【趨勢研判】9種會改變製造業未來的材料

先進位造業AMdaily

「製造2025」和「互聯網+」國家戰略的實踐者和推動者

仿生塑料

哈佛大學Wyss研究所提供

仿生塑料：輕到足夠允許飛行，薄到足夠適應靈活性，堅固到足夠保護其主人，自然昆蟲表皮—發現於蒼蠅和草蜢堅硬的外皮里—提供了其主人以保護而不增加重量或體積。哈佛大學仿生工程Wyss研究所的研究人員已經開發出一種稱為「史萊克」的新材料，複製了昆蟲表皮的強度、耐久性和多功能性。「史萊克」—如此稱謂是因為其是由通常從丟棄的蝦殼中提取的殼質和來源於蠶絲的絲素蛋白組成—可用於製造迅速降解的垃圾袋、包裝材料和尿布。作為一種特別堅固的生物相容性材料，它也可用於縫合承受高負荷的傷口，例如疝修補或作為組織再生的支架。

超薄鉑

由GOKCEN/國家標準和技術研究所提供

超薄鉑：氫燃料電池車輛可以在未來提供清潔交通運輸，但他們仍然昂貴，部分原因是因為他們使用貴金屬鉑，以促進在電池內產生電的化學反應。一種快速、廉價地沉積鉑超薄層的新方法會使減少用於燃料電池催化劑金屬用量變得更為實際，從而大大降低其成本。應用鉑原子厚度層的現行方法—主要是原子層沉積—速度慢而且複雜。據國家標準和技術研究所所說，這種新方法既便宜又容易實施。本質上，溶液中溶解的鉑通過交替施加正電壓和負電壓而沉積在單原子厚層中。重複可以快速、容易地生成所需原子厚度層。此處顯示的是一層沉積在黃金上五秒后的超薄鉑薄膜層的一張掃描隧道顯微鏡圖像。較暗的區域是暴露的金基底層，尚未被鉑所覆蓋。

更便宜、更輕的碳纖維

由橡樹嶺國家實驗室提供

更便宜、更輕的碳纖維：未來的汽車將需要結實、重量輕的碳纖維複合材料結構，以提高效率和行駛範圍，但市場成功需要低成本的纖維。從事於橡樹嶺國家實驗室碳纖維技術設備工作的國家實驗室、工業界和學術界的聯盟正在努力克服製造出更便宜的碳纖維的挑戰。美國能源部給予了橡樹嶺3500萬美元獎勵，以建造和運行實驗室，其中包括一個能夠生產多達一年25噸新碳纖維材料的試驗工廠。圖為一種用於製造碳纖維的聚合樹脂。

超級磁鐵

由IMAGES-OF-ELEMENTS.COM通過維基共享資源提供

超級磁鐵：稀土材料因為具有強大的磁性，對於風力渦輪機、電動汽車和混合動力汽車以及消費性電子產品的製造至關重要。然而，他們也很昂貴，而且幾乎全部來自於同一個來源—。根據Electron Energy公司的說法，儘管電動機利用磁鐵將電能轉化為機械能，但燒結的稀土磁體在小尺寸上產生了難以置信的強大磁場，使製造商能夠製造更小、更輕的發動機。該公司與Delaware大學的研究人員合作開發了一種製造工藝，使燒結稀土磁體的電阻率至少提高了30%。他們的目標是製造出具有更高電阻率的磁體，即使電動機在高速運轉時也能降低電機效率損失。此處展示的是鍍鎳的釹磁鐵塊，它是最廣泛使用的一種稀土磁體。

設計師納米晶體

由芝加哥大學/CHRIS STRONG提供

設計師納米晶體：三位芝加哥大學的化學家創造了一種新的方法來將他們所謂的「設計師原子」聚集到具有廣泛的潛在有用的屬性和功能的新材料內。這些設計師原子是納米晶體，微小晶體陣列足夠小以至於新的量子現象開始出現，但又足夠大，以提供可用於收集太陽能和提供量子計算的新功能材料和物質的構造塊。Greg Engel，化學副教授，此處拍攝正在調節用於仔細分析納米晶體間耦合的飛秒激光系統。

堅如岩石的塗層

由橡樹嶺國家實驗室提供

堅如岩石的塗層：來自橡樹嶺和Lawrence Livermore國家實驗室、Colorado礦業大學以及其他地方的工程師為工業鑽頭、鑽孔和道具設計了頂級的、鐵基的、玻璃狀的合金塗層，使這種設備在重載下更能抵抗斷裂。納米防護塗層，納米超硬廉價激光沉積塗層的簡稱，需要用激光器將合金粉末熔化到刀具以及其他隧道鑽孔工具的表面。塗層成本遠遠低於普通材料，如碳化鎢鈷硬質合金，其較長的使用壽命提高了隧道掘進過程的效率。

廢物發電的熱電元件

由通用汽車提供

廢物發電的熱電元件：西北大學和密歇根州立大學的科學家們已經證明了一種能高效地將廢熱轉化為電能的熱電材料。如果你認為幾乎三分之二的能源投入都作為廢熱而損失掉了，那真是個好消息。現有熱電材料的低效率限制了它們的商業用途。該項創紀錄的、環境穩定的制定方法有望將廢熱的15%到20%轉化為有用的電，能夠使熱電元件更多的工業採用。例如，廢熱回收系統可以連接到汽車排氣管，或者可以處理來自玻璃和磚製造廠、煉油廠、化石燃料發電廠以及大型運輸船和油輪的廢氣。

電子墨水

由ILLINOIS大學 / S. BRETT WALKER提供

電子墨水：量子電子魔法可以製造出奇怪而有用的半導體，其在裡面是絕緣體，在表面是導體。大部分材料起著阻擋電子流的絕緣體的作用，而表面是一種非常好的、類金屬導體，它能使電子以近乎光速的速度自由移動，而不受通常阻礙通過材料電子運動的雜質的影響。無金屬的導電墨水將在製造用於顯示屏、感測器和電池的印刷電子材料中發揮作用。例如，Illinois大學研究人員發明了一種基於銀的電子墨水，其在蒸發時留下導電材料的痕迹。新配方比傳統的電子墨水更容易製作，附著在許多材料上，並且可以使用較簡單的台式設備在較低溫度下列印。

真菌泡沫

由VIA FLICKR的MYCOBOND提供

真菌泡沫：最初設想作為一種性價比高、環保、高性能的對於泡沫聚苯乙烯的替換物，Ecovative設計公司由農作物廢料植物秸稈、水稻和小麥殼與蘑菇的根部粘結一起製造出蘑菇包裝（稱為菌絲體）。該公司正在調整其蘑菇原料以生產出用在汽車保險杠、門、頂蓋、發動機艙、汽車行李箱襯層、儀錶盤以及座位的石油基塑料泡沫的替換物。其他潛在的用途包括桌面、衝浪板和服裝。

本公眾號所載文章為本公眾號原創或根據網路搜集編輯整理；版權歸原作者所有，並對原作者表示感謝；轉載請註明，如涉及作品版權問題，請聯繫我們刪除或做相關處理！本文編輯：王澤鳳

溫馨提示：

《先進位造業》全媒體讀者及廣告合作推廣聯絡郵箱：[email protected]，電話： 021-51757723；歡迎各界人士投稿，與行業專家朋友共分享。

更多資訊盡在《先進位造業》