Mahdolliset uudet materiaalit tulevaisuudessa

Materiaaliteollisuus on kansantalouden perusteollisuus, ja uudet materiaalit ovat materiaaliteollisuuden kehityksen edelläkävijä. Grafeenia, hiilinanoputkia, amorfisia seoksia, metallivaahtoja, ioninesteitä... 20 uutta materiaalia tuo rajattomat mahdollisuudet materiaaliteollisuuden kehittämiseen.

Tänään tieteellinen ja teknologinen vallankumous kehittyy nopeasti, uudet materiaalit ja tuotteet muuttuvat joka päivä, ja teollisuuden nykyaikaistaminen ja materiaalien korvaaminen kiihtyvät. Uuden materiaaliteknologian integrointi nanoteknologiaan, bioteknologiaan ja tietotekniikkaan, rakenteen ja toiminnan integrointi sekä toiminnallisten materiaalien älykäs suuntaus ovat ilmeisiä.

Tässä artikkelissa valitaan 20 uutta materiaalia tunnettujen tutkimuslaitosten ja yritysten kotimaassa ja ulkomailla tekemän tutkimuksen edistymisen, tieteellisten ja teknologisten mediakatsausten sekä teollisuuden kuuman tutkimuksen perusteella. Seuraavassa on yksityiskohtaiset tiedot asiaankuuluvista materiaaleista (ei erityisessä järjestyksessä).   

1.Grafeeni

Läpimurto: Poikkeuksellinen sähkönjohtavuus, erittäin alhainen vastus ja erittäin nopea elektronien siirtyminen, kymmeniä kertoja terästä vahvempi ja erinomainen valonläpäisevyys.

Kehitys: Vuoden 2010 Nobelin fysiikan palkinto on tehnyt grafeenista erittäin suositun teknologia- ja pääomamarkkinoilla viime vuosina. Seuraavien viiden vuoden aikana grafeenia käytetään optoelektronisissa näytöissä, puolijohteissa, kosketusnäytöissä, elektronisissa laitteissa, energian varastointiakuissa, näytöissä, antureissa, puolijohteissa, ilmailu-, sotilas-, komposiittimateriaaleissa, biolääketieteessä ja muilla aloilla räjähdysmäisen kasvun.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset(yritykset): Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology jne.

2. Aerogeelit

Läpimurto: korkea huokoisuus, alhainen tiheys ja kevyt paino, alhainen lämmönjohtavuus, erinomaiset lämmöneristysominaisuudet. Kehitys: Uusilla materiaaleilla, joilla on suuri potentiaali, on suuri potentiaali energiansäästön ja ympäristönsuojelun, lämmöneristyksen, elektronisten laitteiden ja rakentamisen aloilla.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Forsman Technology, W.R. Grace, Japani Fuji-Silysia Company jne.

3. Hiilinanoputket

Läpimurto:korkea sähkönjohtavuus, korkea lämmönjohtavuus, korkea elastinen moduuli, korkea vetolujuus jne.

Kehitys:elektrodit toiminnallisiin laitteisiin, katalyyttikantoihin, antureihin jne.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Unidym, Inc., Toray Industries, Inc., Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Forsman Technology, Suzhou First Element jne.

4. Fullereenit

Läpimurto: lineaarisilla ja epälineaarisilla optisilla ominaisuuksilla, alkalimetallin fullereenin suprajohtavuudella jne.

Kehitys:Tulevaisuudessa sillä on merkittäviä näkymiä biotieteiden, lääketieteen, astrofysiikan jne. aloilla. Sitä odotetaan käytettävän optoelektronisissa laitteissa, kuten optisissa muuntimissa, signaalin muuntamisessa ja tietojen tallentamisessa.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Michigan State University, Xiamen Funa New Materials, jne.

5. Amorfiset seokset

Läpimurto: korkea lujuus ja sitkeys, erinomainen magneettinen läpäisevyys ja alhainen magneettinen häviö, erinomainen nesteen fluidez.

Kehitys: Korkeataajuuksisissa matalahäviöisissä muuntajissa, siirrettävien päätelaitteiden rakenneosissa jne.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset(yritykset): Liquidmetal Technologies, Inc., Institute of Metals, Chinese Academy of Sciences, BYD Co., Ltd., jne.

6. Vaahtometalli

Läpimurto: Kevyt, alhainen tiheys, korkea huokoisuus ja suuri pinta-ala.

Kehitys: Sillä on sähkönjohtavuus ja se voi korvata sovellusalueet, joilla epäorgaaniset ei-metalliset materiaalit eivät voi johtaa sähköä; Sillä on suuri potentiaali ääneneristyksen ja melun vähentämisen alalla.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Alcan (Alcoa), Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro jne.

7. Ioniset nesteet

Läpimurto:Sillä on korkea lämpöstabiilisuus, laaja nesteen lämpötila-alue, säädettävä happamuus ja emäksisyys, napaisuus, koordinointikyky jne.

Kehitys: Sillä on laajat sovellusmahdollisuudet vihreän kemianteollisuuden alalla sekä biologian ja katalyysin aloilla.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Solvent Innovation, BASF, Lanzhou Institute of Physics, Kiinan tiedeakatemia, Tongjin yliopisto jne.

8. Nanoselluloosa

Läpimurto: hyvä bioyhteensopivuus, vedenpitävä kapasiteetti, laaja pH-stabiilisuusalue; nanoverkon rakenne ja korkeat mekaaniset ominaisuudet jne.

Kehitys: Sillä on hyvät mahdollisuudet biolääketieteessä, tehostamisessa, paperiteollisuudessa, puhdistuksessa, johtavissa ja epäorgaanisissa yhdisteissä elintarvikkeissa ja teollisissa magneettisissa yhdisteissä.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Cellu Force (Kanada), US Forest Service (US Forest Service), Innventia (Ruotsi), jne.

9. Nanodot perovskites

Läpimurto: Nanodot perovskiteilla on jättimäinen magnetoresistanssi, korkea ionijohtavuus, katalyysi hapen evoluutioon ja vähentämiseen jne.

Kehitys:Tulevaisuudessa sillä on suuri potentiaali katalyysin, varastoinnin, antureiden ja valon absorption aloilla.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Apry, AlfaAesar jne.

10. 3D-tulostusmateriaalit

Läpimurto: Muuta perinteisten teollisuudenalojen käsittelymenetelmiä ja voi nopeasti toteuttaa monimutkaisten rakenteiden muodostumisen jne.

Kehitys:Vallankumouksella muovausmenetelmällä on hyvät mahdollisuudet monimutkaisen rakenteen muovauksen ja nopean prosessoinnin alalla.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset(yritykset): Object, 3DSystems, Stratasys, Farsoon jne.

11. Joustava lasi

Läpimurto:Muuta perinteisen lasin jäykkiä ja hauraita ominaisuuksia ja toteuta lasin joustavuuden vallankumouksellinen innovaatio.

Kehitys: Tulevaisuudessa joustavien näyttöjen ja taitettavien laitteiden alalla on hyvät näkymät.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset(yritykset): Corning Corporation, Schott Group jne.

12. Itsekokoavat (itseparantavat) materiaalit

Läpimurto: materiaalimolekyylien itsekokoaminen, itse materiaalin "älykkyyden" ymmärtäminen, edellisen materiaalin valmistelumenetelmän muuttaminen ja itse materiaalin tietyn muodon ja rakenteen spontaani muodostuminen.

Kehitys: Muuta perinteisiä materiaalien valmistelu- ja korjausmenetelmiä, ja niillä on hyvät mahdollisuudet molekyylilaitteiden, pintatekniikan ja nanoteknologian aloilla tulevaisuudessa.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Harvardin yliopisto jne.

13. Hajoavat biomuovit

Läpimurto: Se voi olla luonnostaan hajoava, ja raaka-aineet tulevat uusiutuvista luonnonvaroista, mikä muuttaa perinteisten muovien riippuvuutta fossiilisista luonnonvaroista, kuten öljystä, maakaasusta ja hiilestä, ja vähentää ympäristön saastumista.

Kehitys:Perinteisten muovien korvaaminen tulevaisuudessa tarjoaa suuria mahdollisuuksia.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Natureworks, Basf, Kaneka jne.

14. Titaanihiilikomposiitit

Läpimurto: Korkean lujuuden, alhaisen tiheyden ja erinomaisen korroosionkestävyyden ansiosta sillä on rajoittamattomat mahdollisuudet ilmailu- ja siviilialalla.

Kehitys: Tulevaisuudessa sillä on laaja valikoima mahdollisia sovelluksia kevyissä, lujissa, korroosionkestävissä ja muissa ympäristöissä.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritys): Harbin Institute of Technology jne.

15. Metamateriaalit

Läpimurto: Sillä on fysikaalisia ominaisuuksia, joita perinteisillä materiaaleilla ei ole, kuten negatiivinen läpäisevyys, negatiivinen permissiivisyys jne.

Kehitys: muuttaa perinteistä prosessoinnin käsitettä materiaalien ominaisuuksien mukaan ja suunnitella materiaalien ominaisuudet tarpeiden mukaan tulevaisuudessa, rajoittamaton potentiaali ja vallankumouksellinen.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Boeing, Kymeta, Shenzhen Guangqi Research Institute jne.

16. Ylijohtavat materiaalit

Läpimurto: Ylijohtavassa tilassa materiaalilla on nollavastus, ei virtahäviötä, ja materiaalilla on magneettikentän halkaisija.

Kehitys: Tulevaisuudessa, jos korkean lämpötilan suprajohtavan teknologian läpimurtoja odotetaan, sen odotetaan ratkaisevan ongelmia, kuten voimansiirron häviö, elektronisten laitteiden lämmitys ja vihreä uusi siirto magneettinen jousitustekniikka.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset(yritykset): Sumitomo Japani, Bruker Saksa, Kiinan tiedeakatemia jne.

17. Shape Memory Alloys

Läpimurto: Esimuovauksen jälkeen ulkoisten olosuhteiden pakottamana se voidaan palauttaa alkuperäiseen muotoonsa tiettyjen olosuhteiden jälkeen materiaalin muodonmuutoksen reversibilityn suunnittelun ja soveltamisen toteuttamiseksi.

Kehitys: valtava potentiaali avaruusteknologiassa, lääketieteellisissä laitteissa, mekaanisissa ja elektronisissa laitteissa ja muilla aloilla.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Uusia materiaaleja ja niin edelleen.

18. Magnetostriktiiviset materiaalit

Läpimurto: Magneettikentän vaikutuksesta se voi tuottaa venymän tai puristuksen ominaisuuksia ja toteuttaa materiaalin muodonmuutoksen ja magneettikentän vuorovaikutuksen.

Kehitys: Sitä käytetään laajalti älykkäiden rakennelaitteiden, iskunvaimennuslaitteiden, anturirakenteiden, tarkkuusmoottoreiden jne. aloilla, ja sen suorituskyky on joissakin olosuhteissa parempi kuin pietsosähkökeramiikka.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): American ETREMA Company, British Rare Earth Products Company, Japani Sumitomo Light Metal Company jne.

19. Magneettiset (elektro)nestemäiset materiaalit

Läpimurto:Nestemäisessä tilassa sillä on sekä kiinteiden magneettisten materiaalien magneettiset ominaisuudet että nesteiden fluidez, ja sillä on ominaisuuksia ja sovelluksia, joita perinteisillä magneettisilla irtomateriaaleilla ei ole.

Kehitys: Käytetään magneettisessa tiivistyksessä, magneettisessa jäähdytyksessä, magneettisessa lämpöpumpussa ja muissa kentissä, muuttamalla perinteistä tiivistysjäähdytystä ja muita menetelmiä.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): ATA Applied Technology Corporation of the United States, Panasonic of Japan jne.

20. Smart Polymer Gels

Läpimurto: Se voi havaita muutoksia ympäröivässä ympäristössä ja reagoida biologisesti samankaltaisilla vasteominaisuuksilla.

Kehitys:Älykkäiden polymeerieelien laajennus-supistumissykliä voidaan käyttää kemiallisiin venttiileihin, adsorptioerotukseen, antureihin ja muistimateriaaleihin; syklin tuottamaa tehoa käytetään "kemiallisten moottoreiden" suunnitteluun; Verkkoverkon hallittavuus soveltuu älykkäisiin lääkevapautusjärjestelmiin Odota.

Tärkeimmät tutkimuslaitokset (yritykset): Amerikan ja Japanin yliopistot.