材料与技术四王争霸,得一者得天下,未来谁主沉浮

视频介绍

2021-03-30 18:56:55

自18世纪以来,材料学一直是工程学科的基础。世界上大部分的创新、革新和发明都依靠着材料学的发展与进步。那么你知道,当前最火爆的材料或技术都有什么吗?也许掌握一种就可以拥有不一样的未来哦。 第一个:石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料;是获得诺贝尔奖的21世纪神奇材料,未来一定会给人类的生活带来巨大改变,比如石墨烯电池20秒钟就能充满电且使用半个月,比如石墨烯电池的电动汽车充电10分钟能续航1000公里,这将是对世界的颠覆。再比如石墨烯在原子小的情况下,可以使处理器中的晶体管更加紧密地封装,将促使许多电子行业向前迈进一大步。如果它能在至少一米长的线程中被制造出来,一些科学家相信这些石墨烯可以被编织在一起,从而使它既足够坚固又足够柔韧,可以成为太空电梯的支柱。如果石墨烯制造能够进一步发展起来的话,这类科幻发明或将成为可能。 第二个:钙钛矿,从2012年开始,人们对钙钛矿太阳能电池的兴趣激增。人们意识到,如果合理使用钙钛矿,则太阳能电池有可能实现更高的发电效率。2009年,钙钛矿太阳能电池的最高效率记录为3.8%,而到2018年,这一记录已经增加到23.3%。基于钙钛矿的太阳能电池具有出色的吸光性、电荷载流子迁移率和较低的制造成本,使其成为提供低成本太阳能电池的有力竞争者。 尽管钙钛矿电池已被全球数十家公司商业化,但仍存在一些基础科学和设计、制造领域的挑战需要解决。 第三个:选择性激光烧结SLS是一种用于增材制造3D打印的方法,主要用于金属和聚合物材料。就像材料信息学一样,数字化也可以对制造业产生巨大影响,因此增材制造被视为第四次工业革命的一个重要发展方向。 激光烧结技术是成型原理最复杂,条件最高,设备及材料成本最高的3D打印技术之一,但也是目前对3D打印技术发展影响最为深远的技术。从理论上来说,任何加热后能够形成原子间黏结的粉末材料都可以被用来作为SLS的成型材料,目前,已可成熟运用于SLS设备打印的材料主要有石蜡、尼龙、金属、陶瓷粉末和它们的复合材料。但SLS技术目前也有限制:比如原材料价格及采购维护成本都较高,机械性能不足等。 第四个:拓扑绝缘体,按照导电性质的不同,材料可分为导体和绝缘体两大类。而更进一步,根据电子态的拓扑性质的不同,绝缘体和导体还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。 拓扑绝缘体自2007年被发现以来,逐渐成为了凝聚态物理领域的一个的新热点,并被认为是继石墨烯之后的Next Big Thing。它对于基础物理的理解以及半导体器件的应用都有很大的价值, 拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样,是绝缘的,但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态,这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态在保证一定对称性的前提下是稳定存在的,而且不同自旋的导电电子运动方向是相反的,所以信息的传递可以通过电子的自旋,而不像传统材料通过电荷来传递。也正是这些性质,使得它有可能被广泛的应用。 未来谁或是材料之王?还是有新王出现,让我们拭目以待!

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