50 новых материалов, которые определят будущее промышленности! | MachineMFG

50 новых материалов, которые определят будущее промышленности!

5
(3)

Что такое новые материалы?

Новые материалы, также известные как передовые материалы, относятся к недавно разработанным или находящимся в стадии разработки материалам, которые демонстрируют лучшие характеристики по сравнению с традиционными материалами.

К ним относятся недавно разработанные или находящиеся в процессе исследования материалы, демонстрирующие исключительные возможности, превосходящие обычные материалы.

Технология новых материалов создается в соответствии с человеческими намерениями, через ряд исследовательских процессов, включая физические исследования, проектирование материалов, обработку и экспериментальную оценку, все это направлено на создание инновационных материалов, которые удовлетворяют различные потребности.

Сущность новых материалов

  1. Использование новых концепций, методов и технологий для синтеза или подготовки материалов с высокими эксплуатационными характеристиками или особыми функциями. Например, углеродное волокно представляет собой совершенно новую концепцию новых материалов, получаемых в результате специализированного процесса карбонизации с использованием волокон-предшественников из полиакрилонитрила.
  2. Переработка традиционных материалов с целью значительного улучшения и повышения их эксплуатационных характеристик, например, путем наномодификации и модификации редкоземельными элементами. Модификация инженерных пластмасс в настоящее время является активной областью, причем их разновидностей становится все больше, а характеристики постоянно улучшаются.

Стратегическое позиционирование новых материалов

Сюда входит функциональное позиционирование, позиционирование по направлению, техническое позиционирование и позиционирование на рынке:

  1. Функциональное позиционирование: Фундаментальная и основополагающая стратегическая отрасль, формирующая базу и предтечу современных высоких технологий и производств. Прорывы в области материалов потенциально могут вызвать новые промышленные революции.
  2. Направленное позиционирование: Ориентируясь на развитие национальной экономики и основные инженерные потребности, компания продвигает материалы в таких ключевых областях, как новая энергетика, информационные технологии нового поколения, биоматериалы, аэрокосмическая промышленность, новые энергетические транспортные средства, современный транспорт и энергосберегающая защита окружающей среды. Сюда входят новые функциональные материалы, высокоэффективные конструкционные материалы и передовые базовые материалы. Новые функциональные материалы:
    Редкоземельные функциональные материалы, новые мембранные материалы, керамические функциональные материалы, полупроводниковые светотехнические материалы и новые функциональные полимерные материалы. Высокоэффективные структурные материалы:
    Высококачественная специальная сталь, новые сплавы, новые инженерные пластмассы и высокоэффективные композиционные материалы (например, композиты из углеродного волокна). Передовые базовые материалы:
    Наноматериалы, сверхпроводящие материалы и "умные" материалы.
  3. Техническое позиционирование: Разработка ключевых материалов и технологий с независимыми правами на интеллектуальную собственность для расширения возможностей самоинновации, формирования научно-технической инновационной системы и промышленного масштаба для развития китайской индустрии новых материалов.
  4. Позиционирование на рынке: В первую очередь удовлетворяет основные потребности национальной экономики и строительства национальной обороны. Нацеленность на высокотехнологичный рынок международных высоких технологий, характеризующийся высоким техническим содержанием, высокой добавленной стоимостью и высокой экономической эффективностью.

Типы новых материалов

(1) Новые композитные материалы

Использование новых композитных материалов началось еще в древности. Исторические примеры включают армированную соломой глину и столетний сталефибробетон, состоящие из двух разных материалов. В 1940-х годах в связи с потребностями авиационной промышленности были разработаны армированные стекловолокном пластики (широко известные как стеклопластик), что ознаменовало появление композитных материалов. С 1950-х годов были разработаны высокопрочные и высокомодульные волокна, такие как углеродные, графитовые и борные волокна. В 1970-х годах появились арамидные и карбидокремниевые волокна.

Эти высокопрочные и высокомодульные волокна могут быть объединены с неметаллическими матрицами, такими как синтетические смолы, углерод, графит, керамика, резина, или металлическими матрицами, такими как алюминий, магний, титан для создания уникальных композитных материалов. Сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые волокна, известные своей исключительной прочностью и устойчивостью к химическим агентам и старению, также отличаются высокой частотой передачи сигнала гидролокатора и устойчивостью к коррозии в морской воде.

Эти волокна используются в обтекателях высокочастотных гидролокаторов для военных кораблей, повышая возможности обнаружения и траления мин. Помимо военного применения, они имеют широкие перспективы в автомобилестроении, судостроении, производстве медицинских приборов и спортивного оборудования. Их внедрение привлекло значительное внимание и важность в развитых странах.

(2) Сверхпроводящие материалы

Некоторые материалы демонстрируют нулевое электрическое сопротивление при определенной критической температуре - это явление известно как сверхпроводимость. Другой особенностью сверхпроводников является их диамагнетизм - неспособность силовых линий магнитного поля проникнуть в сверхпроводник, когда он становится без сопротивления. Например, электрическое сопротивление обычных металлов, таких как медь, уменьшается с температурой и достигает определенного значения вблизи 0K.

В 1919 году голландский ученый Хейке Камерлинг Оннес обнаружил, что сопротивление ртути полностью исчезает при температуре 4,2 К (-269°C), продемонстрировав сверхпроводимость и диамагнетизм. Критическая температура (КТ), при которой сопротивление сверхпроводника становится равным нулю, является ключевой характеристикой. Исследования сверхпроводящих материалов направлены на преодоление "температурного барьера", чтобы найти высокотемпературные сверхпроводники.

Практические сверхпроводники, такие как NbTi и Nb3Sn, уже поступили в продажу и нашли применение в ядерно-магнитной резонансной томографии (ЯМРТ), сверхпроводящих магнитах и магнитах больших ускорителей. SQUIDs, как пример сверхпроводников в слабых электрических приложениях, играют важнейшую роль в обнаружении слабых электромагнитных сигналов, по чувствительности не сравнимых ни с одним несверхпроводящим устройством.

Однако низкие критические температуры обычных сверхпроводников, требующие сложных и дорогостоящих систем с жидким гелием (4,2 К), существенно ограничивали их применение. Появление высокотемпературных оксидных сверхпроводников преодолело этот температурный барьер, подняв применимую температуру с уровня жидкого гелия (4,2 К) до уровня жидкого азота (77 К). Жидкий азот - более экономичный теплоноситель с большей теплоемкостью, чем жидкий гелий, что значительно облегчает инженерные применения.

Высокотемпературные сверхпроводники также обладают значительными магнитными возможностями, способными генерировать магнитные поля свыше 20 Тл. Сферы применения сверхпроводящих материалов включают производство, передачу и хранение энергии. Сверхпроводящие генераторы с катушечными магнитами могут увеличивать напряженность магнитного поля до 50 000-60 000 Гаусс практически без потерь энергии, повышая мощность одной единицы в 5-10 раз и эффективность на 50% по сравнению с обычными генераторами.

Сверхпроводящие линии электропередачи и трансформаторы могут передавать электроэнергию потребителям с минимальными потерями. Например, в Китае в медных или алюминиевых линиях электропередачи теряется около 15% электроэнергии, что составляет более 100 миллиардов кВт/ч в год. Переход на сверхпроводящие линии передачи может сэкономить достаточно электроэнергии, чтобы заменить потребность в десятках крупных электростанций.

Сверхпроводящие поезда маглев работают, используя диамагнитные свойства сверхпроводников, которые отталкивают силовые линии магнитного поля, позволяя сверхпроводнику левитировать над постоянным магнитом или магнитным полем. Этот маглев-эффект используется в высокоскоростных сверхпроводящих маглев-поездах, таких как тот, что находится в шанхайском международном аэропорту Пудун. В сверхпроводящих компьютерах практически нулевое сопротивление сверхпроводящих материалов позволяет создавать плотные схемы на интегральных микросхемах без перегрева, что значительно повышает скорость вычислений.

(3) Энергетические материалы

Энергетические материалы включают в себя материалы для солнечных батарей, материалы для хранения водорода и материалы для твердооксидных топливных элементов. Материалы для солнечных батарей - новый энергетический материал - стали свидетелями таких достижений, как многослойные композитные солнечные элементы IBM с эффективностью преобразования до 40%. Водород, не загрязняющий окружающую среду и эффективный источник энергии, сталкивается с серьезными проблемами в области хранения и транспортировки. Около 50% средств, выделяемых Министерством энергетики США на исследования в области водорода, направлено на технологии хранения водорода.

Водород может разъедать материалы, вызывая охрупчивание и утечку, а также представляет опасность взрыва при транспортировке. Материалы для хранения водорода могут образовывать с водородом гидриды, выделяя водород при нагревании и перезаряжаясь после истощения. Современные материалы для хранения водорода - это в основном соединения металлов, такие как LaNi5H и Ti1.2Mn1.6H3. Активно ведутся исследования твердооксидных топливных элементов, в которых основное внимание уделяется таким материалам, как мембраны с твердым электролитом, катодные материалы для элементов и органические протонообменные мембраны для топливных элементов с протонообменной мембраной.

(4) Умные материалы

Умные материалы - это четвертое поколение материалов после природных, синтетических полимеров и искусственно созданных материалов. Они являются важным направлением в современной высокотехнологичной разработке новых материалов. За рубежом в области "умных" материалов было достигнуто множество технических прорывов. Например, британская компания BAE Systems разработала проволочные датчики для проверки деформации и температуры на обшивке самолетов.

В Великобритании также разработан быстрореагирующий сплав с памятью формы, обладающий долговечностью в миллион циклов и высокой выходной мощностью, что позволяет использовать его в тормозах с временем срабатывания до 10 минут. Сплавы с памятью формы успешно применяются в спутниковых антеннах, медицине и других областях. Среди других "умных" материалов - пьезоэлектрические материалы, магнитострикционные материалы, проводящие полимеры, электрореологические жидкости и магнитореологические жидкости, служащие в качестве компонентов привода в различных приложениях.

(5) Магнитные материалы

Магнитные материалы делятся на мягкие и твердые (постоянные).

(1) Мягкие магнитные материалы

Мягкие магнитные материалы легко намагничиваются и размагничиваются, теряя свой магнетизм при снятии магнитного поля. Отличаясь высокой магнитной проницаемостью (μ=B/H), они легко намагничиваются до высокой силы в магнитных полях, но сохраняют незначительный остаточный магнетизм при снятии поля.

Эти материалы широко используются в электронной технике, особенно в высокочастотных приложениях, таких как магнитопроводы, головки и сердечники памяти, а также в электротехнике - в трансформаторах и реле. К распространенным магнитомягким материалам относятся железо-кремниевые сплавы, железо-никелевые сплавы и аморфные металлы. Сплав Fe-(3%-4%)Si, наиболее часто используемый магнитомягкий материал, применяется в низкочастотных трансформаторах, двигателях и генераторах.

Железо-никелевые сплавы, такие как пермаллой (79%Ni-21), обладают более высокой магнитной проницаемостью и меньшими потерями, чем железо-кремниевые сплавы, и используются в телекоммуникациях, компьютерах и системах управления. Аморфные металлы, отличающиеся от обычных металлов своей некристаллической структурой, состоят из Fe, Co, Ni и металлоидов, таких как B, Si.

Аморфные металлы, полученные путем быстрого охлаждения расплавленного металла для получения некристаллической атомной структуры, обладают отличными магнитными свойствами и используются в энергоэффективных трансформаторах, магнитных датчиках, записывающих головках и многом другом. Некоторые аморфные металлы также обладают отличной коррозионной стойкостью, высокой прочностью и вязкостью.

(2) Постоянные магнитные материалы (твердые магнитные материалы)

Постоянные магнитные материалы сохраняют свой магнетизм после намагничивания, даже когда внешнее магнитное поле удалено. Они характеризуются высоким остаточным магнетизмом и высокой коэрцитивной силой, что делает их пригодными для изготовления постоянных магнитов, используемых в компасах, приборах, микродвигателях, электродвигателях, магнитофонах, телефонах, медицинских приборах и т. д. К постоянным магнитным материалам относятся ферриты и металлические постоянные магниты.

Ферриты, широко используемые благодаря их большому объему, широкому применению и низкой стоимости, обладают умеренными магнитными свойствами и подходят для общего применения в качестве постоянных магнитов. Металлические постоянные магниты начинались с высокоуглеродистая сталь но эволюционировали до более высокоэффективных материалов, таких как сплавы Al-Ni-Co и Fe-Cr-Co; редкоземельные магниты, такие как ранние редкоземельно-кобальтовые (Re-Co) сплавы (в основном SmCo5 и Sm2Co17, изготовленные методом порошковой металлургии) и широко используемые редкоземельные магниты ниобий-железо-бор (Nb-Fe-B). Магниты Nb-Fe-B не только обладают превосходными характеристиками, но и не содержат дефицитного элемента кобальта, быстро став представителем высокопроизводительных постоянных магнитов, используемых в высокоэффективных динамиках, электронных счетчиках воды, приборах ядерного магнитного резонанса, микродвигателях, автомобильных стартерах и многом другом.

(6) Наноматериалы

Нанотехнологии - это комплексная система, объединяющая передовые научные и технологические достижения, в основе которой лежит понимание и изменение природы на наноуровне путем прямого манипулирования атомами и молекулами для создания новых материалов. Нанотехнологии охватывают семь областей: физику наносистем, нанохимию, наноматериаловедение, нанобиологию, наноэлектронику, нанофабрикацию и наномеханику.

Наноматериалы, получившие свое название в 1980-х годах, представляют собой твердые материалы, состоящие из наночастиц, размер которых не превышает 100 нанометров. Получение и синтез наноматериалов остаются основными направлениями исследований, и хотя в области синтеза образцов достигнут определенный прогресс, крупномасштабное производство объемных образцов по-прежнему остается сложной задачей, что делает изучение процесса получения наноматериалов критически важным для их применения.

20 лучших новых материалов

Материальная промышленность является базовой отраслью национальной экономики, а новые материалы - это предвестники развития материальной промышленности.

Графен, углеродные нанотрубки, аморфные сплавы, вспененные металлы, ионные жидкости... 20 новых материалов открывают неограниченные возможности для развития индустрии материалов.

Сегодня стремительно развивается научно-техническая революция, с каждым днем появляются новые материальные продукты, ускоряются темпы модернизации промышленности и замены материалов.

Новые технологии материалов интегрированы с нанотехнологиями, биотехнологиями и информационными технологиями.

Структурная и функциональная интеграция и функциональные материалы становятся все более интеллектуальными.

Низкоуглеродистые, экологичные и пригодные для вторичной переработки материалы привлекают большое внимание.

На основе результатов исследований известных отечественных и зарубежных исследовательских институтов и компаний, обзоров научно-технических СМИ и исследований горячих точек отрасли в данной статье отобрано 20 новых материалов.

Ниже приведена подробная информация о соответствующих материалах (без особого порядка).

1. Графен

Графен

Прорыв:

Необычайная электропроводность, чрезвычайно низкое удельное сопротивление, чрезвычайно низкая и чрезвычайно быстрая скорость миграции электронов, в десятки раз большая прочность и превосходное светопропускание по сравнению со сталью.

Dразработка Tи..:

Получение Нобелевской премии по физике в 2010 году сделало графен горячим приложением к технологиям и рынкам капитала в последние годы.

В ближайшие 5 лет применение графена будет стремительно расти в таких областях, как фотоэлектрические дисплеи, полупроводники, сенсорные экраны, электронные устройства, аккумуляторы энергии, дисплеи, сенсоры, полупроводники, аэрокосмическая и военная промышленность, композитные материалы и биомедицина.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology и др.

2. Аэрогель

Аэрогель

Прорыв:

Высокая пористость, низкая плотность, малый вес, низкая теплопроводность, отличные теплоизоляционные свойства.

Тенденция развития:

Новые материалы с большим потенциалом.

Они имеют большой потенциал в области энергосбережения и защиты окружающей среды, теплоизоляции электроприборов и строительства.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Fosman Technology, W.R. Grace, Fuji-Silysia, Япония и др.

3. Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки

Прорыв:

Высокая электропроводность, высокая теплопроводность, высокий модуль упругости, высокая прочность на разрыв и т.д.

Тенденция развития:

Электроды для функциональных устройств, носители катализаторов, сенсоры и т.д.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

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

4. Фуллерен

Фуллерен

Прорыв:

Линейные и нелинейные оптические свойства, сверхпроводимость фуллеренов щелочных металлов и др.

Тенденция развития:

В будущем он имеет важные перспективы в таких областях, как биологические науки, медицина, астрофизика и т.д., и, как ожидается, будет использоваться в фотоэлектрических устройствах, таких как оптические преобразователи, преобразование сигналов и хранение данных.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Мичиганский государственный университет, Xiamen Funa New Materials и др.

5. Аморфный сплав

Аморфный сплав

Прорыв:

Высокая прочность и жесткость, отличная магнитная проницаемость и низкие магнитные потери, а также отличная жидкотекучесть.

Dразработка Tи..:

Может использоваться в высокочастотных трансформаторах с малыми потерями, конструктивных элементах мобильного терминального оборудования и т.д.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Liquidmetal Technologies, Inc., Институт исследования металлов, Китайская академия наук, BYD и др.

6. Металлическая пена

Металлическая пена

Прорыв:

Легкий вес, низкая плотность, высокая пористость и большая удельная поверхность.

Dразработка Tи..:

Он обладает электропроводностью и может заменить те области применения, где неорганические неметаллические материалы не может проводить электричество.

Он обладает большим потенциалом в области звукоизоляции и шумоподавления.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Alcan (Алюминиевая ассоциация, США), Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro и др.

7. Ионная жидкость

Ионная жидкость

Прорыв:

Высокая термическая стабильность, широкий диапазон температур жидкости, регулируемая кислота и щелочь, полярность, способность к координации и т.д.

Тенденция развития:

Он имеет широкие перспективы применения в области зеленой химической промышленности, а также биологии и катализа.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Solvent Innovation, BASF, Ланьчжоуский институт физики, Китайская академия наук, Университет Тунцзи и др.

8. Наноцеллюлоза

Наноцеллюлоза

Прорыв:

Он обладает хорошей биосовместимостью, водоудерживающей способностью и стабильностью в широком диапазоне pH.

Он также обладает наносетевой структурой и высокими механическими свойствами.

Dразработка Tи..:

Он имеет большие перспективы в биомедицине, усилителе, бумажной промышленности, очистке, проводящем и неорганическом соединении пищи, а также в промышленном магнитном соединении.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Cellu Force (Канада), Лесная служба США, Innventia (Швеция) и др.

9. Нанометр Перокакит

Намометр Перокакит

Прорыв:

Нанометровый перокакит обладает гигантским магнитосопротивлением, высокой ионной проводимостью и играет каталитическую роль в осаждении и восстановлении кислорода.

Dразработка Tи..:

В будущем он будет иметь огромный потенциал в области катализа, хранения, сенсоров и поглощения света.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Epry, AlfaAesar и др.

10. 3D Pперепечатка Материалы

Материалы для 3D-печати

Прорыв:

Изменив традиционные методы промышленной обработки, можно быстро добиться формирования сложных структур.

Тенденция развития:

Революционный метод формования имеет большие перспективы в области формования сложных структур и формования с быстрой обработкой.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Object, 3DSystems, Stratasys, Huashu Hi-Tech и др.

11. Гибкое стекло

Гибкое стекло

Прорыв:

Он меняет жесткие и хрупкие характеристики традиционного стекла и реализует революционную инновацию гибкости стекла.

Тенденция развития:

Это открывает огромные перспективы в области будущих гибких дисплеев и складных устройств.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Corning, Германия SCHOTT и др.

12. Самособирающиеся (самовосстанавливающиеся) материалы

Самособирающиеся (самовосстанавливающиеся) материалы

Прорыв:

Самосборка молекул материала позволит реализовать "интеллект" самого материала.

Изменив прежний способ подготовки материала, можно добиться того, что материал будет самопроизвольно формировать определенную форму и структуру.

Тенденция развития:

Изменение традиционных методов подготовки и восстановления материалов имеет большие перспективы в области молекулярных устройств, проектирование поверхности и нанотехнологии.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Гарвардский университет и др.

13. Биоразлагаемые пластмассы

Биоразлагаемые пластики

Прорыв:

Пластмассы могут подвергаться естественной деградации, а сырье для них получают из возобновляемых ресурсов, что снижает зависимость традиционных пластмасс от ископаемых ресурсов, таких как нефть, природный газ и уголь, а также уменьшает загрязнение окружающей среды.

Тенденция развития:

В будущем он заменит традиционные пластмассы и имеет большие перспективы.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Natureworks, Basf, Kaneka и др.

14. Углеродные композиты на основе титана

Углеродные композиты из титана

Прорыв:

Такие материалы обладают высокой прочностью, низкой плотностью и отличной коррозионной стойкостью.

А также имеют неограниченные перспективы в авиационной и гражданской сферах.

Тенденция развития:

В будущем эти материалы будут иметь широкий спектр потенциальных применений: малый вес, высокая прочность и устойчивость к коррозии.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Харбинский технологический институт.

15. Метаматериалы

Метаматериалы

Прорыв:

Он обладает физическими свойствами, которых нет у обычных материалов, такими как отрицательная проницаемость и отрицательная диэлектрическая проницаемость.

Тенденция развития:

Это изменило традиционную концепцию обработки в соответствии с природой материала.

В будущем характеристики материалов можно будет разрабатывать в зависимости от потребностей, а потенциал будет безграничным и революционным.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Boeing, Kymeta, Shenzhen Guangqi Research Institute и др.

16. Сверхпроводящий материал

Сверхпроводящий материал

Прорыв:

В сверхпроводящем состоянии материал имеет нулевое сопротивление, в нем отсутствуют потери тока, а в магнитном поле он проявляет антимагнитные свойства.

Тенденция развития:

Если технология высокотемпературной сверхпроводимости будет преодолена в будущем, ожидается, что она решит проблемы передача энергии потери, нагрев электронных устройств и новая технология магнитного подвеса для зеленой передачи.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Sumitomo Япония, Bruker Германия, Китайская академия наук и др.

17. Сплав с памятью формы

Сплав с памятью формы

Прорыв:

После предварительной формовки, после принудительной деформации под воздействием внешних условий, он обрабатывается при определенных условиях и восстанавливает свою первоначальную форму для реализации конструкции и применения обратимой деформации материала.

Тенденция развития:

Он имеет большой потенциал в космической технике, медицинском оборудовании, механо-электронном оборудовании и других областях.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Youyan Новые материалы и др.

18. Магнитострикционный материал

Магнитострикционный материал

Прорыв:

Под действием магнитного поля он может производить удлинение или сжатие, а также реализовать взаимодействие между деформацией материала и магнитным полем.

Тенденция развития:

Он широко используется в интеллектуальных конструкционных устройствах, устройствах амортизации, структурах преобразования энергии, высокоточных двигателях и других областях, и в некоторых условиях имеет лучшие характеристики, чем пьезоэлектрическая керамика.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

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

19. Магнитные (электрические) жидкие материалы

Магнитные (электрические) материалы для жидкостей

Прорыв:

Жидкое состояние, сочетающее в себе магнитные свойства твердых магнитных материалов и текучесть жидкостей.

Он обладает свойствами и областью применения, которых нет у традиционных магнитных сыпучих материалов.

Тенденция развития:

Он используется в таких областях, как магнитное уплотнение, магнитное охлаждение, магнитный тепловой насос и т.д., и изменяет традиционное герметичное охлаждение и другие методы.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Американская ATA Applied Technology Corporation, японская Panasonic и др.

20. Интеллектуальный полимерный гель

Интеллектуальный полимерный гель

Прорыв:

Он может чувствовать изменения в окружающей среде и реагировать на них, а также обладает схожими биологическими характеристиками.

Тенденция развития:

Цикл расширения-сокращения умного полимерного геля может быть использован для создания химических клапанов, адсорбционного разделения, сенсоров и материалов памяти.

Энергия, получаемая в результате цикла, используется для создания "химического двигателя".

Управляемость сетки подходит для интеллектуальных систем высвобождения лекарств и т.д.

Основные научно-исследовательские институты (компании):

Американские и японские университеты.

21. Голографическая пленка

Голографическая пленка

Введение:

Голографическая пленка - это новаторское применение технологии голограмм. Это запатентованная проекционная пленка, которая впервые в мире позволяет просматривать изображения как спереди, так и сзади, под разными углами, в том числе на 360 градусов, независимо от условий освещения.

Голографическая пленка обеспечивает динамичные воздушные экраны с кристально чистым изображением, позволяя зрителям видеть сквозь пленку фон. В паре с интерактивным программным обеспечением можно создавать трехмерные интерактивные изображения, погружая зрителей в захватывающий пространственный опыт.

Обладая такими непревзойденными преимуществами, как высокая четкость, устойчивость к яркому свету, ультратонкость и антивозрастные свойства, он может стать одним из самых перспективных материалов будущего.

Тенденции будущего:

Благодаря своей способности обеспечивать динамичные воздушные дисплеи и четкое изображение, позволяя зрителям видеть фон и взаимодействовать с трехмерными изображениями, голографическая пленка обладает множеством беспрецедентных преимуществ. Она находится на переднем крае инновационных материалов, и ей суждено привлечь к себе еще больше научных исследований.

Прогнозы относительно будущих тенденций в развитии голографических пленок включают два основных аспекта:

Во-первых, нанооптические компоненты на молекулярном уровне, в центре которых находится голографический кристалл цветного фильтра (HCFC) и которые объединяют нанотехнологии с междисциплинарным подходом, сочетающим материаловедение, оптику и полимерную науку.

Во-вторых, в легкой конструкции пленки используются передовые прецизионные оптические структуры, обеспечивающие превосходное изображение высокой четкости и яркости.

Исключительная прозрачность материала и минималистичный, элегантный дизайн способствуют его использованию в электронных устройствах и оптических пленках. Развитию технологии голографических пленок уделяют внимание многие страны, и, без преувеличения, в ней заключено будущее. Та страна, которая первой освоит и начнет использовать эту технологию, станет лидером передового технологического века.

22. Металлический водород

Металлический водород

Введение:

Металлический водород - это проводящее состояние жидкого или твердого водорода, образующегося под давлением в миллионы атмосфер. Его электропроводность схожа с электропроводностью металлов, отсюда и название "металлический водород". Ранее предполагалось, что металлический водород, являющийся материалом для хранения энергии и обладающий высокой плотностью, будет сверхпроводником при комнатной температуре.

Он содержит огромное количество энергии, в 30-40 раз превышающее энергию обычной тротиловой взрывчатки. 26 января 2017 года журнал Science сообщил, что в лаборатории Гарвардского университета успешно создан металлический водород. Однако 22 февраля 2017 года из-за ошибки в обращении единственный в мире образец металлического водорода исчез.

Теоретически получение металлического водорода под экстремально высоким давлением, конечно, возможно, но для получения образцов ученым необходимы дальнейшие исследования. Большинство известных сверхпроводников требуют охлаждения жидким гелием (-269°C) или жидким азотом (-196°C), что ограничивает развитие сверхпроводящих технологий.

В отличие от химиков, астрономы относят к металлам все элементы, кроме водорода и гелия. В условиях высокой температуры и высокого давления газообразный водород может превращаться в проводящий металлический водород.

Например, внешний слой Юпитера состоит из 1000 километров газообразного молекулярного водорода, под которым находится 24 000-километровый слой жидкого молекулярного водорода, а затем 45 000-километровый слой жидкого металлического водорода.

В 1936 году американский ученый Вигнер впервые рассчитал давление, при котором водород переходит в металл, предположив, что критическое давление для этого превращения составляет от одного до десяти миллионов атмосфер.

Тенденции будущего развития:

Критическая температура сверхпроводимости металлического водорода, то есть максимальная температура, при которой он проявляет сверхпроводимость, составляет от -223°C до -73°C. Потенциально его можно использовать при температурах, близких к температуре твердого диоксида углерода (-78,45°C), что значительно продвинет вперед сверхпроводящие технологии.

Поскольку металлический водород - материал с высокой плотностью, использование его в качестве топлива позволит значительно уменьшить размеры и вес ракет, что приведет к монументальному скачку в освоении космоса. Появление металлического водорода, сродни рождению парового двигателя, вызовет революционную эру в области науки и техники.

Металлический водород находится в метастабильном состоянии и может быть использован для создания "магнитных клеток", удерживающих плазму, в которой содержится палящий ионизированный газ. Управляемые реакции ядерного синтеза могли бы преобразовывать ядерную энергию в электрическую, предлагая дешевый и чистый источник энергии. Такая энергия позволила бы построить на Земле "фабрики, имитирующие солнце", что в конечном итоге решило бы энергетический кризис человечества.

23. Суперсолид

Суперсолид

Описание: Супертвердое вещество сродни сверхтекучему, обозначая твердое вещество, обладающее сверхтекучими свойствами, по сути, сочетая в себе характеристики "сверхтекучее + твердое". Проще говоря, сверхтвердое вещество не только сохраняет упорядоченное расположение атомов, характерное для кристаллического состояния, но и течет без трения, как сверхтекучая жидкость.

При очень низких температурах вакансии в кристаллической структуре сверхтвердого тела могут объединяться в кластеры и свободно перемещаться по всему материалу. Если поместить твердый объект в вакансии с одной стороны сверхтвердого тела, он будет пересекать сверхтвердое тело с этими вакансиями, двигаясь так же свободно, как если бы он проходил сквозь стены.

Будущие тенденции: Это новое состояние материи может существовать только в условиях экстремального холода и сверхвысокого вакуума, что говорит о том, что пока мы не можем широко применять его. Однако более глубокое понимание этого, казалось бы, парадоксального состояния материи может расширить наши представления о свойствах сверхтекучих жидкостей и сверхпроводников, что значительно продвинет такие отрасли, как сверхпроводящие магниты, сверхпроводящие датчики и передача энергии.

В будущем вакансии в сверхтвердом теле станут когерентными образованиями, которые смогут беспрепятственно перемещаться внутри остального твердого тела, подобно сверхтекучей жидкости. Конденсат Бозе-Эйнштейна - это особое состояние материи, возникающее при сверхнизких температурах, когда квантовые свойства атомов становятся чрезвычайно выраженными, проявляя значительное волнообразное поведение.

24. Губка для дерева

Губка для дерева

Аннотация:

Древесная губка, созданная путем химической обработки древесины для удаления гемицеллюлозы и лигнина, отлично впитывает масла из воды. Она может впитать до 16-46 раз больше собственного веса масла и может быть использована повторно до 10 раз. Эта инновационная губка превосходит все другие используемые в настоящее время губки и абсорбенты по пропускной способности, качеству и возможности повторного использования.

Будущее развитие:

Разливы нефти и химикатов нанесли беспрецедентный ущерб водоемам по всему миру. Древесная губка, являясь экологически чистым решением для очистки океанов, представляет собой эффективное средство для решения этой проблемы.

25. Кристаллы времени

Кристаллы времени

Аннотация:

Кристаллы времени, также известные как пространственно-временные кристаллы, - это четырехмерные кристаллы, которые демонстрируют периодические структуры как в пространстве, так и во времени. Обычно мы сталкиваемся с тремя фундаментальными состояниями материи: твердым, жидким и газообразным.

Однако с развитием науки концепция состояний материи расширилась и теперь включает в себя плазму, конденсаты Бозе-Эйнштейна, сверхкритические жидкости и многое другое. Кристаллы времени представляют собой новое состояние материи и неравновесную фазу, которая нарушает временную трансляционную симметрию.

Концепция кристаллов времени была впервые предложена нобелевским лауреатом Фрэнком Вильчеком в 2012 году. Мы знакомы с трехмерными кристаллами, такими как лед и алмазы - геометрически симметричными структурами, созданными путем периодического расположения микроскопических частиц в пространстве.

Обучая своих студентов, Вильчек размышлял о том, можно ли распространить концепцию трехмерных кристаллов на четырехмерную область пространства-времени, позволяя материи демонстрировать периодическое расположение с течением времени.

Иными словами, кристаллы времени меняют состояние в разное время, и эти изменения цикличны. Например, в одну секунду кристалл времени может быть сахаром, в следующую - коричневым сахаром, а на третьей секунде снова превратиться в сахар.

Тенденции будущего:

В сентябре 2021 года четверо ученых-теоретиков - Норман Яо, Ведика Хемани, Доминик Элс и Масаки Ватанабе - получили совместную премию "За прорыв в фундаментальной физике", что ознаменовало широкое признание новой области кристаллов дискретного времени.

К концу 2021 года эксперимент с дискретным временным кристаллом, проведенный командой квантовых вычислений Google, был назван одним из главных физических прорывов года Американским физическим обществом (APS) Physics и Институтом физики (IOP) Physics World.

Исследования кристаллов дискретного времени произвели революцию в нашем понимании периодически движущихся систем, локализации многих тел, предварительной термализации и процессов квантовой термализации. Это также побудило широкий круг исследователей из различных областей углубиться в эту область.

Эволюция кристаллов дискретного времени показывает, что научные исследования часто бывают сложными, требующими опровержений и тщательных академических дебатов. В сфере научных открытий проницательные ошибки более ценны, чем посредственные истины, поскольку они могут послужить источником новых идей.

Кристаллы времени выиграли от быстрого развития технологии квантовых вычислений, что позволило им быстро развиваться, а не оставаться в безвестности.

26. Квантовый стелс-материал

Материал Quantum Stealth

Введение:

Канадская биотехнологическая компания Hyperstealth Biotechnology разработала передовой материал, известный как "Квантовый стелс" (ткань-невидимка). Эта ткань, получившая название "Квантовый стелс-камуфляж", достигает невидимости за счет изгибания световых волн.

Тенденции будущего:

Этот материал может быть использован для создания плащей-невидимок, которые помогут солдатам на поле боя выполнять сложнейшие задания за счет маскировки. Генеральный директор компании Гай Крамер заявил: "Материал "Квантовый стелс" может не только помочь спецназу проводить рейды в светлое время суток, но и облегчить солдату бегство при неожиданной опасности".

Более того, этот материал может найти применение в следующем поколении стелс-самолетов, подводных лодок и танков, позволяя им достичь настоящей невидимости и дать войскам возможность наносить незаметные удары по врагу".

27. Вечный невысыхающий материал

Вечный невысыхающий материал

Описание: Этот материал, состоящий из полимеров и воды, обладает электропроводностью и остается вечно влажным.

Перспективы: В будущем этот материал может быть использован для создания искусственной кожи и гибких роботов с биомиметическими возможностями.

28. Дихалькогениды переходных металлов

Дихалькогениды переходных металлов

Введение:

Дихалькогениды переходных металлов (TMDC) обладают простой двумерной структурой и являются сверхинновационными материалами наравне с графеном. Обычно они состоят из элемента переходного металла M (такого как молибден, вольфрам, ниобий, рений, титан и т. д.) и халькогенного элемента X (такого как сера, селен, теллур и т. д.).

Благодаря относительно низкой стоимости и простоте изготовления очень тонких и стабильных слоев, а также полупроводниковым свойствам, TMDC стали идеальными материалами в области оптоэлектроники.

Тенденции будущего развития:

Если в TMDC ввести электроны и дырки, то при встрече они будут рекомбинировать, а затем излучать фотоны. Такая способность к фотонно-электронному преобразованию открывает перспективы для TMDC в области передачи оптической информации, где они могут служить миниатюрными маломощными источниками света или лазерами.

TMDC также могут быть объединены с различными двумерными материалами для создания гетеропереходов с минимальными проблемами несоответствия решетки. Ожидается, что такие гетеропереходные фотонные устройства продемонстрируют превосходные характеристики в более широком спектральном диапазоне.

29. Криогенные кипящие материалы

Криогенные кипящие материалы

Аннотация:

Криогенные кипящие материалы - это вещества, которые ведут себя противоположно термическим кипящим материалам, переходя из твердого состояния в жидкое и газообразное при понижении температуры. Эти материалы остаются твердыми при высоких и комнатных температурах, причем их прочность возрастает по мере повышения температуры, и они способны выдерживать температуры свыше 10 000 градусов Цельсия.

Они сжижаются при -121°C и превращаются в газ при -270°C. Криогенные кипящие материалы считаются суперматериалами. По сравнению с самыми современными высокотемпературными стойкими и сверхпроводящими материалами, находящимися в стадии разработки, они демонстрируют превосходную высокотемпературную стойкость и сверхпроводимость.

При легировании инертными термокипящими материалами можно повысить низкотемпературную и сверхнизкотемпературную прочность криогенных кипящих материалов, обеспечивая исключительную прочность в более широком диапазоне температур.

Криогенные металлические материалы проявляют сверхпроводящие свойства при комнатной температуре, что устраняет необходимость в дорогостоящих низкотемпературных средах. Поэтому они обладают огромным потенциалом для исследований и практического применения.

Тенденции будущего развития:

По мнению отраслевых аналитиков, криогенные кипящие материалы могут найти широкое применение в аэрокосмической промышленности, сверхмашиностроении и электронных устройствах. Например, в аэрокосмической отрасли эти материалы могут быть использованы для производства двигателей и корпусов космических кораблей с высокими эксплуатационными характеристиками.

Они идеально подходят для космических аппаратов, движущихся с третьей космической скоростью и выше, где компоненты должны сохранять сверхвысокую твердость при экстремальных температурах, возникающих при движении с высокой скоростью, и при этом эффективно работать в холодных и ультрахолодных условиях космоса.

Криогенные кипящие материалы могут произвести технологическую революцию в аэрокосмической промышленности. Однако их синтез или добыча на Луне сопряжены со значительными трудностями, и предстоит пройти долгий путь, прежде чем эти материалы найдут свое применение.

30. Магнитореологические жидкости

Магнитореологические жидкости

Введение:

Магнитореологические жидкости, также известные как магнитные жидкости, феррожидкости или просто магжидкости, представляют собой инновационный класс функциональных материалов, сочетающих в себе текучесть жидкостей и магнитные свойства твердых магнитов. Состоящие из нанометровых магнитных твердых частиц, жидкостей-носителей и поверхностно-активных веществ, эти стабильные коллоидные жидкости не проявляют магнитного притяжения в состоянии покоя.

Однако при воздействии внешнего магнитного поля они проявляют магнитные свойства. Такие уникальные характеристики обусловили их широкое применение и значительную научную ценность.

Магнитореологические жидкости, полученные из порошков нанометаллов и сплавов, демонстрируют превосходные характеристики и широко используются в сложных условиях для магнитных уплотнений, систем демпфирования, медицинских устройств, модуляции звука, оптических дисплеев и процессов магнитореологической сепарации.

Тенденции будущего:

В последние годы произошли многочисленные научные прорывы в области применения магнитореологических материалов в таких новых областях, как аэрокосмическая промышленность, оборона, здравоохранение и транспорт. По мере развития технологий эти области применения расширяются, а спрос на соответствующие научные и технические знания неуклонно растет.

Магнитореологические жидкости, признанные одним из материалов с наибольшим потенциалом для будущего развития, привлекли внимание всего мира.

Хотя Китай вошел в область магнитореологических исследований позже других, он быстро набирает обороты. Поскольку монополия развитых стран, таких как Великобритания и США, на технологии высокотехнологичного применения постепенно ослабевает, ожидается, что в ближайшие годы конкуренция в области исследований магнитореологических материалов будет усиливаться.

31. Прочный материал покрытия

Прочный материал покрытия

Введение:

Этот материал покрытия представляет собой стеклообразный сплав на основе железа, специально разработанный для промышленных сверл и расточных инструментов и обеспечивающий повышенную стойкость к разрушению при больших нагрузках. Он значительно экономичнее традиционных материалов, таких как твердые сплавы карбида вольфрама и кобальта, а также повышает эффективность проходки благодаря увеличенному сроку службы.

Тенденции будущего:

В будущем этот материал может найти применение в таких отраслях, как производство и строительство.

32. Перовскитные наноточки

Перовскитные наноточки

Аннотация:

Перовскитовые наноточки, известные своим колоссальным магнитосопротивлением, высокой ионной проводимостью, электрокаталитическими свойствами и окислительно-восстановительной активностью, обладают огромным потенциалом для применения в поглощении, хранении, катализе и сенсорике света.

Перовскиты являются кристаллическими структурными материалами и представляют собой новый класс функциональных материалов. В настоящее время проблемы их стабильности являются существенным препятствием для развития. Однако исследования новых перовскитных структур развиваются, привлекая значительное внимание к перовскитным наноточкам.

Тенденции будущего:

Согласно отчету "China Perovskite Nanodot Market Development Status and Industry Outlook Forecast Research Report", опубликованному сетью маркетинговых исследований, команда из Квинслендского технологического университета (QUT) в Австралии интегрирует перовскитовые наноточки, сделанные из человеческих волос, в солнечные батареи.

Эти наноточки образуют защитный слой на поверхности перовскита, защищая материал от различных внешних факторов, повышая его стабильность и увеличивая эффективность фотоэлектрического преобразования. Это также может снизить производственные затраты.

Такие достижения имеют решающее значение для широкомасштабного развития перовскитных солнечных элементов, что говорит о многообещающем будущем перовскитных наноточек.

33. Металлы с микрорешеткой

Металлы с микрорешеткой

Введение:

Металлы с микрорешеткой состоят из крошечных полых трубок, соединенных между собой и образующих структуру, диаметр каждой из которых составляет около 100 микрометров, а толщина стенок - всего 100 нанометров. Благодаря своей пустотелой природе, внутренняя часть металла состоит на 99,99% из воздуха.

Этот металл состоит в основном из легкого воздуха, что позволяет ему быть похожим на одуванчик или парить на землю, как перышко с высоты. Многие могут усомниться в прочности такого легкого металла, полагая, что он очень хрупок. Однако это не так. Металлы с микрорешетками исключительно прочны и обладают высоким уровнем прочности на сжатие.

Тенденции будущего развития:

Используемые в качестве электродов для аккумуляторов и носителей катализаторов, микрорешетчатые металлы должны произвести революцию в авиации и производстве космических аппаратов. Они обещают снизить массу аппаратов НАСА для исследования дальнего космоса на 40%, что крайне важно для будущих полетов на Марс и за его пределы.

34. Стенене

Stanene

Аннотация:

Станен, также известный как один слой атомов олова, имеет двумерную сотовую структуру, подобную графену, что делает его новым квантовым материалом. Его кристаллическая структура основана на алмазоподобном альфа-олове, и из-за своей неслоистой конфигурации он не может быть получен путем механического отшелушивания, что приводит к чрезвычайно высоким технологическим барьерам.

По сравнению с другими двумерными материалами, такими как графен, силицен и герман, станен обладает более длинными связями и превосходной электропроводностью и может стать первым в мире суперматериалом, способным достичь электропроводности 100,0% при комнатной температуре.

Тенденции будущего:

По мнению отраслевых аналитиков, станен как новый двумерный материал имеет широкие перспективы применения. Благодаря постоянным инновациям и прорывам в технологиях исследований и разработок, диапазон применения станена будет расширяться, и отрасль, скорее всего, достигнет коммерческого развития.

Технические барьеры в индустрии производства станина высоки, но в последние годы многочисленные китайские исследовательские группы добились значительного прогресса в изучении станиновых материалов, что положительно сказалось на росте отрасли.

35. Молекулярный суперклей

Молекулярный суперклей

Аннотация:

Молекулярный суперклей - это клей, открытый в 2013 году Марком Ховартом и его исследовательской группой с факультета биохимии Оксфордского университета на основе белков, выделяемых бактерией Streptococcus pyogenes при вторжении в клетки.

Вдохновленный белками, выделяемыми Streptococcus pyogenes, клей состоит из двух белковых компонентов, которые могут разъединяться, но при контакте вновь соединяются, как клей. Известный как молекулярный суперклей, этот клей отличается высокой прочностью соединения, превосходной устойчивостью к экстремальным температурам, а также стойкостью в кислой и других агрессивных средах.

Перспективы на будущее:

В перспективе этот материал может найти применение в диагностике рака; молекулярный суперклей может соединяться с металлами, пластиками и различными другими веществами, преодолевая распространенную проблему плохой адгезии между обычными покрытиями и металлами.

36. Метаматериалы

Метаматериалы

Введение:

Метаматериалы - термин, появившийся в XXI веке, - относятся к специальным композитным материалам или структурам, которые обладают необычными физическими свойствами, не встречающимися у обычных материалов. Это достигается за счет упорядоченного структурного проектирования ключевых физических размеров.

Метаматериалы пересекаются с многочисленными дисциплинами, такими как физика, химия, оптоэлектроника, материаловедение, полупроводниковая наука и производство оборудования, что ставит их на передний край глобальных исследований, имеющих стратегическое значение.

Престижный журнал Science включил метаматериалы в десятку лучших научных достижений первого десятилетия этого века, а журнал Materials Today назвал их одним из десяти самых значительных прорывов в материаловедении за последние пятьдесят лет.

Тенденции будущего:

Метаматериалы могут стать новым материалом с безграничным потенциалом. Однако они все еще находятся на некотором расстоянии от настоящей крупномасштабной индустриализации, и многие проблемы еще предстоит преодолеть. Эти проблемы будут направлять основные исследования в области метаматериалов, потенциально приводя к дальнейшим технологическим прорывам и достижениям в этой области.

37. Квантовые металлы

Квантовые металлы

Аннотация:

Квант - важнейшее понятие в современной физике, представляющее собой наименьшую фундаментальную единицу материи и энергии. Квантовый металл - это металл, состоящий из мельчайших частиц и являющийся уникальным двумерным материалом. Он обладает свойствами обычных металлов, а также изоляционными и сверхпроводящими свойствами.

В умеренных магнитных полях он ведет себя как квантовый металл, в сильных магнитных полях переходит в изолятор, а при температуре ниже -272°C становится сверхпроводником. Это демонстрирует потенциал для исследования двумерных состояний квантовых металлов.

Тенденции будущего:

Промышленные аналитики отмечают, что сверхпроводимость является важным направлением исследований квантовых металлов. Сверхпроводники, которые демонстрируют нулевое электрическое сопротивление ниже своей критической температуры, могут передавать электричество без потерь и находят широкое применение в электронике, телекоммуникациях, энергетике, транспорте, медицине, ядерной промышленности, аэрокосмической отрасли и т.д.

В 2021 году мировой рынок сверхпроводников оценивался примерно в $7,6 млрд и продолжает демонстрировать тенденцию роста. Сверхпроводники можно разделить на низкотемпературные и высокотемпературные, причем первые занимают доминирующее положение и имеют сильную динамику развития. Квантовый металл, являющийся разновидностью низкотемпературного сверхпроводника, имеет большое значение для исследований и применения.

38. Борный графен

Графен с бором

Введение:

Борный графен, двумерный материал, представляет собой однослойную планарную атомную структуру, подобную графену, состоящую из элемента бора. Толщина этой тонкой пленки составляет всего один атом.

Синтезированный искусственно, борный графен, как ожидается, будет иметь разнообразные структуры, обладать уникальными свойствами и проявлять многие металлические характеристики, в частности, исключительные электронные свойства. Он представляет собой новый класс двумерных материалов.

Тенденции будущего:

По мнению отраслевых аналитиков, чтобы стимулировать технологический прогресс в промышленности, на мировом рынке наблюдается высокий уровень заинтересованности в исследовании и применении новых материалов.

Инвестиции правительств и капитала в исследования новых материалов постоянно растут, а высокоэффективные новые материалы разрабатываются и коммерциализируются ускоренными темпами. Борный графен как новый двумерный материал обладает превосходными электронными свойствами и огромным потенциалом для роста в таких отраслях, как электроника и энергетика.

В краткосрочной перспективе рынок его применения еще не сформировался, поскольку он все еще находится на стадии исследований. Однако в долгосрочной перспективе, по сравнению с графеном, он обладает значительным рыночным потенциалом.

39. Программируемый цемент

Программируемый цемент

Аннотация:

Программируемый цемент, управляя микроструктурой частиц цемента, программирует эти частицы на формирование специализированного бетона с высокой плотностью и низкой пористостью. Это повышает прочность, водонепроницаемость и коррозионную стойкость бетона.

Программируемый цемент - это высокотехнологичный, инновационный вид цемента. Он не только обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками, но и значительно снижает вред, наносимый окружающей среде в процессе производства и применения.

Тенденции будущего развития:

По данным отраслевых аналитиков, в настоящее время Китай меньше участвует в исследованиях программируемого цемента, чем Соединенные Штаты. Однако, поскольку страна стремится превратиться из производственного гиганта в производственную державу и достичь целей углеродной нейтральности и устойчивого развития, китайское правительство активно продвигает исследования в области высокоэффективных, экологически чистых новых материалов.

В будущем инвестиции в исследования новых строительных материалов в Китае будут постоянно расти, а достижения в области программируемых исследований цемента - увеличиваться.

40. Ультратонкая платина

Ультратонкая платина

Аннотация:

Ultra-Thin Platinum - это новый метод быстрого и недорогого осаждения тонких пленок платины, позволяющий значительно уменьшить количество металла, необходимого для катализаторов топливных элементов, что значительно снижает их стоимость.

Перспективы на будущее:

В будущем этот материал может найти применение в таких областях, как водородные топливные элементы.

41. Платиновые сплавы

Платиновые сплавы

Аннотация:

Платиновые сплавы состоят из платины, смешанной с другими металлами, такими как палладий, родий, иттрий, рутений, кобальт, осмий и медь. В качестве функциональных материалов они используются для измерения температуры, в качестве катализаторов, для электрических контактов, электродных материалов, эластичных материалов и магнитогидродинамических материалов.

Платиновые сплавы для измерения температуры отличаются высокой термоэлектрической стабильностью и точностью при высоких температурах, в основном это платино-родиевые, платино-молибденовые и платино-кобальтовые системы. Платино-родиевые сплавы обладают превосходной устойчивостью к высокотемпературному окислению и химической стабильностью.

Термопары из платино-молибденовых сплавов используются для высокотемпературных измерений в вакууме, инертных атмосферах и ядерных полях. Платино-кобальтовые сплавы, используемые в термометрах сопротивления, обладают высокой точностью и чувствительностью при температурах выше 20 К.

Катализаторы из платиновых сплавов - единственный материал, используемый в процессе окисления аммиака для производства азотной кислоты, состоящий в основном из платино-родиевых или платино-родиево-палладиевых сеток.

Тенденции будущего:

Платиновые сплавы находят широкое применение в высокотемпературных деформационных материалах, материалах для намотки прецизионных потенциометров, медицинских материалах, ювелирных изделиях и валюте, имея значительный потенциал для дальнейшего развития.

42. Самовосстанавливающиеся материалы

Самовосстанавливающиеся материалы

Аннотация:

Самовосстанавливающиеся материалы, как следует из названия, способны автоматически устранять повреждения без необходимости значительного вмешательства. Это свойство не только продлевает срок службы изделий, но и обеспечивает их безопасность и целостность, сокращая расходы на обслуживание.

Исследования самовосстанавливающихся материалов начались в 1990-х годах в области архитектурного бетона. Однако значительный прогресс был достигнут лишь в 2001 году, когда всемирно известный электрохимик, американец Скотт Уайт, и его команда опубликовали статью в журнале Nature. Они разработали полимерные самовосстанавливающиеся материалы, внедрив микрокапсулы с лечебными веществами в эпоксидную смолу, содержащую катализатор, что привлекло широкое международное внимание к этой области.

Тенденции будущего:

С быстрым развитием технологий самовосстановления различные самовосстанавливающиеся материалы могут найти широкое применение в таких отраслях, как строительство, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, авиация и электроника. Их использование имеет огромное значение для сохранения ресурсов и достижения устойчивого развития.

43. Покрытие стекла, блокирующее солнечный свет

Стекло с покрытием, блокирующим солнечный свет

Аннотация:

Это инновационное покрытие способно самостоятельно регулировать прозрачность стекла. При температуре выше 67ºC это прозрачное покрытие превращается в отражающую поверхность с зеркальной поверхностью, отражающей солнечный свет.

Перспективы на будущее:

Этот материал может найти применение в строительстве, транспорте и других отраслях.

44. Биомиметические пластики

Биомиметические пластики

Аннотация:

Биомиметические материалы разрабатываются для имитации различных характеристик или особенностей живых организмов. Искусственные материалы, разработанные и изготовленные таким образом, чтобы имитировать режимы работы живых систем и структурные принципы биологических материалов, называются биомиметическими материалами.

Биомиметические пластмассы не только обладают прочностью, значительно превосходящей прочность инженерных пластмасс, но и демонстрируют замечательную вязкость и устойчивость к распространению трещин. Они испытывают минимальные изменения размеров в диапазоне температур от -130°C до 150°C, а при комнатной температуре их коэффициент теплового расширения составляет лишь десятую часть от коэффициента обычных пластмасс.

Тенденции будущего:

По мере ускорения процесса урбанизации в нашей стране на первый план все чаще выходят вопросы социальной стабильности и безопасности в городах. Технология биомиметических пластиков является ключевым фактором развития инфраструктуры. Таким образом, с дальнейшим развитием социально-экономических и информационных технологий применение биомиметических пластиков станет новым трендом в будущем.

45. Фотонные кристаллы

Фотонные кристаллы

Введение:

Фотонные кристаллы - это периодические оптические наноструктуры, которые влияют на движение фотонов примерно так же, как ионные решетки влияют на электроны в твердых телах. Они встречаются в природе, проявляясь в виде структурной окраски и отражателей животных, и перспективны для различных применений в разных формах. Как привлекательные оптические материалы, фотонные кристаллы используются для контроля и манипулирования потоком света.

Тенденции будущего:

Одномерные фотонные кристаллы уже широко используются в тонкопленочной оптике: от антибликовых и высокоотражающих покрытий на линзах и зеркалах до красок и чернил, меняющих цвет. Более высокоразмерные фотонные кристаллы представляют большой интерес как для фундаментальных, так и для прикладных исследований, а двумерные структуры начинают находить коммерческое применение.

Коммерческие продукты с использованием двумерных периодических фотонных кристаллов появились в виде фотонных кристаллических волокон, которые используют структуры микронного размера для удержания света со свойствами, принципиально отличающимися от свойств обычных волокон, используемых в нелинейных устройствах и для направления необычных длин волн.

Хотя их трехмерные аналоги еще далеки от коммерческого применения, они могут предложить дополнительные функции, такие как оптическая нелинейность, необходимая для работы оптических транзисторов, используемых в оптических компьютерах, если будут преодолены некоторые технические аспекты, такие как технологичность и основные трудности.

46. Эрозионно-стойкие керамические материалы

Эрозионно-стойкие керамические материалы

Аннотация:

Эрозионностойкие керамические материалы представляют собой многообещающее достижение в области высокотемпературных конструкционных материалов. Обладая высокой температурой плавления, они служат превосходными огнеупорными материалами для таких применений, как печи и высокотемпературные печные трубы. Среди этих керамических материалов те, которые относятся к категории конструкционных, в первую очередь обладают такими механическими свойствами, как прочность, твердость и вязкость.

Хотя металлы широко используются в качестве конструкционных материалов, их подверженность коррозии и окислению при высоких температурах делает их непригодными для таких условий. Появление высокотемпературной конструкционной керамики позволило устранить недостатки более слабых металлических материалов. Эта керамика устойчива к высоким температурам, окислению и кислотно-основной коррозии.

Тенденции будущего:

Высокотемпературная, эрозионностойкая керамика обеспечивает изоляцию, термостойкость, коррозионную стойкость и прочные механические свойства. Высокотемпературные керамические изоляционные покрытия получили признание за свою экологичность, эффективность и многофункциональность, обеспечив себе важное место в секторе специализированных покрытий.

47. Стеновые материалы, альтернативные кондиционерам

Стеновые материалы - альтернатива кондиционерам

Аннотация:

Гидрокерамика - это материал, состоящий из гидрогелевых шариков, которые при погружении в воду могут разбухать в 400 раз больше своего первоначального объема.

Тенденции будущего:

Благодаря этому замечательному свойству сферические бусины впитывают жидкость, которая в жаркую погоду испаряется в окружающий воздух, обеспечивая тем самым охлаждающий эффект.

48. Пластмассы, которые можно перерабатывать бесконечно

 Пластик, который можно перерабатывать бесконечно

Аннотация:

Бесконечно перерабатываемые пластики относятся к тем, которые можно перерабатывать бесконечно. По сравнению с обычными пластмассами, бесконечно перерабатываемые пластмассы можно перерабатывать, предотвращая вред от попадания пластмассовых изделий в окружающую среду, что обеспечивает значительные экологические преимущества. В отличие от биоразлагаемых пластмасс, бесконечно перерабатываемые пластмассы не разлагаются в природе, но могут быть использованы повторно, обеспечивая значительную экономическую выгоду.

Тенденции будущего развития:

Бесконечно перерабатываемые пластики имеют широкие рыночные перспективы в контексте стратегий устойчивого развития. Аналитики отрасли отмечают, что в настоящее время обычные пластмассы сталкиваются с различными проблемами, связанными с экологической и экономической ценностью. Бесконечно перерабатываемые пластики могут в наибольшей степени решить эти проблемы и заменить существующие пластики при производстве различных изделий.

49. Материалы для 4D-печати

Материалы для 4D-печати

Введение:

Основными материалами, используемыми в 4D-печати, являются полимеры. В 2014 году ученые разработали чувствительное к натяжению полимерное волокно, из которого можно изготавливать платья, способные автоматически подстраиваться под форму тела и движения владельца.

Тенденции будущего:

Умные материалы лежат в основе технологии 4D. Однако, поскольку исследования в этой области все еще находятся в зачаточном состоянии, существует лишь несколько зрелых материалов, готовых к внедрению на рынке, причем основное внимание уделяется полимерам. Это создает как возможности, так и проблемы. Ключевой областью текущих исследований является изучение потенциала керамики, металлов, биологических веществ и композитов в качестве материалов для печати.

50. Материал, который стирает морщины

Материал, который стирает морщины

Аннотация:

Этот нежный и гладкий полимер при нанесении на кожу мгновенно подтягивает и подтягивает ее, без труда стирая морщины.

Перспективы на будущее:

Этот материал имеет большие перспективы для разработки средств по уходу за кожей и лечения кожных заболеваний.

Как технология искусственного интеллекта ускоряет процесс разработки высокоэффективных материалов?

Технология искусственного интеллекта ускоряет процесс разработки высокоэффективных материалов в основном за счет следующих аспектов:

Повышение точности моделирования и способности генерировать новые функции: Основная инновация в материаловедении ИИ заключается в оптимизации алгоритмов, особенно в применении технологии глубокого обучения. Это значительно повышает точность моделирования, тем самым более точно предсказывая характеристики и функции новых материалов.

Инициатива "Геном материалов": Создавая инфраструктуру для инноваций в области новых материалов, технология искусственного интеллекта помогает как минимум удвоить скорость перехода от исследований и разработок к применению материалов при сокращении затрат вдвое. В этом процессе ключевую роль играет создание базы данных, которая является краеугольным камнем для геномной инженерии материалов.

Высокопроизводительные, автоматизированные и интеллектуальные эксперименты: Технологии искусственного интеллекта способствуют высокопроизводительным, автоматизированным и интеллектуальным экспериментам с материалами. Это не только повышает эффективность экспериментов, но и способствует глубокой интеграции теоретического моделирования и экспериментальных данных, тем самым направляя разработку и оптимизацию новых материалов.

Сочетание больших данных и методов машинного обучения: Метод машинного обучения, сочетающий в себе высокоточную функцию и глубокий потенциал, созданный с помощью технологии искусственного интеллекта и высокопроизводительных расчетов, позволяет предсказывать такие передовые материалы, как топологические изоляторы, каталитические материалы, двумерные материалы и т.д.

Решение проблемы "узкого места": Технологии искусственного интеллекта, особенно исследования, основанные на технологии больших данных, обеспечивают эффективные средства для решения сложных проблем в области материаловедения, ускоряя процесс разработки новых материалов.

Применение информатики материалов: Эффективное использование ИИ для исследований в области информатики материалов, способствующее развитию материалов путем прогнозирования их свойств, является важным аспектом инновационных методов ИИ в области материаловедения.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 5 / 5. Количество оценок: 3

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх