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50 neue Materialien, die die Zukunft der Industrie prägen werden!

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Was sind neue Materialien?

Neue Materialien, die auch als fortschrittliche Materialien bezeichnet werden, beziehen sich auf kürzlich entwickelte oder in der Entwicklung befindliche Materialien, die im Vergleich zu herkömmlichen Materialien eine bessere Leistung aufweisen.

Es handelt sich dabei um neu entwickelte oder in der Forschung befindliche Materialien, die außergewöhnliche Fähigkeiten aufweisen und herkömmliche Materialien übertreffen.

Die Technologie neuer Materialien wird im Einklang mit den menschlichen Absichten durch eine Reihe von Forschungsprozessen entwickelt, darunter physikalische Forschung, Materialdesign, Verarbeitung und experimentelle Bewertung, die alle darauf abzielen, innovative Materialien zu schaffen, die einer Vielzahl von Bedürfnissen gerecht werden.

Die Essenz der neuen Materialien

  1. Die Anwendung neuer Konzepte, Methoden und Technologien zur Synthese oder Herstellung von Materialien mit hoher Leistung oder besonderen Funktionen. So stellt beispielsweise die Kohlenstofffaser ein völlig neues Konzept für neue Werkstoffe dar, die durch ein spezielles Karbonisierungsverfahren unter Verwendung von Polyacrylnitril-Vorläuferfasern hergestellt werden.
  2. Die Neuentwicklung herkömmlicher Werkstoffe zur deutlichen Verbesserung und Steigerung ihrer Leistung, z. B. durch Nanomodifizierung und Modifizierung mit seltenen Erden. Die Modifizierung von technischen Kunststoffen ist derzeit ein aktiver Bereich, in dem es immer mehr Varianten gibt und die Leistung ständig verbessert wird.

Strategische Positionierung von neuen Materialien

Dazu gehören die funktionale Positionierung, die richtungsweisende Positionierung, die technische Positionierung und die Marktpositionierung:

  1. Funktionelle Positionierung: Ein grundlegender und strategischer Industriezweig, der die Basis und den Vorläufer der modernen Hochtechnologie und Industrie bildet. Durchbrüche bei den Werkstoffen könnten möglicherweise neue industrielle Revolutionen auslösen.
  2. Direktionale Positionierung: Sie konzentriert sich auf die Entwicklung der Volkswirtschaft und die wichtigsten technischen Erfordernisse und fördert Materialien in Schlüsselbereichen wie neue Energie, Informationstechnologie der nächsten Generation, Biomaterialien, Luft- und Raumfahrt, neue Energiefahrzeuge, modernes Verkehrswesen und energiesparender Umweltschutz. Dazu gehören neue Funktionswerkstoffe, Hochleistungsstrukturwerkstoffe und hochmoderne Basismaterialien. Neue Funktionswerkstoffe:
    Funktionsmaterialien für Seltene Erden, neue Membranmaterialien, keramische Funktionsmaterialien, Halbleiter-Beleuchtungsmaterialien und neue funktionelle Polymermaterialien. Leistungsstarke Strukturmaterialien:
    Hochwertiger Spezialstahl, neue Legierungen, neue technische Kunststoffe und Hochleistungsverbundwerkstoffe (z. B. Kohlefaserverbundwerkstoffe). Hochmoderne Grundstoffe:
    Nanomaterialien, supraleitende Materialien und intelligente Materialien.
  3. Technische Positionierung: Entwicklung von Schlüsselmaterialien und -technologien mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum, um die Fähigkeit zur Selbstinnovation zu verbessern und ein wissenschaftliches und technologisches Innovationssystem und eine industrielle Größenordnung für die Entwicklung der chinesischen Industrie für neue Materialien zu schaffen.
  4. Marktpositionierung: In erster Linie Erfüllung der wichtigsten Bedürfnisse der nationalen Wirtschaft und des nationalen Verteidigungsbaus. Ausrichtung auf den High-End-Markt der internationalen Hochtechnologie, gekennzeichnet durch hohen technischen Gehalt, hohen Mehrwert und hohe Kosteneffizienz.

Arten von neuen Materialien

(1) Neue Verbundwerkstoffe

Die Verwendung von neuen Verbundwerkstoffen geht auf die Antike zurück. Historische Beispiele sind strohbewehrter Ton und der jahrhundertealte stahlbewehrte Beton, die beide aus zwei verschiedenen Materialien bestehen. In den 1940er Jahren wurden aufgrund der Bedürfnisse der Luftfahrtindustrie glasfaserverstärkte Kunststoffe (allgemein bekannt als Glasfaser) entwickelt, was den Beginn der Verbundwerkstoffe markierte. Seit den 1950er Jahren wurden hochfeste und hochmodulige Fasern wie Kohlenstoff-, Graphit- und Bor-Fasern entwickelt. In den 1970er Jahren kamen Aramid- und Siliziumkarbidfasern auf.

Diese hochfesten Fasern mit hohem Modul können mit nicht-metallischen Matrizen wie Kunstharzen, Kohlenstoff, Graphit, Keramik, Gummi oder metallischen Matrizen wie Aluminium und Magnesium kombiniert werden, Titan um einzigartige Verbundwerkstoffe zu bilden. Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht, die für ihre außergewöhnliche Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Stoffen und Alterung bekannt sind, zeichnen sich auch durch Hochfrequenz-Sonarübertragung und Korrosionsbeständigkeit gegenüber Meerwasser aus.

Diese Fasern werden in Hochfrequenz-Sonarverkleidungen für Marineschiffe eingesetzt, um die Minensuch- und -räumfähigkeiten zu verbessern. Neben den militärischen Anwendungen haben sie auch im Automobilbau, im Schiffsbau, in medizinischen Geräten und in Sportgeräten ein großes Potenzial. Ihre Einführung hat in den Industrieländern große Aufmerksamkeit und Bedeutung erlangt.

(2) Supraleitende Materialien

Einige Materialien weisen bei einer bestimmten kritischen Temperatur einen elektrischen Widerstand von Null auf, ein Phänomen, das als Supraleitung bekannt ist. Ein weiteres Merkmal von Supraleitern ist ihr Diamagnetismus - die Unfähigkeit von Magnetfeldlinien, einen Supraleiter zu durchdringen, wenn er widerstandslos wird. Der elektrische Widerstand von gewöhnlichen Metallen wie Kupfer nimmt beispielsweise mit der Temperatur ab und erreicht einen bestimmten Wert nahe 0 K.

Im Jahr 1919 entdeckte die niederländische Wissenschaftlerin Heike Kamerlingh Onnes, dass der Widerstand von Quecksilber bei 4,2 K (-269 °C) vollständig verschwindet, und bewies damit Supraleitung und Diamagnetismus. Die kritische Temperatur (TC), bei der der Widerstand eines Supraleiters null wird, ist ein Schlüsselmerkmal. Die Forschung an supraleitenden Materialien konzentriert sich auf die Überwindung der "Temperaturbarriere", um Hochtemperatursupraleiter zu finden.

Praktische Supraleiter wie NbTi und Nb3Sn wurden kommerzialisiert und finden Anwendung in der Kernspintomographie (NMRI), in supraleitenden Magneten und in großen Beschleunigermagneten. SQUIDs als Beispiele für Supraleiter in schwachen elektrischen Anwendungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Erkennung schwacher elektromagnetischer Signale, die in ihrer Empfindlichkeit von keinem nicht-supraleitenden Gerät übertroffen werden.

Die niedrigen kritischen Temperaturen herkömmlicher Supraleiter, die komplexe und teure Systeme mit flüssigem Helium (4,2 K) erfordern, haben ihre Anwendungen jedoch erheblich eingeschränkt. Das Aufkommen von Hochtemperatur-Oxidsupraleitern durchbrach diese Temperaturbarriere und hob die anwendbare Temperatur von flüssigem Helium (4,2 K) auf flüssigen Stickstoff (77 K) an. Flüssiger Stickstoff ist ein wirtschaftlicheres Kühlmittel mit einer höheren Wärmekapazität als flüssiges Helium, was die technischen Anwendungen erheblich erleichtert.

Hochtemperatur-Supraleiter haben auch beträchtliche magnetische Fähigkeiten und können Magnetfelder von über 20 Tonnen erzeugen. Zu den Anwendungen supraleitender Materialien gehören Stromerzeugung, -übertragung und -speicherung. Supraleitende Generatoren mit Spulenmagneten können die magnetische Feldstärke auf 50.000-60.000 Gauß erhöhen, und das fast ohne Energieverlust, was die Kapazität einer einzelnen Einheit um das 5-10-fache und den Wirkungsgrad um 50% im Vergleich zu herkömmlichen Generatoren verbessert.

Supraleitende Übertragungsleitungen und Transformatoren können Strom mit minimalen Verlusten an die Verbraucher übertragen. So gehen in China etwa 15% elektrischer Energie in Kupfer- oder Aluminiumleitungen verloren, was mehr als 100 Mrd. kWh pro Jahr entspricht. Durch die Umstellung auf supraleitende Übertragung könnte so viel Strom eingespart werden, dass Dutzende von großen Kraftwerken überflüssig würden.

Supraleitende Magnetschwebebahnen nutzen die diamagnetische Eigenschaft von Supraleitern, die Magnetfeldlinien abstoßen, so dass der Supraleiter über einem Permanentmagneten oder Magnetfeld schweben kann. Dieser Magnetschwebeeffekt wird in Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnen genutzt, wie z. B. in der Bahn am internationalen Flughafen Shanghai Pudong. In supraleitenden Computern ermöglicht der nahezu Null-Widerstand supraleitender Materialien dicht gepackte Schaltkreise auf integrierten Chips ohne Überhitzung, was die Rechengeschwindigkeit erheblich steigert.

(3) Energie-Materialien

Zu den Energiematerialien gehören Solarzellenmaterialien, Wasserstoffspeichermaterialien und Materialien für Festoxidbrennstoffzellen. Bei Solarzellen, einem neuen Energieträger, gibt es Fortschritte wie die mehrschichtigen Verbundstoffsolarzellen von IBM mit einem Wirkungsgrad von bis zu 40%. Wasserstoff, eine umweltfreundliche und effiziente Energiequelle, steht vor großen Herausforderungen bei der Lagerung und dem Transport. Etwa 50% der vom US-Energieministerium für die Wasserstoffforschung bereitgestellten Mittel sind für die Wasserstoffspeichertechnologie bestimmt.

Wasserstoff kann Materialien korrodieren, was zu Versprödung und Leckagen führt, und stellt beim Transport ein Explosionsrisiko dar. Wasserstoffspeichermaterialien können mit Wasserstoff Hydride bilden, die bei Erwärmung Wasserstoff freisetzen und nach Erschöpfung wieder aufladen. Derzeitige Wasserstoffspeichermaterialien sind hauptsächlich Metallverbindungen wie LaNi5H und Ti1.2Mn1.6H3. Die Forschung zu Festoxid-Brennstoffzellen ist aktiv und konzentriert sich auf Materialien wie Festelektrolytmembranen, Zellkathodenmaterialien und organische Protonenaustauschmembranen für Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen.

(4) Intelligente Materialien

Intelligente Werkstoffe sind die vierte Generation von Werkstoffen nach natürlichen, synthetischen Polymeren und künstlich hergestellten Materialien. Sie sind eine wichtige Richtung in der modernen High-Tech-Entwicklung neuer Materialien. Auf internationaler Ebene wurden zahlreiche technische Durchbrüche bei intelligenten Materialien erzielt. So hat beispielsweise das britische Unternehmen BAE Systems Drahtsensoren entwickelt, mit denen sich Dehnungen und Temperaturen an der Außenhaut von Flugzeugen messen lassen.

Das Vereinigte Königreich hat auch eine schnell reagierende Formgedächtnislegierung mit einer Lebensdauer von einer Million Zyklen und einer hohen Ausgangsleistung entwickelt, die in Bremsen mit einer Reaktionszeit von nur 10 Minuten zum Einsatz kommt. Formgedächtnislegierungen wurden bereits erfolgreich in Satellitenantennen, in der Medizin und in anderen Bereichen eingesetzt. Zu den anderen intelligenten Materialien gehören piezoelektrische Materialien, magnetostriktive Materialien, leitfähige Polymere, elektrorheologische Flüssigkeiten und magnetorheologische Flüssigkeiten, die als Antriebskomponenten in verschiedenen Anwendungen dienen.

(5) Magnetische Materialien

Magnetische Werkstoffe werden in weich- und hartmagnetische (permanentmagnetische) Werkstoffe eingeteilt.

(1) Weichmagnetische Materialien

Weichmagnetische Werkstoffe sind leicht magnetisierbar und entmagnetisierbar und verlieren ihren Magnetismus, wenn das Magnetfeld entfernt wird. Sie zeichnen sich durch eine hohe magnetische Permeabilität (μ=B/H) aus und lassen sich in Magnetfeldern leicht bis zu einer hohen Stärke magnetisieren, behalten aber wenig Restmagnetismus, wenn das Feld entfernt wird.

Diese Werkstoffe sind in der Elektronik weit verbreitet, insbesondere bei Hochfrequenzanwendungen wie Magnetkernen, Köpfen und Speicherkernen, und in der Elektrotechnik für Transformatoren und Relaisschalter. Zu den gängigen weichmagnetischen Werkstoffen gehören Eisen-Silizium-Legierungen, Eisen-Nickel-Legierungen und amorphe Metalle. Die Fe-(3%-4%)Si-Legierung, das am häufigsten verwendete weichmagnetische Material, wird in Niederfrequenztransformatoren, Motoren und Generatoren verwendet.

Eisen-Nickel-Legierungen wie Permalloy (79%Ni-21) bieten eine höhere magnetische Permeabilität und geringere Verluste als Eisen-Silizium-Legierungen und werden in der Telekommunikation, in Computern und in Steuerungssystemen eingesetzt. Amorphe Metalle, die sich von typischen Metallen durch ihre nichtkristalline Struktur unterscheiden, bestehen aus Fe, Co, Ni und Metalloiden wie B, Si.

Amorphe Metalle, die durch schnelles Abkühlen von geschmolzenem Metall hergestellt werden, um eine nichtkristalline Atomstruktur zu erhalten, weisen hervorragende magnetische Eigenschaften auf und werden in energieeffizienten Transformatoren, magnetischen Sensoren, Aufzeichnungsköpfen und vielem mehr verwendet. Einige amorphe Metalle weisen auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und gute Zähigkeit auf.

(2) Permanentmagnetische Werkstoffe (Hartmagnetische Werkstoffe)

Dauermagnetische Werkstoffe behalten ihren Magnetismus nach der Magnetisierung bei, auch wenn das äußere Magnetfeld entfernt wird. Sie zeichnen sich durch einen hohen Restmagnetismus und eine hohe Koerzitivfeldstärke aus und eignen sich daher für Dauermagnete, die in Kompassen, Instrumenten, Mikromotoren, Elektromotoren, Aufzeichnungsgeräten, Telefonen, medizinischen Anwendungen und vielem mehr eingesetzt werden. Zu den dauermagnetischen Werkstoffen gehören Ferrite und metallische Dauermagnete.

Ferrite, die aufgrund ihres großen Volumens, ihrer breiten Anwendung und ihrer niedrigen Kosten weit verbreitet sind, haben mäßige magnetische Eigenschaften und eignen sich für allgemeine Dauermagnetanwendungen. Metallische Dauermagnete begannen mit kohlenstoffreicher Stahl sondern entwickelten sich zu leistungsfähigeren Werkstoffen wie Al-Ni-Co und Fe-Cr-Co-Legierungen; Seltenerdmagnete, wie die früheren Seltenerd-Kobalt-Legierungen (hauptsächlich SmCo5 und Sm2Co17, die pulvermetallurgisch hergestellt werden) und die weit verbreiteten Niob-Eisen-Bor-Magnete (Nb-Fe-B). Nb-Fe-B-Magnete bieten nicht nur eine überragende Leistung, sondern kommen auch ohne das knappe Element Kobalt aus. Sie haben sich schnell zum Vertreter der Hochleistungs-Dauermagnete entwickelt, die in Hochleistungslautsprechern, elektronischen Wasserzählern, kernmagnetischen Resonanzgeräten, Mikromotoren, Autoanlassern und vielem mehr eingesetzt werden.

(6) Nanomaterialien

Bei der Nanotechnologie handelt es sich um ein integriertes System, das Spitzentechnologie und Wissenschaft miteinander verbindet. Im Wesentlichen geht es darum, die Natur im Nanomaßstab zu verstehen und zu verändern, indem Atome und Moleküle direkt manipuliert und angeordnet werden, um neue Materialien zu schaffen. Die Nanotechnologie umfasst sieben Bereiche: Nanosystemphysik, Nanochemie, Nanomaterialien, Nanobiologie, Nanoelektronik, Nanofabrikation und Nanomechanik.

Bei den in den 1980er Jahren benannten Nanomaterialien handelt es sich um feste Materialien, die aus Nanopartikeln mit einer Größe von höchstens 100 Nanometern bestehen. Die Herstellung und Synthese von Nanomaterialien stehen nach wie vor im Mittelpunkt der Forschung, und obwohl bei der Probensynthese einige Fortschritte erzielt wurden, ist die Herstellung von Massenproben in großem Maßstab nach wie vor eine Herausforderung, so dass die Untersuchung der Herstellung von Nanomaterialien für ihre Anwendung entscheidend ist.

Top 20 Neue Materialien

Die Werkstoffindustrie ist die Basisindustrie der Volkswirtschaft, und neue Werkstoffe sind die Vorläufer der Entwicklung der Werkstoffindustrie.

Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhren, amorphe Legierungen, geschäumte Metalle, ionische Flüssigkeiten ... 20 neue Materialien bieten unbegrenzte Möglichkeiten für die Entwicklung der Werkstoffindustrie.

Heutzutage entwickelt sich die wissenschaftliche und technologische Revolution rasant, neue materielle Produkte ändern sich mit jedem Tag, und das Tempo der industriellen Modernisierung und des Materialersatzes beschleunigt sich.

Die neue Werkstofftechnologie ist mit der Nanotechnologie, der Biotechnologie und der Informationstechnologie verknüpft.

Strukturelle und funktionale Integration und funktionale Materialien werden immer intelligenter.

Die kohlenstoffarmen, umweltfreundlichen und recycelbaren Eigenschaften der Materialien haben viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

Auf der Grundlage des Forschungsfortschritts namhafter in- und ausländischer Forschungseinrichtungen und Unternehmen, wissenschaftlicher und technologischer Medienberichte sowie der Recherche von Hotspots der Branche wurden in diesem Artikel 20 neue Materialien ausgewählt.

Nachfolgend finden Sie detaillierte Informationen zu den relevanten Materialien (in keiner bestimmten Reihenfolge).

1. Graphen

Graphen

Der Durchbruch:

Außergewöhnliche elektrische Leitfähigkeit, extrem niedriger spezifischer Widerstand, extrem niedrige und extrem schnelle Elektronenwanderungsgeschwindigkeit, zehnfache Festigkeit und hervorragende Lichtdurchlässigkeit gegenüber Stahl.

Development Trend:

Der Nobelpreis für Physik 2010 hat Graphen in den letzten Jahren zu einem heißen Thema auf den Technologie- und Kapitalmärkten gemacht.

In den nächsten fünf Jahren wird die Verwendung von Graphen in den Bereichen photoelektrische Displays, Halbleiter, Touchscreens, elektronische Geräte, Energiespeicher, Displays, Sensoren, Halbleiter, Luft- und Raumfahrt, Militär, Verbundwerkstoffe und Biomedizin explosionsartig zunehmen.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology, usw.

2. Aerogel

Aerogel

Der Durchbruch:

Hohe Porosität, geringe Dichte, geringes Gewicht, niedrige Wärmeleitfähigkeit, hervorragende Wärmedämmeigenschaften.

Entwicklungstrend:

Neue Materialien mit großem Potenzial.

Sie haben ein großes Potenzial in den Bereichen Energieeinsparung und Umweltschutz, Wärmedämmung in Elektrogeräten und im Bauwesen.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Fosman Technology, W.R. Grace, Fuji-Silysia, Japan, usw.

3. Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Der Durchbruch:

Hohe elektrische Leitfähigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, hoher Elastizitätsmodul, hohe Zugfestigkeit, usw.

Entwicklungstrend:

Elektroden für funktionelle Geräte, Katalysatorträger, Sensoren usw.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Unidym, Inc., Toray Industries, Inc., Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co, Ltd. , Forsman Technology, Suzhou First Element, usw.

4. Fulleren

Fulleren

Der Durchbruch:

Mit linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften, Alkalimetall-Fulleren-Supraleitfähigkeit usw.

Entwicklungstrend:

Die Zukunft hat wichtige Aussichten in den Bereichen Biowissenschaften, Medizin, Astrophysik usw., und es wird erwartet, dass sie in fotoelektrischen Geräten wie optischen Wandlern, Signalumwandlungen und Datenspeicherung eingesetzt werden.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Michigan State University, Xiamen Funa New Materials, usw.

5. Amorphe Legierung

Amorphe Legierung

Der Durchbruch:

Hohe Festigkeit und Zähigkeit, ausgezeichnete magnetische Permeabilität und geringer magnetischer Verlust sowie ausgezeichneter Flüssigkeitsfluss.

Development Trend:

Kann in Hochfrequenztransformatoren mit geringem Verlust, Strukturteilen von mobilen Endgeräten usw. verwendet werden.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Liquidmetal Technologies, Inc, Institut für Metallforschung, Chinesische Akademie der Wissenschaften, BYD, usw.

6. Metallschaum

Metallschaum

Der Durchbruch:

Geringes Gewicht, geringe Dichte, hohe Porosität und große spezifische Oberfläche.

Development Trend:

Es ist leitfähig und kann Anwendungsbereiche ersetzen, in denen anorganische nichtmetallische Werkstoffe kann keinen Strom leiten.

Es hat ein großes Potenzial im Bereich der Schalldämmung und Lärmminderung.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Alcan (Aluminum Association, USA), Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro, usw.

7. Ionische Flüssigkeit

Ionische Flüssigkeit

Der Durchbruch:

Mit hoher thermischer Stabilität, breitem Temperaturbereich für Flüssigkeiten, einstellbarer Säure und Lauge, Polarität, Koordinationsfähigkeit usw.

Entwicklungstrend:

Es bietet breite Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der grünen chemischen Industrie sowie in der Biologie und Katalyse.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Solvent Innovation, BASF, Lanzhou Institute of Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Tongji-Universität, usw.

8. Nanocellulose

Nanocellulose

Der Durchbruch:

Es hat eine gute Biokompatibilität, ein gutes Wasserhaltevermögen und eine breite Palette an pH-Stabilität.

Außerdem hat es eine Nanonetzstruktur und hohe mechanische Eigenschaften.

Development Trend:

Es hat große Aussichten in der Biomedizin, als Verstärker, in der Papierindustrie, bei der Reinigung, in leitfähigen und anorganischen Verbindungen, in Lebensmitteln und in industriellen magnetischen Verbindungen.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Cellu Force (Kanada), US Forest Service, Innventia (Schweden), usw.

9. Namometer Perokakit

Namometer Perokakit

Der Durchbruch:

Namometer-Perokakit hat eine enorme Magnetresistenz, eine hohe Ionenleitfähigkeit und spielt eine katalytische Rolle bei der Ausfällung und Reduktion von Sauerstoff.

Development Trend:

Es wird in Zukunft ein großes Potenzial in den Bereichen Katalyse, Speicherung, Sensoren und Lichtabsorption haben.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Epry, AlfaAesar, usw.

10. 3D Printing Materialien

3D-Druck-Materialien

Der Durchbruch:

Durch eine Änderung der traditionellen industriellen Verarbeitungsmethoden kann die Bildung komplexer Strukturen schnell erreicht werden.

Entwicklungstrend:

Die revolutionäre Formgebungsmethode hat große Aussichten auf dem Gebiet der Formgebung komplexer Strukturen und der schnellen Verarbeitung von Formen.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Object, 3DSystems, Stratasys, Huashu Hi-Tech, usw.

11. Flexibles Glas

Flexibles Glas

Der Durchbruch:

Es verändert die starren und zerbrechlichen Eigenschaften des traditionellen Glases und verwirklicht die revolutionäre Innovation der Glasflexibilität.

Entwicklungstrend:

Die Aussichten für zukünftige flexible Displays und faltbare Geräte sind enorm.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Corning, Deutschland SCHOTT, usw.

12. Selbst-assemblierende (selbst-reparierende) Materialien

Selbst-assemblierende (selbst-reparierende) Materialien

Der Durchbruch:

Die Selbstorganisation von Materialmolekülen wird die "Intelligenz" des Materials selbst verwirklichen.

Änderung der bisherigen Methode der Materialvorbereitung, damit das Material spontan eine bestimmte Form und Struktur annehmen kann.

Entwicklungstrend:

Die Änderung traditioneller Methoden der Materialvorbereitung und -reparatur bietet große Chancen im Bereich der molekularen Geräte, Oberflächentechnik und Nanotechnologie.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Harvard Universität, etc.

13. Biologisch abbaubare Kunststoffe

Biologisch abbaubare Kunststoffe

Der Durchbruch:

Kunststoffe können auf natürliche Weise abgebaut werden, und die Rohstoffe stammen aus erneuerbaren Ressourcen, wodurch sich die Abhängigkeit herkömmlicher Kunststoffe von fossilen Ressourcen wie Erdöl, Erdgas und Kohle ändert und auch die Umweltverschmutzung verringert wird.

Entwicklungstrend:

Es wird in Zukunft die traditionellen Kunststoffe ersetzen und hat große Perspektiven.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Natureworks, Basf, Kaneka, usw.

14. Titan-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe

Titan-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe

Der Durchbruch:

Diese Art von Materialien hat eine hohe Festigkeit, eine geringe Dichte und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.

Und auch in der Luftfahrt und im zivilen Bereich gibt es unbegrenzte Perspektiven.

Entwicklungstrend:

In Zukunft werden die Werkstoffe ein breites Spektrum an potenziellen Anwendungen haben, die sich durch geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Harbin Institut für Technologie.

15. Metamaterialien

Metamaterialien

Der Durchbruch:

Es hat physikalische Eigenschaften, die herkömmliche Materialien nicht haben, wie etwa eine negative Permeabilität und eine negative Permittivität.

Entwicklungstrend:

Sie hat das traditionelle Konzept der Verarbeitung nach der Art des Materials verändert.

In Zukunft können die Eigenschaften von Materialien je nach Bedarf gestaltet werden, und das Potenzial wird unendlich und revolutionär sein.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Boeing, Kymeta, Shenzhen Guangqi Research Institute, usw.

16. Supraleitendes Material

Supraleitendes Material

Der Durchbruch:

Im supraleitenden Zustand hat das Material keinen Widerstand und keinen Stromverlust, und das Material weist in einem Magnetfeld antimagnetische Eigenschaften auf.

Entwicklungstrend:

Wenn die Hochtemperatur-Supraleitertechnologie in Zukunft den Durchbruch geschafft hat, wird sie voraussichtlich die Probleme der Kraftübertragung Verlusten, der Erwärmung elektronischer Geräte und der neuen grünen Technologie der magnetischen Aufhängung.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Sumitomo Japan, Bruker Deutschland, Chinesische Akademie der Wissenschaften, usw.

17. Formgedächtnislegierung

Formgedächtnis-Legierung

Der Durchbruch:

Nach der Vorformung wird das Material, nachdem es durch äußere Einflüsse zur Verformung gezwungen wurde, unter bestimmten Bedingungen bearbeitet und in seine ursprüngliche Form zurückgeführt, um die Konstruktion und Anwendung der reversiblen Verformung des Materials zu realisieren.

Entwicklungstrend:

Es hat ein großes Potenzial für die Raumfahrttechnik, medizinische Geräte, mechanisch-elektronische Geräte und andere Bereiche.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Youyan Neue Materialien, etc.

18. Magnetostriktives Material

Magnetostriktives Material

Der Durchbruch:

Unter der Einwirkung des Magnetfeldes kann es eine Dehnungs- oder Kompressionsleistung erzeugen und die Wechselwirkung zwischen Materialverformung und Magnetfeld realisieren.

Entwicklungstrend:

Es findet breite Anwendung in intelligenten strukturellen Vorrichtungen, stoßdämpfenden Vorrichtungen, Energieumwandlungsstrukturen, hochpräzisen Motoren und anderen Bereichen und hat unter bestimmten Bedingungen eine bessere Leistung als piezoelektrische Keramik.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

ETREMA, American, British Rare Earth Products Company, Japan Sumitomo Light Metal Company, usw.

19. Magnetische (elektrische) flüssige Materialien

Magnetische (elektrische) flüssige Materialien

Der Durchbruch:

Flüssiger Zustand, der die magnetischen Eigenschaften fester magnetischer Materialien mit der Fließfähigkeit von Flüssigkeiten verbindet.

Es hat Eigenschaften und Anwendungen, die herkömmliche magnetische Schüttgüter nicht haben.

Entwicklungstrend:

Es wird in den Bereichen magnetische Dichtung, magnetische Kühlung, magnetische Wärmepumpe usw. eingesetzt und verändert die traditionelle abgedichtete Kühlung und andere Methoden.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Amerikanische ATA Applied Technology Corporation, japanische Panasonic, usw.

20. Intelligentes Polymer-Gel

Intelligentes Polymer-Gel

Der Durchbruch:

Es kann Veränderungen in der Umgebung wahrnehmen und darauf reagieren und hat ähnliche biologische Reaktionsmerkmale.

Entwicklungstrend:

Der Expansions-Kontraktions-Zyklus des intelligenten Polymergels kann für chemische Ventile, Adsorptionstrennung, Sensoren und Speichermaterialien verwendet werden.

Die vom Zyklus gelieferte Energie wird für die Konstruktion des "chemischen Motors" verwendet.

Die Kontrollierbarkeit des Netzes eignet sich für intelligente Systeme zur Freisetzung von Medikamenten usw.

Wichtigste Forschungsinstitute (Unternehmen):

Amerikanische und japanische Universitäten.

21. Holografischer Film

Holografischer Film

Einleitung:

Die holografische Folie ist eine bahnbrechende Anwendung der Hologrammtechnologie. Es handelt sich um eine patentierte Projektionsfolie, die es weltweit zum ersten Mal ermöglicht, Bilder unabhängig von den Lichtverhältnissen sowohl von vorne als auch von hinten in verschiedenen Winkeln, einschließlich 360 Grad, direkt zu betrachten.

Die holografische Folie bietet dynamische Luftbilder mit kristallklarer Darstellung, wobei die Betrachter durch die Folie hindurch in den Hintergrund sehen können. Sie kann mit interaktiver Software kombiniert werden, um dreidimensionale interaktive Bilder zu erzeugen, die das Publikum in ein fesselndes räumliches Erlebnis eintauchen lassen.

Mit unübertroffenen Vorteilen wie hoher Auflösung, Widerstandsfähigkeit gegenüber hellem Licht, Ultradünnheit und Anti-Aging-Eigenschaften ist es auf dem besten Weg, eines der vielversprechendsten Materialien der Zukunft zu werden.

Zukünftige Trends:

Die holografische Folie bietet zahlreiche einzigartige Vorteile, da sie dynamische Luftaufnahmen und klare Bilder ermöglicht, während das Publikum durch den Hintergrund hindurchsehen und mit dreidimensionalen Bildern interagieren kann. Sie steht an der Spitze der Materialinnovation und ist dazu bestimmt, mehr wissenschaftliche Forschung anzuziehen.

Die Vorhersagen für künftige Trends in der Entwicklung holografischer Filme umfassen zwei Hauptaspekte:

Erstens, nanooptische Komponenten auf molekularer Ebene, die sich auf den holografischen Farbfilterkristall (HCFC) konzentrieren und die Nanotechnologie mit einem multidisziplinären Ansatz verbinden, der Materialwissenschaft, Optik und Polymerwissenschaft kombiniert.

Zweitens verfügt der Film über fortschrittliche optische Präzisionsstrukturen in seinem leichten Design, die eine überragende Bildqualität mit hoher Auflösung und großer Helligkeit gewährleisten.

Die außergewöhnliche Klarheit und das minimalistische, elegante Design des Materials tragen zu seiner Verwendung in elektronischen Geräten und optischen Folien bei. Die Entwicklung der holografischen Filmtechnologie ist für viele Länder ein Schwerpunkt, der ohne Übertreibung die Zukunft verkörpert. Die Nation, die diese Technologie als erste beherrscht und nutzt, wird den Weg in das fortschrittliche Technologiezeitalter anführen.

22. Metallischer Wasserstoff

Metallischer Wasserstoff

Einleitung:

Metallischer Wasserstoff ist ein leitfähiger Zustand von flüssigem oder festem Wasserstoff, der unter einem Druck von mehreren Millionen Atmosphären entsteht. Seine elektrische Leitfähigkeit ähnelt der von Metallen, daher der Name metallischer Wasserstoff. Als Material mit hoher Dichte und hoher Energiespeicherung wurde metallischer Wasserstoff früher als Supraleiter bei Raumtemperatur vorhergesagt.

Er enthält eine enorme Energiemenge, die 30-40 Mal größer ist als die von herkömmlichem TNT-Sprengstoff. Am 26. Januar 2017 berichtete die Zeitschrift Science, dass das Labor der Harvard University erfolgreich metallischen Wasserstoff hergestellt hat. Am 22. Februar 2017 verschwand jedoch die weltweit einzige Probe metallischen Wasserstoffs aufgrund eines Handhabungsfehlers.

Theoretisch ist die Gewinnung von metallischem Wasserstoff unter extrem hohem Druck durchaus möglich, doch sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, damit die Wissenschaftler Proben gewinnen können. Die meisten bekannten Supraleiter müssen mit flüssigem Helium (-269 °C) oder flüssigem Stickstoff (-196 °C) gekühlt werden, was die Entwicklung der Supraleitertechnologie einschränkt.

Im Gegensatz zu den Chemikern bezeichnen die Astronomen alle Elemente außer Wasserstoff und Helium als Metalle. Unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen kann aus gasförmigem Wasserstoff auch leitfähiger metallischer Wasserstoff werden.

So besteht die äußere Schicht des Jupiters aus 1000 Kilometern gasförmigem molekularem Wasserstoff, darunter liegt eine 24.000 Kilometer lange Schicht aus flüssigem molekularem Wasserstoff, gefolgt von einer 45.000 Kilometer langen Schicht aus flüssigem metallischem Wasserstoff.

1936 berechnete der amerikanische Wissenschaftler Wigner erstmals den Druck, bei dem sich Wasserstoff in ein Metall umwandelt, und kam zu dem Schluss, dass der kritische Druck für diese Umwandlung zwischen einer und zehn Millionen Atmosphären liegt.

Zukünftige Entwicklungstrends:

Die kritische Temperatur für die Supraleitung von metallischem Wasserstoff, d. h. die Höchsttemperatur, bei der er Supraleitfähigkeit zeigt, liegt zwischen -223°C und -73°C. Er könnte bei Temperaturen eingesetzt werden, die in etwa denen von festem Kohlendioxid (-78,45 °C) entsprechen, was die Supraleitungstechnologie erheblich voranbringen würde.

Da es sich bei metallischem Wasserstoff um ein Material mit hoher Dichte handelt, würde seine Verwendung als Treibstoff die Größe und das Gewicht von Raketen erheblich verringern und zu einem monumentalen Sprung in der Weltraumforschung führen. Die Einführung von metallischem Wasserstoff wird - ähnlich wie die Geburt der Dampfmaschine - eine revolutionäre Ära in Wissenschaft und Technik einleiten.

Metallischer Wasserstoff befindet sich in einem metastabilen Zustand und könnte zur Schaffung von "magnetischen Käfigen" verwendet werden, um das Plasma einzuschließen und das glühende ionisierte Gas zu halten. Kontrollierte Kernfusionsreaktionen würden dann Kernenergie in elektrische Energie umwandeln und so eine billige und saubere Energiequelle bieten. Diese Energie würde den Bau von "Fabriken, die die Sonne imitieren", auf der Erde ermöglichen und letztlich die Energiekrise der Menschheit lösen.

23. Supersolid

Supersolid

Überblick: Ein Supersolid ist eigentlich so etwas wie ein Suprafluid und bezeichnet eine feste Substanz, die suprafluide Eigenschaften besitzt und im Wesentlichen die Eigenschaften von "suprafluid + solid" kombiniert. Vereinfacht ausgedrückt, behält ein Supersolid nicht nur die für einen kristallinen Zustand typische geordnete Anordnung der Atome bei, sondern fließt auch ohne Reibung, wie ein Suprafluid.

Bei extrem niedrigen Temperaturen können sich die Leerstellen in der Kristallstruktur eines Superfestkörpers anhäufen und frei durch das Material fließen. Wird ein fester Gegenstand in den Leerstellen auf einer Seite des Superfestkörpers platziert, durchquert er den Superfestkörper mit diesen Leerstellen und bewegt sich so frei, als würde er durch Wände hindurchgehen.

Zukünftige Trends: Dieser neuartige Materiezustand kann nur bei extremer Kälte und im Ultrahochvakuum existieren, was bedeutet, dass wir ihn vorerst nicht allgemein anwenden können. Ein tieferes Verständnis dieses scheinbar paradoxen Materiezustands könnte jedoch unser Verständnis für die Eigenschaften von Supraflüssigkeiten und Supraleitern verbessern und damit Branchen wie supraleitende Magnete, supraleitende Sensoren und Energieübertragung erheblich voranbringen.

In Zukunft werden Leerstellen in einem Superfestkörper zu kohärenten Gebilden werden, die sich ungehindert innerhalb des restlichen Festkörpers bewegen können, ähnlich einem Suprafluid. Das Bose-Einstein-Kondensat ist ein besonderer Zustand der Materie, der bei ultrakalten Temperaturen auftritt, wo die Quanteneigenschaften der Atome extrem ausgeprägt sind und ein signifikantes wellenförmiges Verhalten zeigen.

24. Holzschwamm

Holzschwamm

Überblick:

Der Holzschwamm, der durch eine chemische Behandlung von Holz entsteht, bei der Hemizellulose und Lignin entfernt werden, absorbiert hervorragend Öle aus Wasser. Er kann das 16- bis 46-fache seines Eigengewichts an Öl aufsaugen und bis zu 10 Mal wiederverwendet werden. Dieser innovative Schwamm übertrifft alle anderen derzeit verwendeten Schwämme und Absorptionsmittel in Bezug auf Kapazität, Qualität und Wiederverwendbarkeit.

Zukünftige Entwicklung:

Öl- und Chemikalienverschmutzungen haben in den Gewässern der Welt eine noch nie dagewesene Verwüstung angerichtet. Der Holzschwamm ist eine umweltfreundliche Lösung für die Säuberung der Ozeane und ein wirksames Mittel, um dieses Problem anzugehen.

25. Zeitkristalle

Zeitkristalle

Überblick:

Zeitkristalle, auch Raum-Zeit-Kristalle genannt, sind vierdimensionale Kristalle, die periodische Strukturen sowohl in Raum als auch in Zeit aufweisen. Normalerweise gibt es drei Grundzustände der Materie: fest, flüssig und gasförmig.

Im Zuge des wissenschaftlichen Fortschritts hat sich das Konzept der Materiezustände jedoch erweitert und umfasst nun auch Plasmen, Bose-Einstein-Kondensate, superkritische Flüssigkeiten und vieles mehr. Zeitkristalle sind ein neuartiger Zustand der Materie und eine Nichtgleichgewichtsphase, die die zeitliche Translationssymmetrie aufhebt.

Das Konzept der Zeitkristalle wurde erstmals von Nobelpreisträger Frank Wilczek im Jahr 2012 vorgeschlagen. Wir kennen dreidimensionale Kristalle wie Eis und Diamanten - geometrisch symmetrische Strukturen, die durch die periodische Anordnung mikroskopischer Teilchen im Raum entstehen.

Während er seine Studenten unterrichtete, überlegte Wilczek, ob das Konzept der dreidimensionalen Kristalle auf den vierdimensionalen Bereich der Raumzeit ausgedehnt werden könnte, so dass die Materie im Laufe der Zeit periodische Anordnungen aufweisen könnte.

Das bedeutet, dass Zeitkristalle ihren Zustand zu verschiedenen Zeiten ändern, und diese Änderungen sind zyklisch. Ein Zeitkristall kann zum Beispiel in einer Sekunde Zucker sein, in der nächsten brauner Zucker und in der dritten Sekunde wieder Zucker.

Zukünftige Trends:

Im September 2021 wurden vier theoretische Wissenschaftler - Norman Yao, Vedika Khemani, Dominic Else und Masaki Watanabe - gemeinsam mit dem "Breakthrough Prize in Fundamental Physics" ausgezeichnet, womit das neue Gebiet der zeitdiskreten Kristalle eine breitere Anerkennung erfährt.

Ende 2021 wurde das zeitdiskrete Kristallexperiment des Google-Quantencomputerteams von der American Physical Society (APS) Physics und dem Institute of Physics (IOP) Physics World zu einem der wichtigsten physikalischen Durchbrüche des Jahres gekürt.

Die Forschung an zeitdiskreten Kristallen hat unser Verständnis periodisch betriebener Systeme, der Vielkörperlokalisierung, der Präthermalisierung und der Quantenthermalisierungsprozesse revolutioniert. Sie hat auch ein breites Spektrum von Forschern aus verschiedenen Bereichen ermutigt, sich mit diesem Gebiet zu befassen.

Die Entwicklung der diskreten Zeitkristalle zeigt, dass die wissenschaftliche Erforschung oft eine Herausforderung darstellt, die Widerlegungen und strenge akademische Debatten erfordert. Im Bereich der wissenschaftlichen Entdeckungen sind aufschlussreiche Fehler wertvoller als mittelmäßige Wahrheiten, da sie neue Ideen enthalten können.

Zeitkristalle haben von den rasanten Fortschritten in der Quantencomputertechnologie profitiert, die ihre rasche Entwicklung ermöglicht haben, anstatt sie zu verbergen.

26. Quantum Stealth Material

Quantum Stealth Material

Einleitung:

Das kanadische Biotechnologieunternehmen Hyperstealth Biotechnology hat ein fortschrittliches Material mit der Bezeichnung "Quantum Stealth" (unsichtbarer Stoff) entwickelt. Dieser Stoff mit der Bezeichnung "Quantum Stealth Camouflage" macht unsichtbar, indem er die Lichtwellen biegt.

Zukünftige Trends:

Dieses Material könnte zur Herstellung von Unsichtbarkeitsmänteln verwendet werden, die den Soldaten auf dem Schlachtfeld helfen, durch Verbergen äußerst schwierige Missionen zu erfüllen. Der CEO des Unternehmens, Guy Cramer, erklärte: "Das 'Quantum Stealth'-Material kann nicht nur Spezialeinheiten bei der Durchführung von Angriffen bei Tageslicht helfen, sondern auch die Flucht der Soldaten erleichtern, wenn sie unerwarteten Gefahren ausgesetzt sind.

Darüber hinaus ist dieses Material vielversprechend für die nächste Generation von Tarnkappenflugzeugen, U-Booten und Panzern, die eine echte Unsichtbarkeit erreichen und es den Truppen ermöglichen, den Feind ungesehen anzugreifen.

27. Ewig nicht trocknendes Material

Unvergängliches, nicht trocknendes Material

Überblick: Dieses Material, das aus Polymeren und Wasser besteht, ist leitfähig und bleibt ständig feucht.

Zukunftsaussichten: In Zukunft könnte dieses Material für die Herstellung von künstlicher Haut und flexiblen Robotern mit biomimetischen Fähigkeiten eingesetzt werden.

28. Übergangsmetall-Dichalcogenide

Übergangsmetall-Dichalcogenide

Einleitung:

Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMDC) weisen eine einfache zweidimensionale Struktur auf und sind superinnovative Materialien, die mit Graphen vergleichbar sind. Sie bestehen in der Regel aus einem Übergangsmetallelement M (wie Molybdän, Wolfram, Niob, Rhenium, Titan usw.) und einem Chalkogen-Element X (wie Schwefel, Selen, Tellur usw.).

Aufgrund ihrer relativ geringen Kosten und der einfachen Herstellung äußerst dünner und stabiler Schichten sowie ihrer halbleitenden Eigenschaften haben sich TMDCs als ideale Materialien für die Optoelektronik erwiesen.

Zukünftige Entwicklungstrends:

Wenn Elektronen und Löcher in TMDCs injiziert werden, rekombinieren sie, wenn sie sich treffen, und senden dann Photonen aus. Diese Fähigkeit zur photonisch-elektronischen Umwandlung ist vielversprechend für TMDCs im Bereich der optischen Informationsübertragung, wo sie als Miniatur-Lichtquellen oder Laser mit geringer Leistung dienen könnten.

TMDCs können auch mit verschiedenen zweidimensionalen Materialien kombiniert werden, um Heteroübergänge mit minimalen Gitterfehlanpassungen zu schaffen. Von solchen photonischen Heteroübergängen wird erwartet, dass sie in einem breiteren Spektralbereich eine bessere Leistung erbringen.

29. Kryogenisch siedende Materialien

Kryogenisch siedende Materialien

Überblick:

Tiefkalt siedende Materialien sind Stoffe, die sich im Gegensatz zu thermisch siedenden Materialien verhalten und bei abnehmender Temperatur von fest über flüssig zu gasförmig übergehen. Diese Materialien bleiben bei hohen Temperaturen und bei Umgebungstemperaturen fest, wobei ihre Festigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, so dass sie Temperaturen von über 10.000 Grad Celsius standhalten können.

Sie verflüssigen sich bei -121 °C und werden bei -270 °C zu Gas. Tieftemperatursiedende Materialien gelten als Supermaterialien. Im Vergleich zu den fortschrittlichsten hochtemperaturbeständigen und supraleitenden Werkstoffen, die derzeit entwickelt werden, weisen sie eine überlegene Hochtemperaturbeständigkeit und Supraleitfähigkeit auf.

Durch die Dotierung mit inerten thermisch siedenden Materialien kann die Tief- und Tiefsttemperaturfestigkeit von kryogenen siedenden Materialien erhöht werden, so dass eine außergewöhnliche Festigkeit über einen breiteren Temperaturbereich erreicht wird.

Kryogene metallische Werkstoffe weisen bei Raumtemperatur supraleitende Eigenschaften auf, so dass keine kostspieligen Tieftemperaturumgebungen erforderlich sind. Daher bergen sie ein immenses Potenzial für Forschung und praktische Anwendungen.

Zukünftige Entwicklungstrends:

Branchenanalysten gehen davon aus, dass kryogenisch siedende Materialien in der Luft- und Raumfahrt, bei Supermaschinen und elektronischen Geräten breite Anwendung finden könnten. In der Luft- und Raumfahrt könnten diese Materialien zum Beispiel zur Herstellung von Hochleistungsmotoren und Raumschiffhüllen verwendet werden.

Sie eignen sich ideal für Raumfahrzeuge, die mit der dritten kosmischen Geschwindigkeit oder höher fliegen und bei denen die Bauteile unter den extremen Temperaturen, die durch die Hochgeschwindigkeitsbewegung entstehen, eine extrem hohe Härte aufweisen und auch unter den kalten und ultrakalten Bedingungen des Weltraums noch effektiv funktionieren müssen.

Kryogenisch siedende Materialien könnten eine technologische Revolution in der Luft- und Raumfahrtindustrie auslösen. Ihre Synthese oder Gewinnung auf dem Mond stellt jedoch eine große Herausforderung dar, und es liegt noch ein langer Weg vor ihnen, bis diese Materialien eingesetzt werden können.

30. Magnetorheologische Flüssigkeiten

Magnetorheologische Flüssigkeiten

Einleitung:

Magnetorheologische Flüssigkeiten, auch bekannt als magnetische Flüssigkeiten, Ferrofluide oder einfach Magfluide, stellen eine innovative Klasse funktioneller Materialien dar, die die Fließfähigkeit von Flüssigkeiten mit den magnetischen Eigenschaften fester Magnete kombinieren. Diese stabilen kolloidalen Flüssigkeiten, die aus magnetischen Feststoffpartikeln im Nanometerbereich, Trägerflüssigkeiten und Tensiden bestehen, weisen im Ruhezustand keine magnetische Anziehung auf.

Sie zeigen jedoch magnetische Eigenschaften, wenn sie einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt werden. Diese einzigartigen Eigenschaften haben zu ihrer breiten Anwendung und ihrem hohen wissenschaftlichen Wert geführt.

Magnetorheologische Flüssigkeiten, die aus Nanometall- und Legierungspulvern hergestellt werden, weisen eine überragende Leistung auf und werden in anspruchsvollen Umgebungen häufig für magnetische Flüssigkeitsdichtungen, Dämpfungssysteme, medizinische Geräte, Schallmodulation, optische Anzeigen und magnetorheologische Trennverfahren eingesetzt.

Zukünftige Trends:

In den letzten Jahren gab es zahlreiche wissenschaftliche Durchbrüche bei der Anwendung magnetorheologischer Materialien in neuen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Gesundheitswesen und Verkehr. Mit dem technologischen Fortschritt werden diese Anwendungen erweitert, und die Nachfrage nach dem entsprechenden wissenschaftlichen und technischen Fachwissen nimmt stetig zu.

Magnetorheologische Flüssigkeiten werden als eines der Materialien mit dem größten Potenzial für zukünftige Entwicklungen angesehen und haben internationale Aufmerksamkeit erregt.

Obwohl China später als andere in die magnetorheologische Forschung eingestiegen ist, gewinnt sie rasch an Dynamik. Da das Monopol auf High-End-Anwendungstechnologien, das Industrieländer wie das Vereinigte Königreich und die USA einst innehatten, allmählich abnimmt, ist zu erwarten, dass sich der Wettbewerb in der magnetorheologischen Materialforschung in den kommenden Jahren verschärfen wird.

31. Felsenfestes Beschichtungsmaterial

Felsenfestes Beschichtungsmaterial

Einleitung:

Bei diesem Beschichtungsmaterial handelt es sich um eine glasartige Legierung auf Eisenbasis, die speziell für industrielle Bohrer und Aufbohrwerkzeuge entwickelt wurde und eine höhere Bruchfestigkeit bei hohen Belastungen bietet. Sie ist wesentlich kostengünstiger als herkömmliche Werkstoffe wie Wolframkarbid-Kobalt-Hartlegierungen und verbessert aufgrund ihrer längeren Lebensdauer auch die Effizienz des Tunnelbaus.

Zukünftige Trends:

Dieses Material könnte in Zukunft in Branchen wie der verarbeitenden Industrie und dem Bauwesen eingesetzt werden.

32. Perowskit-Nanopunkte

Perowskit-Nanopunkte

Überblick:

Perowskit-Nanopunkte, die für ihren kolossalen Magnetowiderstand, ihre hohe Ionenleitfähigkeit, ihre elektrokatalytischen Eigenschaften und ihre Redox-Aktivität bekannt sind, bergen ein enormes Potenzial für Anwendungen in den Bereichen Lichtabsorption, Speicherung, Katalyse und Sensorik.

Perowskite sind kristalline Strukturmaterialien und stellen eine neue Klasse von Funktionsmaterialien dar. Derzeit stellen ihre Stabilitätsprobleme ein erhebliches Hindernis für die Entwicklung dar. Die Erforschung neuartiger Perowskit-Strukturen schreitet jedoch voran und lenkt die Aufmerksamkeit auf Perowskit-Nanopunkte.

Zukünftige Trends:

Laut dem "China Perovskite Nanodot Market Development Status and Industry Outlook Forecast Research Report", der vom Market Survey Network veröffentlicht wurde, integriert ein Team der Queensland University of Technology (QUT) in Australien Perowskit-Nanopunkte, die aus menschlichem Haar hergestellt werden, in Solarzellen.

Diese Nanopunkte bilden eine Schutzschicht auf der Oberfläche des Perowskits, die das Material vor verschiedenen äußeren Einflüssen abschirmt, seine Stabilität verbessert und den photovoltaischen Umwandlungswirkungsgrad erhöht. Dadurch können auch die Produktionskosten gesenkt werden.

Solche Fortschritte sind entscheidend für die groß angelegte Entwicklung von Perowskit-Solarzellen und deuten auf eine vielversprechende Zukunft für Perowskit-Nanopunkte hin.

33. Mikro-Gitter Metalle

Mikro-Gitter Metalle

Einleitung:

Mikrogittermetalle bestehen aus winzigen hohlen Röhren, die miteinander verbunden sind, um eine Struktur zu bilden, wobei jede Röhre einen Durchmesser von etwa 100 Mikrometern und eine Wandstärke von nur 100 Nanometern hat. Aufgrund seiner hohlen Beschaffenheit besteht das Innere des Metalls aus 99,99% Luft.

Dieses Metall besteht hauptsächlich aus leichter Luft, so dass es auf einer Pusteblume ruhen oder wie eine Feder aus der Höhe zu Boden schweben kann. Viele mögen die Stärke eines so leichten Metalls in Frage stellen und vermuten, dass es extrem zerbrechlich ist. Dies ist jedoch nicht der Fall. Mikrogittermetalle sind außergewöhnlich stark und besitzen eine hohe Druckfestigkeit.

Zukünftige Entwicklungstrends:

Als Batterieelektroden und Katalysatorträger werden Mikrogittermetalle die Zukunft der Luft- und Raumfahrtindustrie revolutionieren. Sie versprechen, die Masse der NASA-Fahrzeuge zur Erforschung des Weltraums um 40% zu verringern, was für künftige Missionen zum Mars und darüber hinaus von entscheidender Bedeutung ist.

34. Stanene

Stanene

Überblick:

Stanen, auch bekannt als eine einzelne Schicht von Zinnatomen, weist eine zweidimensionale Wabenstruktur ähnlich wie Graphen auf, was es zu einem neuartigen Quantenmaterial macht. Seine Kristallstruktur basiert auf dem diamantähnlichen Alpha-Zinn. Da es nicht schichtweise aufgebaut ist, kann es nicht durch mechanische Exfoliation hergestellt werden, was zu extrem hohen produktionstechnischen Barrieren führt.

Im Vergleich zu anderen zweidimensionalen Materialien wie Graphen, Silicen und Germanen weist Stanen längere Bindungen und eine höhere elektrische Leitfähigkeit auf und ist auf dem besten Weg, das erste Supermaterial der Welt zu werden, das bei Raumtemperatur eine elektrische Leitfähigkeit von 100,0% erreicht.

Zukünftige Trends:

Branchenanalysten weisen darauf hin, dass Stanen als aufstrebendes zweidimensionales Material eine breite Anwendungsperspektive hat. Mit kontinuierlichen Innovationen und Durchbrüchen in der Forschungs- und Entwicklungstechnologie wird sich das Spektrum der Stanen-Anwendungen voraussichtlich erweitern, und die Industrie wird wahrscheinlich eine kommerzielle Entwicklung erreichen.

Die technischen Hürden in der Stanen-Industrie sind hoch, und in den letzten Jahren haben zahlreiche chinesische Forschungsteams erhebliche Fortschritte bei der Erforschung von Stanen-Materialien gemacht, was sich positiv auf das Wachstum der Branche auswirkt.

35. Molekularer Superkleber

Molekularer Superkleber

Überblick:

Molekularer Superkleber ist ein Klebstoff, der 2013 von Mark Howarth und seinem Forschungsteam vom Fachbereich Biochemie der Universität Oxford entdeckt wurde und von Proteinen abgeleitet ist, die das Bakterium Streptococcus pyogenes bei der Zellinvasion freisetzt.

Inspiriert von den Proteinen, die von Streptococcus pyogenes abgegeben werden, besteht der Klebstoff aus zwei Proteinkomponenten, die sich zwar trennen können, sich aber bei Kontakt wieder wie ein Klebstoff verbinden. Dieser als molekularer Superkleber bekannte Klebstoff zeichnet sich durch hohe Haftfestigkeit, hervorragende Toleranz gegenüber extremen Temperaturen und Widerstandsfähigkeit in sauren und anderen rauen Umgebungen aus.

Zukunftsperspektiven:

Der molekulare Superkleber kann sich mit Metallen, Kunststoffen und verschiedenen anderen Stoffen verbinden und so das häufige Problem der schlechten Haftung zwischen herkömmlichen Beschichtungen und Metallen überwinden.

36. Metamaterialien

Metamaterialien

Einleitung:

Der im 21. Jahrhundert entstandene Begriff Metamaterialien bezeichnet spezielle Verbundwerkstoffe oder Strukturen, die außergewöhnliche physikalische Eigenschaften aufweisen, die bei herkömmlichen Materialien nicht zu finden sind. Dies wird durch ein geordnetes strukturelles Design der wichtigsten physikalischen Dimensionen erreicht.

Metamaterialien berühren zahlreiche Disziplinen wie Physik, Chemie, Optoelektronik, Materialwissenschaft, Halbleiterwissenschaft und Gerätebau und stehen damit an der Spitze der weltweiten Forschung mit strategischer Bedeutung.

Die renommierte Fachzeitschrift Science listete Metamaterialien als eine der zehn wichtigsten wissenschaftlichen Errungenschaften des ersten Jahrzehnts dieses Jahrhunderts auf, während die Zeitschrift Materials Today sie ebenfalls als einen der zehn bedeutendsten Durchbrüche in der Materialwissenschaft der letzten fünfzig Jahre bezeichnete.

Zukünftige Trends:

Metamaterialien sind auf dem besten Weg, ein neues Material mit grenzenlosem Potenzial zu werden. Sie sind jedoch noch weit von einer echten großtechnischen Anwendung entfernt, und viele Herausforderungen müssen noch bewältigt werden. Diese Herausforderungen werden die Forschung auf dem Gebiet der Metamaterialien bestimmen und möglicherweise zu weiteren technologischen Durchbrüchen und Erfolgen auf diesem Gebiet führen.

37. Quantenmetalle

Quantenmetalle

Überblick:

Das Quantum ist ein wesentliches Konzept in der modernen Physik und stellt die kleinste fundamentale Einheit von Materie und Energie dar. Quantenmetall ist ein Metall, das aus den kleinsten Teilcheneinheiten besteht und ein einzigartiges zweidimensionales Material ist. Es besitzt die Eigenschaften gewöhnlicher Metalle, aber auch isolierende und supraleitende Eigenschaften.

Bei mäßigen Magnetfeldern verhält es sich wie ein Quantenmetall, geht bei starken Magnetfeldern in einen Isolator über und wird unterhalb von -272 °C zum Supraleiter. Dies zeigt das Potenzial für die Erforschung der zweidimensionalen Zustände von Quantenmetallen.

Zukünftige Trends:

Branchenanalysten weisen darauf hin, dass die Supraleitung eine wichtige Richtung für die Quantenmetallforschung ist. Supraleiter, die unterhalb ihrer kritischen Temperatur keinen elektrischen Widerstand aufweisen, können Elektrizität verlustfrei übertragen und finden breite Anwendung in den Bereichen Elektronik, Telekommunikation, Energie, Verkehr, Medizin, Nuklearindustrie, Luft- und Raumfahrt und vielen anderen Bereichen.

Im Jahr 2021 wurde der weltweite Supraleitermarkt auf etwa $7,6 Milliarden geschätzt und zeigt weiterhin einen Wachstumstrend. Supraleiter können in Tieftemperatur- und Hochtemperatursupraleiter unterteilt werden, wobei erstere eine dominante Position und eine starke Entwicklungsdynamik aufweisen. Quantenmetall als eine Art von Niedrigtemperatur-Supraleiter hat einen hohen Stellenwert in Forschung und Anwendung.

38. Bor-Graphen

Bor Graphen

Einleitung:

Bor-Graphen, ein zweidimensionales Material, ist eine einschichtige, planare Atomstruktur, die dem Graphen ähnelt und aus dem Element Bor besteht. Dieser dünne Film ist nur ein Atom dick.

Künstlich synthetisiertes Bor-Graphen soll eine Vielzahl von Strukturen aufweisen, einzigartige Eigenschaften besitzen und viele metallische Merkmale aufweisen, insbesondere außergewöhnliche elektronische Eigenschaften. Es stellt eine neue Klasse von zweidimensionalen Materialien dar.

Zukünftige Trends:

Branchenanalysten gehen davon aus, dass zur Förderung des technologischen Fortschritts in der Industrie ein großes Interesse an der Erforschung und Anwendung neuer Materialien auf dem Weltmarkt besteht.

Die Investitionen von Regierungen und Kapital in die Erforschung neuer Werkstoffe nehmen ständig zu, und neue Hochleistungswerkstoffe werden in immer schnellerem Tempo entwickelt und auf den Markt gebracht. Als neuartiges zweidimensionales Material hat Bor-Graphen hervorragende elektronische Eigenschaften und ein enormes Wachstumspotenzial für Branchen wie Elektronik und Energie.

Kurzfristig hat sich noch kein Markt für seine Anwendungen gebildet, da es sich noch in der Forschungsphase befindet. Langfristig hat es jedoch im Vergleich zu Graphen ein erhebliches Marktpotenzial.

39. Programmierbarer Zement

Programmierbarer Zement

Überblick:

Programmierbarer Zement steuert die Mikrostruktur der Zementpartikel und programmiert diese Partikel so, dass sie speziellen Beton mit hoher Dichte und geringer Porosität bilden. Dadurch werden die Festigkeit, die Wasserdichtigkeit und die Korrosionsbeständigkeit des Betons verbessert.

Programmierbare Zemente sind hochtechnologische, innovative Zemente. Er zeichnet sich nicht nur durch eine verbesserte Gesamtleistung aus, sondern reduziert auch die Umweltbelastung bei der Herstellung und Anwendung erheblich.

Zukünftige Entwicklungstrends:

Branchenanalysten zufolge ist das Engagement Chinas in der Forschung auf dem Gebiet der programmierbaren Zemente derzeit geringer als in den Vereinigten Staaten. Da das Land jedoch den Übergang von einem Produktionsgiganten zu einem Produktionskraftwerk anstrebt und die Ziele der Kohlenstoffneutralität und der nachhaltigen Entwicklung erreichen will, fördert die chinesische Regierung aktiv die Forschung im Bereich leistungsstarker, umweltfreundlicher neuer Materialien.

In Zukunft dürften die Investitionen in die Erforschung neuartiger Baustoffe in China stetig zunehmen, und die Erfolge in der Forschung zu programmierbarem Zement werden wahrscheinlich steigen.

40. Ultradünnes Platin

Ultradünnes Platin

Überblick:

Ultra-Thin Platinum ist ein neuartiges Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Abscheidung dünner Platinfilme, das die für Brennstoffzellenkatalysatoren benötigte Metallmenge erheblich reduziert und damit deren Kosten stark senkt.

Zukunftsaussichten:

Dieses Material könnte in Zukunft in Bereichen wie Wasserstoff-Brennstoffzellen eingesetzt werden.

41. Platin-Legierungen

Platin-Legierungen

Überblick:

Platinlegierungen bestehen aus Platin in Verbindung mit anderen Metallen wie Palladium, Rhodium, Yttrium, Ruthenium, Kobalt, Osmium und Kupfer. Als Funktionswerkstoffe werden sie bei der Temperaturmessung, als Katalysatoren, für elektrische Kontakte, als Elektrodenwerkstoffe, als elastische Werkstoffe und als magneto-hydrodynamische Werkstoffe eingesetzt.

Platinlegierungen für die Temperaturmessung weisen eine hohe thermisch-elektrische Stabilität und Präzision bei hohen Temperaturen auf, vor allem bei Platin-Rhodium-, Platin-Molybdän- und Platin-Kobalt-Systemen. Platin-Rhodium-Legierungen weisen eine ausgezeichnete Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit und chemische Stabilität auf.

Thermoelemente aus Platin-Molybdän-Legierungen werden für Hochtemperaturmessungen im Vakuum oder in inerten Atmosphären und in nuklearen Bereichen verwendet. Platin-Kobalt-Legierungen, die in Widerstandsthermometern verwendet werden, arbeiten mit hoher Präzision und Empfindlichkeit über 20 K.

Katalysatoren aus Platinlegierungen sind das einzige Material, das im Ammoniak-Oxidationsprozess zur Herstellung von Salpetersäure verwendet wird. Sie bestehen hauptsächlich aus Maschen aus Platin-Rhodium- oder Platin-Rhodium-Palladium-Legierungen.

Zukünftige Trends:

Platinlegierungen haben eine breite Palette von Anwendungen in Hochtemperatur-Dehnungswerkstoffen, Präzisionspotentiometer-Wicklungswerkstoffen, medizinischen Werkstoffen, Schmuck und Währungen und bieten ein erhebliches Potenzial für zukünftige Entwicklungen.

42. Selbstheilende Materialien

Selbstheilende Materialien

Überblick:

Selbstheilende Materialien sind, wie der Name schon sagt, in der Lage, Schäden automatisch zu reparieren, ohne dass ein nennenswerter Eingriff erforderlich ist. Diese Eigenschaft verlängert nicht nur die Lebensdauer der Gegenstände, sondern gewährleistet auch ihre Sicherheit und Unversehrtheit und senkt die Wartungskosten.

Die Forschung zu selbstheilenden Materialien begann in den 1990er Jahren im Bereich des Architekturbetons. Doch erst 2001 wurden bedeutende Fortschritte erzielt, als der weltbekannte amerikanische Elektrochemiker Scott White und sein Team einen Artikel in Nature veröffentlichten. Sie entwickelten polymere selbstheilende Materialien, indem sie mit Heilmitteln gefüllte Mikrokapseln in ein Epoxidharz einbetteten, das einen Katalysator enthielt, und lenkten damit die Aufmerksamkeit der Weltöffentlichkeit auf dieses Gebiet.

Zukünftige Trends:

Mit dem raschen Fortschritt der Selbstheilungstechnologie wird eine Vielzahl von selbstheilenden Materialien in Branchen wie dem Bauwesen, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Luftfahrt und der Elektronik eine breitere Anwendung finden. Ihr Einsatz ist von großer Bedeutung für die Ressourcenschonung und die Verwirklichung einer nachhaltigen Entwicklung.

43. Sunlight-Blocking-Glasbeschichtung

Sonnenlicht blockierende Glasbeschichtung

Überblick:

Diese innovative Beschichtung kann die Transparenz von Glas selbst regulieren. Bei Temperaturen über 67 ºC verwandelt sich diese transparente Beschichtung in eine reflektierende Oberfläche mit einer spiegelähnlichen Oberfläche, die das Sonnenlicht ablenkt.

Zukunftsperspektiven:

Dieses Material kann im Bauwesen, im Verkehrswesen und in anderen Bereichen eingesetzt werden.

44. Biomimetische Kunststoffe

Biomimetische Kunststoffe

Überblick:

Biomimetische Werkstoffe werden entwickelt, um verschiedene Eigenschaften oder Merkmale von lebenden Organismen nachzuahmen. Künstliche Materialien, die entwickelt und hergestellt werden, um die Funktionsweise lebender Systeme und die Strukturprinzipien biologischer Materialien nachzuahmen, werden als biomimetische Materialien bezeichnet.

Biomimetische Kunststoffe besitzen nicht nur eine Festigkeit, die der von technischen Kunststoffen weit überlegen ist, sondern weisen auch eine bemerkenswerte Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Rissausbreitung auf. In einem Temperaturbereich von -130°C bis 150°C erfahren sie nur minimale Dimensionsänderungen, und bei Raumtemperatur beträgt ihr Wärmeausdehnungskoeffizient nur etwa ein Zehntel desjenigen von herkömmlichen Kunststoffen.

Zukünftige Trends:

Mit der zunehmenden Urbanisierung in unserem Land rücken Fragen der sozialen Stabilität und der städtischen Sicherheit immer mehr in den Vordergrund. Die Technologie der biomimetischen Kunststoffe ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung der Infrastruktur. Mit den weiteren Fortschritten in der Sozioökonomie und der Informationstechnologie wird sich die Anwendung biomimetischer Kunststoffe in Zukunft zu einem neuen Trend entwickeln.

45. Photonische Kristalle

Photonische Kristalle

Einleitung:

Photonische Kristalle sind periodische optische Nanostrukturen, die die Bewegung von Photonen in ähnlicher Weise beeinflussen wie Ionengitter die Elektronen in Festkörpern. Sie kommen in der Natur in Form von strukturellen Färbungen und Tierreflektoren vor und versprechen eine Vielzahl von Anwendungen in unterschiedlichen Formen. Als attraktive optische Materialien werden photonische Kristalle zur Kontrolle und Manipulation des Lichtflusses eingesetzt.

Zukünftige Trends:

Eindimensionale photonische Kristalle werden bereits in großem Umfang in der Dünnschichtoptik eingesetzt, wobei die Anwendungen von Antireflexions- und Hochreflexionsbeschichtungen auf Linsen und Spiegeln bis hin zu farbwechselnden Farben und Tinten reichen. Höherdimensionale photonische Kristalle sind sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die angewandte Forschung von großem Interesse, wobei zweidimensionale Strukturen erste kommerzielle Anwendungen finden.

Kommerzielle Produkte mit zweidimensionalen periodischen photonischen Kristallen sind in Form von photonischen Kristallfasern auf den Markt gekommen, die Strukturen im Mikromaßstab nutzen, um Licht mit grundlegend anderen Eigenschaften zu leiten als herkömmliche Fasern, die in nichtlinearen Geräten und zur Leitung ungewöhnlicher Wellenlängen verwendet werden.

Ihre dreidimensionalen Gegenstücke sind zwar noch weit von der Kommerzialisierung entfernt, könnten aber zusätzliche Funktionen bieten, wie z. B. die notwendige optische Nichtlinearität für den Betrieb optischer Transistoren, die in optischen Computern verwendet werden, sobald bestimmte technische Aspekte wie die Herstellbarkeit und größere Schwierigkeiten überwunden sind.

46. Erosionsbeständige keramische Werkstoffe

Erosionsbeständige keramische Werkstoffe

Überblick:

Erosionsbeständige keramische Werkstoffe sind ein vielversprechender Fortschritt im Bereich der Hochtemperaturwerkstoffe. Mit ihrem hohen Schmelzpunkt eignen sie sich hervorragend als feuerfeste Materialien für Anwendungen wie Öfen und Hochtemperatur-Ofenrohre. Die als Konstruktionswerkstoffe eingestuften Keramiken zeichnen sich in erster Linie durch mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Härte und Zähigkeit aus.

Metalle werden zwar in großem Umfang als Konstruktionswerkstoffe verwendet, sind aber aufgrund ihrer Anfälligkeit für Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen für solche Bedingungen nicht geeignet. Mit dem Aufkommen von Hochtemperatur-Strukturkeramiken wurden die Mängel der schwächeren metallischen Werkstoffe behoben. Diese Keramiken sind resistent gegen hohe Temperaturen, Oxidation und Säure-Basen-Korrosion.

Zukünftige Trends:

Hochtemperatur- und erosionsbeständige Keramiken bieten Isolierung, Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und robuste mechanische Eigenschaften. Isolierende Beschichtungen aus Hochtemperaturkeramik sind für ihre Umweltfreundlichkeit, Effizienz und Multifunktionalität bekannt und haben sich einen wichtigen Platz im Bereich der Spezialbeschichtungen gesichert.

47. Wandmaterial - Alternativen zur Klimatisierung

Wandmaterial - Alternativen zur Klimatisierung

Überblick:

Hydroceramics ist ein Material, das aus Hydrogelkügelchen besteht, die in Wasser bis zum 400-fachen ihres ursprünglichen Volumens anschwellen können.

Zukünftige Trends:

Aufgrund dieser bemerkenswerten Eigenschaft absorbieren die kugelförmigen Perlen Flüssigkeiten, die bei heißem Wetter in die Umgebungsluft verdampfen, und sorgen so für einen Kühleffekt.

48. Unendlich rezyklierbare Kunststoffe

 Unendlich rezyklierbare Kunststoffe

Überblick:

Unendlich wiederverwertbare Kunststoffe sind solche, die unbegrenzt recycelt werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen können unbegrenzt wiederverwertbare Kunststoffe wiederaufbereitet werden, wodurch verhindert wird, dass Kunststoffprodukte in die Umwelt gelangen, was erhebliche ökologische Vorteile mit sich bringt. Im Gegensatz zu biologisch abbaubaren Kunststoffen bauen sich unbegrenzt recycelbare Kunststoffe in der Natur nicht ab, sondern können wiederverwendet werden, was einen erheblichen wirtschaftlichen Wert darstellt.

Zukünftige Entwicklungstrends:

Unendlich wiederverwertbare Kunststoffe haben im Rahmen von Strategien für eine nachhaltige Entwicklung eine breite Marktperspektive. Branchenanalysten weisen darauf hin, dass herkömmliche Kunststoffe derzeit mit verschiedenen Problemen hinsichtlich ihres ökologischen und wirtschaftlichen Werts konfrontiert sind. Unendlich wiederverwertbare Kunststoffe können diese Probleme weitestgehend lösen und bestehende Kunststoffe bei der Herstellung von verschiedenen Produkten ersetzen.

49. 4D-Druck-Materialien

4D-Druck-Materialien

Einleitung:

Die wichtigsten Materialien, die beim 4D-Druck verwendet werden, sind Polymere. Im Jahr 2014 entwickelten Wissenschaftler eine spannungsempfindliche Polymerfaser, die zu Kleidern verarbeitet werden kann, die sich automatisch an die Körperform und die Bewegungen des Trägers anpassen.

Zukünftige Trends:

Intelligente Materialien sind das Herzstück der 4D-Technologie. Da die Forschung auf diesem Gebiet jedoch noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es nur wenige ausgereifte Materialien, die für den Markt bereit sind, wobei Polymere im Mittelpunkt stehen. Dies birgt sowohl Chancen als auch Herausforderungen. Ein wichtiger Bereich der aktuellen Forschung ist die Untersuchung des Potenzials von Keramiken, Metallen, biologischen Stoffen und Verbundwerkstoffen als Druckmaterialien.

50. Material, das Falten auslöscht

Material, das Falten verschwinden lässt

Überblick:

Dieses zarte und geschmeidige Polymer kann, wenn es auf die Haut aufgetragen wird, diese sofort straffen und liften und so Falten mühelos beseitigen.

Zukunftsaussichten:

Dieses Material ist sehr vielversprechend für die Entwicklung von Hautpflegeprodukten und die Behandlung von Hautkrankheiten.

Wie beschleunigt die KI-Technologie den Entwicklungsprozess von Hochleistungsmaterialien?

Die KI-Technologie beschleunigt den Entwicklungsprozess von Hochleistungsmaterialien vor allem durch die folgenden Aspekte:

Verbesserung der Modellierungsgenauigkeit und der Fähigkeit, neue Funktionen zu erzeugen: Die Kerninnovation der KI-Materialwissenschaft liegt in der Optimierung der Algorithmen, insbesondere in der Anwendung der Deep-Learning-Technologie. Dadurch wird die Genauigkeit der Modellierung erheblich verbessert, wodurch die Leistung und die Funktionen neuer Materialien genauer vorhergesagt werden können.

Material-Genom-Initiative: Durch die Schaffung einer Infrastruktur für die Innovation neuer Materialien trägt die KI-Technologie dazu bei, die Geschwindigkeit von der Forschung und Entwicklung bis zur Anwendung von Materialien mindestens zu verdoppeln und gleichzeitig die Kosten zu halbieren. In diesem Prozess ist die Einrichtung einer Datenbank von zentraler Bedeutung, die den Grundstein für das Materialgenom-Engineering bildet.

Automatisierte und intelligente Experimente mit hohem Durchsatz: Die KI-Technologie hat den hohen Durchsatz, die Automatisierung und die Intelligenz von Materialexperimenten gefördert. Dies verbessert nicht nur die Effizienz von Experimenten, sondern fördert auch die tiefgreifende Integration von theoretischen Simulationen und experimentellen Daten, wodurch die Entwicklung und Optimierung neuer Materialien gefördert wird.

Kombination von Big Data und Methoden des maschinellen Lernens: Die Methode des maschinellen Lernens, die hochpräzise Funktionen und tiefes Potenzial mit KI-Technologie und Hochdurchsatzberechnungen kombiniert, kann Pioniermaterialien wie topologische Isolatoren, katalytische Materialien, zweidimensionale Materialien usw. vorhersagen.

Lösung des "Flaschenhals"-Problems: Die KI-Technologie, insbesondere die von der Big-Data-Technologie angetriebene Forschung, bietet wirksame Mittel zur Lösung schwieriger Probleme im Bereich der Materialwissenschaft und beschleunigt den Entwicklungsprozess neuer Materialien.

Anwendung der Materialinformatik: Die effiziente Nutzung von KI für die Materialinformatikforschung, die die Materialentwicklung durch Vorhersage von Eigenschaften vorantreibt, ist ein wichtiger Aspekt der innovativen Methoden der KI im Bereich der Materialwissenschaft.

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