【中玻網(wǎng)】材料的進(jìn)步是各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展與應用推廣的物質(zhì)基礎，近年來(lái)世界各主要國家針對材料科學(xué)紛紛制定了要點(diǎn)科技發(fā)展戰略，如美國的"材料遺傳因子組計劃"、歐盟的"石墨烯旗艦計劃"等。上海市科學(xué)學(xué)研究所技術(shù)預見(jiàn)研究團隊參考全部有關(guān)機構的評述，結合上海相關(guān)人士團隊意見(jiàn)，提出材料領(lǐng)域2016年十大關(guān)注點(diǎn)。
　　
　　1、快速崛起的第三代半導體材料
　　
　　第三代半導體材料是以寬禁帶為特點(diǎn)的一類(lèi)半導體材料，包括碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁（AlN）等代表性材料。這一特點(diǎn)使得第三代半導體材料的同靠前代（Si）、第二代（GaAs、InP）半導體材料相比，具備更高的擊穿電場(chǎng)、熱導率、電子飽和速率及更好的抗輻射能力。宏觀(guān)表現出來(lái)，就是在高溫、高頻、高輻射劑量及大功率等傳統半導體材料（尤其是SI）難以勝任的場(chǎng)合具有顯著(zhù)優(yōu)勢。
　　
　　以較典型的SiC材料為例。SiC能夠帶來(lái)能夠更高的光電轉換效率，用于LED照明可降低40%的成本，應用于太陽(yáng)能發(fā)電則可降低25%以上的轉換損失。SiC還能夠減少功率元件的電力損失，應用于非常高壓直流輸電和智能電網(wǎng)領(lǐng)域可降低60%電力損失，并提高40%的供電效率；應用在家電、高鐵、新能源汽車(chē)、工業(yè)電機等領(lǐng)域也可實(shí)現20~50%不等的節能效率。效率的提高也會(huì )帶來(lái)器件體積的減少，例如用于電腦適配器就可減少80%的體積。
　　
　　2014年起，美國就成立了以SiC為代表的第三代寬禁帶半導體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，目前已經(jīng)獲得了美國各級相關(guān)部門(mén)的1.4億美元的投入資金。日本相關(guān)部門(mén)則更早認識到了SiC的重大意義，將其視為未來(lái)節能戰略的重要技術(shù)，并在2013年將其納入了"首相戰略"。
　　
　　2、實(shí)用性步伐加快的石墨烯材料
　　
　　石墨烯是一種二維碳材料，具有超薄、柔性、高度度、導電導熱性好、透光率好等獨特性能，被認為有望在多個(gè)科研和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)革命性進(jìn)展。目前主要關(guān)注的潛在應用方向包括：新一代集成電路的基礎材料、新一代觸摸屏的透光導電膜、效率高導熱膜、改善電池性能的添加劑等。石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也獲得了大部分國家各主要國家的要點(diǎn)關(guān)注。我國石墨烯制造相關(guān)的市場(chǎng)活動(dòng)和產(chǎn)業(yè)計劃呈遍地開(kāi)花之勢，目前已經(jīng)有企業(yè)發(fā)展到了噸級生產(chǎn)能力。重慶已經(jīng)生產(chǎn)了首批采用了石墨烯觸屏、電池和導熱膜的手機。石墨烯超級電池在新能源汽車(chē)的試驗中也實(shí)現了充電8分鐘續航1000公里的顛覆性表現。石墨烯場(chǎng)效應晶體管在實(shí)驗室中也顯示出了高達155G的非常高主頻。
　　
　　當然，目前石墨烯的發(fā)展還存在許多關(guān)鍵性的障礙，例如批量生產(chǎn)的石墨烯質(zhì)量較低、缺乏帶隙結構、環(huán)境風(fēng)險等等。但在資本力量已經(jīng)大舉介入的情況下，可以預見(jiàn)2016年石墨烯產(chǎn)業(yè)會(huì )迎來(lái)大的發(fā)展。
　　
　　3、柔性玻璃
　　
　　康寧公司計劃中的柔性玻璃Willow除了更薄、更耐磨、更通透之外，還具有一個(gè)突出的有點(diǎn)：柔性。在需要的時(shí)候甚至可以將玻璃卷起來(lái)，甚至其生產(chǎn)過(guò)程也借鑒了造紙工廠(chǎng)的靈感。這一材料可以用于電子設備的曲面屏幕，以及太陽(yáng)能電池和照明等場(chǎng)合。Willow原定于2013年面世，但是由于技術(shù)和工藝等方面的原因，較終的終端產(chǎn)品可能會(huì )在2016年才能出現。
　　
　　4、光學(xué)超材料
　　
　　一些亞波長(cháng)尺度的物質(zhì)結構能夠產(chǎn)生奇特的宏觀(guān)光學(xué)現象。例如蝴蝶翅膀的色彩就是源于其微觀(guān)結構，而非簡(jiǎn)單的反射特定波長(cháng)的入射光。科學(xué)家利用這一原理制造出了許多以往不可思議的材料，被稱(chēng)為光學(xué)超材料。超材料較大擴展了人們對材料的介電常數、磁導率、折射率等電磁性能的選擇范圍，從負值到正值、從無(wú)窮小到無(wú)窮大、從均勻到漸變等均可實(shí)現。光學(xué)超材料制造成超級透鏡，來(lái)觀(guān)察尺寸小于光波波長(cháng)的材料；有望用于2D全息圖像，甚至研發(fā)隱形衣等用途。
　　
　　5、液態(tài)自驅動(dòng)金屬
　　
　　液態(tài)金屬可以通過(guò)"吞噬"少量物質(zhì)而獲得能量，并具備無(wú)需外接電力的自主高速運動(dòng)能力。在不同的環(huán)境中，液態(tài)自驅動(dòng)金屬能夠體現出拐彎、變形、分裂、結合、互動(dòng)等復雜的行為，甚至給人以"金屬生物"之感。這一性能雖然距離電影中的液態(tài)機器人仍然遙遠，但已經(jīng)使智能馬達、微型機器人、效率高泵送機構、柔性運動(dòng)機構等看到了可能，有望為機械領(lǐng)域帶來(lái)諸多變革性進(jìn)步。
　　
　　6、氣凝膠
　　
　　氣凝膠又被稱(chēng)為"凝煙"，是密度較低的固體，可以看成是較為松散的骨架結構。氧化鋁或氧化鉻、氧化錫、碳等材料形成的骨架只占材料整體體積的不到0.2%，其余空間則全部是空隙充滿(mǎn)了空氣，因此氣凝膠的宏觀(guān)物理性質(zhì)很接近空氣：較低的密度，不到木材的百分之一；良好的熱和電的絕緣性，能輕易抵擋火焰的直射；氣凝膠甚至還具有一定的透光性，顯示出半透明的外觀(guān)。而且氣凝膠還具有不錯的強度，因此可以用作保溫、絕緣、吸音隔音以及合成效率高復合材料等用途。大量的空隙也使其能夠用于儲能或催化等用途。
　　
　　7、新型二維材料黑磷
　　
　　石墨烯作為靠前種宏觀(guān)二維材料，顯示出了諸多優(yōu)點(diǎn)性質(zhì)而受到了普遍關(guān)注，尤其是在電子工業(yè)中被視為具有顛覆性潛力的新材料。但石墨烯是電的良導體，缺乏能隙結構的先天缺點(diǎn)目前還難以解決，因此距離集成電路方面的應用仍然非常遙遠。
　　
　　針對這一問(wèn)題，一些科學(xué)家嘗試尋找一種既具有二維材料的特性，又具有能隙結構的新材料。黑磷則被寄予了厚望。普通的白磷經(jīng)過(guò)準確的熱處理具備了層狀結構，再經(jīng)過(guò)一系列處理后即可分離為單層的二維材料。黑磷具有可調半導體的特性，能夠用于代替目前的許多半導體元件，例如晶體管、傳感器、太陽(yáng)能電池、電路開(kāi)關(guān)等。此外黑磷對光線(xiàn)的分散效果也超過(guò)石墨烯，因此有望率先應用于光電領(lǐng)域。
　　
　　8、納米壓電材料
　　
　　壓電材料受到外力作用時(shí)，能將機械能轉變成電能。氧化鋅納米棒受力彎曲時(shí)就會(huì )產(chǎn)生微弱的電壓。將兩塊材料的摩擦面做成齊整密布、具有壓電效應的納米結構。這樣兩塊材料來(lái)回摩擦，會(huì )產(chǎn)生群體壓電效應，造成群體納米電源疊加。通過(guò)將兩塊材料的納米結構插入對方的縫隙的摩擦方式則可以避免表面的磨損。這樣的摩擦式納米電源已經(jīng)可以為體積很小的微-納電子器件供電，可使這樣的器件結構變簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，制造成本下降，使用壽命延長(cháng)，利于大規模工業(yè)化生產(chǎn)與實(shí)際應用。很多低頻率的低頻機械可以用類(lèi)似的方法轉化為電能。目前的一些研究成果已經(jīng)可以實(shí)現超過(guò)300伏的輸出電壓。