新材料资讯丨遥望2035，未来8大核心材料发展方向

2024 年及以后，工信部出台了多项重要文件，旨在推动新材料产业的蓬勃发展。其中，由工信部和国家发展改革委共同印发的《新材料中试平台建设指南（2024—2027 年）》备受瞩目，其目标是构建约 300 个地方中试平台，并着力培育一批高水平平台，为新材料的研发和应用提供有力支撑。
同时，《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024 年版）》也在积极推动新材料的首次应用示范，这将有助于新材料更快地进入市场，实现产业化。在众多材料方向中，至少有 8 个方向颇具探讨价值。
石墨烯材料
石墨烯是一种具有单层碳原子结构的特殊材料。它的导电率极高，可达 10^{6} s/m，是铜的 15 倍，堪称目前地球上电阻率最小的材料。还有数据表明其导电率高达 1515.2 s/cm。在高分子材料领域，石墨烯具有巨大的应用潜力。
在高分子材料中，石墨烯作为高性能添加剂，可显著提升导电性与耐磨性。添加石墨烯能大幅提高材料电导率，在电子器件、电池等领域性能出色。其高强度特性还可增强高分子结构材料力学性能，应用于航空航天、汽车制造等对强度要求高的领域。
近年来，中国石墨烯产业市场规模逐年递增，预计 2024 年将达 441 亿元。这既表明石墨烯应用前景广阔，其衍生体系的材料非常值得关注。
高性能碳纤维复合材料
碳纤维是一种轻如羽毛且强如钢铁的材料，在材料体系中地位重要。碳纤维材料凭借其低密度和高强度的特性，在汽车制造和航空航天领域都有着重要应用。
在汽车制造中，可用于车身框架及零部件制造，增强汽车整体强度的同时减轻车身重量，提高燃油效率；在航空航天领域，成为制造飞行器结构部件的理想材料，能够有效减轻飞行器重量，降低能耗，提高飞行性能。
我国碳纤维产业需求量以 13% 以上的年均增长率稳定增长，2020 年需求量达 4.89 万吨。这一数据充分显示了碳纤维在我国相关产业中的重要性和市场潜力。
随着技术的不断进步和应用领域的进一步拓展，碳纤维在航空航天和汽车制造等行业的应用将更加广泛，对推动这些行业的发展将起到至关重要的作用。
先进半导体材料
当今时代，信息技术飞速发展，引发各领域技术升级需求强烈，电子设备制造领域对更高性能半导体材料需求突出且持续增长。半导体材料作为现代电子技术的核心基础，其性能的优劣直接决定了电子设备的运行速度、效率以及功能的实现。
从微观层面来看，半导体材料的电学性能、晶体结构以及杂质含量等特性都对电子设备的性能产生着关键影响。例如，具有更高载流子迁移率的半导体材料能够使电子在其中更快速地移动，从而提高电子设备的运算速度；更为纯净的晶体结构可以减少电子散射，进一步提升电子设备的运行效率。
在实际应用中，这些高性能的半导体材料是制造诸如智能手机、计算机处理器、高速通信芯片等各类更快速、更高效电子设备的基石。它们为电子设备的小型化、高性能化提供了可能，使得电子设备能够在有限的空间内集成更多的功能模块，实现更复杂的运算和处理任务，满足人们对于信息获取和处理的日益增长的需求。半导体制造相关的树脂材料值得关注下。
3D打印用材料
从金属到塑料，3D 打印技术的发展离不开多样化的材料支持，而这些材料在高分子材料领域有着广泛的应用和重要意义。
金属材料在 3D 打印中可用于制造具有高强度和高精度要求的零部件，如航空航天领域的发动机部件、医疗器械中的金属植入物等。塑料材料则凭借其多样的性能和易于加工的特点，在 3D 打印中得到了更为广泛的应用。
高分子材料是 3D 打印材料的重要组成部分，为 3D 打印技术带来更多可能。特殊高分子材料有良好生物相容性，可打印生物组织工程支架；部分高分子材料具特殊光学或电学性能，满足特定应用需求。热塑性塑料加热熔化后可逐层堆积成型，能快速制造复杂形状产品，广泛用于产品原型制作和个性化定制等领域。
这些多样化的材料支持使得 3D 打印技术能够根据不同的需求选择合适的材料进行制造，从而使得按需制造成为现实。无论是工业生产中的零部件定制，还是医疗领域中的个性化医疗器械制造，3D 打印技术都能够借助丰富的材料资源实现高效、精准的制造，为各个领域带来了革命性的变化。
超导材料
超导材料作为一种具有特殊物理性质的材料，在材料科学领域尤其是在涉及到电流传输和电磁应用方面具有极其重要的地位。超导材料最显著的特性是在特定条件下能够实现没有电阻的电流传输。这种特性使得超导材料在电力输送领域的应用具有巨大的潜力。
在传统的电力输送过程中，由于导线存在电阻，会导致大量的电能以热能的形式损耗掉。而超导材料的应用将彻底改变这一现状。当超导材料用于电力输送线路时，电流可以毫无阻碍地通过，几乎不会产生任何电能损耗，这将极大地提高电力输送的效率，降低能源损耗，同时也能够减少对环境的影响。
在磁悬浮交通领域，超导材料同样发挥着关键作用。磁悬浮列车利用超导材料产生的强大磁场与轨道上的磁场相互作用，实现列车的悬浮和高速运行。超导材料所具备的无电阻特性能够确保磁场的稳定产生和维持，从而为磁悬浮列车提供稳定的悬浮力和驱动力，使得列车能够以更高的速度、更平稳的运行状态行驶，彻底改变了传统交通方式的面貌。
超导材料的应用前景十分广阔，不仅在电力输送和磁悬浮交通领域有着重大影响，在其他领域如医疗设备中的磁共振成像（MRI）技术、高能物理研究中的粒子加速器等方面也有着潜在的应用价值。
智能仿生材料
在材料科学的广阔领域中，存在一类特殊的材料，它们模仿自然界的生物结构，展现出令人惊叹的性能。这类材料在高分子材料领域也占据着重要的地位。它们能够响应环境变化，自我修复，甚至进行自我清洁。
高分子材料中的一些智能材料具有模仿生物结构的特性。例如，某些高分子水凝胶材料，其结构设计灵感来源于生物组织中的细胞外基质。这种水凝胶材料能够感知环境中的湿度变化，当环境湿度降低时，它会收缩以减少水分流失；当环境湿度增加时，它又会膨胀吸收水分，从而实现对环境湿度的响应。
在自我修复方面，一些含有特殊化学键或微结构的高分子材料能够在受到损伤后自动修复。例如，具有动态共价键的高分子材料，当材料表面出现裂纹时，这些动态共价键会在一定条件下重新组合，使裂纹愈合，恢复材料的完整性和性能。
对于自我清洁功能，部分高分子材料通过表面的特殊结构或化学修饰实现。比如，一些高分子涂层材料的表面具有类似于荷叶表面的微观结构，这种微观结构使得水滴能够在材料表面形成水珠并迅速滚落，同时带走表面的灰尘和污垢，从而达到自我清洁的效果。
生物可降解材料
当今社会，环境问题严峻，持久性污染危害生态系统。材料领域中，生物可降解材料作为可持续发展方案备受关注，在高分子材料范畴更展现出独特优势和重要应用价值。
在医疗领域，生物可降解材料发挥着至关重要的作用。例如，一些用于伤口缝合的缝合线采用了生物可降解高分子材料。这种材料在伤口愈合过程中能够逐渐降解，无需拆线，减少了患者的痛苦和感染风险。
同时，在组织工程和药物缓释系统中，生物可降解高分子材料也被广泛应用。它们可以作为细胞支架，为细胞的生长和组织的修复提供支撑，并且随着时间的推移逐渐降解，不会在体内残留，避免了对身体的潜在危害。
在包装领域，生物可降解材料应用潜力巨大。传统塑料包装难降解，长期存在造成白色污染。生物可降解高分子材料制成的包装产品，如塑料袋、包装盒等，使用后能在自然环境中经微生物作用逐渐分解为无害物质，减少持久性污染。例如聚乳酸（PLA）包装材料，机械性能和加工性能良好，能满足包装基本需求，又具生物可降解性，是理想的包装材料替代品。
纳米材料
在材料科学不断发展的进程中，纳米材料以其独特的性质和在微观尺度上操控物质的能力，成为了研究和应用的热点。纳米材料在高分子材料领域也占据着重要的一席之地。在纳米尺度上操控物质，这些材料展现出了独特的性质，将在医疗、能源和电子领域大放异彩。
在医疗领域，纳米材料的独特性质为疾病的诊断和治疗带来了新的机遇。例如，一些纳米高分子材料可以被设计成具有靶向性的药物载体。这些载体能够精准地将药物输送到病变细胞，提高药物的治疗效果，同时减少对正常细胞的损害。此外，纳米材料还可以用于医学成像，如纳米造影剂能够增强成像的清晰度和准确性，帮助医生更好地诊断疾病。
在能源领域，纳米材料同样展现出巨大的潜力。以高分子纳米复合材料为例，它们可以应用于电池领域。纳米材料的加入能够提高电池的能量密度和充放电效率，改善电池的性能。在太阳能电池方面，一些纳米材料可以增强光的吸收和转换效率，提高太阳能电池的发电效率。
在电子领域，纳米材料的应用也日益广泛。纳米尺度下的高分子材料可以用于制造更小尺寸、更高性能的电子元件。例如，纳米晶体管的研制使得电子产品的集成度更高、运行速度更快。同时，纳米材料还可以用于制造柔性电子器件，满足人们对电子设备便携性和柔韧性的需求。
预计到 2024 年，中国纳米材料市场规模将达 2490 亿元。这一数据充分显示了纳米材料在各个领域的应用前景广阔，也体现了其在经济发展中的重要性。
总结
这些材料的发展，不仅将推动技术创新，还将为解决全球面临的能源、环境和健康挑战提供新的可能性。
（文章来源于先进高分子材料信息）