2024 年及以后，工信部出臺了多項(xiàng)重要文件，旨在推動新材料產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。其中，由工信部和國家發(fā)展改革委共同印發(fā)的《新材料中試平臺建設(shè)指南（2024—2027 年）》備受矚目，其目標(biāo)是構(gòu)建約 300 個地方中試平臺，并著力培育一批高水平平臺，為新材料的研發(fā)和應(yīng)用提供有力支撐。
同時，《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2024 年版）》也在積極推動新材料的首次應(yīng)用示范，這將有助于新材料更快地進(jìn)入市場，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在眾多材料方向中，至少有 8 個方向頗具探討價(jià)值。
石墨烯材料
石墨烯是一種具有單層碳原子結(jié)構(gòu)的特殊材料。它的導(dǎo)電率極高，可達(dá) 10^{6} s/m，是銅的 15 倍，堪稱目前地球上電阻率最小的材料。還有數(shù)據(jù)表明其導(dǎo)電率高達(dá) 1515.2 s/cm。在高分子材料領(lǐng)域，石墨烯具有巨大的應(yīng)用潛力。
在高分子材料中，石墨烯作為高性能添加劑，可顯著提升導(dǎo)電性與耐磨性。添加石墨烯能大幅提高材料電導(dǎo)率，在電子器件、電池等領(lǐng)域性能出色。其高強(qiáng)度特性還可增強(qiáng)高分子結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能，應(yīng)用于航空航天、汽車制造等對強(qiáng)度要求高的領(lǐng)域。
近年來，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模逐年遞增，預(yù)計(jì) 2024 年將達(dá) 441 億元。這既表明石墨烯應(yīng)用前景廣闊，其衍生體系的材料非常值得關(guān)注。
高性能碳纖維復(fù)合材料
碳纖維是一種輕如羽毛且強(qiáng)如鋼鐵的材料，在材料體系中地位重要。碳纖維材料憑借其低密度和高強(qiáng)度的特性，在汽車制造和航空航天領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。
在汽車制造中，可用于車身框架及零部件制造，增強(qiáng)汽車整體強(qiáng)度的同時減輕車身重量，提高燃油效率；在航空航天領(lǐng)域，成為制造飛行器結(jié)構(gòu)部件的理想材料，能夠有效減輕飛行器重量，降低能耗，提高飛行性能。
我國碳纖維產(chǎn)業(yè)需求量以 13% 以上的年均增長率穩(wěn)定增長，2020 年需求量達(dá) 4.89 萬噸。這一數(shù)據(jù)充分顯示了碳纖維在我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的重要性和市場潛力。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展，碳纖維在航空航天和汽車制造等行業(yè)的應(yīng)用將更加廣泛，對推動這些行業(yè)的發(fā)展將起到至關(guān)重要的作用。
先進(jìn)半導(dǎo)體材料
當(dāng)今時代，信息技術(shù)飛速發(fā)展，引發(fā)各領(lǐng)域技術(shù)升級需求強(qiáng)烈，電子設(shè)備制造領(lǐng)域?qū)Ω咝阅馨雽?dǎo)體材料需求突出且持續(xù)增長。半導(dǎo)體材料作為現(xiàn)代電子技術(shù)的核心基礎(chǔ)，其性能的優(yōu)劣直接決定了電子設(shè)備的運(yùn)行速度、效率以及功能的實(shí)現(xiàn)。
從微觀層面來看，半導(dǎo)體材料的電學(xué)性能、晶體結(jié)構(gòu)以及雜質(zhì)含量等特性都對電子設(shè)備的性能產(chǎn)生著關(guān)鍵影響。例如，具有更高載流子遷移率的半導(dǎo)體材料能夠使電子在其中更快速地移動，從而提高電子設(shè)備的運(yùn)算速度；更為純凈的晶體結(jié)構(gòu)可以減少電子散射，進(jìn)一步提升電子設(shè)備的運(yùn)行效率。
在實(shí)際應(yīng)用中，這些高性能的半導(dǎo)體材料是制造諸如智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)處理器、高速通信芯片等各類更快速、更高效電子設(shè)備的基石。它們?yōu)殡娮釉O(shè)備的小型化、高性能化提供了可能，使得電子設(shè)備能夠在有限的空間內(nèi)集成更多的功能模塊，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)算和處理任務(wù)，滿足人們對于信息獲取和處理的日益增長的需求。半導(dǎo)體制造相關(guān)的樹脂材料值得關(guān)注下。
3D打印用材料
從金屬到塑料，3D 打印技術(shù)的發(fā)展離不開多樣化的材料支持，而這些材料在高分子材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和重要意義。
金屬材料在 3D 打印中可用于制造具有高強(qiáng)度和高精度要求的零部件，如航空航天領(lǐng)域的發(fā)動機(jī)部件、醫(yī)療器械中的金屬植入物等。塑料材料則憑借其多樣的性能和易于加工的特點(diǎn)，在 3D 打印中得到了更為廣泛的應(yīng)用。
高分子材料是 3D 打印材料的重要組成部分，為 3D 打印技術(shù)帶來更多可能。特殊高分子材料有良好生物相容性，可打印生物組織工程支架；部分高分子材料具特殊光學(xué)或電學(xué)性能，滿足特定應(yīng)用需求。熱塑性塑料加熱熔化后可逐層堆積成型，能快速制造復(fù)雜形狀產(chǎn)品，廣泛用于產(chǎn)品原型制作和個性化定制等領(lǐng)域。
這些多樣化的材料支持使得 3D 打印技術(shù)能夠根據(jù)不同的需求選擇合適的材料進(jìn)行制造，從而使得按需制造成為現(xiàn)實(shí)。無論是工業(yè)生產(chǎn)中的零部件定制，還是醫(yī)療領(lǐng)域中的個性化醫(yī)療器械制造，3D 打印技術(shù)都能夠借助豐富的材料資源實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的制造，為各個領(lǐng)域帶來了革命性的變化。
超導(dǎo)材料
超導(dǎo)材料作為一種具有特殊物理性質(zhì)的材料，在材料科學(xué)領(lǐng)域尤其是在涉及到電流傳輸和電磁應(yīng)用方面具有極其重要的地位。超導(dǎo)材料最顯著的特性是在特定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)沒有電阻的電流傳輸。這種特性使得超導(dǎo)材料在電力輸送領(lǐng)域的應(yīng)用具有巨大的潛力。
在傳統(tǒng)的電力輸送過程中，由于導(dǎo)線存在電阻，會導(dǎo)致大量的電能以熱能的形式損耗掉。而超導(dǎo)材料的應(yīng)用將徹底改變這一現(xiàn)狀。當(dāng)超導(dǎo)材料用于電力輸送線路時，電流可以毫無阻礙地通過，幾乎不會產(chǎn)生任何電能損耗，這將極大地提高電力輸送的效率，降低能源損耗，同時也能夠減少對環(huán)境的影響。
在磁懸浮交通領(lǐng)域，超導(dǎo)材料同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。磁懸浮列車?yán)贸瑢?dǎo)材料產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場與軌道上的磁場相互作用，實(shí)現(xiàn)列車的懸浮和高速運(yùn)行。超導(dǎo)材料所具備的無電阻特性能夠確保磁場的穩(wěn)定產(chǎn)生和維持，從而為磁懸浮列車提供穩(wěn)定的懸浮力和驅(qū)動力，使得列車能夠以更高的速度、更平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)行駛，徹底改變了傳統(tǒng)交通方式的面貌。
超導(dǎo)材料的應(yīng)用前景十分廣闊，不僅在電力輸送和磁懸浮交通領(lǐng)域有著重大影響，在其他領(lǐng)域如醫(yī)療設(shè)備中的磁共振成像（MRI）技術(shù)、高能物理研究中的粒子加速器等方面也有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。
智能仿生材料
在材料科學(xué)的廣闊領(lǐng)域中，存在一類特殊的材料，它們模仿自然界的生物結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出令人驚嘆的性能。這類材料在高分子材料領(lǐng)域也占據(jù)著重要的地位。它們能夠響應(yīng)環(huán)境變化，自我修復(fù)，甚至進(jìn)行自我清潔。
高分子材料中的一些智能材料具有模仿生物結(jié)構(gòu)的特性。例如，某些高分子水凝膠材料，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈感來源于生物組織中的細(xì)胞外基質(zhì)。這種水凝膠材料能夠感知環(huán)境中的濕度變化，當(dāng)環(huán)境濕度降低時，它會收縮以減少水分流失；當(dāng)環(huán)境濕度增加時，它又會膨脹吸收水分，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)境濕度的響應(yīng)。
在自我修復(fù)方面，一些含有特殊化學(xué)鍵或微結(jié)構(gòu)的高分子材料能夠在受到損傷后自動修復(fù)。例如，具有動態(tài)共價(jià)鍵的高分子材料，當(dāng)材料表面出現(xiàn)裂紋時，這些動態(tài)共價(jià)鍵會在一定條件下重新組合，使裂紋愈合，恢復(fù)材料的完整性和性能。
對于自我清潔功能，部分高分子材料通過表面的特殊結(jié)構(gòu)或化學(xué)修飾實(shí)現(xiàn)。比如，一些高分子涂層材料的表面具有類似于荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)，這種微觀結(jié)構(gòu)使得水滴能夠在材料表面形成水珠并迅速滾落，同時帶走表面的灰塵和污垢，從而達(dá)到自我清潔的效果。
生物可降解材料
當(dāng)今社會，環(huán)境問題嚴(yán)峻，持久性污染危害生態(tài)系統(tǒng)。材料領(lǐng)域中，生物可降解材料作為可持續(xù)發(fā)展方案備受關(guān)注，在高分子材料范疇更展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢和重要應(yīng)用價(jià)值。
在醫(yī)療領(lǐng)域，生物可降解材料發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如，一些用于傷口縫合的縫合線采用了生物可降解高分子材料。這種材料在傷口愈合過程中能夠逐漸降解，無需拆線，減少了患者的痛苦和感染風(fēng)險(xiǎn)。
同時，在組織工程和藥物緩釋系統(tǒng)中，生物可降解高分子材料也被廣泛應(yīng)用。它們可以作為細(xì)胞支架，為細(xì)胞的生長和組織的修復(fù)提供支撐，并且隨著時間的推移逐漸降解，不會在體內(nèi)殘留，避免了對身體的潛在危害。
在包裝領(lǐng)域，生物可降解材料應(yīng)用潛力巨大。傳統(tǒng)塑料包裝難降解，長期存在造成白色污染。生物可降解高分子材料制成的包裝產(chǎn)品，如塑料袋、包裝盒等，使用后能在自然環(huán)境中經(jīng)微生物作用逐漸分解為無害物質(zhì)，減少持久性污染。例如聚乳酸（PLA）包裝材料，機(jī)械性能和加工性能良好，能滿足包裝基本需求，又具生物可降解性，是理想的包裝材料替代品。
納米材料
在材料科學(xué)不斷發(fā)展的進(jìn)程中，納米材料以其獨(dú)特的性質(zhì)和在微觀尺度上操控物質(zhì)的能力，成為了研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。納米材料在高分子材料領(lǐng)域也占據(jù)著重要的一席之地。在納米尺度上操控物質(zhì)，這些材料展現(xiàn)出了獨(dú)特的性質(zhì)，將在醫(yī)療、能源和電子領(lǐng)域大放異彩。
在醫(yī)療領(lǐng)域，納米材料的獨(dú)特性質(zhì)為疾病的診斷和治療帶來了新的機(jī)遇。例如，一些納米高分子材料可以被設(shè)計(jì)成具有靶向性的藥物載體。這些載體能夠精準(zhǔn)地將藥物輸送到病變細(xì)胞，提高藥物的治療效果，同時減少對正常細(xì)胞的損害。此外，納米材料還可以用于醫(yī)學(xué)成像，如納米造影劑能夠增強(qiáng)成像的清晰度和準(zhǔn)確性，幫助醫(yī)生更好地診斷疾病。
在能源領(lǐng)域，納米材料同樣展現(xiàn)出巨大的潛力。以高分子納米復(fù)合材料為例，它們可以應(yīng)用于電池領(lǐng)域。納米材料的加入能夠提高電池的能量密度和充放電效率，改善電池的性能。在太陽能電池方面，一些納米材料可以增強(qiáng)光的吸收和轉(zhuǎn)換效率，提高太陽能電池的發(fā)電效率。
在電子領(lǐng)域，納米材料的應(yīng)用也日益廣泛。納米尺度下的高分子材料可以用于制造更小尺寸、更高性能的電子元件。例如，納米晶體管的研制使得電子產(chǎn)品的集成度更高、運(yùn)行速度更快。同時，納米材料還可以用于制造柔性電子器件，滿足人們對電子設(shè)備便攜性和柔韌性的需求。
預(yù)計(jì)到 2024 年，中國納米材料市場規(guī)模將達(dá) 2490 億元。這一數(shù)據(jù)充分顯示了納米材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，也體現(xiàn)了其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性。
總結(jié)
這些材料的發(fā)展，不僅將推動技術(shù)創(chuàng)新，還將為解決全球面臨的能源、環(huán)境和健康挑戰(zhàn)提供新的可能性。
（文章來源于先進(jìn)高分子材料信息）