未来十年，材料学领域将会有哪些研究热点？材料领域的发展趋势是什么？
回答这个问题，先讲个小故事吧 “我一点也不依靠数字，我只是不停地做试验，扔掉不好的材料，留下不错的选择，而这当中的原理我一窍不通”。他测试了1600多种不同的灯丝，从椰子纤维到钓鱼线，甚至还有同事的胡须，才终于找到了一种特殊品种的竹子，在经过炭化处理后，作为第一代白炽灯的灯丝。那是1879年爱迪生的年代。 “硅和锗晶体经过掺杂特定含量特殊原子后，虽然表面看起来并没有什么变化，但电学性能已经是天差地别，正是微观结构的细微变化带来了LED的诞生”。他演示了发光的量子理论推导，在多如乱麻的的数字和公式后，证明了0.1mol/L和0.2mol/L的掺硅量不同的发光效率。这是如今任何一个高校的半导体老师耳熟能详的时代。 路灯需要长寿命的灯泡，而家庭需要最经济的照明 爱迪生会将1600次试验加倍，试的越多，越有可能找到梦中女神 我们只需要轻轻打开电脑，输入几行数字，便能快速遇到最佳人选 并不是不会遇到错误的选择，而是由于数学模型的代入和计算能力的差别，爱迪生一天排除十项错误，我们一秒排除上亿次错误，时间成本已经非常低了 如今的材料科学和工程研究比拼的仍然是资源，只不过并不再是谁有能力做更多的试验，而是谁拥有先进的仪器设备，测量制造最详细的微观世界，溯本清源；谁拥有强大的数量建模，仿真模拟最准确的性能动态，导航明途 ------------------------------------------------------------------------------------------ 楼主曾经有幸，参观过曼彻斯特大学的国际先进材料中心，他们展示了利用二次离子质谱分析仪研究氢原子扩散入钢铁的过程。“现在我们一个下午就能完成过去一个月的工作”，Paul O’Brien这样介绍说。对于科研狗来说，这种效率的巨大提升得多发多少篇论文。 仅仅在2015年11月，一个月的时间内，就有超过100种的新材料发现，楼主摘了一小部分 “我们正从黑暗世界中走出”，这是Gerbrand Ceder，一位加州大学伯克利分校的电池专家在接受采访时打的比喻。他们的实验室正在利用超级计算机，编撰所有已知材料和预测成分的性能百科全书。这将彻底改变研究思路，我们只要定下所需性能，计算机会自动提供候选名单。就如同知道了材料的基因之后，精心调制出一道美味大餐。 Sakti3是一家美国密西根州的创业公司，专注于商业化大生产一种特殊的固体电极锂离子电池，这种固态锂电池已经存在，但是绝大多数用做电路中硬币大小的备用电池，想大规模生产足以驱动手机的同类电池非常昂贵。 然而Sakti3研发了一种特别的薄膜沉积工艺，不仅成本控制在每千瓦时100美元左右还，获得了双倍的电池容量，更加安全、可靠。 为什么之前没有人利用这种已经在太阳能电池和平板显示器生产中广为采纳的工艺生产电池呢？Sakti3的秘诀究竟是什么呢？ 在接受经济学人杂志采访时，公司CEO Ann Marie Sastry解释说，关键在于工艺中使用什么材料和如何使工艺变的更低廉。所有的这一切，都要归功于甚至在建立第一条试验性生产流水线之前，计算机商密集的测试和模拟，包括复杂的物理计算、成本的预测评估。这一切都还有进一步提升的空间。 ------------------------------------------------------------------------------------------ 上面说完了做材料的仪器设备和数量建模，再说说在产业中动态 1.        
碳纤维 碳纤维复合材料已经在飞机制造中大显身手，现在轮到汽车了 优点我就不多说了，产业中关心的就是价格价格还是价格。过去生产工艺昂贵、缓慢，需要的人工参与还多。着对于飞机和赛车来说都不是大问题，但在民用汽车产业中，就是致命伤。据经济学人杂志报道，德国宝马公司给出了答案，建造了专门的工厂和全新的供应链，成功将碳纤维运用在大规模生产的i3和i8电力和混合动力汽车中。它先是和另一家德国SGL集团在日本Otake与Mitsubishi
Rayon成立合资公司，生产所需要的前驱体，然后运送到位于美国华盛顿州的Moses Lake，在这里，加工成只有7微米直径的黑色纤维。50000根绑在一起后卷成团，被运送到德国慕尼黑，被缝制成毯状，一层一层叠起来。在最后成型中，加热和挤压成三维的特殊形状，再把各个部分粘黏在一起，整个过程只需要几分钟。宝马新的7系商务用车也采用了碳纤维材料的零件。苹果据传正在和宝马商讨自研电动汽车的制造计划。Lux
Research预测，到2020年代中期，碳纤维将会被广泛应用在汽车制造中。 2.        
纳米粒子 Nanolaminates，电池 ------------------------------------------------------------------------------------------ 有了五花八门的新材料纵然给制造商提供更多的选择，但反过来，也给环境带来了额外的负担 中国这几年开始注重生态文明，制造商有越来越多的压力和动力为产品的生命周期管理负责。这包括有义务考虑设计、生产、销售、客服每一个环节的能源、环境、健康影响，从材料的提取到生产，从物流到回收。随着越来越多的新材料，这些也变得更加麻烦。 传统评估新材料的影响是看它含有哪些元素，假如有汞，就不环保，假如只是一点锰，也就没什么危害。但这并不合理，元素是否有害取决于它以什么化合物存在，而不是元素本身。传统的环评方法将会对纳米粒子的应用造成巨大阻碍。虽然已经有了很多关于纳米粒子对环境和健康影响的研究，但大多数并不具有说服力和决定性。Swiss National Science Foundation明年将会发布一个高逼格的关于纳米粒子的五年研究，从目前报道的信息中可以得到一些猛料。在澳大利亚南部的调查中，他们从土地和地下水中，估算了四种纳米粒子每年进入生态环境的数量：54吨纳米钛的氧化物，比如太阳镜；10吨纳米锌的氧化物，比如化妆品；2.1吨碳纳米管；180千克纳米银，比如防菌处理剂；120千克富勒烯。这些纳米粒子的最终去向并不相同，纳米碳留在原物上，锌和银被废水回收处理转化为普通的化合物，但是纳米钛化物只有5%进入了海水，剩下的留在了土壤里，研究者们说他们自己也不知道会有什么长期影响，特别是在高浓度当中。 纳米粒子的这些环境负面效应也驱动着创新。 ------------------------------------------------------------------------------------------ 终于更新完了，本文从新材料的设计、制造、生产、供应链和生命周期管理出发，码了很多字