美国国家科学院预测：未来十年的新材料革命
美国国家科学院预测：未来十年的新材料革命
2024年8月，中国科学院化学研究所团队与北京航空航天大学团队合作，在国际学术期刊《自然》发表了一项重要研究成果：一种新型塑料基热电材料。这种材料不仅质地轻软，还能利用温差发电，为可穿戴设备和物联网提供了新的能源解决方案。
这一突破性进展，正是美国国家科学院在《材料研究前沿：十年调查》报告中所预见的新材料革命的一个缩影。报告指出，2020-2030年将是新材料领域取得重大突破的关键时期，从金属合金到聚合物热电材料，从陶瓷玻璃到量子材料，多个领域都将迎来革命性的进展。
新材料革命的关键领域
聚合物热电材料是当前全球新材料研究的前沿领域。这种材料能够将温差转化为电能，也可以通过通电实现加热或制冷。其应用前景广阔，既可以利用体温或汽车内外的温差为手机、智能手表等设备充电，也可以用于开发便携式控温设备，如可调节温度的服装。
除了聚合物热电材料，高性能合成树脂也是新材料革命的重要方向。中国工程院院士孙丽丽指出，高性能聚烯烃材料、工程塑料、催化材料等在包装、电子封装等领域具有广泛的应用前景。特种橡胶和热塑性弹性体，如高性能弹性体POE，将在更多领域得到应用。高性能合成纤维，包括抗静电纤维、熔喷布等，将在不同场景下发挥重要作用。专用化工材料，如膜材料，将在水处理、电子化学品生产等领域发挥关键作用。
新材料革命的经济价值
新材料革命将推动多个万亿级产业的高质量发展。以新能源发电领域为例，2023年多晶硅、硅片、组件等主要制造环节产量同比增长64%，行业产值超1.7万亿元。新能源汽车领域，2023年行业产值超过1.5万亿元，年均增长120%。医疗器械领域，2023年行业总产值超过1.3万亿元，年均增长超过12%。生物制造领域，2023年行业总产值达4200亿元，预计2033年将达到2万亿元。
新材料革命面临的挑战
尽管新材料革命前景广阔，但其发展也面临诸多挑战。从技术层面来看，新材料的研发需要突破多个难题。以聚合物热电材料为例，要实现高性能，需要同时具备高热电转化能力、高电导率和低热导率，这在材料设计上极具挑战性。
从环保角度来看，新材料的发展需要遵循绿色低碳原则。目前，化工新材料主要依赖化石能源，能耗较高，生产过程偏长。未来需要在原料绿色化、用能绿色化、技术绿色化等方面持续发力，推动新材料产业的可持续发展。
未来展望
美国国家科学院的报告为我们描绘了一个令人振奋的未来图景：到2030年，新材料将在多个领域实现突破性进展。金属合金将继续推动科技发展，陶瓷和玻璃将在储能及量子通信中发挥重要作用，半导体材料将为电子设备带来革命性变化，量子材料将为计算和通信技术开辟新路径。
这场新材料革命不仅将改变我们的生活方式，还将重塑全球科技和产业格局。正如美国国家科学院所预测的那样，未来十年将是新材料领域取得重大突破的关键时期。我们期待，通过持续的科技创新和国际合作，这些新材料能够早日从实验室走向市场，为人类社会带来更加美好的未来。