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从凝聚态物理到凝聚态化学

从凝聚态物理到凝聚态化学

摘要：自20世纪60—70年代凝聚态物理这一概念被广泛接受后，这一学科经历了飞速发展。凝聚态物理主要研究的是固态和液态物质的几何与电子结构，以及由此带来的声、光、电、磁、热等微观和宏观的物理现象。而化学学科发展至今，尤其在近20年，随着理论化学和化学表征手段的进步，研究人员开始逐渐意识到了化学反应并不仅仅是从反应物到产物这么简单的关系。反应体系的物质结构层次对化学反应的进程起到至关重要作用。人们逐渐开始重视化学反应的原位表征，并对揭示体系中不同层次的物质结构在反应条件下的动态变化进行探索。这些恰恰可以被看作是凝聚态化学研究的萌芽。物理与化学一直是相互交叉、相辅相成的两门自然科学。目前仍有很多凝聚态物理的新现象和新理论涌现出来。将这些新的物理现象和理论引入到化学研究当中是一个非常值得思考和探究问题。本文将对一些相对较晚出现的凝聚态物理概念（例如，表面等离激元极化子、拓扑绝缘体、准晶、局部微静电/磁场、光-物质相互作用、交变磁体等）及其在化学研究中的一些尝试进行简单介绍，旨在说明凝聚态物理研究前沿在化学研究中的应用前景，为推动传统化学研究进入凝聚态化学阶段提供一些思路，促进凝聚态化学这一学科的建设。
新材料 2026年06月22日
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
碳纳米材料电热性能及其防除冰应用研究进展

碳纳米材料电热性能及其防除冰应用研究进展

摘要：电热防除冰以其响应迅速、可控性强、稳定性高等优点，成为飞机机翼最有应用潜力的防除冰技术，目前仅应用于B787 机翼，但其所采用的金属电热元件存在升温速度慢、能量利用率低等问题，导致系统能耗占发电机功率的近1/4，针对电热防除冰系统的能耗优化研究正在兴起。碳纳米材料导电导热性能优异，是理想的电热材料，因此，本文系统阐述了碳纳米材料电热元件的制备方法、电热性能，及其与复合材料集成的电热结构设计和防除冰性能，为研发新一代更适用于复合材料结构的高效节能电热元件，构建飞机机翼新型电热防除冰系统提供参考，并对其制备工艺成本控制、可靠性与耐久性，以及复合材料电热结构力学性能与结构设计优化方面的研究方向进行了展望。
新材料 2026年06月26日
凝胶体系中的凝聚态化学：从制备和结构到物理化学性质与材料应用

凝胶体系中的凝聚态化学：从制备和结构到物理化学性质与材料应用

摘要：凝聚态化学具有丰富的内涵概念和广泛的外延空间，能为化学学科多个领域的理解和认识提供全新的视角和思路。虽然凝聚态化学在固态和液态体系中的应用已经得到一定的阐述，但其在更多化学相关研究领域及物质状态的拓展仍有待进一步加强。凝胶作为一类介于液态和固态之间的物质，具有多层次网络结构、丰富的物理化学性质以及广泛的应用前景，是凝聚态化学研究的理想候选体系。本文从凝聚态化学角度出发，通过对凝胶体系中基本概念和研究内容展开探究，系统阐述和说明凝胶体系中的凝聚态化学问题以及二者的相互印证关系。具体内容包括凝聚态化学思想在凝胶制备策略中的灵活运用以及由此产生的结构变化、凝胶从微观的原子、分子排列，到介观的纳米尺度结构，再到宏观的材料整体构型的多层次结构及相互之间的关系、凝胶研究中的表征方法与技术及其与凝胶结构之间的关系、利用凝聚态化学的思想理解凝胶的物理化学性质及凝胶体系中化学反应的途径和机制、凝胶材料的结构与性能的关系以及复杂体系中各组分之间的相互作用、凝胶材料在组织工程、药物递送、人机接口和环境领域的典型应用。通过对以上方面内容的阐述和总结，将加深凝聚态化学在凝胶体系中应用的理解，并为高效凝胶材料的设计与优化提供理论支撑。
新材料 2026年06月26日
凝聚态化学视角下的电化学界面结构与过程

凝聚态化学视角下的电化学界面结构与过程

摘要：电化学体系包含电极、电解质等基本要素，其组成、相态、结构等对体系的电化学性能有着重要影响。电化学界面是电化学反应发生、物质转化、电荷转移的关键区域。借助先进的电化学原位表征技术，深入研究并理解电化学反应中的界面动态过程与规律是高性能电化学体系精准构筑的重要基础。本文围绕凝聚态化学视角下的电化学界面过程与表征展开系统综述，介绍了电极、电解质等电化学体系中的基本要素，从凝聚态化学视角理解电化学界面的特征；总结了电化学界面的表征方法与技术，同时讨论了部分界面电化学动态过程与调控规律。
新材料 2026年06月24日
固态物质体系的维度与化学反应

固态物质体系的维度与化学反应

摘要：随着研究手段的不断进步和完善，结构化学应该从传统地探讨“反应物-产物与化学反应的关系”逐步发展到揭示和利用“凝聚态中物质的动态结构与化学反应的关系”这一高度。当我们在凝聚态体系当中讨论化学反应时，就不能抛却体系结构动态变化及多因素耦合所带来的显著影响。为了便于指明固体物质体系的空间维度与化学反应之间的关联，我们从Bloch理论出发介绍晶体材料体系的空间维度。通过对晶体表面构型特点、低维体系及其异质结构的调控，可以显著改变材料体系的物性，进而影响体系所参与的化学反应，甚至改变反应路径。本文通过碳纳米管在催化丙酸乙酯不对称氢化反应中的表现介绍空间限域效应对催化反应所能产生的多种作用方式。在反应条件下，固体表面自身结构以及其上分布的缺陷、催化剂颗粒等都处于动态变化过程中。除了温度和压强以外，反应体系所处的环境氛围（包括pH值、外电/磁场、光场等等）都会对缺陷和催化活性位点的几何与电子构型产生动态的影响。通过对上述凝聚态化学实例的综合介绍，我们期待能够简单、明了地展示出固体材料结构的维度与动态变化对化学反应的影响，提高对凝聚态结构化学研究的重视。
新材料 2026年06月24日
我国新材料创新发展重要成就与未来展望

我国新材料创新发展重要成就与未来展望

摘要：新材料是我国建设制造强国、实现高质量发展的物质基础，其研发和产业化水平是衡量一国经济社会发展、科技进步和国防实力的重要标志。本文系统分析了制造强国战略推进十年来我国新材料创新发展取得的重要成就，梳理了标志性成果，并提出了面向2035 年我国新材料发展的重点方向及加快创新发展的路径。研究认为，我国新材料产业规模不断壮大，技术竞争力持续提升，自主保障能力显著提高，创新能力不断增强，产业转型升级不断加快，已从“以解决有无问题为主”的规模扩张阶段，跨越到以满足国家重大战略需求、提升国际竞争力为主的高质量发展阶段。面向未来，亟需围绕重大应用场景对材料发展的战略需求，重点发展新一代信息技术用材料、新型能源材料、高端制造与重大工程用材料、新一代生物医用材料，加快构建基于人工智能的新材料研发范式，提升新材料原始创新能力。
新材料 2026年06月22日