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面向未来的智能材料物质科学

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。
新材料 2026年02月13日
超材料产业发展思考与建议

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。
新材料 2025年08月26日
高端新材料智能制造的发展机遇与方向

高端新材料智能制造的发展机遇与方向

摘要：发展智能制造是我国制造业创新升级的主攻方向，高端新材料是支撑高端装备和重大工程需求的核心材料，推动智能制造与高端新材料制造紧密结合，对提升高端新材料制造能力，满足重大装备对高端新材料的需求，具有重要意义。本文深入分析了高端新材料智能制造的必要性，在分析面向高端新材料的高性能制造、复杂构件的整体化与轻量化制造、高端构件的一体化与低成本绿色制造等特征基础上，总结了传统“试错法”研发模式在材料制造领域遇到的主要问题与挑战，分析了数据驱动的高端新材料智能制造研发模式带来的重大变革与机遇，并以材料智能加工成形为例，全面梳理了亟需发展的共性关键技术及其发展方向。本文从加强关键技术研究、构建创新体系、创新学科交叉人才培养和加快成果转化等方面，提出了加快发展高端新材料智能制造的对策建议，以缩短与国外先进水平的差距，支撑我国材料产业的升级换代和跨越式发展。
新材料 2024年03月19日
面向新兴产业和未来产业的新材料发展战略研究

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。
新材料 2024年03月18日
多主元合金空蚀-腐蚀研究进展

多主元合金空蚀-腐蚀研究进展

摘要: 水力发电装备和海洋装备中的过流部件在服役时不仅受到腐蚀的影响，还同时受到空蚀破坏，导致过流部件表面材料损失甚至发生断裂，进而严重降低装备服役安全和寿命。现有的过流部件应用材料大多数为铜合金和不锈钢，存在耐腐蚀性能和力学性能都无法同步提升的瓶颈，开发出符合“高性能、长寿命、高可靠性”且环境适应性强的新型抗空蚀-腐蚀材料成为当前的研究热点。多主元合金独特的四大效应赋予其成为极端环境领域中抗空蚀-腐蚀材料的天然优势，其广泛可调的微观组织、优异的力学性能、出色的抗氧化性以及卓越的耐腐蚀性能，为开发新型抗空蚀-腐蚀材料提供了坚实的研究基础。抗空蚀-腐蚀多主元合金材料可以通过涂层和块体两个方面制备，同时可以按照主元种类和成分调控、合金化以及形成多主元复合材料来提高抗空蚀-腐蚀性能。综述了多主元合金作为抗空蚀-腐蚀材料的研究进展，重点从材料的微观结构出发，详细讨论了不同涂层和块体多主元合金在空蚀-腐蚀性能方面的表现及其影响因素。
新材料 2026年03月20日
化学复杂型金属间化合物的创新设计与未来发展

化学复杂型金属间化合物的创新设计与未来发展

摘要: 金属间化合物因其原子的长程有序排列及原子间的强键合而具备介于金属和陶瓷之间的独特性质，尤其是最近兴起的化学复杂型金属间化合物在结构和功能特性方面取得了显著突破，并获得了广泛的关注。得益于有序超点阵结构与多种元素化学性质的协同调节作用，这些化学复杂型金属间化合物有望表现出超越传统金属间化合物的非凡性质与性能。主要针对化学复杂型金属间化合物的晶体结构、材料设计、成形工艺和各方面性能进行了总结，重点关注材料设计中涉及的元素占位偏好、亚点阵高熵效应和晶界纳米无序等问题，并对当前这一新型金属间化合物材料的先进制备工艺、结构和功能性能的最新进展进行了概述。最后，对化学复杂型金属间化合物的未来发展方向作出了展望。
新材料 2026年03月20日
低维度及低密度多主元合金

低维度及低密度多主元合金

摘要: 主要介绍了低维度、低密度多主元合金的研究进展与发展前景。多主元合金通常包括中熵合金和高熵合金。高熵合金通过“熵调控”设计理念，克服了传统合金材料在强度与韧性上的限制，展现出优异的力学性能。然而，密度大和成本高的缺点限制了其广泛应用。为解决这些问题，研究者们开发了低维度中、高熵合金材料和低密度高熵合金( 即轻质高熵合金)。详细介绍了低维度中、高熵合金和低密度高熵合金的制备方法、性能特点和发展前景。一维多主元合金，即中、高熵合金纤维，主要通过热拉拔、冷拉拔和玻璃包覆法制备，在室温和低温条件下均表现出优异的力学性能，在高熵合金纤维柔性材料和复合材料等领域中应用前景广阔; 二维高熵合金，即高熵薄膜，可通过物理气相沉积等技术制备，表现出超高的硬度和良好的高温稳定性，在航空航天、能源等极端条件下的应用潜力巨大; 低密度高熵合金，即轻质高熵合金，不仅具有高熵合金高强度、耐腐蚀和耐高温的特性，还具有密度低的优点，在航空航天等极端环境领域将发挥重要作用。
新材料 2026年03月20日
高效热管理用多层级孔金属材料研究进展

高效热管理用多层级孔金属材料研究进展

摘要: 高效热管理是保障高热流密度和大功率新兴电子设备与机械器件运行安全性和稳定性的关键技术, 多孔金属作为兼具结构和功能的一体化材料, 凭借其高孔隙度、高比表面积、高连通孔隙度以及材料本身优良的导热性, 在高效热管理领域展现出巨大的潜力。随着应用环境的变化, 人们对多孔金属的综合性能提出了越来越高的要求, 与传统的单层孔结构金属材料相比, 多层级孔结构金属由于具有两级甚至多级孔结构特征, 表现出更加优异的综合性能, 因此成为研究和关注的热点。综述了高效热管理用多层级孔金属的制备方法, 主要包括烧结、电化学沉积以及选区激光熔化法等, 并总结了对应方法在制备多层级孔材料方面的最新研究进展; 分析和讨论了部分制备技术的优缺点以及层级多孔结构热性能的关键参数及其热管理性能评价; 介绍了多层级孔金属材料在航空航天、电力电子、新能源汽车等领域基于相变传热的热管理研究现状, 最后展望了用于高效热管理的多层级孔金属材料的发展方向。
新材料 2026年03月19日
二维/三维可调纸基超材料天线

二维/三维可调纸基超材料天线

摘要：为满足移动通信系统对多频段、小型化天线的设计需求，结合超材料的结构优势，基于折纸技术设计了一种二维/三维可调双波段纸基超材料天线。为了说明纸基天线易加工、低成本、易携带等特点，分别将导电银浆涂覆在不同纸基材料上制备了天线实物样机。仿真和测试结果表明，在二维和三维状态下，天线分别工作在2.45 GHz和1.40GHz 频率处，且通过调节内环折叠角度可实现工作频段的调控。此外，分别研究了二维和三维天线的辐射方向图。二维天线的主辐射方向与天线所在平面垂直，而三维天线的主辐射方向受内环折叠角度调控。所设计的纸基超材料天线为实现工作频段可切换的天线设计提供了新思路，在便携式移动终端、多波段通信等领域具有广阔的应用前景。
新材料 2026年03月19日
仿生中空结构在隔热材料中的热管控应用

仿生中空结构在隔热材料中的热管控应用

摘要：近年来，高性能复合材料的应用需求与新材料结构设计相互促进、共同发展。仿生结构研究为创造高性能复合结构材料提供了创新源泉，也为设计开发新型功能器件提供了高效方法。南极企鹅羽毛和北极熊毛发均具有天然的微纳米级大孔结构，其低热导率有利于企鹅和北极熊在极寒地区维持体温。基于中空结构优异的隔热特性，研究人员已在多种尺度上仿生设计并宏量制备一系列隔热材料，并对其性能开展了系统研究，促进了该类材料的工程化应用。本文综述了以中空大孔结构的企鹅羽毛和北极熊毛发为灵感设计的仿生隔热材料研究。该类材料具有微米级孔隙结构，其孔径尺寸接近分子自由程。通过建模分析，进一步揭示了仿生中空结构中的热量传递机制。本文重点综述了仿生中空隔热材料的研究进展，展望了该类材料未来的研究方向，探究了其在界面光热蒸发、能源利用和生态保护等方面的潜在价值。通过对生物结构特性的深入解析及其在应用中的构效关系研究，有望推动设计开发结构稳定、性能卓越的仿生材料。
新材料 2026年03月19日