1、9.1 复合材料9.2 新型材料 复合材料综述纤维增强复合材料其他复合材料复合材料的成型加工 近代科学技术的发展，对材料性能的要求越来越高。有的除要求材料具有高强度、高模量、耐高温、低密度以外，还对材料的韧性、耐磨、耐腐蚀、电性能提出了种种特殊要求。更特殊的是有些产品要求材料具有多重性能，如导电而绝热，强度比钢好，弹性比橡胶好，又能焊接等。这对单一的金属、工程塑料和工业陶瓷来说是无能为力的。复合材料是将一种或几种材料用人工的方法均匀地与另一种材料结合而成的一种新型工程材料。复合材料主要是为了克服单一材料的某些弱点，而采用合成材料的方式，从而充分发挥材料的综合性能，取长补短，达到最好的使用要求。
2、比如大多数金属坚韧但不耐高温，而陶瓷耐高温，却又很脆，如果用粉末冶金的方法把它们掺合在一起制成金属陶瓷，就具备了金属的高强度、高韧性、又具有陶瓷的耐高温性，目前复合材料在工程上应用很多。复合材料在工业产品造型设计中的应用，可以得到最新科学技术所带来的材质美的享受，因而使产品具有鲜明的时代感。1）按使用性能分:功能功能复合材料、结构结构复合材料 2）按基体分：聚合物聚合物复合材料、金属金属复合材料和陶瓷陶瓷复合材料。3）按复合形式分：纤维增强纤维增强复合材料、层合复合层合复合材料和颗粒复合颗粒复合材料。其中发展最快、应用最广的是纤维增强复合材料。详见下表 基体增强体 金属金属 陶瓷陶瓷 有机物有
3、机物 金属金属 纤维增强金属 包层金属 纤维增强陶瓷金属陶瓷 夹网玻丝钢筋混凝土纤维增强塑料 填充塑料铝聚乙烯复合薄腊 橡胶弹簧软胎 夹网玻板 陶瓷陶瓷纤维增强金属粒子增强金属碳纤维增强金属纤维增强陶瓷压电陶瓷玻璃纤维水泥石棉水泥板纤维增强塑料树脂混凝土 树脂石膏材料乳胶水泥 碳墨补强橡胶轮胎 多层玻璃 填充塑料 有机有机 物物铝聚乙烯复合薄膜 复合薄膜 合成皮革比强度和比模量高比强度和比模量高：它们使衡量材料承载能力材料承载能力的一个重要指标。宇航、交通运输工具和机械过程中高速运转的结构零件需要尽量减轻尽量减轻自重而保持高的比强度和比能量自重而保持高的比强度和比能量。比如纤维增强复合材料的比
4、强度、比能量都比较大。抗疲劳性能好：抗疲劳性能好：疲劳破坏是材料在交变载荷作用下由于裂纹由里向外扩展而形成的破坏。复合材料一定程度阻止裂纹的扩展复合材料一定程度阻止裂纹的扩展。减振能力强：减振能力强：复合材料构成的自振频率与结构本身形状有关，还与材料的比模量的平方成正比。复合材料的比模量最高，故自振频率很比模量最高，故自振频率很高，一般不易发生共振而快速折断高，一般不易发生共振而快速折断，另外复合材料是非均质多相体材非均质多相体材料，有大量界面，能对振动有反射和吸收作用料，有大量界面，能对振动有反射和吸收作用。破损安全性好破损安全性好：纤维复合材料基体中有大量独立纤维，载荷会迅速分配到众多纤维
5、上，不致造成构件瞬间完全丧失承载能力而断裂，故工作安全性高。耐热性能好：耐热性能好：一般铝合金在400度时，弹性模量大幅度降低，强度也显著下降，而碳（硼）纤维增强的铝在此温度下强度和模量基本不变。成型工艺简单灵活：成型工艺简单灵活：复合材料可用模具采用一次成型制造各种零件，从而减少了零件数目及接头数，外观更简洁，节省原材料和工时。复合材料综述纤维增强复合材料其他复合材料复合材料的成型加工 各种高性能的增强材料，它们依然各有所长，各有所短。目前将各种纤维以一定形式混合而构成更加复合的材料，这种混杂复合，意味着使复合材料走向更能发挥其复合功能的最高阶段，例如美国和日本已用玻璃纤维和碳纤维的混杂纤维
6、增强热固性塑料制成复合材料，用其整体成型赛车。玻璃纤维增强材料碳纤维增强复合材料其他纤维增强复合材料1）热塑性玻璃钢基体为热塑性树脂基体为热塑性树脂：尼龙、聚碳酸脂、聚苯乙烯类等，其中尼龙的增强效果最为显著。增强体为玻璃纤维增强体为玻璃纤维：二氧化硅和其他氧化物的熔体。特点：热塑性玻璃钢相比基体材料，强度和抗疲劳性能提高23倍，冲击韧性提高24倍，蠕变抗力提高25倍，达到或超过某些金属的强度。（1）玻璃纤维增强尼龙：刚度、强度和减摩性好，可代替有色金属制造轴承、齿轮等精密机械零件，还常用于一些大型制品如洗衣机的皮带轮、电器罩及耐热容器等，还可制造如汽车上的仪表板、前后灯；（2）玻璃纤维增强聚苯
7、乙烯类树脂：广泛用于汽车内装制品、收音机壳体、照相机壳、空气调节器叶片等部件；（3）玻璃纤维增强聚丙烯：强度高、耐热性和抗蠕变性好、耐水，可以作干燥器壳体、电风扇、空调设备、洗衣机、音响等制品；（4）玻璃纤维增强聚碳酸脂：尺寸稳定、热膨胀系数小并耐冲击，主要用于电器开关、冷却器等。2）热固性玻璃钢l 基基体为热固性树脂体为热固性树脂：酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂和有机酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂和有机硅树脂。硅树脂。醛树脂出现最早，环氧树脂性能最好、应用最普遍。l 增强体为玻璃纤维增强体为玻璃纤维：二氧化硅和其他氧化物的熔体。特点：1）较高的比强度；2）良好的电绝缘性和绝热性；3）
8、耐腐蚀；4）根据需要可制成半透明和特别的保护色；5）方便制造任意曲面形状、不同厚度的制品；6）具有防磁、透过微波等特殊性能。缺点：弹性模量和比模量低，只有结构钢的1/51/10；刚性较差；目前一般只适合在300度以下使用；易老化和产生蠕变；各向异性。玻璃钢模压制品玻璃钢模压制品玻璃钢拉挤型材玻璃钢拉挤型材玻璃钢雕塑玻璃钢雕塑应用：1）在在宇航和航空方面宇航和航空方面：我国生产的歼6、歼8、轰6等飞机雷达罩，美BV-360型复合材料机身的直升飞机多数用玻璃钢。2）在在造船方造船方面面：1942年美国用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂制成世界上第一艘快艇；1946年生产出第一艘玻璃钢帆船，目前美国海军部
9、规定长16m以下的船舰全部采用纤维复合材料，主要是玻璃钢制造。玻璃钢还可制造如甲板、风斗、风箱、油箱等部件。3）在在车辆制造方面车辆制造方面：玻璃钢可代部分钢材制造汽车、机车、客车、拖拉机车身，以及配件。还有可制造车辆座椅、卧铺床板、水池等。4）在在电机电器方面电机电器方面：可制造重型发电机的护环、要求刚性好、耐热性好的电热器、电风扇、空调设备、洗衣机、音响等设备。5）在在其他方面其他方面：可制造家具、门窗、卫生间设备、雕塑品、工艺品、医学上的假肢、手术床、担架等。各种高性能的增强材料，它们依然各有所长，各有所短。目前将各种纤维以一定形式混合而构成更加复合的材料，这种混杂复合，意味着使复合材料
10、走向更能发挥其复合功能的最高阶段，例如美国和日本已用玻璃纤维和碳纤维的混杂纤维增强热固性塑料制成复合材料，用其整体成型赛车。玻璃纤维增强材料碳纤维增强复合材料其他纤维增强复合材料 碳纤维复合材料是60年代发展起来的，它强度比钢大，比重比铝小，与玻璃纤维相比，具有高强度、高模量的特点，是比较理想的增强材料。1）碳纤维树脂复合材料 作基体的树脂应用最多的是环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。优点：比重比铝轻、强度比钢好、弹性模量比铝合金和钢大，疲劳强度高，冲击韧性好，耐水，化学稳定性高，摩擦系数小，导热性好，受X线辐射时强度和模量不变化等，其性能比玻璃钢普遍优越。缺点：碳纤维与树脂粘结力不够大，耐高温
11、性能差等。应用：可以用作宇宙飞行器的外层材料，人造卫星和火箭的机架、壳体、天线构架，作各种机器中的齿轮、轴承等受载磨损零件，活塞、密封圈等受磨擦件，也用作化工零件和容器等。2）碳纤维金属复合材料 碳不易被金属润湿，在高温下容易生成金属碳化物，所以制作比较困难。现在主要用于熔点较低的金属或合金。1 1）碳纤维铝基复合材料）碳纤维铝基复合材料：在碳纤维表面镀金属，制成碳纤维铝基复合材料。这种材料直到接近于金属熔点时，仍有很好的强度和弹性模量。2 2）碳纤维铝锡合金复合材料）碳纤维铝锡合金复合材料：用碳纤维和铝锡合金制成复合材料，是一种减摩性能比铝锡合金更优越，强度很高的高级轴承材料。3）碳纤维陶瓷
12、复合材料我国研制了一种碳纤维石英玻璃复合材料。同石英玻璃比，它的抗弯强度提高了约12倍，冲击韧性提高了约40倍，热稳定性也非常好，它克服了玻璃最大的脆性缺点，从而变成了比某些金属还坚固的不碎玻璃，是很有前途的新型陶瓷材料。如果在普通玻璃中混以60的碳纤维细粉，强度也要提高许多倍。各种高性能的增强材料，它们依然各有所长，各有所短。目前将各种纤维以一定形式混合而构成更加复合的材料，这种混杂复合，意味着使复合材料走向更能发挥其复合功能的最高阶段，例如美国和日本已用玻璃纤维和碳纤维的混杂纤维增强热固性塑料制成复合材料，用其整体成型赛车。玻璃纤维增强材料碳纤维增强复合材料其他纤维增强复合材料1）硼纤维复
13、合材料l硼纤维：是由硼气相沉积在钨丝上制取。硼纤维的抗拉强度与玻璃纤维差不多，但弹性模量为玻璃纤维的5倍。l基体主要为环氧树脂、聚酰亚胺树脂。特点：抗压强度为碳纤维树脂复合材料的22.5倍、抗剪强度很高，蠕变小，硬度和弹性模量高，有很高的抗疲劳强度，耐辐射，对水、有机溶剂和燃料、润滑剂都很稳定。由于硼纤维是半导体，所以复合材料的导电性和导热性好。应用：硼纤维树脂材料主要应用于航空和宇航工业，制造翼面、仪表、转子、压气机叶片等。2）晶须增强复合材料晶须是一种单纤维，它是金属或陶瓷自由长大的针状单晶体，直径在30微米以下，长度约几毫米。近年来用晶须代替纤维组成的复合材料发展很快。由于它不存在晶体缺
14、陷，它的强度极高，可接近于原子结合力的理论强度。目前已有小批量生产的氧化铝、氮化铝和氮化硅几种晶须。由于成本高，多用于尖端工程。3）芳纶14复合材料 芳纶14与无机纤维相比，富有韧性，具有较好的抗冲击性能。它与环氧树脂等组成的复合材料已在飞机、宇航方面得到应用。复合材料综述纤维增强复合材料其他复合材料复合材料的成型加工 层合复合材料是由两层和两层以上不同材料结合而成层合复合材料是由两层和两层以上不同材料结合而成。其目的为了将组分层的最佳性能组合起来得到更加有用的造型材料。层合复合材料可使强度、刚度、耐磨、耐腐蚀、绝热、隔音、减轻自重等若干性能分别得到改善。1）层压金属复合材料2）塑料金属多层复
15、合材料3）夹层结构复合材料1）层压金属复合材料 金属层压板可以用不同方法制造，其中最普通的方法是胶合或者熔合、热压、焊接、胶合或者熔合、热压、焊接、喷涂喷涂等。如不锈钢普通钢不锈钢普通钢复合材料，合金钢普合金钢普通钢通钢复合材料，化工设备上采用的包钛钢包钛钢制造容器，即发挥钛的抗腐蚀、抗磨蚀性，又节约钛的用量，降低制造成本。美国所用的硬币是由铜夹层和外包较薄的铜镍合金的金铜夹层和外包较薄的铜镍合金的金属层压板属层压板制得，铜镍包层具有外观色泽柔和，抗磨损和抗腐蚀，内层铜可保证钱币密度。2）塑料金属多层复合材料 如以钢板为基体、烧结铜球为中间层、用聚四钢板为基体、烧结铜球为中间层、用聚四氯乙烯或
16、聚甲醛塑料为表层的一种自润滑材料就氯乙烯或聚甲醛塑料为表层的一种自润滑材料就是一种三层复合材料是一种三层复合材料。这类复合材料的物理、机械性能取决于基体，摩擦、磨损性能取决于塑料，钢与塑料之间通过多孔性青铜为媒介，所获得的粘接力大于喷涂层和粘贴层，一旦塑料磨损，露出青铜，也不致严重磨伤配件表面。这种材料大量用于装饰材料或作产品的壳体。在冷冻机、冰箱、洗衣机、仪表冷冻机、冰箱、洗衣机、仪表等产品上得到广泛应用。另外铝塑板、钢塑板复合材料铝塑板、钢塑板复合材料也有应用。3）夹层结构复合材料 它是由两层薄而强的面板（蒙皮）中间夹着一层芯子组成。一般面板是由抗拉、抗压强度高、弹性模量大的材料组成，如金
17、属、玻璃钢、增强塑料等；芯子的结构有两大类，一是实心，一是蜂窝格子，芯子材料根据性能要求，常用的有泡沫塑料、木屑、石棉，蜂窝格子常用金属箔、玻璃钢制成。特点：1）比重小；2）具有较高的刚度和抗压稳定性；3）根据需要选择面板和芯子的材料，因此可以得到需要的性能。用途：已用于飞机上的天线罩隔板、机翼以及火车车箱、运输容器等方面。复合材料综述纤维增强复合材料其他复合材料复合材料的成型加工结构：颗粒复合材料是由一种或多种材料的颗粒均匀分散到基体材料内所组成的材料。其增强原理是利用大小适宜的增强粒子弥散分布在基体内，以阻止基体塑性变形的位错运动（金属）或分子链的运动（高分子材料）。增强粒子的直径大小直接
18、影响增强效果，直径太小则形成固溶体，太大又容易引起应力集中使增强效果下降。特点及应用：金属陶瓷是一种常见的颗粒复合材料。一般情况下，金属及其合金的热稳定性好、延伸性好，但在高温下易氧化和蠕变；而陶瓷则脆性大，热稳定性差，但是耐高温，耐腐蚀。为取长补短，将陶瓷微粒分散到金属中形成复合材料，这种复合材料具有高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、膨胀系数小的特点，是一种优良的工具材料。除金属陶瓷外，还有石墨铝合金颗粒复合材料石墨铝合金颗粒复合材料（新型的轴承材料），碳黑橡胶颗粒复合材料碳黑橡胶颗粒复合材料。复合材料综述纤维增强复合材料其他复合材料复合材料的成型加工树脂纤维复合材料的成型加工金属纤维
19、复合材料的成型加工复合材料的仿生法 纤维增强塑料制品，一般都可以用普通的塑料成型加工方法制作。而长纤维或纤维制品与树脂复合而成的玻璃钢，则采用以下成型方法。通常纤维增强复合材料均系一次成型，无需进行机械加工。但实际应用中，由于装配原因，复合材料可以车、铣、磨、钻、镗、锯、锉等机械加工，只是加工时要求刀刃锋利、切削速度块、进刀慢。1）手糊法：先在模具上刷一层固化剂树脂，然后贴一层纤维织物，刷平整后再刷一层树脂，再贴一层纤维织物，直至需要的厚度。手糊法在产品设计中只广泛应用于小批量整体造型件或大型制件，如汽车壳体、飞机雷达罩、船艇、大型雕塑等。2）模压法：借助压力机采用很高压力将涂覆好的纤维制品压
20、制成所需的形状。特点是制品质量可靠，均匀，适于大量生产，特别适合大量生产的中小型的复杂玻璃钢制品。3）缠绕法：将纤维浸以树脂并按照一定的规律连续缠绕于芯模上，经固化而制成零件的一种方法。产品设计中常用来加工球形、圆筒形等回转壳体等零件。4）喷射法：利用压缩空气将树脂、硬化剂和切短的纤维同时喷射到模具表面，经过辊压，排除气泡，再在其表面喷涂一层树脂经固化而成玻璃钢制品。其特点效率高，无接缝，适应性强，适合于异形制品的成型。树脂纤维复合材料的成型加工金属纤维复合材料的成型加工复合材料的仿生法 用无机纤维增强金属的复合材料成型方法有：1）液态金属浸铸法：其特点是能连续制取圆棒、管子和其他截面形状的棒
21、料、型材，加工成本低。常用于生产镁等低熔点基体金属的复合材料。2）扩散焊接法：是一种在高温下以一定的压力，让纤维与基体金属扩散结合的方法。它可以做到即不损害纤维的机械性能，又有良好的界面结合，常用于生产各种板材。3）喷涂法 等离子喷涂是近几年发展起来的新技术，它是利用等离子电弧的高温，将金属熔化并喷涂到所涂的物体表面。喷涂时为防止金属氧化，一般是在惰性气体保护下进行。所有金属一般是以粉末状进入等离子射流喷枪中的。等离子喷涂用于纤维增强金属材料的成型时，可以一边把纤维缠绕在芯模上，一边向纤维喷涂基体金属，由于金属离开喷嘴后是急速冷却，因此几乎不与纤维发生发应，这样即不损伤纤维，又能使熔融金属粒子
22、与纤维结合紧密。其成型的缺点是喷涂体比较疏松，有必要用热压法作最后加工。等离子喷涂不仅用于纤维复合材料的成型，也可以喷涂高熔点的合金或陶瓷于金属表面，因此也是一种层合复合材料的一种成型方法。树脂纤维复合材料的成型加工金属纤维复合材料的成型加工复合材料的仿生法仿生学的概念在复合材料的成型上获得应用。例如飞机的桨叶和直升飞机的旋翼就借助动物骨骼类似的结构设计的，使之即轻又强，且合乎自然美学观点。它的外层是硬质复合材料，内芯则是硬泡沫塑料，与骨结构类似。竹、木都是天然的优质材料，它们的结构经过漫长的自然演变，而变得非常合理。比如竹是用许多空心纤维管来增强木质的，外层纤维管细而致密，内层粗而疏松，中心
23、为空；木材的年轮是一些韧性层，它把纤维增强体分制成许多小块，从而有助于承受弯曲变形。人体脊椎的椎间盘，其内部纤维质的排列有助于承受压、拉、剪切等载荷。仿生学为复合材料的设计和应用提供许多启发性的思路。另外随着计算机应用领域的不断扩大，目前已有人着手编写计算机程序来设计复合材料，这样可根据工业设计要求，从选材、增强性、工艺、结构、性能、质感及经济型等方面都依靠计算机给出最优化选择结果。这也是复合材料的发展方向。9.1 复合材料9.2 新型材料 材料工业是国民经济的基础产业。新材料是材料工业发展的先导，会给工业带来革命性的变革，是重要的战略性新兴产业。今天科技革命迅猛发展，新材料产业升级、材料更新
24、换代步伐加快。最具潜力二十大新型材料：最具潜力二十大新型材料：特种纤维 具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维。这些纤维大都应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。特种纤维分别具有不同的特殊性能，如耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能。柔性电极材料 柔性电极是将电子器件制作在柔性或可延性塑料或薄金属基板上的电子技术。柔性电极可作为可穿戴电子器件。如果成功，以后我们带有智能的衣服或者体内的供电设备就不会再被僵硬的电路掣肘了。全息膜透明全息投影膜拥有独一无二的透明特性，在
25、保持清晰显像的同时，能让观众透过投影膜看见背后景物。画质100%清晰亮丽，非凡超薄境界，绝无空间设限。微格金属(microlattice)：是由连通中空管构成的3D多孔聚合物材料，中空管壁厚度不足人体头发直径的千分之一。它其中的金属微点阵是由相互连接的空心支柱组成；每支柱的直径100um，壁厚100um，全部结构的99.99%为空气；表观密度为0.9g/cm3，是一种合成的多孔极轻3D开放式蜂窝聚合物结构金属材料。u这种创新材料比泡沫塑料轻100倍，它能够放置在一朵蒲公英上。未来可用于航空设计，对于未来旅行至火星和其它星球至关重要。量子金属：由俄罗斯远东联邦大学、俄罗斯科学院远东分院的科学家与
26、日本东京大学的同行组成的国际研究团队近日合成了世界上首例量子金属。这种新材料具有以多晶硅为衬底的双层铊原子结构，当温度低于零下272摄氏度时，变为超导材料。u实验表明，二维系统在转变为绝缘体或超导体的同时，仍可保持正常的金属态。这种不寻常的状态被称为量子金属或玻色金属。超固体(Supersolid)：是一种具备超流特性的固体，也就是集“超流体+固体”特性于一身的物质。超固体同时具有固体和流体的特性。超固体(Supersolid)：超固体是1969年由俄罗斯物理学家首先预测的。2004年美国宾州州立大学提出超固体现象，2016.11由美国麻省理工学院和瑞士苏黎世理工学院的实验小组完成了实验室中实
27、现超固体这一壮举。l 这种明显矛盾的物质状态可以帮助更好地理解超流和超导的性质，从而极大促进超导磁体、超导传感器以及能量传输等行业的发展。超高温陶瓷(Ultrahigh-Temperature Ceramics,UHTCs)：最早由美国空军开发，主要指高温环境(2000以上)和反应气氛中(如原子氧环境)能够保持化学稳定的一种特殊材料。通常包括硼化物、碳化物、氧化物在内的一些高熔点过渡金属化合物，由上述化合物组成的多元复合陶瓷材料统称为超高温陶瓷材料。锡烯：由由单层锡原子构成的厚度小于0.4纳米的二维晶体-锡烯，可在常温下达到100%导电率的超级材料，其导电性只存在于材料的边缘或表面，而不是内部
28、。当拓扑绝缘体只有一层原子厚的时候，它的边缘导电性就会达到完美的100%。近年来热议的石墨烯，可实现室温下无能量损耗的电子输运。新型透明导电材料：美国宾州州立大学研究人员选择了一种电子间相互作用大于其动能的材料，由于电子强关联作用，电子能“感觉”到彼此，从而使其性质类似于“液体”，而不是没有相互作用的“气体”。这种电子“液体”仍然非常导电，但是可见光波段的反射却大大降低，从而提高了透明度。第三代半导体：碳化硅、氮化镓、氧化锌、氮化铝等宽紧带半导体材料。具有宽的禁带宽度，高的击穿电场，高的热导率，高的发光效率，高的电子饱和速率及高的抗辐射能力。更适用于制作高温高频、抗辐射及大功率器件。4D打印材
29、料：4D打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。所谓的4D打印，比3D打印多了一个“D”也就是时间维度，人们可以通过软件设定模型和时间，变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。4D打印最关键是记忆合金。4D打印由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。大小形状可以随时间变化金属氢：金属氢是液态或固态氢在上百万大气压的高压下变成的导电体。导电性类似于金属，故称金属氢。金属氢是一种高密度、高储能材料，是一种室温超导体。u 金属氢内储藏着巨大的能量，比普
30、通TNT炸药大30-40倍。2017年1月26日,“科学”杂志报道哈佛大学实验室成功制造出金属氢。2017年2月22日，由于操作失误，这块地球上唯一的金属氢样本消失了。高熵合金：高熵合金概念由台湾科学家1995年提出的。传统金属是以一种元素为主，高熵合金含有多种主要元素，每种元素介于5%-35%之间，是多元素共同作用的结果。与传统合金相比，高熵合金表现出更高的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐辐照等等。高熵合金采用一种颠覆数千年以来的合金制备方法。硼墨烯：硼墨烯是一种不同寻常的材料，它在纳米尺度表现出很多金属特性，而三维硼或者散状硼都只是非金属半导体。因为硼墨烯同时具有金属性和原子厚度，从电子产品
31、到光伏发电都具有广泛的应用可能性。导电属性具有方向性，较高的拉伸强度。锂空气电池：锂空气电池，也称为锂-O2，有望使用质轻的方法改变本世纪的能源存储方式。它具有很大的潜力，比目前为手机和平板电脑供电的锂离子电池的能量高五倍。它甚至可能成为可充电电池，高达1000瓦时/公斤，所需要的仅是氧气。这种电池可以用于燃料电动汽车和储存太阳能板和风力涡轮机产生的电能。量子隐形材料：“量子隐形”材料制作成衣服，透过反射穿衣者身边的光波，可以使得穿着这种衣服的人达到“隐形”的效果。通过折射周围光线来实现“完全隐形”。“量子隐形”材料完全可以在不借助其他技术的情况下实现隐形，甚至可逃过红外望远镜和热力学设备的追
32、踪。冷沸材料：随着温度的下降而依次呈现固态、液态和气态。聚集态的冷沸材料愈热强度愈高，冷沸金属材料最高耐受温度可达10200，在常温及高温时均可保持电超导和磁超导特性;冷沸非金属材料可耐7400 的高温，是优秀的耐磨和阻磁材料。冷沸材料的优异性能可以用于研制一系列前未有的航空航天发动机和飞行器、超级机械和电子设备，引发新一轮的工业科技革命。时间晶体：时间晶体是一种四维以上的空间晶体晶格，在时空中拥有一种超短程的周期性结构运动。时间晶体的主特质是超对称粒子的超对称破缺即CPT破坏，并粒子组合在空间轴线做非平移运动，揭示了超额外维度粒子的客观存在。可以将它看作是一只可以永远保持走时精确无误的钟，即
33、便是在宇宙达到热寂之后也是如此。2012年初，时间晶体的理论由诺贝尔物理学奖得主麻省理工学院物理学家弗兰克维尔泽克提出，并在2017年10月31日由中国科学家在自然界的物质中首次发现时间晶体的天然真实存在。光子晶体：光子晶体是由周期性排列的不同折射率的介质制造的规则光学结构。具有速度快、静止质量为零、彼此间不存在相互作用、具有电子所不具备的频率和偏振等特征;建立了光子的能带理论，打开了控制光的传播及光与物质相互作用的新领域-凝聚态物理和光学的新交叉领域;创造了一种人工设计的新材料-光子半导体;为发展新型光子器件奠定了物理基础。反光镜、放大器、弯曲光路、超棱镜、激光器、非线性开关、光子纤维和发光二极管等基于光子晶体的全新光子学器件相继被提出。在新的纳米技术、光计算机、激光器、光子器件、芯片、光通讯、生物等前沿和较差领域具有广泛的应用前景。
