從2017年行業熱點研究梳理出20大新材料（上）

　　材料工業是國民經濟的基礎產業，尤其新興材料，將會給工業帶來革命性的變革。新材料是材料工業發展的先導，是重要的戰略性新興產業。21世紀的今天，科技革命迅猛發展，新材料產業升級、材料更新換代步伐加快。

　　在此背景下，綜合國內外知名研究機構和公司研究進展、科技媒體評論以及行業熱點研究梳理出20大新材料。

　　量子金屬

　　突破性：由俄羅斯遠東聯邦大學、俄羅斯科學院遠東分院的科學家與日本東京大學的同行組成的國際研究團隊合成了世界上首例量子金屬。二維系統在轉變為絕緣體或超導體的同時，仍可保持正常的金屬態。這種不尋常的狀態就被稱為量子金屬或玻色金屬。研究表明，這種新材料具有以多晶硅為襯底的雙層鉈原子結構，當溫度低于零下272℃時，變為超導材料。通過觀察這種非正常的物質狀態，科學家有望對二維電子系統（二維金屬）溫度接近絕對零度時的行為（是否仍然是金屬態以及是否會傳導電流）一探究竟。

　　發展趨勢：超低溫導電性、正常金屬存在于兩個維度狀態的可能性研究。

　　研究機構：俄羅斯遠東聯邦大學、日本東京大學。

　　超固體

　　突破性：超固體(Supersolid)同時具備固體與流體特征，是一種空間有序(比如固體或晶體)的材料，但同時還具有超流動性。當量子流體，比如He-4冷卻到某特征溫度以下時，He-4將經歷超流轉變，進入一個零黏性的態。這個轉變被認為與發生玻色-愛因斯坦凝聚有關。

　　發展趨勢：在超固態，空位將成為相干的實體，可以在剩下的固體內不受阻礙地移動，就像超流一樣。而玻色愛因斯坦凝聚體是一種出現在超冷溫度下的奇異物態，在如此低的溫度下原子的量子特性變得極其明顯，展現出明顯的波動性。

　　主要研究機構（公司）：賓夕法尼亞州立大學、瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）、美國麻省理工學院（MIT）等。

　　超高溫陶瓷

　　突破性：超高溫陶瓷通常是指能在2000℃以上有氧氣氣氛燈苛刻環境條件下仍然照常使用的最耐熱的高級陶瓷，主要是IVB、VB族過渡金屬的硼化物、碳化物及其復合材料。目前，超高溫陶瓷在溫度達到1600℃時仍具有較好的抗氧化性。

　　發展趨勢：航空航天領域、軍工武器領域。超高溫陶瓷材料主要用于高超音速導彈、航天飛機等飛行器的熱防護系統如翼前緣、端頭冒以及發動機的熱端，是難熔金屬的最佳替代者，時超高溫領域最有前途的材料。

　　主要研究機構（公司）：美國SandiaNationalLabs、英國倫敦帝國理工學院、航天703所、中材山東工陶院、中科院金屬所、中科院上硅所、哈工大、西工大等。

　　過渡金屬硫化物

　　突破性：過渡金屬硫化物（TMDC）低成本、具有簡單二維結構，是可比肩石墨烯的超級創新材料。過渡金屬硫化物通常由鉬或鎢形成，例如硒或者碲與硫元素構成。它們具有相當簡單的二維結構。由于其相對成本較低，并且更易于制成非常薄而穩定的圖層，同時具有半導體特性，因此過渡金屬硫化物（TMDC）也成為光電子學領域的理想材料。

　　發展趨勢：數字電子領域。如果電子和真空洞被從一個外部環路注入過渡金屬硫化物，當它們相遇時就會再次組合然后釋放光子。這種光電相互轉化的能力使得過渡金屬硫化物有望被用于利用光傳輸信息、用作微小的低功率光源，甚至激光。

　　主要研究機構（公司）：中國科學技術大學、北京航空航天大學、中國石油大學、中國石油天然氣集團公司催化重點實驗室等。

　　微格金屬

　　突破性：超輕，99.99%部分都是空氣，表觀密度為0.9g/cm3，是一種合成的多孔極輕3D開放式蜂窩聚合物結構金屬材料，具有聲學、振動和沖擊能量抑制，非常堅硬，壓縮50%張力之后能夠完全恢復，具有超級高能量吸收能力。

　　發展趨勢：電池電極、催化劑載體，未來航空飛行器制造，微格金屬材料可以確保美國宇航局降低深太空探索航天器40%質量，這對于未來旅行至火星和其它星球至關重要。

　　主要研究機構（公司）：Boeing

　　錫烯

　　突破性：單層錫原子構成的厚度小于0.4納米的二維晶體——錫烯，可在常溫下達到100％導電率的超級材料，其導電性只存在于材料的邊緣或表面，而不是內部。當拓撲絕緣體只有一層原子厚的時候，它的邊緣導電性就會達到完美的100％。遠勝近年來熱議的石墨烯，可實現室溫下無能量損耗的電子輸運。

　　發展趨勢：更高集成度的電子學器件應用方面具有重要的意義。

　　主要研究機構（公司）：美國能源部SLAC國家加速實驗室、斯坦福大學，德國維爾茨堡大學，上海交通大學，清華大學。

　　新型透明導電材料

　　突破性：美國賓州州立大學研究人員選擇了一種電子間相互作用大于其動能的材料，由于電子強關聯作用，電子能“感覺”到彼此，從而使其性質類似于“液體”，而不是沒有相互作用的“氣體”。這種電子“液體”仍然非常導電，但是可見光波段的反射卻大大降低，從而提高了透明度。

　　發展趨勢：在光學透明性、導電性和易于制造上有望替代傳統的透明導電材料——銦錫氧化物ITO，將被廣泛應用于智能手機觸摸屏、平板顯示器等顯示領域。

　　主要研究機構（公司）：美國賓州州立大學、無錫力合光電傳感技術有限公司等。

　　第三代半導體

　　突破性：碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、氮化鋁等寬緊帶半導體材料。具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場，高的熱導率，高的發光效率，高的電子飽和速率及高的抗輻射能力。更適用于制作高溫高頻、抗輻射及大功率器件。

　　發展趨勢：更高集成度的電子器件，光電子器件、電力電子器件，藍光LED，OLED，照明、新能源汽車、導彈、衛星等。

　　主要研究機構（公司）：羅姆、三菱電機、松下電器，Cree、Bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic，日本的Nippon、Sixon，芬蘭的Okmetic，德國的SiCrystal，TDI、Kyma、ATMI、Cree，日亞(Nichia)、Matsushita、索尼(Sony)、東芝(Toshiba)。

　　金屬氫

　　突破性：金屬氫是液態或固態氫在上百萬大氣壓的高壓下變成的導電體。導電性類似于金屬，故稱金屬氫。金屬氫是一種高密度、高儲能材料，之前的預測中表明，金屬氫是一種室溫超導體。金屬氫內儲藏著巨大的能量，比普通TNT炸藥大30─40倍。

　　發展趨勢：能量密度最高的化學燃料料（如：火箭燃料），航天級新概念武器，發電儲能材料，可能為常溫超導體，新火藥，潛在的聚變應用價值。

　　主要研究機構（公司）：哈佛大學，愛丁堡大學。

　　高熵合金

　　突破性：高熵合金由多種含量相近的主元混合而成，由于主元數增多，混合熵增加，混產生獨特的高熵效應，并抑制金屬間化合物和其他有序相的生成。元素間不同的尺寸和結合力，導致了合金具有晶格畸變和緩慢擴散效應，保證了合金強硬；凝固過程中保留的大量缺陷和能量，使得鑄態的合金即保留了很大的殘余能量，有利于孿晶等的發生，變現出一系列優異的和特殊的力學行為；多種主元，保證了合金的鈍化層復雜，耐腐蝕性能優越，等等。高熵合金在機械性能、耐腐蝕、耐磨損、磁學性能、抗輻照、低溫性能等方面都很優異。

　　發展趨勢：工業制造，航空航天，電子電器等領域。

　　主要研究機構（公司）：北卡羅萊納州立大學，卡塔爾大學，浙江大學，北京科技大學。

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