科技前沿：材料科学（上）

提前了解一项材料，就有可能成为一个领域未来游戏规则的制定者，见证这场材料学领域的变革，共同把握住这个竞争激烈的时代里，那些蕴藏在材料科学里的新机会。

01｜发刊词--寻找材料中的大机会

报告目标

跟踪最有前景的前沿新材料

同步认知和顶尖科学家

不错失潜在机会

与生活密切相关

改变城市餐饮、厨具技术

影响运动健身体验

报告受众

投资机构寻找投资方向

公职人员辅助决策

教育从业者帮助教学

科学爱好者了解前沿突破

材料科学的变革和机遇

正处于变革前夕，机会爆发式出现

学习前沿材料科学的最佳时机

量子点为例的材料应用前景

材料已应用于电视机等领域

充分利用和扩大应用领域

前沿专家的参与

请来专家分享最新信息

介绍院士最新研究成果

邀请共同见证变革

把握竞争激烈时代的新机会

蕴藏在材料科学中的未来之光

02｜量子点纳米材料--为什么能获得诺贝尔奖？

量子点入选标准

技术含量高

影响面大

产品迭代周期长

量子点具有重要意义

世界顶级科学家关注

全球人们渴望探索新机会

弗罗里希在1937年提出“量子点”概念

物质尺度压缩到纳米级别

量子效应在微观世界具有特别现象

冷门领域频频获得诺贝尔奖

例：锂离子电池&石墨烯&蓝光 LED

4种前沿材料获奖

材料学在物理和化学边缘区域的存在

需要在应用方面有杰出贡献

锂离子电池和蓝光 LED

量子点特点

具有量子效应的纳米微粒材料

纳米微粒特点尺寸足够小

量子效应特点不连续

辐射出不同波长的光

波长和尺寸直接相关

发出红光和蓝光

改变材料设计思维

可以通过尺寸控制材料特性

里程碑在微观尺度上精确控制

应用潜力巨大

QLED技术应用于高清彩色电视

仍然有很长的发展路程

诺贝尔奖对量子点的影响

诺贝尔奖是重要指标

激发全球科学家的研究和应用探索

03｜追踪--22年的材料哪些成了新机会？

预制菜包装材料

产业发展速度超过创新速度

技术优化关键任务

包装材料影响优化效果

人造蛛丝

纺织行业应用有限

人工智能领域需求增加

人工神经网络制作关键

科研团队研发成果

模拟神经系统需强度与韧性

人工智能发展催生新机会

碳化硅衬底氮化镓

材料关乎芯片技术突破

第三代半导体材料

芯片对电子设备至关重要

商业化机会受制于成本

氮化镓在通信应用广泛

碳化硅衬底氮化镓或改变产业格局

蛋白膜材料

科技应对核废水排放

海水放射性元素提取技术

技术细节引发全球担忧

蛋白膜效率高成本低

广阔海水提取应用前景

中核集团海水提铀平台建设

04｜极紫外光刻胶--芯片关键材料有什么新进展？

光刻胶是芯片工业的关键材料

保护层在光照下发生变化

具有高精度要求

传统光刻胶的问题

以聚合物树脂为主体

精度不够

极紫外光刻胶的要求

加工更小的芯片

精度更高

有机橡胶材料的缺点

容易发生变形

精度难以保证

有机无机杂化的新型光刻胶

引入无机物与有机物杂化

提高精度和稳定性

氧化铟作为无机物的优势

机械强度高

不会变形

杂化技术的优点

不破坏杂化材料特性

物质结合紧密

影响和量产前景

光刻胶领域的巨大突破

引起科技竞争的关注

生产过程和稳定性

相对简单

有机玻璃材料易获取且稳定

未来量产前景乐观

市场需求推动

光刻胶技术发展加速

05｜新型防晒霜--怎么做到不破坏珊瑚礁？

清华大学开发一种对珊瑚礁友好防晒霜材料

采用聚合物体系制备

发表在顶尖期刊上

防晒霜与珊瑚礁之间存在关系

珊瑚礁退化速度加快

部分防晒霜成分进入水中有毒性

一些国家针对防晒霜规定禁令

许多国家在特定海域禁用某些防晒霜

禁令逐渐严格

研究团队成果

动物实验验证防护效果

实验和筛选找到合适的单体分子

毒性测试结果良好

采用聚合物体系制备，具有防水功能

功能性单体分子对紫外线有良好防护

化妆品市场影响

行业有更多选择

合成材料能提升产品功能

对环境更友好

符合保护珊瑚礁的需求

产品具备商业化价值

商业化进程已开始

有投资机构密切关注

市场需求对珊瑚礁保护提出要求

推出有效替代品的压力增加

中高端领域可保持市场竞争力

消费者对产品功能要求高

成本可适度提高

06｜人造大钻石--可以量产的钻石还值钱吗？

钻石的稀缺性和高价格

天然钻石稀少、价格昂贵

人造钻石尺寸更大、克拉数较多

人造钻石的发明和发展

1799年摩尔沃将钻石加热转为石墨

高温高压技术（HTHP）于1954年制造出第一颗人造钻石

人造钻石主要应用于工业和超硬材料

超硬切割工具中使用钻石

大部分人造钻石为工业用途

钻石的应用拓展至电子行业

钻石被认为是一种宽禁带半导体

用于制造电子元件和半导体器件

邓福铭团队研发的新型钻石

通过分离石墨和钻石生长位置，制造大块钻石

添加合金催化剂提高钻石的纯度

人造大钻石的影响和应用扩展

宝石级钻石价格下跌，市场变化显著

工业应用领域有更多机会，如光学仪器

人造钻石的量产和技术挑战

实验室中已有量产，但仍面临技术挑战

品质稳定性和保障是关键问题

人造大钻石的发展前景

技术仍在不断发展和改进

持续改进将带来更多令人惊叹的成果

07｜离电即熄燃料--断电熄灭燃料保证安全吗？

火灾控制挑战

灭火需要借助其他物质

火一直是难以掌控的

离电即熄燃料的特点

通电燃烧，断电熄灭

火焰更可控

阻燃剂对燃烧的影响

阻燃剂中断燃烧过程

添加盐类可以提高材料阻燃性

燃烧和离子产生

燃烧过程涉及中间体传递电子

火焰高温区域产生离子

离电即熄材料的设计

使用离子液体作为材料

选定咪唑类阳离子和高氯酸阴离子进行设计

电控制燃烧

使用通电实现燃烧和烟雾释放

停止通电即熄灭火焰

应用前景和产业机会

解决汽车自燃等安全问题

在太空和深海场景中有潜在应用

量产和成本考虑

增加合作伙伴以实现量产

成本虽高但优先考虑应用需求

08｜高温超导--“网红材料”到底有没有新进展？

镧镍氧 327是一种高温超导材料

温度临界点为80K

属于新型高温超导材料类型

突破了以往的铜钡和铁基超导材料体系

在超过十万个大气压条件下实现超导

超导材料的历史发展

起初发现的超导材料为水银

1986年出现钡铜体系超导材料

1987年发现钇钡铜氧超导体

2008年发现铁基超导材料

高温超导材料的应用前景

钡铜体系已应用于磁悬浮列车和实验室仪器

高温超导材料具有潜力实现更多实际应用

镧镍氧 327的应用受压强条件限制

未来技术进步可能克服应用困难

科学研究中的突破与传统基础

高温超导材料的突破基于传统超导理论

张广铭和王猛团队的发现打破保守观念

突破是建立在过去研究基础上的进一步发现

高温超导材料推动超导领域的进一步发展

高温超导材料的机理与应用

超导机理尚未完全清楚

高温超导材料的应用需要进一步研究

高温超导材料需搞清楚其原理

高温超导材料在科学界持续受到关注

高温超导研究的影响和突破

高温超导研究长期缺乏重大突破

张广铭和王猛团队发现引发了全球关注

高温超导材料的突破影响超导领域的发展

高温超导研究可能改变其前景的看法

镧镍氧 327的突破和成果验证

镧镍氧 327的临界温度突破了77K

该超导材料成功被国际同行验证

镧镍氧 327属于全新高温超导材料类型

张广铭和王猛团队的发现受到学术界认可

高温超导材料产业化前景

高温超导材料的产业化面临挑战

高温超导材料需在实用化方面克服困难

研究团队的成果对超导材料的产业化有潜在影响

高温超导材料仍然有待进一步研究和发展

09｜3D 打印纳米--材料打印如何精确到纳米级？

纳米级 3D 打印技术发展

3D 打印已不是前沿技术

研发前沿材料实现精细打印

微米精度的 3D 打印

增材制造方式打印工艺品

宏观 3D 打印精度有限

微观层面采用光固化方法

实现微米级精度的打印

光固化方法的限制

光学衍射现象导致精度有限

波长选择困难，短波长损伤材料

双光子吸收效应技术

使用双光子吸收效应提升精度

使用飞秒脉冲激光双光子技术

孙洪波教授的突破性工作

混合方法的局限性

混合方法粘附力不足，效果不均匀

材料特性受混合影响，性能减弱

纳米胶体修饰方法

纳米胶体修饰材料实现双光子吸收

增加材料表面及光固化能力

避免材料混合的前提下提高精度

10｜铝离子电池--电池怎么做到大容量低成本？

铝离子电池的发展困境

技术难点需要攻克

性能与循环充放电方面存在问题

铝离子电池的优势

铝资源丰富易获取

理论电量接近锂离子

性能有竞争力

钠离子

钾离子

铝空气电池的问题

实际效率低

无法循环充电，仅适用于一次性电池

铝离子电池新突破

王丽丽团队设计新型电极材料

问题所在四氯合铝导致电量不足和无法循环充电

引入MXene载体优化电极材料

增强铝离子电池的循环使用次数和电量表现

研究进展与未来发展趋势

研究团队在新电极材料上进行更多优化

行业对铝离子电池的产业化具有较快速度

铝离子电池的发展相对易于实现标准化

投资风险

区分铝空气电池和铝离子电池

仍需继续追踪铝离子电池的改进与突破

科技前沿：材料科学（上）