铝镍合金氢化催化剂 中美贸易冲突升级，新材料产业成关键，意外发现颠覆想象

铝镍合金氢化催化剂 中美贸易冲突升级，新材料产业成关键，意外发现颠覆想象

如今，以4月份美国发起的“钢铁和铝232调查”为开端的新一轮中美贸易摩擦全面升级，大国之间的博弈从来就不只局限于战场……

新材料是经济发展的基础和高新技术产业的关键，它融合了多学科的先进成果，各国都高度重视新材料特别是颠覆性新材料的发展。

然而，新材料的发现往往伴随着诸多偶然因素，有些甚至可以说是完全出乎意料。这些意外的发现不仅仅是科研人员的运气，与他们敏锐的观察力、高超的实验和坚持不懈的创新密不可分，也离不开产业发展和政策扶持。更多颠覆想象的新材料将不断涌现……

介绍

从贸易战看新材料行业

2016年，我国新材料产业规模约2.65万亿元，稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产能位居世界前列。我国新材料产业已经站在了中国成为全球竞争新起点和贸易战焦点的舞台上。美国7月6日公布的500亿美元清单中，有相当一部分是精细化学品、金属等新材料产品。

在新材料行业的发展中，偶然发现的新产品、新技术往往会另辟蹊径，对行业发展起到极大的推动作用。这里我们整理了12种颠覆性新材料的偶然发现过程。

1. 愚蠢合金

金属玻璃

▲发现：1959年，加州理工学院的迪维茨博士在研究晶体结构时，意外地将高温的“金硅”合金熔体喷洒到高速旋转的铜辊上。通过快速冷却熔体，首次产生了这种不透明的金属玻璃。当时的一位物理学家看到这种材料后，嘲笑它，说它是一种“愚蠢的合金”。它是迄今为止最坚固的金属材料，也是最软的金属材料之一。最坚固的钴基金属玻璃，强度创纪录地达到6.0GPa，最软的锶基金属玻璃，强度低至。

▲应用：一是在航空航天领域，人造卫星收集太阳能，维持运转的延伸机构等；二是在军事工业中，制造穿甲弹等；三是在能源领域，电压互感器铁芯等；四是在消费领域，手表表壳，高档手机、笔记本电脑外壳等；五是在汽车工业中，重要零部件的表面处理等。

2. 寂静金属

减震合金

▲发现：20世纪50年代初，英国人在研究合金时，不小心将一块含80%锰的“锰铜”合金锭掉在地上，实验人员只听到了微弱的声响，这一意外现象引起了他们的极大兴趣，并对其进行了深入研究，最后他们得到了一种具有极强减振性能的锰铜铝铁镍合金，并称之为“静音合金”或“减振合金”。

▲应用：该合金大大提高了减振性能，目前已推出钴镍合金、镁锆合金、镍钛合金、铁锆铝合金等几十种减振合金，广泛应用于航空航天、土木工程、高端装备、铁路设备、家用电器等领域。

3.导电塑料

乙炔聚合物

▲发现：1970年，日本筑波大学的白川英树教授让他的一位韩国研究生用乙炔制作聚乙炔，由于这名学生的日语不太好，在实验中听错了指导老师对加入催化剂量的指示，结果催化剂的量未达到要求，加了近100倍的量。然而，这个错误竟然带来了奇迹，得到了一种看上去像金属一样的银色薄膜。后来人们发现，如果在聚合过程中加入碘，得到的聚乙炔呈金黄色，而且其导电性提高了3000万倍。前联邦德国纳尔曼()教授利用白川英树的催化体系获得聚乙炔后，立即进行了特殊的陈化和拉伸取向处理，再对聚乙炔薄膜进行掺杂，得到的材料的电导率比碘掺杂材料的电导率提高了3个数量级，基本接近铜材料的电导率。

▲应用：各类导电聚合物已被用于制作发光二极管，此外还用于传感器、电磁屏蔽、催化等，主要应用于电脑防电磁屏、智能门窗、太阳能电池、手机甚至生命科学等领域。

4. 永远不要粘锅

聚四氟乙烯

▲发现：1938 年，希望制造出新型氟碳的化学家罗伊·普兰克特 (Roy ) 回到实验室检查正在冷冻柜中进行的实验，检查了一个原本应该充满气体的腔室。普兰克特对这些神秘的化学物质非常感兴趣，又开始做实验，最终这种新物质被证实是一种熔点极高的奇怪物质。

▲应用：目前已成功开发出系列聚四氟乙烯不粘涂料，广泛应用于仪器、仪表、建筑、纺织、厨具等领域。

5. 二维材料

石墨烯

▲发现：2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·海姆（Andre Geim）和科斯特亚·诺沃肖洛夫（ ）发现，他们可以用一种非常简单的方法，制作出越来越薄的石墨薄片。他们将石墨片从石墨上剥离下来，然后将石墨片的两面粘在一种特殊的胶带上，通过撕掉胶带，就可以将石墨片一分为二。重复这样的操作，薄片变得越来越薄，最后，他们得到了只有一层碳原子组成的薄片，这就是石墨烯。为此，两人共同获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

▲应用：石墨烯微片规模化生产技术已成熟，下游应用研发成果层出不穷，未来将在光电显示、半导体、触摸屏、电子器件、储能电池、复合材料、生物医药等领域呈现爆发式增长。

6. 微纳制造

纳米材料

▲发现：1980年，德国物理学家格瑞特到澳大利亚旅游，当他独自驾车穿越沙漠时，空旷寂寞的环境让他的头脑格外活跃和敏锐，长期从事晶体材料研究的他，了解到晶体的晶粒大小对材料的性能影响很大，晶粒越小，强度越高。如果组成材料的晶体晶粒只有几个纳米大小，材料会是什么样子？或许会发生“翻天覆地”的变化！带着这些想法回国后，经过近四年的努力，格瑞特终于在1984年制得了尺寸只有几个纳米的超细粉末，包括各种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。

▲应用：纳米技术的基础理论研究和新材料开发等应用研究都得到了迅速发展，纳米材料在传统材料、医疗器械、电子设备、涂料等领域有着广泛的应用。

7. 受热后会变得更强

新型热固性聚合物

▲发现：美国IBM研究中心的开发人员珍妮特·加西亚正在研发一种塑料，在加热过程中，容器中的溶剂突然硬化。最后，她用锤子砸碎了容器，但这种神秘材料却毫发无损。她不知道如何复制这种塑料，于是加入了IBM的计算机化学小组，利用IBM的超级计算机逆向计算，最终得到了这种塑料的反应机理，她将其称为PHT。

▲应用：这是一种新型塑料，或者更准确地说是一种新型聚合物。加热后，其硬度比骨头还要强，重量与同等体积的普通塑料相近，具有可重新成型的能力，而且可以100%回收再利用。新型高分子材料广泛应用于航空航天、医药、电子信息等行业。

8. 不要害怕阻力

超导材料

▲发现：1911年，荷兰物理学家昂内斯发现，汞的电阻在4K（约-269℃）时突然降至很小的值（10），这表明在低温下，电阻趋近于零。昂内斯于1913年首次将这种状态称为超导状态，并因此获得了1913年的诺贝尔物理学奖。人们把这种零电阻现象称为超导。具有超导性的物质被称为超导材料。

▲应用：目前已发现28种金属元素或单质具有超导性，如锆、钼、铌等；超导化合物和超导合金有上千种，如镧钡铜氧化物、铌锗合金等超导材料在超导计算机、超导磁悬浮列车、超导电动汽车、电磁推进船舶、超导电缆、超导发动机以及无损变压器等方面有着广泛的应用。

9.保持形状

记忆合金

▲发现：1958年，美国海军军械实验室冶金学家布勒在研究镍钛合金时，偶然发现镍钛合金棒在不同温度下碰撞时会发出清脆的声音，而冷却到室温后却发出沉闷的声音。他敏锐地意识到温度对合金的组织和硬度能产生很大的影响。1963年，在一次实验中，他从仓库里拿出一根根弯曲的镍钛合金丝，使用起来很不方便，于是在实验前将这些合金丝一根一根地拉直，然后进行实验。令人惊奇的现象发生了，当实验温度升到一定值时，这些原本拉直的合金丝突然都变成了弯曲的形状。科学家把这种现象称为形状记忆效应，具有这种效应的合金就称为形状记忆合金，简称“记忆合金”。

▲应用：科学家在镍钛合金中添加其他元素，进一步研究开发出铬镍铜、钛镍铁、钛镍铬等新型镍钛记忆合金，记忆合金在生物工程、医学、能源、自动化等领域有着广泛的应用，在其他方面也有着广阔的应用前景。

10. 氢海绵

储氢合金

▲发现：1974年，日本松下电器产业中央研究所的科研人员把钛锰合金和氢气放入容器中，惊奇地发现氢气的压强居然从1013降到了101。氢气的减少就是钛锰合金在“吃”氢气，而且这个“胃口”还挺大的，钛锰合金吃掉的氢气量比氢气本身要大1000到3000倍，由于这种合金会像海绵吸水一样大量吸收氢气，所以被称为“储氢合金”或“氢海绵”。

▲应用：目前已成功开发出多种储氢合金，如TiFe、ZrMn、LaNi等，既能储存氢气，又能释放氢气，主要在空调、热泵及蓄热​​、加氢及脱氢反应催化剂、加氢镍电池、氢燃料发动机、热压传感器、氢同位素分离及核反应堆中的储氢方面有着广泛的应用。

11. 新显示

OLED 材料

▲发现：1979年的一个晚上，从事科研工作的美籍华裔科学家邓志伟博士在回家的路上突然想起自己忘了一些东西在实验室里。回家后，他在黑暗中发现一束亮光。他打开灯一看，原来是实验时使用的有机电池在发光。这是怎么回事呢？这就是OLED研究的开端，邓博士也被称为OLED之父。

▲应用：OLED产品已从实验室走向市场，主要应用于通讯、柔性显示及特殊用途等领域，2000年以后产品应用范围逐渐拓展至手机显示屏，OLED在手机上的应用极其推动着其技术的进一步发展和应用范围的迅速扩大，对现有的LCD、LED、VFD构成了强有力的挑战。

12.终结者

液态金属

▲发现：液态金属（又称“非晶态合金”（Alloy），是科学家在研究金属结晶状态时发现的。液态金属组成原子排列无序，无晶粒边界，组织均匀，无析出物。液态金属强度高，是不锈钢的3倍，安全使用强度为；液态金属的弹性应变能可达19Mj/m²，而最好的弹簧钢也只有2.2Mj/m²。

▲应用：液态金属极轻、强度高、硬度高，是超越铝、镁、钛等传统轻合金的颠覆性材料，可一次成型，无需复杂的加工工序，可应用于3C、汽车等、医疗等领域。

总结

从意外到必然

上述诸多颠覆性材料的出现，推动了材料产业的巨大进步，未来是否还会有更多偶然发现的颠覆性材料出现？近年来，世界各国在新材料领域均制定了相应的规划，全面加强研发，并在市场、产业环境等不同层面出台了相应的扶持政策。

在产业技术进步加快的背景下，新材料产业呈现出以下主要特点和趋势：一是高新技术的发展带动材料不断更新换代；二是绿色、低碳成为新材料发展的重要趋势；三是市场需求成为推动新材料产业技术进步的主要动力。

2020年我国新材料产业规模有望突破5万亿元

新材料发展趋势在产业链各环节呈现明显特征

在新一轮科技革命、产业变革和我国经济社会发展方式转型升级交汇的关键机遇期，要加快新材料重大技术突破，重视颠覆性新材料、替代技术创新应用。有关建议如下：

一是加大相关政策支持力度。加强对新材料基础研究的投入，进一步加大对科技人员创新研发的奖励和支持力度，着力突破新材料产业发展中的工程化难题，建立相关技术标准体系，完善产业链、创新链、资金链。

二是充分发挥市场资源配置作用。以企业作为投入和应用主体，加强产学研用一体化，充分发挥市场在资源配置中的基础性作用，提高效率和公平性，推动新材料快速融入全球高端制造业供应链。

三是加强产业支撑体系建设。加强新材料制备及检测设备研发支撑。加强知识产权保护，开展协同应用试点示范，搭建协同应用平台，推动新材料产业结构调整升级。

只有把握发展大势，不断加强技术创新和研发投入，机遇就会变成必然，新材料产业也才会不断进步！

注：本文部分信息来自新材料技术、新材料产业、知乎等。