未來十年，材料學領域將會有哪些研究熱點？材料領域的發展趨勢是什麼？

01-04

借這個問題說一說近年來在研究特別火的自修復材料吧。專業所限，這裡只談自修復高分子材料。

高分子材料是我們日常生活中接觸最為頻繁的一類材料。從較大的範圍來講，有塑料、橡膠、纖維三大類高分子材料，具體一點，日常中見到的汽車輪胎、塑料產品、手機貼膜、塗料、粘合劑等等都是高分子材料。這些材料作用巨大、使用廣泛，但是目前最大的問題就是不耐用。大家自己都有體會，比如手機膜用著用著就劃花了，塑料製品年頭久了就脆了等等。自修復高分子材料出現的目的，就是提高這些材料的使用壽命，那麼怎才能讓材料壽命提高呢？大家就想到了仿生——比如人體出現傷口之後能夠自動癒合——於是就要想辦法賦予材料自動癒合、自動修復的功能。

在詳細展開這個問題前，有必要交代一下材料的損傷是怎麼一回事。損傷的來源一是材料的自動老化，二是在外力作用。從物理的角度來講，材料損傷即伴隨著微小裂紋或是劃痕的產生，雖然微小，但是「星星之火，可以燎原」，隨著時間積累由於內部應力的不平均，裂痕會越來越大，最終造成了材料性能下降明顯；從化學角度講，損傷就是化學鍵的斷裂。所以，讓高分子自修復基本就是從這兩個方面下手：修復裂紋，重建化學鍵。針對不同的材料，由於其成分不同，並且所關注的性能的不同，所採用的具體機理也不盡相同。

典型的方法有：

一、 微膠囊/微脈管體系。

這是提出較早也是目前廣泛使用的方法。下圖展示的就是這個方法的基本原理。就是在材料內部預先包埋一些含有修復劑的膠囊或者脈管。下圖的修復劑採用的是一個聚合引發劑加上單體的策略，裂紋穿透這些膠囊後，引發劑（圖中小膠囊內）遇到了單體（圖中大膠囊內），引發聚合反應的發生，而生成的聚合物可以看成是「膠水」，將這些裂紋填滿或粘結。

類似的就是微脈管體系。這個設計倒是很好地模仿了血管中血液輸送對於傷口的修復作用。

這種體系的適用性比較廣，幾乎所有的高分子本體材料都可以利用此原理進行自修復，但缺陷也很明顯，就是很慢保證修複試劑的長期化學穩定性；並且，微膠囊/脈管的使用很可能會顯著改變材料的原始機械性能。

二、
利用材料分子之間化學成鍵反應/超分子作用

這種策略就是在材料分子上使用特殊的化學基團。它們可以在簡單的外部刺激（如加熱、紫外光照射、簡單添加物等）下發生鍵連，用這些新產生的化學鍵來彌補那些已經斷掉的化學鍵所帶來的負面作用。

這方面經常使用的就是一些動態共價鍵。包括並不限於DA反應、自由基反應等等。

與這些動態共價鍵很類似的就是氫鍵、金屬-配體相互作用、靜電相互作用等超分子相互作用。單個比較的話的確不如共價鍵強，但是可以通過增加數量來提高其總的鍵強。

與微膠囊相比，這種策略的最大優勢在於可以實現多次修復，原則上甚至是無限次修復。但缺陷是，日常生活中的材料分子中，很難具有這些特殊設計的化學基團。也就是說，利用這種策略創造的自修復材料，需要對材料從分子結構上就進行「大換血」，成本很高。

修復效果怎麼樣？

對於一些裂紋破損，往往從外觀就能觀察出其較好的修復狀況。有的已經可以實現裂紋或者劃痕在修復後完全消失。下圖就是一個例子

（Christoph
Weder發明的一種自修復材料【文獻3】，紅圈內的劃痕經紫外光照射修復後消失不見）

當然更客觀的就是對比所關心的機械性能的指標在修復前後的恢復程度。不得不承認的是，由於材料內部化學環境受限，分子鏈之間的化學反應很難充分發生，絕大多數的恢復程度基本達不到100%。但是不排除有一些非常特殊的體系，恢復程度十分接近甚至超過100%（具體可見文獻4）。

總體來講，自修復高分子材料領域方興未艾。無論是科研還是實際應用都有著巨大的價值。作為一個高分子行業的研究者，我也很高興的看到市面上已經出現了一些自修復高分子產品，如手機膜、輪胎等。

以上。

參考文獻：

1. Diesendruck, C. E.; Sottos, N. R.; Moore, J. S.; White, S. R., Biomimetic
Self-Healing. Angewandte Chemie-International Edition 2015,54
(36), 10428-10447.

2. Yang, Y.; Ding, X.; Urban, M. W., Chemical and physical aspects of
self-healing materials. Progress in Polymer Science 2015,49–50,
34-59.

3. Burnworth, M.; Tang, L. M.; Kumpfer, J. R.; Duncan, A. J.; Beyer, F. L.;
Fiore, G. L.; Rowan, S. J.; Weder, C., Optically healable supramolecular
polymers. Nature 2011,472 (7343), 334-U230.

4. Ramirez, A. L. B.; Kean, Z. S.; Orlicki, J. A.; Champhekar, M.; Elsakr, S.
M.; Krause, W. E.; Craig, S. L., Mechanochemical strengthening of a synthetic
polymer in response to typically destructive shear forces. Nat Chem 2013,5 (9), 757-761.

5. Murphy, E. B.; Wudl, F., The world of smart healable materials. Progress
in Polymer Science 2010,35 (1-2), 223-251.

6. Toohey, K. S.; Sottos, N. R.; Lewis, J. A.; Moore, J. S.; White, S. R.,
Self-healing materials with microvascular networks. Nat Mater 2007,6 (8), 581-585.

謝邀，處女答，好激動。

很多年來學界，至少材料學界常提的一句話叫，一代材料一代器件，一代器件一代技術。當然並不是材料人在自欺欺人。問題是材料的進展確實是很慢。大部分科研成果只能用來發發論文。

材料囊括的範圍確實很大。我簡單的就我所知的做一些回答，大家勿噴。

1.以碳基複合材料為主導的航空材料方面，中國近幾年一直在搞自己的大飛機項目，無機複合材料在這一塊兒的應用比例是越來越大的。

2.能源相關，包括激光引發核聚變上與光學聯繫緊密的玻璃方面的材料，，由新能源汽車引發的關於動力電池材料的研究，當然還有就是太陽能電池，燃料電池，熱點材料這些。

3.高溫合金方面，航天軍工上的研究一直都是重點。比如發動機葉片等。

4.防腐塗層，我國目前船舶的表面漆大多是靠進口，國內發展空間應該還是不小的。石油石化管道腐蝕也帶來一些契機。

我了解到的可能主要就是這些了。

再次謝邀。

回答這個問題，先講個小故事吧

「我一點也不依靠數字，我只是不停地做試驗，扔掉不好的材料，留下不錯的選擇，而這當中的原理我一竅不通」。他測試了1600多種不同的燈絲，從椰子纖維到釣魚線，甚至還有同事的鬍鬚，才終於找到了一種特殊品種的竹子，在經過炭化處理後，作為第一代白熾燈的燈絲。那是1879年愛迪生的年代。

「硅和鍺晶體經過摻雜特定含量特殊原子後，雖然表面看起來並沒有什麼變化，但電學性能已經是天差地別，正是微觀結構的細微變化帶來了LED的誕生」。他演示了發光的量子理論推導，在多如亂麻的的數字和公式後，證明了0.1mol/L和0.2mol/L的摻硅量不同的發光效率。這是如今任何一個高校的半導體老師耳熟能詳的時代。

路燈需要長壽命的燈泡，而家庭需要最經濟的照明

愛迪生會將1600次試驗加倍，試的越多，越有可能找到夢中女神

我們只需要輕輕打開電腦，輸入幾行數字，便能快速遇到最佳人選

並不是不會遇到錯誤的選擇，而是由於數學模型的代入和計算能力的差別，愛迪生一天排除十項錯誤，我們一秒排除上億次錯誤，時間成本已經非常低了

如今的材料科學和工程研究比拼的仍然是資源，只不過並不再是誰有能力做更多的試驗，而是誰擁有先進的儀器設備，測量製造最詳細的微觀世界，溯本清源；誰擁有強大的數量建模，模擬模擬最準確的性能動態，導航明途

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樓主曾經有幸，參觀過曼徹斯特大學的國際先進材料中心，他們展示了利用二次離子質譜分析儀研究氫原子擴散入鋼鐵的過程。「現在我們一個下午就能完成過去一個月的工作」，Paul O』Brien這樣介紹說。對於科研狗來說，這種效率的巨大提升得多發多少篇論文。

僅僅在2015年11月，一個月的時間內，就有超過100種的新材料發現，樓主摘了一小部分

l 一種鈣鈦礦能夠被用於製造不同尋常亮度的LED。Hanwei Gao and Biwu Ma of Florida State
University. Advanced Materials.
l 「valleytronics」的最新試驗表明了其應用於製造超低功耗計算機的可能。Seigo Tarucha and colleagues at the University of Tokyo. Nature
Physics.
l 由鐵礦納米粒子製造的量子點可以幫助電池更快速地充電。Cary Pint, Anna Douglas and colleagues at Vanderbilt University,
Nashville. ACS Nano.
l 石墨烯製成的高靈敏度生物感測器幫助新葯的研製。Aleksey Arsenin and Yury Stebunov of the Moscow Institute of Physics
and Technology. ACS Applied Materials and Interfaces.
l 新型微波吸收材料使得雷達更難發現隱形戰鬥機。Wenhua Xu and colleagues of Huazhong University of Science and
Technology, China. Journal of Applied Physics.
l 新型「porous liquid」可以有效吸附二氧化碳。Stuart James and
colleagues at Queen』s University Belfast. Nature.
l 電壓敏感納米材料，在植入人體組織後，能夠收集大腦工作信息，幫助診斷損傷和疾病。James Delehanty and colleagues at the US Naval Research Laboratory,
Washington, DC. NANO Letters.

「我們正從黑暗世界中走出」，這是Gerbrand Ceder，一位加州大學伯克利分校的電池專家在接受採訪時打的比喻。他們的實驗室正在利用超級計算機，編撰所有已知材料和預測成分的性能百科全書。這將徹底改變研究思路，我們只要定下所需性能，計算機會自動提供候選名單。就如同知道了材料的基因之後，精心調製出一道美味大餐。

Sakti3是一家美國密西根州的創業公司，專註於商業化大生產一種特殊的固體電極鋰離子電池，這種固態鋰電池已經存在，但是絕大多數用做電路中硬幣大小的備用電池，想大規模生產足以驅動手機的同類電池非常昂貴。

然而Sakti3研發了一種特別的薄膜沉積工藝，不僅成本控制在每千瓦時100美元左右還，獲得了雙倍的電池容量，更加安全、可靠。

為什麼之前沒有人利用這種已經在太陽能電池和平板顯示器生產中廣為採納的工藝生產電池呢？Sakti3的秘訣究竟是什麼呢？

在接受經濟學人雜誌採訪時，公司CEO Ann Marie Sastry解釋說，關鍵在於工藝中使用什麼材料和如何使工藝變的更低廉。所有的這一切，都要歸功於甚至在建立第一條試驗性生產流水線之前，計算機商密集的測試和模擬，包括複雜的物理計算、成本的預測評估。這一切都還有進一步提升的空間。

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上面說完了做材料的儀器設備和數量建模，再說說在產業中動態

1.
碳纖維

碳纖維複合材料已經在飛機製造中大顯身手，現在輪到汽車了

優點我就不多說了，產業中關心的就是價格價格還是價格。過去生產工藝昂貴、緩慢，需要的人工參與還多。著對於飛機和賽車來說都不是大問題，但在民用汽車產業中，就是致命傷。據經濟學人雜誌報道，德國寶馬公司給出了答案，建造了專門的工廠和全新的供應鏈，成功將碳纖維運用在大規模生產的i3和i8電力和混合動力汽車中。它先是和另一家德國SGL集團在日本Otake與Mitsubishi
Rayon成立合資公司，生產所需要的前驅體，然後運送到位於美國華盛頓州的Moses Lake，在這裡，加工成只有7微米直徑的黑色纖維。50000根綁在一起後捲成團，被運送到德國慕尼黑，被縫製成毯狀，一層一層疊起來。在最後成型中，加熱和擠壓成三維的特殊形狀，再把各個部分粘黏在一起，整個過程只需要幾分鐘。寶馬新的7系商務用車也採用了碳纖維材料的零件。蘋果據傳正在和寶馬商討自研電動汽車的製造計劃。Lux
Research預測，到2020年代中期，碳纖維將會被廣泛應用在汽車製造中。

2.
納米粒子

Nanolaminates，電池

據經濟學人報道，西雅圖的Modumetal公司發明了一種新型的電解沉積，有點像電鍍，金屬粒子懸停在液體中，在電流的控制下沉積在要鑄造的零件中。它的第一個產品有著8倍於傳統產品的抗腐蝕性，被用在石油和天然氣公司里。
特斯拉的首席科技官Jeffrey 「JB」 Straubel在接受採訪時說，「雖然生產最新一代Model S的設備仍和10年前第一代相似，但是電池容量已經提升了50%」。特斯拉和日本的電池供應商松下一起，將在內華達州花費50億美元建造新的工廠，推動成本的進一步降低

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有了五花八門的新材料縱然給製造商提供更多的選擇，但反過來，也給環境帶來了額外的負擔

中國這幾年開始注重生態文明，製造商有越來越多的壓力和動力為產品的生命周期管理負責。這包括有義務考慮設計、生產、銷售、客服每一個環節的能源、環境、健康影響，從材料的提取到生產，從物流到回收。隨著越來越多的新材料，這些也變得更加麻煩。

傳統評估新材料的影響是看它含有哪些元素，假如有汞，就不環保，假如只是一點錳，也就沒什麼危害。但這並不合理，元素是否有害取決於它以什麼化合物存在，而不是元素本身。傳統的環評方法將會對納米粒子的應用造成巨大阻礙。雖然已經有了很多關於納米粒子對環境和健康影響的研究，但大多數並不具有說服力和決定性。Swiss National Science Foundation明年將會發布一個高逼格的關於納米粒子的五年研究，從目前報道的信息中可以得到一些猛料。在澳大利亞南部的調查中，他們從土地和地下水中，估算了四種納米粒子每年進入生態環境的數量：54噸納米鈦的氧化物，比如太陽鏡；10噸納米鋅的氧化物，比如化妝品；2.1噸碳納米管；180千克納米銀，比如防菌處理劑；120千克富勒烯。這些納米粒子的最終去向並不相同，納米碳留在原物上，鋅和銀被廢水回收處理轉化為普通的化合物，但是納米鈦化物只有5%進入了海水，剩下的留在了土壤里，研究者們說他們自己也不知道會有什麼長期影響，特別是在高濃度當中。

納米粒子的這些環境負面效應也驅動著創新。

英國曼徹斯特Nanoco開發了無鎘量子點，Dow Chemical Company已經將其運用在韓國的新工廠中。
University
of Utah的Prashant Sarswat和Michael
Free從食物垃圾中製造出含碳的量子點。
在上面提到的Sakti3資助下，密西根大學的Christian Lastoskie在產品進入市場和大範圍流行前，通過計算機建模，預測生命周期評估。

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終於更新完了，本文從新材料的設計、製造、生產、供應鏈和生命周期管理出發，碼了很多字

謝邀～！這是我每年都需要考慮的問題之一，其實基礎材料研究方面都在做什麼，媒體上很容易查得到，我下延到應用這裡，希望能有對大家有所啟發：

我的邏輯線：

如果要回答未來材料領域有什麼熱點，需要知道未來終端市場的趨勢是什麼，秉承我一向的觀念，材料不會孤立存在，材料是支撐終端的產品的。典型的例子就是蘋果公司，在大眾看來蘋果是手機公司，其實蘋果從某種程度上是材料應用公司，他把握的是人的慾望，然後用材料組合成產品滿足人們的慾望，蘋果公司在材料和加工工藝領域積攢了超乎尋常的儲備，這點我們作為蘋果供應商是深有體會的，很多電子行業新材料的起源並不是蘋果，但是是蘋果將這些材料發揚光大的。

如果要了解終端市場的趨勢是什麼樣子的，需要知道社會發展的過去是什麼樣子的，未來可能有哪些亟待解決的問題，也便對趨勢有一些認識。

世界可見的大趨勢是什麼？

現實基礎：經濟全球化，全球人口持續增長，中產階級增速加倍，城鎮化加快，資源消耗越加劇烈，需求多元化，產品多樣化。

信息基礎：快速邁入信息社會，技術進步指數化，數字化生存，渠道聚合化，物聯網，共享經濟，雲計算。

所以能跟迎合現實基礎和信息基礎的產品和技術會得到市場認可快速成長，如果無法結合這兩項基礎，即便是社會有剛需，但是在基礎科技沒有打好的情況下，不會出現成熟的商業化。在過去的一個多世紀，推動社會和科技進步的是計算機和信息產業，這個行業由著名的摩爾定律所驅動，而後也衍生了吉爾德定律/梅特卡夫原則/病毒擴散原則/六度分隔理論/馬太效應。然而近十年里其他的行業變化不大，曾經有人說生物技術會爆發，但實際上，這個行業是在遵從「倒摩爾定律」，自1950年期，批准投資10億美元研發的新葯數量每9年就會減半。結合上面的一些信息，我寫下我的幾個看法：

中國相關的空氣/水/食品安全產業.

這裡面我能看到的一個材料領域是過濾材料、生物吸附材料。應該還有其他很多材料應用，不過沒有仔細研究過。

清潔能源產業

由於中產階級大量崛起，能源消耗越來越快，但是政府插手太多了，無法真正市場化，市場化會淘汰落後技術和商業模式，政府插手的話，市場就不存在公平競爭。這裡面涉及能量轉化材料，大家可以繼續深入挖掘。

產品輕量化

輕量化的現實基礎是輕量化帶來低的能源消耗。比如交通工具輕量化中的複合材料。但通常輕量化不是孤立的，輕量化同時要滿足其他傳統能能性的要求以及工藝要求。輕量化的信息基礎是人機融合加速，以更少的資源做更多的事。

晶元摩爾定律的持續

摩爾定律仍然持續發揮作用，那麼在更小的晶元上擁有更強大的計算性能，隨之而來的是半導體相關材料，這一領域永遠是熱點，但是更多的是延續。如果要開創性的只可能看生物晶元或者能替代硅的新一代技術。這個領域技術含量太高，也是資金密集產業，有新的技術突破會迅速商業化。

數字化智能化與物聯網

數字化生存是我們必然面臨的選擇，那麼必經之路是感測器的創新，感測器是連接現實世界和數字世界的橋樑。感測器相關的材料必將是熱門領域。這個是和半導體材料還是有區別的。當物理世界變為數字世界後，數字世界經過計算後還是要回到物理世界的。

補充:後面提到生物材料，其實都是人機交互的大類，感測器是人機交互和物理數字交互的交叉，人機交互的典型材料還有觸摸屏材料，但是觸摸屏是人機交互的初級階段。

創客經濟

說到經濟趨勢必須提創客經濟，因為產品多樣化的需求越來越大，所以面臨越來越分化的細分市場，終端產品生命周期越來越短。所以要求產品開發也越來越快，3D列印可以發揮一定作用，但是同樣發揮作用的是材料本身的數字化，也即材料模擬，這一塊我一直認為可以結合雲計算和共享經濟做文章，也是我未來的方向，不知道是否有童鞋感興趣。

還有一點，材料的研究也分兩級，一級為基礎材料，從自然界加工而產生，一般不能直接運用到產品上要經過二次加工，

二級為基礎材料經過二次加工的功能材料。在一級基礎材料沒有形成突破的情況下，基本上商業化會需要很長時間。如果一項材料市面上沒有太多公司在做，說明基礎研究還不足夠，我不相信在短期內能有多大商業突破形成真正的趨勢。

暫時先寫這麼多了，畢竟材料行業太博大精深了，各個門類都懂基本不太可能，支持請點贊～～！

補充一個吧：

人與機器的交互，也即生物材料。大家應該都知道奇點理論，機器終將智能化，但人們常常忽略的一點是人也終將機器化，人和機器最終會融為一體。大家不要把這裡面的機器定義為機械，也可能是人造生物材料，我是涵蓋所有非自然的人造的技術產品。所以這裡面會涉及到生物材料，但涉及人體的東西我認為目前基礎研究還不夠，也許未來某一天有所突破，會形成真正新的一次工業革命。

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看來大家對這個話題還是有興趣的.我看很多人轉載了&<新材料在線&>的兩篇文章，這樣的文章其實很多，但問題是你看完心血來潮，覺得高材料的好高大上，但是和你有關係嗎，有機會放入你的職業規劃嗎？我現在最討厭的就是顛覆這個詞，真正顛覆性的科技是伴隨著顛覆性的商業模式和顛覆性的終端產品的，顛覆永遠發生在邊緣地帶不是主流地帶，能完成商業顛覆的大公司少之又少～，而很多時候敢叫出來自己是顛覆者，壽命常常很短，也許輝煌一段，但最後一定會被滅掉，即便顛覆性的科技是在大公司產生的～！推薦大家閱讀《創新者的窘境》，還是奉勸大家一句，前途是光明的，道路是曲折的，材料行業是支柱產業，但不意味著你可以做的很舉世矚目，一個看是不起眼的點上你能做出材料和產品的改進對社會就是大大的幫助。

幾個材料的回答

作為一名材科的大一,看了許多關於材料人的負面回答對自己的信念起了動搖,應該怎麼辦？ - 無虞的回答

材料科學是一個怎樣的專業？ - 無虞的回答

未來十年，材料學領域將會有哪些研究熱點？材料領域的發展趨勢是什麼？ - 無虞的回答

我只想好好做一個合格的材料工程師，當我發現東西好雜亂的，我不知道從哪裡開始努力？ - 無虞的回答

作為一個非知名某大材料科學與工程的本科學生，哪些東西是所必須重視學習的？ - 無虞的回答修改

高分子未來的就業傾向是什麼？？都有什麼選擇？ - 化學

材料科學與工程專業相關的工作真的如知乎上說的那樣不好嗎？你們周圍的材料人的情況又是如何呢？ - 無虞的回答

作為一個非知名某大材料科學與工程的本科學生，哪些東西是所必須重視學習的？ - 無虞的回答

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感謝您的邀請！

科技革命迅猛發展，新材料產品日新月異，產業升級、材料換代步伐加快。新材料技術與納米技術、生物技術、信息技術相互融合，結構功能一體化、功能材料智能化趨勢明顯，材料的低碳、綠色、可再生循環等環境友好特性倍受關注。

未來在材料領域具有潛力的幾大新材料如下：

1.石墨烯

突破性：非同尋常的導電性能、極低的電阻率極低和極快的電子遷移的速度、超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性。

發展趨勢：2010年諾貝爾物理學獎造就近年技術和資本市場石墨烯炙手可熱，未來5年將在光電顯示、半導體、觸摸屏、電子器件、儲能電池、顯示器、感測器、半導體、航天、軍工、複合材料、生物醫藥等領域將爆髮式增長。

2、氣凝膠

突破性：高孔隙率、低密度質輕、低熱導率，隔熱保溫特性優異。

發展趨勢：極具潛力的新材料，在節能環保、保溫隔熱電子電器、建築等領域有巨大潛力。

3、碳納米管

突破性：高電導率、高熱導率、高彈性模量、高抗拉強度等。

發展趨勢：功能器件的電極、催化劑載體、感測器等。

4、富勒烯

突破性：具有線性和非線性光學特性，鹼金屬富勒烯超導性等。

發展趨勢：未來在生命科學、醫學、天體物理等領域有重要前景，有望用在光轉換器、信號轉換和數據存儲等光電子器件上。

5、非晶合金

突破性：高強韌性、優良的導磁性和低的磁損耗、優異的液態流動性。

發展趨勢：在高頻低損耗變壓器、移動終端設備的結構件等。

6、泡沫金屬

突破性： 重量輕、密度低、孔隙率高、比表面積大。

發展趨勢： 具有導電性，可替代無機非金屬材料不能導電的應用領域；在隔音降噪領域具有巨大潛力。

7、超材料

突破性：具有常規材料不具有的物理特性，如負磁導率、負介電常數等。

發展趨勢： 改變傳統根據材料的性質進行加工的理念，未來可根據需要來設計材料的特性，潛力無限、革命性。

8、超導材料

突破性：超導狀態下，材料零電阻，電流不損耗，材料在磁場中表現抗磁性等。

發展趨勢：未來如突破高溫超導技術，有望解決電力傳輸損耗、電子器件發熱等難題，以及綠色新型傳輸磁懸技術。

9、離子液體

突破性：具有高熱穩定性、寬液態溫度範圍、可調酸鹼性、極性、配位能力等。

發展趨勢：在綠色化工領域，以及生物和催化領域具有廣闊的應用前景。

10、3D列印材料

突破性：改變傳統工業的加工方法，可快速實現複雜結構的成型等。

發展趨勢：革命性成型方法，在複雜結構成型和快速加工成型領域，有很大前景。

11、柔性玻璃

突破性：改變傳統玻璃剛性、易碎的特點，實現玻璃的柔性革命化創新。

發展趨勢：未來柔性顯示、可摺疊設備領域，前景巨大。

看了這麼多人都沒有哪個提到紅透半邊天的熱電材料

感覺。。。計算機模擬技術會大發展吧

考慮到目前社會現狀可以預見在材料學領域，主要熱點研究集中在以下幾個方面。

1.毋庸置疑，能源領域必將繼續升溫，能源相關期刊影響因子持續走高，連nature今年也坐不住了，準備出nature energy。各國，和普通消費者也十分關注能源領域的最新進展。期望能夠減少對化石燃料的依賴和其帶來的環境問題。太陽能電池，鈉離子電池，燃料電池都將頻繁出現在各類頂級期刊上。

2.半導體及電子器件，隨著量子物理的深入普及和電子產品日益影響我們的生活，消費者對電子產品的關注也必將引起半導體領域和相關電子器件的進一步發展。

3.環境問題。包括水處理，污染物吸附等在內的環境相關材料即將成為熱點，RSC旗下也剛推出了好幾個與環境相關的期刊。

4.材料加工領域，3D列印等增材製造技術仍是十年內發展和研究的重點。

5.柔性可穿戴材料及器件已經開始成為一種風氣，研究上卻是有其意義，但個人認為實際用處並不大，而且問題很多，保守估計二十年內不會進入大眾視野。

如果不以應用來說的話，材料學發展將主要集中在對其微結構更精細的控制、結構性能控制機理新材料新器件的發現與應用的方向發展。如硼烯、錫烯等。其他類電池等。

我從上大學就一直覺得未來材料應該會從選材向技術過渡，也就是說為了找到滿足某種功能的材料，不再是去看哪類材料可以滿足這樣的功能，而是任意一種材料都可以通過技術手段把它改造成具備我們需要的性質

其次，我覺得將來功能材料尤其是超材料的製備只能通過生物製造的手段。蝴蝶的翅膀可以呈現多種顏色是因為它的翅膀上有許多微小的光子晶體，而它的幼蟲毛毛蟲就沒有這種東西。唯一可以推測的就是在化繭成蝶的這個過程在生物體內部通過一系列步驟產生了光子晶體，如果我們可以將整個過程放大，搬到工廠里去，那將會引發製造業又一個革命，即「生物製造」。到那個時候，工廠里再也沒有鍊鋼爐，水壓機，數控機床之類的東西，取而代之的是通過對繭進行仿生學仿製而誕生的生化反應器，PCR擴增儀，基因測序設備等一系列新型設備

1.碳材料（石墨烯碳管為主）

2.太陽能電池（鈣鈦礦）

3.鋰電超電

4.光電催化材料

5.高效催化劑

電池，目前制約能量使用的就是電池

我認為下面這些領域必然會是未來十年材料學領域的研究熱點：

超導材料

石墨烯

量子點

泡沫金屬

氣凝膠

超材料

自我修復高分子材料

二維錫

納米線

1.生物材料。大自然和我們自身是多神奇的存在啊，各種複雜的結構組織，人工能夠仿製合成出一部分就超級了不起了

2.能源材料。能源危機和環境污染越來越受到關注，開發替代能源是科研的重要方向。目前核能和太陽能研究比較火，其中的材料問題很多。另外所有能源都要轉化為電能才能讓電器使用，電子設備移動化也是大趨勢，所以能量存儲材料的性能越來越受重視。超級電容器和各種電池是現在的研究熱點。

3.信息材料。這個也不懂。不過我們這個時代既然被稱為信息時代，高效率的信息存儲和傳輸介質是的基礎。上世紀的半導體的發展讓計算機走進千家萬戶，那現在的拓撲絕緣體研究能不能幫助研製出量子計算機呢？如果人的計算能力再進一步的話，世界必將再一次刷新。

4.傳統材料性能進一步改進。就像我們經常聽說的特種鋼，高溫合金，特種陶瓷，防腐塗層，熱障塗層等等。

總之，物質因有用而稱為材料，思考一下我們最需要什麼，就知道什麼材料研究最有前景了

要分析材料領域未來會有哪些熱點，首先應立足現在，樓上很多答主立足與自身所從事領域，雖有切身之感，但卻略顯片面。

大數據時代，讓我們用數據說話。

1、Solvent
engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar
cells

2、Black phosphorus field-effect transistors

3、Aggregation and morphology control
enablesmultiple cases of high-ef?ciency polymer solar cells

4、Device
Characteristics of CZTSSe Thin-Film Solar Cells with 12.6% Efficiency

5、Growth of CH3NH3PbI3
cuboids with controlled size for high-efficiency perovskite solar cells

以上五篇是利用ESI數據庫摘選的最近兩個月在SCI中被引次數最高的五篇文章，從中可以看出，有機太陽能電池，黑磷晶體管，鈣鈦礦太陽能電池是近期也將是未來的研究重點。

如果把時間軸擴大到過去十年，那麼可以統計出材料學各個領域中高被引文章（被引次數前1%）的數量排名。前幾位是他們這幾個（純英文太晦澀了我私自翻譯了下，需要原文的私信我）

1、有機太陽能電池

2、超分子材料

3、拓撲絕緣體

4、金屬有機框架

5、非對稱超級電容器

6、相變材料的微膠囊化

7、鐵基超導體

8、納米魔擦發電機

至於，其他答主提到的石墨烯，出現在榜單的第十二位，不過2007的那篇使石墨烯出名的文章目前已經被引超過了10000次，或許再過幾年石墨烯能夠成功上位。（笑臉）

建材狗一條，認為3D列印材料是未來若干年發展重要內容。材料發展也會順應於其它技術發展，猿人只會用蠻力所以用石器，古人掌握一定熱成型技術所以會用瓷器鐵器。現在3D列印技術不斷發展，勢必需要大量適用於列印過程的各類材料。

比如研究火熱的用於航空航天鈦合金等金屬3D列印，比如研究民用的高分子材料3D列印，再比如生物材料3D列印，再再再比如3D列印建築。

雖然可能許多3D列印材料的研發並沒有那麼尖端複雜，但是吃了種類不足的虧啊，傳統材料只要是需要應用於3D列印，幾乎全部需要調整性能。就是這樣。學識尚淺，請各位指正。

電池材料：

高能量與功率密度的鋰電池正極材料。負極碳硅複合材料已經有眉目了，有了發展的方向。可至今還沒很有發展潛力的正極材料。

固態電解質，開發高導電性能的固態電解質可以進一步提高鋰電池的能量，最重要的還能解決鋰電池的安全問題。

這兩個問題得到解決並且工業化，電動汽車就可以不靠ZF補貼而走進千家萬戶了。

感謝樓主邀請，以我所在航空航天用鋁合金材料而言，在現有研發超高強鋁合金基礎上的防腐耐腐性能有可能成為中國航空航天材料的獨有特色

1. 光電分解水的高性能催化劑研究

2. 光能直接轉化為有機物的研究

謝邀～鋼鐵鋁合金這些基本材料自然是中流砥柱,光電壓電磁電形狀記憶等智能材料漸漸大顯身手。

謝邀，處女答望指教。個人目前在北航就讀小碩，攻複合材料結構設計，就我了解的這塊而言，複合材料的用量會大增，市場會由軍用轉軍民一體化，材料本身會朝材料-結構-功能的方向邁進，因為復材獨特的比強度，比剛度大的優勢，外加可設計性非常強，總體性能非常好，所以在波音787，空客A350複合材料用量均不低於50%，而且從次承力構件擴展到主承力構件，所以「未來航空航天結構的未來將是複合材料」這已達成共識。在材料性能方面，發展高性能纖維，樹脂，低成本成型技術以及功能複合材料將是未來的研究熱點。