具身智能高分子材料

摘要:第四次工业革命正在深刻改变人类社会的生产、生活方式,其影响范围之广、程度之深前所未有。作为引领第四次工业革命未来发展的两大核心驱动力——智能材料与具身智能,必将对具身智能及其相关领域的进步产生深远影响。高分子材料因其具备独特的可设计性、柔性和响应性等智能属性而成为各类智能体所需的理想载体,且高分子材料智能化发展正在为具身智能领域提供关键的物质基础和技术支撑。本文从基体材料、感知系统材料、驱动与运动控制材料、自修复与适应性材料、能量收集与存储材料、环境交互与适应性伪装材料、生物– 高分子融合驱动材料等7 方面介绍了高分子材料的智能化发展及其在具身智能领域中的应用。

面向未来的智能材料物质科学

摘要:智能材料自20世纪80年代以来逐渐兴起,成为材料科学的重要方向,催生了一系列重要的概念材料。近几年来,人工智能的长足进步促使人们对智能材料的内涵和外延进行深入的反思:智能的物质基础是什么?是否存在集成思考、响应、自复制等多重能力的智能物质?如何理解、设计、合成和改造智能物质?当前化学、生命、材料、信息科学等学科的高速发展为回答这些问题提供了极佳的契机。针对智能物质的系统研究,不仅将带来对智能的全新认识,还将对先进材料、合成细胞、生命起源等相关领域产生重要影响,在为科学界提供全新研究对象的同时,也将为解决国家重大需求带来变革性的突破。本文基于国家自然科学基金委员会第391期“双清论坛”,总结了智能材料的研究现状、发展趋势及机遇挑战,凝练出未来相关领域的重点研究内容和亟需解决的关键科学问题。

超材料产业发展思考与建议

摘要:超材料是由人工结构构成、具有自然材料所不具备的超常性质的人工材料,有望获得与自然物质性质迥异的“新物质”,为诸多应用领域提供了变革性技术支撑;超材料的新原理、新功能实现处于爆发期,相关产业链开始萌生,而产业化、工程化进入瓶颈期,超材料当前所处的特殊阶段恰是国家战略介入的机遇期。本文总结了超材料的概念演进过程,从国际、国内两方面概要梳理了超材料的研究进展及发展趋势,从产业化方向、产业链格局、产业发展策略三方面系统凝练了超材料的产业化进展。进一步辨识了超材料产业发展面临的挑战,突出体现在制备技术、测试与表征技术、工程化技术、产业链、研发人才等方面,从人工智能(AI)技术在超材料设计中的应用、超材料在AI技术演进中的应用两方面展望了AI 技术为超材料产业带来的新发展机遇。为此建议,以重点应用需求为牵引进行重大项目布局,建设国家级超材料制备、大数据与设计平台,组建国家级创新联合体并促进跨学科人才培养,在中长期尺度上精准推进我国超材料产业高质量发展。

面向新兴产业和未来产业的新材料发展战略研究

摘要:新材料是新兴产业和未来产业发展的根基,是抢占科技和经济发展制高点的重要领域,也是我国推进新型工业化的重要驱动力。本文梳理了新材料在信息、能源、生物、深空与深海探测等领域的发展趋势,发现新材料联用或与其他学科、领域的深度融合正在成为新材料发展的重要特点;系统分析了我国新材料产业在规模、技术创新能力、企业和集群等方面的发展现状,总结了新材料产业发展存在的关键原材料依赖进口、核心装备尚未实现自主可控、高端产品自给率不高、部分重点产品缺乏应用迭代、标准和评价体系不完善等问题;提出了面向新兴产业亟需发展的9 个重点方向以及面向未来产业亟需布局的7 个重要方向。为推动新材料产业的高质量发展,研究建议:着力筑牢新材料产业发展根基,扎实提升新材料产业链水平,营造良好的产业发展生态环境,完善产业发展配套政策。

面向人工智能的材料数据资源基础设施与数据标准化

摘要:人工智能(artificial intelligence,AI)正将材料研发推向“数据驱动”新范式,数据是AI 赋能材料(AI for Materials,AI4M)成功的关键基础,当前的最大瓶颈是缺乏“机器随手即用”的高质量数据集。2025 年发布的美国“创世使命”(Genesis Mission)专项行动和英国《人工智能赋能科学战略》(《AI for Science Strategy》)均把协同运行的“高质量科研数据集+超级算力”列为国家级战略基础设施。中国《新材料大数据中心总体建设方案》亦明确提出整合全国力量,构建全球最丰富的材料数据基础设施的发展战略,以此支撑AI 赋能的原始创新与产业应用。然而,数据集只是更大的信息整体的一个子集,是构建者科学认识的反映,带有天然的局限性。当前有效的数据集,未来不一定适用。系统分析了AI 对材料数据内容与形式的新要求,提出面向AI 时代的材料数据基础设施,应以全信息数据池为根、高质量数据集/语料库为叶,构建可持续演进的“数据树”。通过对根资源前置标准化,实现原始数据的多次复用与多用途复用,以满足专用模型与通用大模型不断发展的需求。设计了一种模块化可组装数据模型,提出了相应的标准化原则与路径,以解决由材料数据参量的多样性与多变性带来的标准化难题。建设国家级材料大数据资源基础设施是一项长期性的事业,关系到中国新材料领域的长远发展。须做好前瞻性的规划,既立足当下,做好数据集,解决眼前的急需,更要放眼未来,做好数据源,为未来的发展留出足够空间。因此,具有公益与公共属性的材料数据基础设施应具有“池仓一体”的构架,兼顾数据集与全信息数据池,平衡当下与长远。

面向AI for Materials的数据基座重塑:全生命周期数据质量管控框架与可信生态构建

摘要:高质量数据是驱动材料科学研究向智能化转型的核心要素。然而,当前材料数据生产体系的结构性缺陷,不仅造成数据碎片化、孤岛化、格式异构、记录残缺,更因生产者责任意识薄弱和系统性治理框架缺位,使得质量管控责任被过度转嫁给下游使用者。尽管数据使用者尝试通过在诸多数据质量治理方法中引入领域知识以提升治理成效,但由于对数据生产过程理解有限,其治理策略的普适性及结果的可靠性均难以保障。围绕如何持续生产高质量材料数据这一核心问题,系统分析数据全生命周期中各阶段数据质量问题产生的原因,并据此提出综合性材料数据质量管控框架的构建思路,旨在引导数据生产与使用的各方参与者重新审视从既有数据获取、管理到应用的完整流程,为促进高质量材料数据高效交付的实施路径提供参考,进而为构建材料数据可信生态奠定基础。

离子溶剂化膜的研究进展及展望

摘要:离子溶剂化膜(ISMs)是一类通过调控离子与溶剂分子间相互作用实现选择性离子传输的新型膜材料,在电化学能源转换与储存领域展现出重要应用前景。本文系统综述了ISMs的基本设计理念、离子传输机制及关键性能特征,重点总结了其在碱性电解水(AWE)、燃料电池和液流电池(RFBs)等典型能源器件中的研究进展与作用机理。同时,本文分析了ISMs在实际应用中面临的关键挑战,包括电导率、结构稳定性及长期运行可靠性等问题。最后对ISMs的未来发展方向和潜在研究重点进行了展望。

面向不同应用场景的防滑涂层技术现状及未来发展趋势

摘要:[目的]防滑涂层具备一定的耐磨性、防滑性、抗冲击性及耐海水大气腐蚀能力。随着船舶、航空航天等领域应用装备的升级换代,对防滑涂层的性能提出了更高的要求:环保、轻量化、耐高温、长寿命等特殊服役性能。[方法]介绍了防滑涂层的定义、防滑涂层作用机理及其应用特点。[结果]总结了海洋、航空、陆地不同应用防滑涂层的性能指标要求,重点阐述了树脂基防滑涂层材料和金属基防滑涂层材料及其应用技术取得的最新研究进展。[结论]对防滑涂层技术面临的挑战和未来发展方向进行了总结和思考。

柔性隔热材料研究进展

摘要:柔性隔热材料凭借其可形变适应性和高效热防护特性,在建筑节能与极端热管理领域具有重要应用价值,但仍面临对热扩散率调控不足与高温稳定性薄弱的技术挑战。本文从有机/无机材料体系出发,系统解析了隔热机制设计原理、对高温环境耐受策略及柔韧性结构构筑基础,揭示了材料体系中柔性与热稳定性的固有矛盾。分析表明,传统静态隔热材料采用多孔结构降低密度以提升隔热性能的策略受制于对热扩散率调控不足的难题,而相变复合隔热材料通过提高热容可协同优化热导率与热扩散率,为解决热调制问题提供了新的技术路径。进一步介绍了柔性隔热材料在个人热防护、电池热管理及建筑节能等领域的典型应用,指出相变复合体系的工程适用性。针对当前柔性隔热材料高温稳定性不足、功能单一及耐久性有限等挑战,提出通过高焓值相变材料与有机-无机界面优化相结合,将形状记忆聚合物与吸附催化功能相结合,以实现其多场景适应性,并结合先进表征技术增加材料服役寿命,为柔性隔热材料的智能化发展指明方向。

氟化物微晶玻璃闪烁体研究现状

摘要:闪烁体材料可将高能射线或者粒子转换为光子,被广泛应用于油气勘探、医学成像、核工业及高能物理等领域。氟化物微晶玻璃闪烁体结合了氟化物纳米晶体低声子能量、高发光效率和氧化物体系的优异物理化学特性,因而受到广泛的关注。本文综述了闪烁体材料的种类和机理,系统梳理了氟化物微晶玻璃闪烁体的研究现状,总结了氟化物微晶玻璃闪烁体的结构、发光原理及性能要求,分析了氟化物微晶玻璃闪烁体研究中所面临的困难和广阔前景。总的来说,氟化物微晶玻璃闪烁体是一类颇具研究前景的闪烁体材料。