。在氫燃料電池中，鉑是使用最廣泛的催化劑，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。為解決該問題，商用催化劑通常是在較便宜的碳載體上裹上微小的鉑納米顆粒，不過此種材料耐用性很差，大大縮（suō）短（duǎn）了當（dāng）前（qián）燃料電池的使用壽命。研究表明，石（shí）墨烯具有耐（nài）腐蝕性、表麵積大（dà）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（de）催化劑相比，石（shí）墨烯基催化劑更耐用且性（xìng）能相當，可用於大（dà）規模（mó）生產，有望在能源領域得（dé）到廣泛應用。
（6）美國用（yòng）回收塑料製備儲能納米材料，可用於製備電動汽車超級電容器
2020年9月，美國加（jiā）州大學河濱分校（xiào）研發了一種方法，以回收蘇打水瓶等塑料，並將此類塑料製備成可以用來存儲能源的納米材（cái）料。研（yán）究人員首先將塑料瓶的碎片（piàn）溶解在溶劑中，然後采用靜電紡絲（sī）工藝（yì），用聚合物製出（chū）微小的（de）纖維，並在熔（róng）爐（lú）中將塑料絲碳化。在（zài）與黏結劑和導電（diàn）劑混合後，該材料被幹燥，並被組裝成（chéng）硬幣電池（chí）芯類型的雙層超（chāo）級電容器（qì）。當在超級電（diàn）容器中測試該材料時，該材料包含了由（yóu）分散離子（zǐ）電荷（hé）和電（diàn）子（zǐ）電荷形成的雙層電容器（qì），以及當離子被（bèi）電化學反應吸收到（dào）材料表麵時產生（shēng）的氧化還原反應（yīng）偽（wěi）電容的特性。雖然此電（diàn）容器存儲的能量不如鋰離子電池多，但充電（diàn）速度要快得多，可以讓很多基於塑料廢料製成的電池應用（yòng）到（dào）更（gèng）多領域。
（7）英國發現可（kě）將（jiāng）太陽能存儲數月乃（nǎi）至數年的特殊材料（liào）
2020年12月，英國蘭（lán）開斯特大（dà）學研究人員發現一種可將（jiāng）太（tài）陽能存儲數月乃至（zhì）數年的特殊材料——金屬有機框架（Metal-Organic Framework，MOF）材料。MOF材料是多孔的，因此可與其他小分子（zǐ）形成複合材料。MOF材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（liào）能在室溫下將吸收（shōu）的紫外線能量（liàng）儲存至少4個月，然後再釋放出來。目前大多數光響（xiǎng）應材料僅能存儲幾天或幾周能量，而MOF材料成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（huà），未來有望（wàng）用於為（wéi）汽車風窗玻璃除冰或為家庭和辦公室提供額外的熱量。
（8）德國研（yán）發出當（dāng）前全球最高轉換效率的（de）鈣鈦礦（kuàng）電池
2020年12月（yuè），德國海姆霍茲柏林材料所研發出目前全（quán）球最高轉換效率的鈣鈦礦（kuàng）—矽疊層太陽能電池，轉換效率高達（dá）29.15%。此外，該電池即使在沒有封裝的情況（kuàng）下也能提供300小時的穩定電量。在該項研（yán）究中（zhōng），研究人員為鈣鈦礦—矽疊層電池開發了一種（zhǒng）特殊的電極接觸層，用於光學耦合頂部和底部電池，同時（shí）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，而鈣鈦礦化合物則主要利用光譜的可見光部分。因此，由矽和鈣鈦礦製成的疊層太陽能電池可比單（dān）個電池實（shí）現更高的效率。當前，該（gāi）太陽能電池在1平方厘米的樣品中測試成（chéng）功。研究人員希望未來將其擴大到更貼（tiē）合實際應用的尺寸（cùn）。
（三）生物醫用材料
生物醫用材料（liào）是指以（yǐ）醫療為（wéi）目（mù）的，用於診斷、治療、修複、替換人體組織器官或增（zēng）進其功能的新型（xíng）高技（jì）術（shù）材料，是材（cái）料科（kē）學技術中一個高（gāo）速發展的（de）新領域。近年來，隨（suí）著生物技術的蓬勃發展和重（chóng）大突破，生物醫（yī）用材料已成為各國研究（jiū）和開發（fā）的熱點。2020年（nián），生物醫用材（cái）料領域取（qǔ）得以下（xià）幾個方麵的進展。
（1）瑞典隆德大學（xué）開發出一種可治愈傷口的（de）非抗生素凝膠
2020年1月，瑞典隆德大學（Lund University）研（yán）究人員開發出一種用於愈合傷口的凝膠。該凝膠（jiāo）不僅可以殺死對抗生素產生耐藥性的細菌，還（hái）可以減輕傷口內的炎（yán）症。該（gāi）凝膠含有一種名為TCP-25的肽，可通過殺死傷口部位的有害細菌來幫助預防感染。在對大鼠和豬進行（háng）的實驗室測試中（zhōng）發現，該凝膠可在（zài）使用後24小時內減少傷口發（fā）炎，並在隨後3～4天內顯著減少細菌數量。隆（lóng）德大學（xué）正在與瑞典生物醫學初創公司in2cure AB進行合作，使該技術商業化（huà），並希望該技（jì）術能很快應用於燒傷患者的臨（lín）床試驗中。下一（yī）步，研究人員計劃開發用於治療眼部感染和（hé）其他內部器（qì）官感（gǎn）染的新（xīn）型肽基藥物。
（2）中國天津（jīn）大（dà）學開發出可追蹤癌細胞位（wèi）置的新型水凝膠材料
2020年2月，天津大學研究人員成功研發（fā）出新型長餘（yú）輝水凝膠。該水凝膠（jiāo）由腫瘤（liú）特異靶向性的“長餘輝納米探針”和“海藻（zǎo）酸鈉水凝膠”構成，通過表麵修飾腫瘤（liú）特異性配體，能夠靶向識別、持續標記不同腫瘤細胞（bāo），其進（jìn）入（rù）活（huó）體後，能夠在腫瘤細胞上（shàng）長時間標記並（bìng）發出近紅外光，使腫瘤細胞的轉移活動形成一幅發光的“實時（shí）位置軌跡圖”。試驗結果顯示，新型水凝膠有（yǒu）很高的靈敏度且生物相容性好，無毒無副作用，不影響腫瘤（liú）的轉移和侵襲（xí）。研究人員表示，該（gāi）水凝膠可以針對各種類（lèi）型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（zhì）療領域具有（yǒu）廣闊前景。
（3）瑞（ruì）典查爾默斯理（lǐ）工大學開（kāi）發出無毒柔性材料，可用於藥物（wù）精準治療
2020年3月，瑞典（diǎn）查爾默斯理工大學（Chalmers Tekniska Högskola，CTH）研究人員開發出一種柔軟（ruǎn）、呈橡膠狀的生物相容性材料。該材料內部充斥著納米孔洞，是一種三維網絡結構，其成（chéng）分類似於有（yǒu）機（jī）玻璃，但柔韌性（xìng）、彈性（xìng）要優於有機玻璃。研究人員表示，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（shǎo）了口服同一（yī）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（zhī），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（guó）哈佛大學醫學院製備出一（yī）種可以直接打印成具有多級孔（kǒng）結構的水凝膠生物墨（mò）水
2020年9月，美國哈佛大學醫學院（Harvard Medical School，HMS）報道了一種基於甲基丙烯（xī）酰（xiān）化明膠的生物墨水的製備方法，實現了具有納米孔—微孔—大孔多級（jí）孔的細胞負載水（shuǐ）凝（níng）膠結構的3D生物打（dǎ）印，並且證明這種多孔級水凝膠在微創組織再（zài）生和細胞治療方麵的應用前景。多孔水凝（níng）膠由於內部存（cún）在（zài）著大量孔結構，可在注射前後具有形狀記（jì）憶功能，利用該功（gōng）能可以（yǐ）將其直接注射到組織缺損空間內並（bìng）與周圍的宿主組織結合，實現組織再生修複。同時，該方法避免了侵入性（xìng）外科手術，能極（jí）大地減輕患者的痛苦，有望在組織工程、再生醫學和個性化治療方麵得到應用。
（5）俄羅斯合（hé）成一種新材料，可有效止血還具（jù）明（míng）顯的抗菌活性
2020年9月，俄羅斯（sī）門捷列夫化工大學（Mendeleev University ofChemical Technology of Russia，MUCTR）研究人員用殼聚糖、藻酸鹽兩種生物聚合物和銀納米顆粒合成一種新（xīn）材料，形（xíng）如一塊5厘米厚的多孔海綿，可用於開放性傷口快速止血，同時（shí）防止感染。當（dāng）前，市麵上的各種（zhǒng）止（zhǐ）血材料大部（bù）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中，殼聚糖與藻（zǎo）酸鹽結合形成的凝膠，在（zài）浸入溶液時可以保持穩定。同時，殼聚糖具有抗菌作用，可（kě）促使血液成分結合，使傷口愈合，而銀納米顆粒可增強凝（níng）膠的抗菌作用。
（6）德國開發出將藥物和銀（yín）結合起來的植入物塗層，可防止術後感染
2020年11月，德國弗勞恩霍夫製造技術和先（xiān）進材料研究所（FraunhoferInstitute For Manufacturing Technology And Advanced Material）與柏林（lín）大學醫學院（Universität zu Berlin）合作開發出將藥物和銀結合起來的植入物塗層。研究人員利用激光對浸過抗生素溶液的鈦合金髖關節表麵進行結構化處理，使金屬（shǔ）表麵充滿含有抗生素（sù）溶液的微孔（kǒng），然後（hòu）再使用物理氣相沉積技術在金屬上塗一層具（jù）有抗菌性的銀（yín）。植入髖關（guān）節（jiē）後，抗生素能從微孔中流入周圍組織，有助於防止術後立即出現任何感染，而（ér）銀會在幾周（zhōu）內（nèi）釋放殺菌離子，為愈合階段提供（gòng）防感染（rǎn）保護（hù）。此外，植入（rù）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（cái）料
節（jiē）能環保材料廣義上是指應用於節能環保（bǎo）產業的相關材料（liào）。近年來，隨著世界各國加強對節能環保產（chǎn）業的扶持力度，節（jiē）能環保產（chǎn）業技術（shù）水平（píng）顯著提（tí）升，節能環保材料（liào）的發（fā）展勢如破竹。2020年，節能環保材料領域取得以下幾個方（fāng）麵的（de）進展。
（1）日本神戶（hù）大學研發出一種能夠有（yǒu）效分離油和水、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（jiū）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，成功開發出（chū）能夠有效分離油和水且能夠重複使用（yòng）的（de）薄膜。其中，PK薄膜具有大孔徑和高孔隙率，水滲透性良好；矽化過程（在（zài）PK纖維上添加二氧化矽）提供（gòng）了堅固的（de）拒油塗層（céng），可保護表（biǎo）麵改性膜免受汙（wū）染，從而實現可重複使用。該薄膜的另一個優點是不需要很大的壓力即可實現高透水性，即使用低至10厘（lí）米（約0.01個標（biāo）準大氣壓）的水位也表現（xiàn）出了重力滲透性。研究（jiū）人員稱（chēng），每平方米薄膜可（kě）在1小時內處理（lǐ）6000升廢水（shuǐ），也可有效地（dì）從各種不同的油性乳液（yè）中分（fèn）離出水。
（2）美（měi）國萊斯大學研發出可將塑料等垃圾變成石墨烯的新技術
2020年2月（yuè），美國萊斯大學研發出一種新工藝，可將廢棄食（shí）品、塑料廢料、石（shí）油焦、煤、木屑和生物炭（tàn）等垃圾快速轉化成有價值的石墨烯薄片。新工藝名為“閃蒸石墨烯”技術，可在（zài）10毫秒（miǎo）內將碳源加熱至3000開（kāi）爾文（2727攝氏度）以製得石墨烯薄片，其成本低於（yú）其他的石墨烯生產方法。這類石墨烯的潛在應用包（bāo）括將其（qí）混入用作黏結混凝土的水泥中，可將混凝（níng）土對環境的影（yǐng）響降低1/3。研究人員表示，新技術可將固體碳基物質和橡膠等（děng）塑料廢料轉化為石墨烯，有助（zhù）於解決食物浪費（fèi）、白色汙（wū）染（rǎn）等（děng）全球問題。
（3）新加坡國立大學（xué）研發出新工藝將廢舊輪胎橡膠轉換為（wéi）多用途氣凝膠
2020年3月，新加坡國立大學研究人員開發出一種將舊輪胎橡膠（jiāo）轉換為（wéi）高價值氣凝膠的方法。研究團隊首先將廢棄的汽車輪胎切成細橡（xiàng）膠纖維，然後將纖維浸入由（yóu）水和少量“生態友好型”溶劑組成（chéng）的溶液中，使纖維彼此交聯。機械攪拌（bàn）20分鍾後（hòu），該混（hún）合物形成液體凝膠，交聯纖維均勻懸（xuán）浮其中。最後將該凝膠倒入模具，並在零下50攝氏（shì）度下冷凍幹燥12個小時後，得到（dào）固體橡膠氣凝膠。該（gāi）氣（qì）凝膠具有隔熱、隔聲和吸收性強等（děng）優點（diǎn），製造過程簡單、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（bú）到10新幣，具有良（liáng）好的應用前景。
（4）美國科羅拉多大學利用細菌生產礦（kuàng）物（wù）質和聚合物，打（dǎ）造環（huán）保的建築（zhù）材料
2020年3月，美國科羅（luó）拉多大學博爾德分校（University of ColoradoBoulder）利用（yòng）細菌來生產礦物質和聚合物，以打造環保的建築材料。研究團隊對大腸杆菌進行編程，成功生產出不同尺寸、形狀和剛（gāng）度的石灰岩顆粒，以及用於製造聚（jù）苯乙（yǐ）烯泡沫的苯乙（yǐ）烯單體。石灰岩（yán）顆粒與聚苯乙烯（xī）複合後，可用於開發環保、低碳的（de）生物建築材料。研究人員表示（shì），基於合成生（shēng）物學和基因編輯等技術，細菌還（hái）可用於生產自愈材料、環境感知材料和發光材（cái）料等，應用前景十分廣泛。
（5）澳大利亞莫納什大（dà）學（xué）利用（yòng）特（tè）殊材料快速將海（hǎi）水轉化成飲用水
2020年8月，澳大（dà）利亞莫納（nà）什（shí）大學（xué）（Monash University）開發（fā）出一種新型海水淡化技（jì）術。研究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（zhōng），獲得一種名為PSP-MIL-53的材料。據介紹，該材（cái）料可以在30分鍾內將海水等鹹水（shuǐ）中的鹽分（fèn）及有害顆粒（lì）吸附出來，並使水質達到世界衛生組（zǔ）織規定的飲用水安全標準（zhǔn）。隨後，隻要經過陽光照射（shè），材料就會很快釋（shì）放出吸附的鹽分（fèn）等顆（kē）粒，從而實現重複使用。據實驗（yàn）數據表明，每千克特殊材料（liào）可以過濾139.5升的（de）飲用（yòng）水，並且使用特殊材料所耗費（fèi）的成本遠低於現（xiàn）在的海水淡化技術。新（xīn）型技術利用陽光實（shí）現可持續的（de）鹹（xián）水淡化，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的道路。
（6）國際（jì）研究團隊研發（fā）出可反複利用、無限循環的（de）塑料
2020年8月，美國科羅（luó）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學（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）的研究團隊通過從（cóng）生物基烯烴（tīng）羧（suō）酸中製備橋聯雙環硫內（nèi）酯單體，製備出（chū）一種新型塑（sù）料PBTL。該塑料可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（wú）限重複。研究人員首先用催化劑在100攝氏度下進行整體解聚（jù）來測試塑料（liào），測試結果表明PBTL已被（bèi）分解成原來（lái）的單體。隨後，在室溫（wēn）下分解PBTL樣（yàng）品（使用（yòng）催化劑），再次檢測到樣品已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。一係列性能測試表明，PBTL具有優異的強度（dù）、韌性和穩定性，可用於（yú）製造塑料（liào）包裝、運（yùn）動器（qì）材、汽車零部件、建築材料和其他產品。
四（sì）、前沿新材料
前沿新材料是具有戰略性、前（qián）瞻性和顛覆性的新材料，是未來產業發展的製高點，具有重要的引領（lǐng）作用和重大的（de）應用前景。近年來，在世界各國的積極（jí）推動下，二維材料、智能材料和超材料等前沿材料發展迅猛，前沿、顛覆性技術不斷湧現（xiàn），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（xiǎo）的由單層原子組成的結晶（jīng）材料（liào），具有特殊的電學、熱學、光學和力學等性能，在（zài）高端電子和光電子器件、能源轉化與存儲及（jí）複合材料等領域有著廣闊的應用（yòng）前景。2020年，二維材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）芬蘭阿爾托大學實現了厘米級尺寸的二維材料扭曲
2020年5月，芬蘭阿爾托大學（Aalto University）基於外延（yán）生長法和水助劑轉移法，開發出一（yī）種可將大尺寸二維材料層進行（háng）扭曲的新方法。近年來，單層原子組成（chéng）的二維（wéi）材料憑（píng）借著獨特（tè）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（yán）究人員發現將二維材料放在另一材料上並稍做旋轉時，扭曲會從根本（běn）上改變雙層材料的性能，如高溫超導性、非線性光學及超潤滑性，這促（cù）使了扭曲與電子學的結合（hé）。芬蘭阿爾（ěr）托大學以二硫化鉬材料為主要研究對（duì）象（xiàng），不僅可以精確控製單原子層之間的扭曲角，還可將扭曲層（céng）的尺寸由以前的微米級擴展至厘米級，實現了大尺寸二維材料扭曲。未來，研究人員計劃將該扭曲方（fāng）法應用於其他二維分層材料上（shàng）。
（2）瑞士洛桑聯邦理（lǐ）工學（xué）院（yuàn）設計出一種基於二維半導（dǎo）體材料的新型器件
2020年6月，瑞士洛桑聯邦理（lǐ）工學院（yuàn）納米電子器件實驗室設計並論證了一種基於（yú）二維半（bàn）導體材料的新型器件，其效能幾乎與人類神經元相當。研究人員利用二硒化鎢和二硒化錫柵極結（jié）的能（néng）帶對準機製，開發出被稱為二（èr）維隧穿晶體管的高能效二維晶體管。二維隧穿晶體管工（gōng）作原理類似於“山（shān）中開鑿隧道”，能夠以更低（dī）的能耗實現開關（guān）的接通和關斷操作。研究人員通過原子模擬測試驗證了（le）二維隧穿（chuān）晶（jīng）體管的性能，其比類似的二維半（bàn）導體材料製成的晶體管性能更高，且電源電壓非常低（dī）。二維（wéi）隧穿（chuān）晶體管可用於構建類似於大腦（nǎo）神經元的節能電子係統，未來有望（wàng）在可穿戴設備和人工智能芯片領域得到應用。
（3）美國研發出厚度（dù）僅三個原子的二維金屬（shǔ）芯片，可使芯片存儲速度提高100倍（bèi）
2020年7月，美國斯坦福大學、加州大學伯克利分校和得克薩斯農工大學（Texas A&M University，TAMU）的研究人（rén）員利用層狀二碲化鎢製（zhì）成了二（èr）維金屬芯片，其厚度僅為（wéi）三個原子。研究人員對二碲化（huà）鎢薄層結構施加微小（xiǎo）電流，使其奇（qí）數（shù）層相對於偶數層發生穩（wěn）定且快速的（de）偏移，並利用奇偶層（céng）的排列來存儲二進製數據。數據寫入後，再通過一種稱為貝利曲率的量（liàng）子特性，在不幹擾排列的情況下（xià）讀取（qǔ）數據。與現有的基於矽的數（shù）據存儲（chǔ）係統相比，新芯片（piàn）可以將更多（duō）的數據填充到極小的（de）物理空間中，非（fēi）常節能。此外（wài），二（èr）碲化鎢薄層結構奇偶層偏移速度很快，可以使數據（jù）寫入速度比現有技術快100倍。目前，團隊已為該設計申請了專利，並繼續（xù）研究下一步改進方法，如（rú）尋找除二（èr）碲化鎢之外的其他二維材料。
（4）中國製（zhì）備出一種不存在已知母體材料（liào）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研（yán）究部在化學氣相（xiàng）沉積法（fǎ）生長非層狀二維氮化鉬的過程中，引入（rù）矽元素鈍化其表麵（miàn）懸鍵，製備出一種不存（cún）在已知母體材料的（de）全新二維範德華層狀材料MoSi2N4，並獲得了厘米級單層薄膜。研究發現，單層MoSi2N4具有半（bàn）導體性（xìng）質和優（yōu）於二硫化鉬的理論載流子遷移率，表現出優於二硫化鉬等單層半導體材料的力學強度和穩定性。此外，研究人員通（tōng）過理論計算預測出（chū）了十幾種與單層MoSi2N4具有相同結構的二維層狀材料，包含不同帶隙的半導體、金（jīn）屬和磁性半（bàn）金（jīn）屬等。探索不存在已知三維母體材（cái）料的新型二維層狀材料，可（kě）極大（dà）拓展二維材料的物性和應用，具有重要（yào）的科學（xué）意（yì）義和實用價值。
（5）美國德雷克塞爾大學開（kāi）發（fā）出（chū）一種可阻擋電磁（cí）波和（hé）其他輻射的二維材（cái）料
2020年12月，美國德雷克塞爾大（dà）學（Drexel University）研究人員開（kāi）發出一種稱為MXene的塗層和相（xiàng）關新型織物。MXene塗層是一種二（èr）維（wéi）材料，具有導電性，已被證明在阻擋電（diàn）磁波和有害輻射方麵非常（cháng）有效。此外，MXene可以穩定地製成噴霧塗層、墨水或油漆，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（yè）中（zhōng），可以阻擋電磁（cí）幹擾，效果大於99.9%。而使用這種工藝塗覆的織物在（zài）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（gǎn）知環境（jìng）刺激能力，可以（yǐ）進行分析、處理、判斷，並（bìng）采取一定的（de）措施進行適（shì）度響應的智能特征的材料，是繼天然（rán）材料、合成高分子材料、人工設計材料之後的第四代材料。自20世紀90年代起，智（zhì）能材料迅速（sù）發展（zhǎn）起來，成為一種（zhǒng）全新（xīn）的材料分支學科，並朝著（zhe）更加高性能化、多功能化、複合化（huà）、精細化和智能化方向發（fā）展。2020年（nián），智能材料領（lǐng）域取得以下幾個方麵（miàn）的（de）進展。
（1）美國加州大學聖迭戈分校研發出全新熱偽裝材料，可自行適應環境溫度
2020年3月（yuè），美國加州大學聖迭戈分校（University of California，SanDiego）研究人員開發出一種可適應環境溫度的新型熱偽裝（zhuāng）材料。該材料為（wéi）一（yī）種柔性材料，由蠟狀相變物質及熱電合金組成，由集成電（diàn）池供電，並由佩戴者通過無線電路板控製。施加電流時，材料能夠在不到一分（fèn）鍾的時間內（nèi）在10攝氏（shì）度到38攝氏度範圍內改變溫度。當環境溫度高於30攝（shè）氏度（dù）時，材料會通過相變（biàn）吸收熱量；當環境溫度低於30攝氏度時，材料會固（gù）化並起到隔熱作用。該材料已被合並到迷（mí）彩服的臂章中。研究人員希望最終（zhōng）可（kě）以打造出完整、貼身的夾克。
（2）中國天（tiān）津大學研發出“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（chéng）功研發出“全（quán）天候自愈合材料”，該材料能在嚴寒、深海和強酸（suān）堿等極限條件下快速自愈合，有望成為機器人、深海探測器和極端（duān）條件下各類高科技設備的“超級電子皮膚”。研究人員充分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（néng）源的條件下，同（tóng）時實（shí）現高（gāo）彈（dàn）性、高拉伸性和（hé）快速修複損傷的功（gōng）能（néng）。實驗結果顯（xiǎn）示，新型（xíng）自愈合材料在室溫下可（kě）實（shí）現10分鍾（zhōng）內快速愈合，愈合後可承受超過自身重量500倍的重（chóng）物，並在零下40攝（shè）氏度的低溫、過冷高濃度鹽水下甚至在強酸強堿性環境中都表現出了高（gāo）效（xiào）的自（zì）愈合性（xìng）能。下一步，研究（jiū）人員計劃將材（cái）料應用於電子皮膚傳感器，從而使極限環境下的機器人（rén）能夠感知體表的壓力、水（shuǐ）流和溫度等，為先進電子設備打造（zào）真正的“智能皮膚”。
（3）日本東京大學（xué）開發出可自我修（xiū）複的新複合（hé）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（rén）員聯（lián）合開發出具有自我修複能力的新複合（hé）材料“MWCNTs-PBS”。該材料由聚矽氧烷（PBS）和多層碳納米管（MWCNTs）複合而成（chéng），具有機械和電氣自愈（yù）性（xìng）。研究（jiū）人員將PBS、MWCNTs-PBS和其他常見的軟材料結（jié）合在一起，構建出具有自愈合（hé）、傳感和（hé）驅動能力的接口設備。自修複材料的應用範圍極為廣泛，包括（kuò）軍用裝備、電子產品、汽車、飛機和建築（zhù）材料等（děng）領域（yù），其中在智能手機和平板電腦屏幕上的應用最受關（guān）注，此次研究人員使自（zì）修複材料向實用化（huà）方向又邁進了一步。
（4）英國劍橋大學研發出（chū）由納米（mǐ）顆粒製成的光熱驅動變色皮膚
2020年6月，英（yīng）國劍橋大學研發出（chū）一種人造變色皮膚，在（zài）光照或加熱（rè）時會變色。該皮膚變色機理源於其中（zhōng）的納（nà）米顆粒。研究人員先將14納米的金顆粒（Au）包裹在聚（jù）（N-異（yì）丙基丙烯酰胺）（pNIPAM）外殼中，製成Au@pNIPAM芯（xīn）—殼結構納米顆粒，再用流動聚焦微流體裝（zhuāng）置和碳氟油產生含納（nà）米顆粒的水滴，最後（hòu）將水滴轉移至油中（zhōng）以防蒸（zhēng）發。當光照或加（jiā）熱（rè）至32攝（shè）氏度以上時，納米顆粒會聚集在油（yóu）水界麵處，並沉積到水滴底部，材料呈深藍色（sè）；當溫度降低後，納米顆粒通過布朗運動重新分（fèn）散，材料呈紅（hóng）色。用這種機理可（kě）研製光隱身皮膚、光（guāng）/熱敏感變色（sè）材料等，甚至通過激光照射構建可編程控製顏色的材料。
（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，美國賓夕法尼亞州立（lì）大學和德國（guó）馬克斯·普朗克研究所（suǒ）研（yán）究人員受烏賊圓環（huán）齒（chǐ）啟（qǐ）發，聯合開發出一種能夠實現自我修複的聚合物材料。研究人員通過研究烏賊圓（yuán）齒軟硬混（hún）合蛋白質的序列，在細（xì）菌生物（wù）反應器中創造出具有重（chóng）複氨基酸（suān）序（xù）列的（de）聚合物材料，其能夠在水和熱量的（de）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（quán）生物（wù）降解，將有利於構建堅固且可自我修複的軟機器人和執（zhí）行器，幫助其（qí）延長使用（yòng）壽命。
（6）美（měi）國開發出可回收、可自（zì）愈的聚合（hé）物3D打印材料
2020年8月，美國得克薩斯農（nóng）工大（dà）學和美國陸軍研究實驗室聯合開發出一種可回收、自（zì）愈合的聚（jù）合物3D打印材料。研究人員利用低聚物線性預聚物（wù）和交聯劑二（èr）苯甲烷雙馬（mǎ）來酰亞胺的混合物製成（chéng）新型樹脂材（cái）料，通過增加該（gāi）材料內部交聯分子的數（shù）量，可以控製該材料的強度水平，使其能夠像橡膠般柔軟或具備（bèi）塑料般的（de）強度。該聚合物材料暴（bào）露在高溫下（xià）時，化學鏈接（jiē）會脫離或重連，因（yīn）此可經過簡單加熱來實現修複。該材料能夠（gòu）在幾秒鍾內自愈，並且可以（yǐ）進行3D打印，在假肢、柔性機（jī）器人及航空航天部件製造領域（yù）具有應用潛（qián）力。
（7）美國研製出可作為軟體（tǐ）機器人的仿生材料
2020年（nián）12月，美（měi）國（guó）西北大（dà）學（Northwestern University，UN）研究人員研製出一（yī）種仿生材料，其本身可（kě）以（yǐ）作為一種軟體機器（qì）人，不僅能夠在液態環境中行動自如地完成（chéng）拾取和運輸（shū）物（wù）體等任務，而且前進（jìn）速度達到了每秒一步，甚至與人類步伐速度相當。該仿生材料軟體機器人（rén）大小隻有幾（jǐ）厘米長，形狀像帶有四條腿的章魚，內嵌的鎳製骨架使其能夠響應外部磁場，由於沒有任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（xiǎo）空（kōng）間中（zhōng）執行重要任務。該類仿生軟體（tǐ）機器人在生產燃（rán）料和藥物、海洋環境清理或變革性醫療的“智能”微觀係（xì）統中具有應用前（qián）景（jǐng）。
超材料是21世紀以來出現的一類人工複合（hé）材料，具備天然材料所不具備的特殊物理性（xìng）質。作為最熱門的新興技（jì）術之一，超材料正持續引（yǐn）發信息技術、國防工業、新能源及微細加工的重大變革。2020年（nián），超材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（三）超材料
超材料是21世（shì）紀（jì）以來出現的一類人工複合材（cái）料，具備天然材料（liào）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（liào）正（zhèng）持續引發信息技術、國防工業、新能源及微細加工的重大變革（gé）。2020年（nián），超材料領域取得以下幾個方麵的進展。
（1）美國南（nán）加州大學開（kāi）發出新（xīn）型智能聲學超材料，可控製聲波的傳播（bō）方式
2020年3月，美國南加州大學研究人員受鯊魚皮膚啟發，研發出可控製聲波傳播方式的新型智能聲（shēng）學超材料。傳統聲學超材料通常由（yóu）金屬或塑料製成，聲學特性單一，難以對不同聲波信號進行處理。此次（cì）研究人（rén）員利用鯊魚皮（pí）膚具有雙重聲（shēng）學特性的（de）原理，采（cǎi）用橡膠和鐵納米顆粒製備出智能（néng）聲學超材料，利用了橡膠易於彎曲和拉伸、鐵納米顆粒可響應磁場變化的特性。該聲學超材料構成的（de）柱狀陣列通過分開或靠近即可實現聲波的傳播或阻斷，目前（qián）尚處於實驗（yàn）室測試階段，未來研究人員還將對其進行水下測試。
（2）英國和土耳其合作設計出模塊（kuài）化超材料，可用於數據加密和可逆解（jiě）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（qí）上塗覆約10納（nà）米厚的金屬層；底（dǐ）部是（shì）120納米厚的銀膜，其（qí）上塗覆（fù）介電層，以反射（shè）大部分入射（shè）光。當頂部（bù）和底部放在一起時（shí），頂部的金屬層（céng）與底部（bù）的銀膜形成光學腔，腔的顏（yán）色等性質由介電層厚度決定。此時，在介電層上製作的圖案即可由不同顏色顯示。除去頂部（bù）後，圖案（àn）就（jiù）會消失，從而實現一（yī）次（cì）加密多次重複解密。該（gāi）項研究（jiū）為光（guāng）學加密提供了一（yī）種（zhǒng）更實用的途徑，可（kě）用於秘密信息傳遞...
今年四甲鎮工業經濟實現（xiàn）穩健開局（jú），1至（zhì）3月，四甲（jiǎ）鎮（zhèn）工業經濟實現應稅銷售11.45億（yì）元，入庫稅金5099萬元，增幅均位列海門區中心（xīn）鎮第一。
“是金屬新材料產業拉動了全（quán）鎮工業經濟穩增長。”四（sì）甲鎮黨委書記黃紅傑說。四甲鎮是海（hǎi）門區確（què）立的（de）金屬新材料產業鏈上的主（zhǔ）體鎮，黨委政（zhèng）府（fǔ）按照區委、區政府（fǔ）的決策部署，緊扣金屬新材料主導產業（yè），實（shí）施（shī）精準招（zhāo）商，加快項目建設，培育龍頭企（qǐ）業，將四甲鎮（zhèn）打造成產業特色（sè）最明顯、產（chǎn）業門類最齊全的金屬新材料研發生產基（jī）地，爭取用3至（zhì）5年（nián）的時間，全鎮金屬新材料產業（yè）年應（yīng）稅銷售突破50億元。
構建梯次發展（zhǎn）格局
南通愛爾思（sī）輕合金精密成型有限公（gōng）司繼獲得2021年度工業金牌企業之後，今年穩健開局，1至3月，愛爾思實現應稅（shuì）銷售6848萬元，同比增幅19.8%，入庫稅金747萬元。
南通（tōng）愛爾思輕合金精密成型有限公（gōng）司是一家專門從事（shì）高壓、超（chāo）高壓電氣裝備用鋁合金鑄件的生產企業，是國家高（gāo）新技術（shù）企業，為輕合金精密（mì）成型國家工程研究（jiū）中心的產業化（huà）基地。該（gāi）公司成立20多年來，始終專注鋁（lǚ）合金鑄件的研發與生產，充分發揮省級工程技術中心的優勢，不斷技術創新、工藝創新（xīn），研發生產（chǎn）的產品與國際先進產品媲美，為國內外著名高壓電氣裝備製造商的優質供（gòng）應商，產品遠（yuǎn）銷美（měi）國、德國、瑞士、意大利、日本（běn）、加拿大等10多個國（guó）家，同（tóng）時也為（wéi）國內西電、思源等（děng）20多家企業供貨。該公司還成功研製部分醫療產品並已（yǐ）批量生產。目前，該公司已（yǐ）經成為四甲（jiǎ）鎮金屬新材料產業的支撐企業。
金屬新材料（liào）產業是四（sì）甲鎮工業領域的特色產業，也是支撐型產業。經過多年發（fā）展積累，四甲鎮金屬（shǔ）新材料門（mén）類繁多，包括鋁合（hé）金製品、鎂合金製品、特種鋼絲、特種不鏽鋼製品、特種銅（tóng）材製品（pǐn）等，擁有12家規（guī）上企業。四（sì）甲（jiǎ）鎮的3家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（shàng）工業總量的三分之（zhī）一。
“加快構建金屬新材料企業梯次發展格局，是我們培大扶優金屬新材料企業的關鍵。”黃紅傑（jié）說，目（mù）前，四甲鎮金屬新材料企業體量不大，支撐作用還不明顯。“十四五”期間，四甲鎮將重（chóng）點實（shí）施內培外引，重點培育新江科技、南通愛爾（ěr）思、滬海有色鑄造、金輪特種鋼絲、中興精密、中興創元等企業（yè），引導這些（xiē）企業不斷加大技改投（tóu）入、科技創新、經（jīng）營模（mó）式（shì）創新力度，全力提升發展能級，做大做強、做精做優，力爭形成以10億元級企（qǐ）業為龍頭、5億元級企業（yè）為支撐、億元級企業為基（jī）礎的梯次發展新格局。江蘇中興精密機械有限公（gōng）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（zhì）3月（yuè），該（gāi）公（gōng）司應稅銷售、入（rù）庫稅金分別為7406萬元、651萬元（yuán），同比（bǐ）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家規上工業企業，全（quán）年力爭實現應稅（shuì）銷售突破15億元。
堅持產業鏈招商
今年，海門區有（yǒu）5個產業項目列入省（shěng）級重大項目，其中一個就落地在四甲鎮，為海門（mén）中國航（háng）天裝備新型鈦合（hé）金材料項目。這是上海航天精密機械研究所（suǒ）在四甲鎮投資的第二（èr）個輕合金材料重特大項目。
四甲鎮是上海航天（tiān）精密機械研究所打造的輕合金材料產業基地，鎂合金（jīn）材料項目是基地的第一個（gè）重大項（xiàng）目，於去年5月份成立了（le）新江科技（江蘇）有限公（gōng）司，9月份全麵（miàn）投產。上海航天精密機械研究所隸屬中航科技集團（tuán），擁有60多年輕合金研製的曆程積澱，具備鎂、鋁、鈦等輕合金結構件（jiàn）“材料研發—鑄造成形（xíng）—精密數控加工（gōng）—無損（sǔn）檢測—表麵防護—服役可靠性（xìng）評價”全鏈路核心技術和研發能力，可提供輕（qīng）合金結構件（jiàn）全流程研製的整體解決方案。在特大型鎂合金鑄（zhù）件（jiàn）鑄造、超細長變壁厚鋁合金鑄件（jiàn）鑄造、大型複雜薄壁艙體反重力鑄造和新型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，先後獲得國際鑄造博覽會“鑄造材（cái）料金鼎獎”、“優質鑄件金獎特別獎”、國防科技進步一等獎、省部級科技成果二等（děng）獎等榮譽。
輕合金材料是（shì）四甲鎮金屬新（xīn）材（cái）料中的重點。在鎂合金材料項目實（shí）施中，區（qū）鎮兩級全力服務，確保了該項目（mù）快（kuài）速竣工投產，去年（nián）實現應稅銷售（shòu）5000萬元（yuán），今年有望突破2億元。上海航天精密（mì）機械研究所又將鈦合金項目（mù）布點在四（sì）甲鎮的產（chǎn）業基地。據介紹，鈦合金（jīn）項（xiàng）目主要建設鈦合金精密成型自動化生產（chǎn）線、鈦合金結構件精密加（jiā）工自動化生產線、先進複合材料自動集成生產線和高性能防熱隔熱材料製（zhì）備（bèi）生（shēng）產線等，目前正在（zài）做開工前的（de）籌備工作（zuò）。
“圍繞產業鏈招商，使我們招商引資重心更聚（jù）焦（jiāo）。”四甲鎮黨委副書記、鎮長王洪新說。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（zhuāng）備產業為載體，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（nán）為重點，加大（dà）金屬新（xīn）材料項目招引力度。到目前（qián）為止，四甲鎮在手在談的超億元項目12個，其中重特大項目3個（gè）。總投資2億元的鈹銅合金電子材料研發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（shù）含量高，曾獲（huò）得上（shàng）海市科（kē）技進步一等獎。目前，項目已經注冊成立訊（xùn）連科技公司。
全（quán）力打造營商環境
最近，四甲鎮出台“聚力領航工程”實施方（fāng）案，創新工作模式，打破固有的條線分（fèn）割，成立黨建領航、產業強盛等6個工作專班，整（zhěng）合條線中堅力量，挖掘機關幹部內在潛力，實現四甲鎮機關幹部服務企業、服務項目、服務群眾的能力作風大提升，助力四甲鎮（zhèn）營商環境的大提升。
訊連科技一入駐四甲鎮，就實實在（zài）在感受到這裏的營商環境之好、之優。為（wéi）推動該項目的快（kuài）速落（luò）地，四甲鎮與投資商一起，與省有色金屬（shǔ）協會等機構主動對接，為該項目定性（xìng），最終將其確定為新型（xíng）電子元器件，為該項目（mù）破解了（le）落地瓶頸。投資商十（shí）分感動，表態項目的建設周期為半年，並（bìng）決定在項目建成前，先（xiān）在四甲鎮租賃廠房生產。四甲鎮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稅銷售超億元。最近，投（tóu）資商（shāng）又為四甲鎮（zhèn）介紹了高精度自動化（huà）設備（bèi）研（yán）發製造項目和新型銅（tóng）合金製造項目。
“項目落（luò）得（dé）下、推得快，投產後遇到的問題能夠及（jí）時解決，是投資商（shāng）最看重的營商環境。”黃紅傑說，四甲鎮全力當好企業的（de）金牌“店小二”和星級服務員。該鎮專門成立了由黨政主要領（lǐng）導掛帥的產（chǎn）業強（qiáng）盛（shèng）專班，整合經濟發展、項目建設、科技創（chuàng）新、統（tǒng）計等各條線人員（yuán），構建（jiàn）從項目注冊到項目投產的全方位、全周期、全鏈條項目保障“直通車”。項目落地生產後，主動（dòng）聽取企業訴求，積極作為、靠前服務，幫助解決實際困難，為企業健康快速發展創（chuàng）造（zào）條件。鈦（tài）合金項目作為首季力爭開工（gōng）的（de）項目，四甲鎮按照區委、區政府要（yào）求，超前服務，圍繞產能、能耗、環評的前置條件，赴省有關部門匯報，為項目順利開工創造了條件。
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