新材料行业的产业发展方向及新型设计材料应用

目前应用和发展的新材料正在朝着以下的几个方向发展。

1、高性能化、高功能化、高智能化
高性能材料：掌握原理，采用新工艺、新技术、新设备，创造出性能更好的新型材料。对于结构材料来说，旨在改善材料的强度、刚度、韧性、耐高温、耐腐蚀、高弹、高阻尼等性能。通过新工艺生产的新产品体积小、重量轻、资源省、能耗低、成本低、利润高。功能材料：单一功能向多种功能发展，把功能材料与元器件结合起来，实现一体化，即材料本身就具有元器件的功能。智能材料：具有感知和响应双重功能，如形状记忆合金、压电陶瓷、光导纤维、磁致伸缩材料等。智能材料是一种超功能材料，能够解决传统材料难以解决的技术难题。例如美国空军采用智能材料制造飞机机翼，可随工作状态的不同自动调节形状，改变升力和阻力，以适应飞机的起降，使飞机更加安全，降低油耗。

2、复合化
单一材料，如金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料都有各自的优缺点，难以满足当代高技术对材料综合性能的要求。不同种类、不同性能材料复合，可获得比单一材料性能更好或具有某种特殊性能的复合材料。例如，碳纤维增强的陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite）​，其抗冲击强度比普通陶瓷高40倍，能经受数千摄氏度高温，是航空工业的重要结构材料。

3、极限化
在尺寸、压力、温度、纯度各种量纲范围内追求极限，使材料的性能产生根本性的飞跃。例如，在超高温、超高压下用石墨合成金刚石；在超高真空环境中制备新型的半导体器件和高度集成的芯片；利用宇宙空间实验室内的微重力、高真空、超低温、无菌等特殊环境制备在地面无法制备的具有特殊性能的新材料，如冶炼高纯金属等。

4、仿生化
通过研究自然界中生物体的物质结构及其特有的功能，获得一种制备新材料的思路和途径，并在某些材料的设计和制造中加以模仿。用现有简单而丰富的原料，通过错综复杂的生物过程制得高强度和多功能的新材料。蜘蛛丝比钢丝更强、更富有弹性，具有很强缓冲外力冲击的能力，且低温性能良好，是制造防弹服装和降落伞的理想材料。因此，通过把水溶性的蛋白质分子纺织成既坚韧又不溶解的人造蛛丝，可以用来制作军用品。生物医用材料仿造人体的细胞外基质结构与成分，有良好的生物相容性能，可以用于人体组织和器官的矫形、修补和再造。某些仿生材料以生物体合成的蛋白质为基础，取代合成人工材料，有利于解决资源、能源枯竭问题，并且对环境没有危害。

5、绿色化
绿色材料或环境友好材料是指资源和能源消耗少、再生循环利用率高，或可降解使用的材料。废弃的普通塑料越来越多，并因其耐久性好而长久存留自然界已经成为公害。我国于2008年6月1日开始实行“限塑令”​。可降解塑料则能够实现绿色循环。通过乳酸（lactic acid）聚合可合成聚乳酸（polylactic acid，PLA）​。细菌合成可降解塑料如聚羟基丁酸酯（polyhydroxybutyrate，PHB）​、聚羟基戊酸酯（polyhydroxyvalerate，PHV）及其共聚物（copolymer）PHBV［poly（hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate）］等。用二氧化碳可合成降解塑料包括聚碳酸酯（polycarbonate，PC）等。这些生物可降解材料已在日常生活（如包装、牙刷、杯子）​、医疗（如骨钉、骨板、缝合线）等多个领域得到了应用。