制造公司更喜欢在他们的产品中使用久经考验的材料——这些材料已经过验证，它们的化学和机械性能也得到了很好的研究。然而，产品性能和功能通常可以通过新材料得到改善，这些材料一旦经过测试和批准，就会提供高度特定的工程特性，从而提高产品性能并创造以前无法获得的产品设计选项。以下是一些可以在不远的将来改变制造业的创新材料。
1.氟化钛磷酸盐
莫斯科的Skoltech能源科学与技术中心的研究人员创造了一种氟化钛磷酸盐材料作为新的正极材料。它在高充电/放电电流下具有强大的电化学势和稳定性，优于锂和钴的标准正极材料，后者价格昂贵且供应减少。
2.纤维素纳米纤维
瑞典KTH皇家理工学院开发了一种超强，可生物降解的材料，使用木材中的纤维素纳米纤维。该材料独特的纳米结构提供了86吉帕斯卡的拉伸刚度和1.57吉帕斯卡的抗拉强度-比被认为是最强生物材料的蜘蛛丝硬八倍，在重量上比钢更坚固。这种轻质材料可以成为塑料的环保替代品。参加我们的测验：您对D打印材料的了解程度如何？
.自愈凝胶
由氨基丙基甲基丙烯酰胺（APMA）聚合物、葡萄糖、葡萄糖氧化酶和叶绿体制成的凝胶材料不断与空气中的二氧化碳反应，随着时间的推移膨胀并变得更强。它是第一种存在于生物之外的固碳材料。“制造一种能够吸收我们周围丰富碳的材料是材料科学的重要机会，”首席研究员说迈克尔·斯特拉诺，麻省理工学院化学工程教授。
4.铂金合金
桑迪亚国家实验室的研究人员创造了一种金铂合金，即使在高温下，其耐磨性也是高强度钢的倍。该材料的出色热稳定性是通过改变晶界能量来实现的。在应力下，合金会产生自己的类金刚石碳，可以充当润滑剂。
5.复合金属泡沫
复合金属泡沫（CMF）由空心金属球组成，由钢或钛等材料制成，嵌入金属基体中，通常由钢或铝制成。测试表明，“钢-钢”CMF，之所以这样称呼，是因为球体和基体都是由钢制成的，比实心钢板更耐火。此外，钢-钢CMF面板的重量仅为实心钢板的三分之一。因此，CMF被认为是在运输和储存过程中保护热敏材料（如炸药）的一种很有前途的材料。您可能还喜欢：D打印帮助对抗冠状病毒的8种方式
6.蜘蛛丝
桑迪亚国家实验室的研究人员MichaelChandross（左）和NicArgibay展示了用于预测其铂金合金前所未有的耐磨性的计算机模拟，以及用于演示它的环境摩擦计。照片：兰迪·蒙托亚，SNL
蜘蛛丝已经被认为是世界上最坚固的材料之一。现在科学家发现了另一个独特的机械特性：空气中超过一定湿度，蜘蛛丝纤维突然收缩和扭曲。这个过程被称为超级收缩，施加足够的扭转力，可能与其他材料竞争，用作执行器或其他类型的控制设备。
7.尖叫
受昆虫外骨骼的启发，哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的研究人员创造了“shrilk”，一种可生物降解的“塑料”。shrilk由壳聚糖（虾壳中的一种成分）和一种称为丝素蛋白的丝蛋白组成，强度与铝一样强，重量减轻了50%。其生物相容性、柔韧性和强度使其成为植入式医疗设备和组织工程的有吸引力的材料。
8.碳混凝土
研究人员正在研究如何用碳纤维加固混凝土以提高强度和耐久性。碳的一大优点是它不会氧化。与钢筋混凝土相比，钢筋混凝土会生锈和降解结构，不需要厚混凝土层来保护碳。与传统的钢筋混凝土相比，在混凝土中添加碳可以提高五到六倍的承载能力，重量减轻四倍，使用寿命明显更长。
9.气凝胶
这种合成多孔超轻材料是99.8%的空白空间。液体凝胶（如氧化铝、铬、氧化锡或碳）超临界干燥的最终产物，其强度足以承载其自身重量的20，倍。气凝胶是开孔的（气凝胶中的气体不会被困在固体口袋内），并且具有直径为1至纳米的孔。极低的导热系数也使其成为一种高效的绝缘材料。编辑精选：生物技术期待4D打印
面向未来的材料
Shrilk来源于虾壳中的壳聚糖和一种称为丝素蛋白的丝蛋白，模仿昆虫外骨骼的微结构，并迅速生物降解为富含氮的肥料。照片：哈佛大学威斯研究所
科学家们继续制造比传统材料更坚固、更轻、更实用的更好材料。随着纳米技术的进步，新材料和材料组合似乎层出不穷。目前的研发包括研究具有独特性质的稀土元素。例如，钕磁铁可以存储大量的磁能，使其成为风力涡轮机中转动转子的理想选择。另一种稀土元素铈添加到铝中时，可改善其高温性能。与大多数铝合金相比，铈铝合金还具有优越的腐蚀性能。随着工业4.0、物联网和纳米技术成为焦点，工程师、科学家和其他研究人员将继续推动材料科学的极限。材料进步不仅会改善我们可以生产的产品类型，而且还将增加我们创造一个更健康、更可持续的世界的机会。