材料工業是國民經濟的基礎產業，尤其新興材料，將會給工業帶來革命性的變革。新材料是材料工業發展的先導，是重要的戰略性新興產業。21世紀的今天，科技革命迅猛發展，新材料產業升級、材料更新換代步伐加快。

2016年 12月，國務院印發《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》

2016年12月，工信部、發展改革委、科技部、財政部聯合印發《新材料產業發展指南》

2017年2月，國家制造強國建設領導小組編制發布《中國制造2025》“1+X”規劃體系

2017年 9月，工信部發布《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2017年版）》.

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在此背景下，綜合國內外知名研究機構和公司研究進展、科技媒體評論以及行業熱點研究梳理出20大新材料。

突破性：由俄羅斯遠東聯邦大學、俄羅斯科學院遠東分院的科學家與日本東京大學的同行組成的國際研究團隊合成了世界上首例量子金屬。二維系統在轉變為絕緣體或超導體的同時，仍可保持正常的金屬態。這種不尋常的狀態就被稱為量子金屬或玻色金屬。研究表明，這種新材料具有以多晶硅為襯底的雙層鉈原子結構，當溫度低于零下272℃時，變為超導材料。通過觀察這種非正常的物質狀態，科學家有望對二維電子系統（二維金屬）溫度接近絕對零度時的行為（是否仍然是金屬態以及是否會傳導電流）一探究竟。

發展趨勢：超低溫導電性、正常金屬存在于兩個維度狀態的可能性研究。

研究機構：俄羅斯遠東聯邦大學、日本東京大學。

突破性：超固體(Super solid)同時具備固體與流體特征，是一種空間有序(比如固體或晶體)的材料，但同時還具有超流動性。當量子流體，比如He-4冷卻到某特征溫度以下時，He-4將經歷超流轉變，進入一個零黏性的態。這個轉變被認為與發生玻色-愛因斯坦凝聚有關。

發展趨勢：在超固態，空位將成為相干的實體，可以在剩下的固體內不受阻礙地移動，就像超流一樣。而玻色愛因斯坦凝聚體是一種出現在超冷溫度下的奇異物態，在如此低的溫度下原子的量子特性變得極其明顯，展現出明顯的波動性。

主要研究機構（公司）：賓夕法尼亞州立大學、瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）、美國麻省理工學院（MIT）等。

突破性：超高溫陶瓷通常是指能在2000℃以上有氧氣氣氛燈苛刻環境條件下仍然照常使用的最耐熱的高級陶瓷，主要是IV B、VB族過渡金屬的硼化物、碳化物及其復合材料。目前，超高溫陶瓷在溫度達到1600℃時仍具有較好的抗氧化性。

發展趨勢：航空航天領域、軍工武器領域。超高溫陶瓷材料主要用于高超音速導彈、航天飛機等飛行器的熱防護系統如翼前緣、端頭冒以及發動機的熱端，是難熔金屬的最佳替代者，時超高溫領域最有前途的材料。

主要研究機構（公司）：美國Sandia National Labs、英國倫敦帝國理工學院、航天703所、中材山東工陶院、中科院金屬所、中科院上硅所、哈工大、西工大等。

突破性：過渡金屬硫化物（TMDC）低成本、具有簡單二維結構，是可比肩石墨烯的超級創新材料。過渡金屬硫化物通常由鉬或鎢形成，例如硒或者碲與硫元素構成。它們具有相當簡單的二維結構。由于其相對成本較低，并且更易于制成非常薄而穩定的圖層，同時具有半導體特性，因此過渡金屬硫化物（TMDC）也成為光電子學領域的理想材料。

發展趨勢：數字電子領域。如果電子和真空洞被從一個外部環路注入過渡金屬硫化物，當它們相遇時就會再次組合然后釋放光子。這種光電相互轉化的能力使得過渡金屬硫化物有望被用于利用光傳輸信息、用作微小的低功率光源，甚至激光。

主要研究機構（公司）：中國科學技術大學、北京航空航天大學、中國石油大學、中國石油天然氣集團公司催化重點實驗室等。

突破性：超輕，99.99%部分都是空氣，表觀密度為0.9g/cm3，是一種合成的多孔極輕3D開放式蜂窩聚合物結構金屬材料，具有聲學、振動和沖擊能量抑制，非常堅硬，壓縮50%張力之后能夠完全恢復，具有超級高能量吸收能力。

發展趨勢：電池電極、催化劑載體，未來航空飛行器制造，微格金屬材料可以確保美國宇航局降低深太空探索航天器40%質量，這對于未來旅行至火星和其它星球至關重要。

主要研究機構（公司）：Boeing。

突破性：單層錫原子構成的厚度小于0.4納米的二維晶體——錫烯，可在常溫下達到100％導電率的超級材料，其導電性只存在于材料的邊緣或表面，而不是內部。當拓撲絕緣體只有一層原子厚的時候，它的邊緣導電性就會達到完美的100％。遠勝近年來熱議的石墨烯，可實現室溫下無能量損耗的電子輸運。

發展趨勢：更高集成度的電子學器件應用方面具有重要的意義。

主要研究機構（公司）：美國能源部SLAC國家加速實驗室、斯坦福大學，德國維爾茨堡大學，上海交通大學，清華大學。

突破性：美國賓州州立大學研究人員選擇了一種電子間相互作用大于其動能的材料，由于電子強關聯作用，電子能“感覺”到彼此，從而使其性質類似于“液體”，而不是沒有相互作用的“氣體”。這種電子“液體”仍然非常導電，但是可見光波段的反射卻大大降低，從而提高了透明度。

發展趨勢：在光學透明性、導電性和易于制造上有望替代傳統的透明導電材料——銦錫氧化物ITO，將被廣泛應用于智能手機觸摸屏、平板顯示器等顯示領域。

主要研究機構（公司）：美國賓州州立大學、無錫力合光電傳感技術有限公司等。

突破性：碳化硅、氮化鎵、氧化鋅、氮化鋁等寬緊帶半導體材料。具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場，高的熱導率，高的發光效率，高的電子飽和速率及高的抗輻射能力。更適用于制作高溫高頻、抗輻射及大功率器件。

發展趨勢：更高集成度的電子器件，光電子器件、電力電子器件，藍光LED，OLED，照明、新能源汽車、導彈、衛星等。

主要研究機構（公司）：羅姆、三菱電機、松下電器，Cree、Bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic，日本的Nippon、Sixon，芬蘭的Okmetic，德國的SiCrystal，TDI、Kyma、ATMI、Cree，日亞(Nichia)、Matsushita、索尼(Sony)、東芝(Toshiba)。

突破性：4D打印是一種能夠自動變形的材料，直接將設計內置到物料當中，不需要連接任何復雜的機電設備，就能按照產品設計自動折疊成相應的形狀。即無需打印機器就能讓材料快速成型的革命性新技術。大小形狀可以隨時間變化。4D打印最關鍵是記憶合金。

發展趨勢：家具制造以及最終的宇宙航天和建筑領域。

主要研究機構（公司）：斯特塔西有限公司，麻省理工學院，哈爾濱工業大學。

突破性：金屬氫是液態或固態氫在上百萬大氣壓的高壓下變成的導電體。導電性類似于金屬，故稱金屬氫。金屬氫是一種高密度、高儲能材料，之前的預測中表明，金屬氫是一種室溫超導體。金屬氫內儲藏著巨大的能量，比普通TNT炸藥大30─40倍。

發展趨勢：能量密度最高的化學燃料料（如：火箭燃料），航天級新概念武器，發電儲能材料，可能為常溫超導體，新火藥，潛在的聚變應用價值。

主要研究機構（公司）：哈佛大學，愛丁堡大學。

突破性：高熵合金由多種含量相近的主元混合而成，由于主元數增多，混合熵增加，混產生獨特的高熵效應，并抑制金屬間化合物和其他有序相的生成。元素間不同的尺寸和結合力，導致了合金具有晶格畸變和緩慢擴散效應，保證了合金強硬；凝固過程中保留的大量缺陷和能量，使得鑄態的合金即保留了很大的殘余能量，有利于孿晶等的發生，變現出一系列優異的和特殊的力學行為；多種主元，保證了合金的鈍化層復雜，耐腐蝕性能優越，等等。高熵合金在機械性能、耐腐蝕、耐磨損、磁學性能、抗輻照、低溫性能等方面都很優異。

發展趨勢：工業制造，航空航天，電子電器等領域。

主要研究機構（公司）：北卡羅萊納州立大學，卡塔爾大學，浙江大學，北京科技大學。

突破性：硼墨烯是一種不同尋常的材料，因為它在納米尺度表現出很多金屬特性，而三維硼或者散狀硼都只是非金屬半導體。因為硼墨烯同時具有金屬性和原子厚度，從電子產品到光伏發電都具有廣泛的應用可能性。導電屬性具有方向性，較高的拉伸強度。

發展趨勢：航空航天，納米級電子設備，微型機械設備等領域。

主要研究機構（公司）：美國能源部阿貢國家實驗室、西北大學和紐約州立大學石溪分校，美國布朗大學，清華大學。

突破性：鋰-氧電池或鋰空氣電池能量密度是鋰離子電子的10倍，被業界譽為“終極電池”。理論上這樣的能量密度可使電動車續航能力接近傳統汽油汽車，電動汽車只充一次電就能從倫敦駛到愛丁堡，而且鋰空氣電池的成本和重量只有現在市面上銷售的電動汽車所使用的鋰離子電池的1/5。

發展趨勢：航空航天，電子電器，動力汽車等領域。

主要研究機構（公司）：日本產業技術綜合研究所，日本學術振興會(JSPS)，劍橋大學，美國IBM。

突破性：特種纖維分別具有不同的特殊性能，如耐強腐蝕、低磨損、耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高電壓、高強度高模量、高彈性、反滲透、高效過濾、吸附、離子交換、導光、導電以及多種醫學功能。例如，Teflon TFE?，Nomex?，Kermel?，Kevlar?，Torayca?。

發展趨勢：航空航天，交通，裝備，體育休閑，通信，機械，化工，國防軍工等領域。

主要研究機構（公司）：杜邦，東麗，帝人，東洋紡，東華大學，天津工業大學大學，北京化學研究所。

突破性：目前萬物智能的發展方向來說，穿戴式設備將會越來越普及，開發一種導電性和拉伸性極佳的高分子材料，可用于可拉伸塑料電極。這種柔性電極也可作為可穿戴電子器件。也就是說，如果成功，以后，我們帶有「智能」的衣服或者體內的供電設備就不會再被僵硬的電路掣肘了。

發展趨勢：觸摸屏、顯示器、薄膜太陽能電池。

主要研究機構（公司）：斯坦福大學，東華大學，華南先進光電子研究院先進材料研究所，大連化物所。

突破性：“量子隱形”材料制作成衣服，透過反射穿衣者身邊的光波，可以使得穿著這種衣服的人達到“隱形”的效果。通過折射周圍光線來實現“完全隱形”。“量子隱形”材料完全可以在不借助其他技術的情況下實現隱形，甚至可逃過紅外望遠鏡和熱力學設備的追蹤。

發展趨勢：觸摸屏、顯示器、薄膜太陽能電池。

主要研究機構（公司）：Hyperstealth Biotechnology，中國科技大學，清華大學。

突破性：可提供空中動態顯示，清晰顯像的同時，能讓觀眾透過投影膜看見背后景物，又能與互動軟件組合，產生三位立體互動影像，是觀者產生身臨其境，玩轉空間的感覺，具有高清晰、耐強光、超輕薄、抗老化等無可比擬的眾多優勢。

發展趨勢：由分子級別的納米光學組件：全像彩色濾光板結晶體（HCFC）為核心材料，融合納米技術，材料光、光學、高分子等多學科成果生產而成。輕薄內部蘊含先進的精密光學結構，以達致高清晰、高亮度的完美顯像。成像效果卓越畫面晶瑩剔透，材料簡約纖薄傳播設計深蘊。 用于電子器件、光學薄膜。

主要研究機構（公司）：Excelite, Multiway，Mindiamart, ACF Technology, 上海奧德思智能科技有限公司。

突破性：隨著溫度的下降而依次呈現固態、液態和氣態。聚集態的冷沸材料愈熱強度愈高，冷沸金屬材料最高耐受溫度可達10200 ℃，在常溫及高溫時均可保持電超導和磁超導特性；冷沸非金屬材料可耐7400 ℃ 的高溫，是優秀的耐磨和阻磁材料。

發展趨勢：冷沸材料的優異性能可以用于研制一系列前未有的航空航天發動機和飛行器、超級機械和電子設備，引發新一輪的工業科技革命。

主要研究機構（公司）：北京航空航天大學。

突破性：不同一般晶體由規則原子結構在空間中重復排列，時間晶體的原子結構是在特定條件下沿著時間軸呈現周期性變化，它在基態時也會維持振蕩的狀態。

發展趨勢：時間晶體”是一種全新的物質形態，將為物理學研究打開一個全新世界，回答與物質本性有關的各種基本問題。將在量子計算機，超高靈敏度傳感器等領域具有重要應用。甚至未來科學家可以通過時間晶體開發出復雜的時空晶體，通過復雜的周期運動回路代表不同比特和比特間的運算，將人腦意識上傳到時空晶體，把人的記憶保存在其中。

主要研究機構（公司）：哈佛大學，馬里蘭大學，麻省理工大學，Cornell University，加利福尼亞大學伯克利分校。

突破性：光子晶體是由周期性排列的不同折射率的介質制造的規則光學結構。具有速度快、靜止質量為零、彼此間不存在相互作用、具有電子所不具備的頻率和偏振等特征；建立了光子的能帶理論，打開了控制光的傳播及光與物質相互作用的新領域—凝聚態物理和光學的新交叉領域；創造了一種人工設計的新材料---光子半導體；為發展新型光子器件奠定了物理基礎。

發展趨勢：反光鏡、放大器、彎曲光路、超棱鏡、激光器、非線性開關、光子纖維和發光二極管等基于光子晶體的全新光子學器件相繼被提出。在新的納米技術、光計算機、激光器、光子器件、芯片、光通訊、生物等前沿和較差領域具有廣泛的應用前景。

主要研究機構（公司）：Alnair Labs, Yenista, CILAS, Newport，上海瞬渺光電技術有限公司，北京凌云光子有限公司，江蘇法爾勝光子有限公司，上海光機所，馬德里理工大學。