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盘点!全球材料行业未来10大趋势和创新!
发布时间:2020-11-16   浏览次数:145

工业4.0不断发展,能源、汽车、物流、制造、建筑及其它工业领域正在发生变革,这些变化带来对新材料的需求。
      材料行业的趋势包括:可持续性、轻量化、3D打印和表面工程解决方案、智能材料的开发、纳米技术和具有增强特性的先进复合材料等。此外,人工智能(AI)、机器学习(ML)和数据管理实践的广泛采用使科学家们能够更快地探索和开发新型材料,从而将新材料技术市场化时间从几十年缩短到了几年。


树状图:行业趋势对材料行业的影响

树状图描述了十大材料行业趋势对企业2020年及其后的影响。新创企业现在正在开发可持续、智能、响应型材料以及改善材料物理性能,例如可生物降解的塑料、热适应性织物或柔性显示器等。包括纳米材料和生物材料在内的新型配方为现有材料赋予了新功能,同时扩大了创新范围。增材制造、先进复合材料和2D材料也促进了各种轻量化材料的发展。

●2020年及2020年以后材料行业10大趋势●

1.可持续材料

使用和生产过程中产生的大量废物迫使政府起草各种法规。如果从材料全生命周期的角度重新审视其内部流程,几乎所有的企业都将面临挑战。建筑、汽车、包装和制造行业的公司正在将可持续材料整合到自身的加工制造过程中,并将可再生能源纳入其流程。最终,这些努力旨在减轻地球上的废弃物。可持续材料还为循环系统提供了动力,实施循环经济。印度初创公司Spectalite旨在协助汽车、物流、包装、酒店和消费品行业实现其可持续发展目标。这家初创公司的产品在保护自然沉积物和森林的同时,还确保了对现有制造工艺的可扩展性和适应性。葡萄牙初创公司eCO2Blocks 将循环经济应用于制造可持续建筑材料。其主要产品为不含任何水泥的碳负路面砖——利用工业废物、非饮用水和二氧化碳吸收技术,不挪用自然资源。

2.智能材料

为了迎合某些特定行业项目的需求,企业正在开发具有特定应用特性的新型材料。材料科学的进步使我们可以去创建具有可编程属性的智能材料,这些材料对自外部因素的刺激做出反应或者反馈动作。涌现大量公司致力于设计具有多种特性的材料和产品,如热致变色、电致变色、光致变色、压电性、形状记忆、自我修复和相变属性以及其他特征。德国初创公司Memetis制造了超紧凑的微型执行器。形状记忆效应能够让材料保持极端的变形,条件合适可以恢复为原始形状。因此,即使在狭小或密实的安装空间中,执行器可以照样工作。Memetis为消费电子、电信、光学技术、移动性和工业4.0领域提供解决方案。Sorex Sensors是一家英国初创公司,开发了一种硅晶片上的高灵敏度微机电系统(MEMS)传感器,这种传感器使用的是薄膜压电材料。Sorex Sensors利用FBAR技术来产生压电效应,从而使其能够以飞克级精度准确检测温度和质量变化。这就让低功耗要求的小型设备可以对外部刺激做出响应。该解决方案的一些应用包括薄膜计量以及气体和颗粒物监测。

3.纳米科技

纳米级材料的特性显而易见。不断丰富的纳米材料家族,如纳米纤维、纳米管、同素异形体、量子点 (QD)和其他纳米结构为工业产品的性能增强带来无限可能。借助纳米颗粒的力量,同时期的公司可以确保自己独特的竞争优势,特别是在电子、能源、移动性和制造领域。总部位于新加坡的初创公司Nanolumi 使用其可靠且安全的钙钛矿纳米晶体来克服电子显示器QD技术的弱点。这家初创公司结合了无镉原料,广泛的光谱覆盖范围,更纯净的色彩性能以及大批量量产适用性的优势。Nanolumi的产品还计划取代用于高级电子产品的常规钙钛矿纳米晶体和QD。总部位于美国的初创企业BNNano生产的氮化硼纳米管,具有超疏水性、高电绝缘性以及高热稳定性和机械稳定性等特性。该公司提供粉末、中间合金、母料和定制混合物,以增强航空航天、汽车、国防和纺织应用以及辐射防护和热管理的性能。

4.增材制造

新兴的增材制造技术正在奋力赶超传统的热塑性塑料,为材料的使用提供更大的灵活性、定制性和功能性。3D打印技术的进步反过来又刺激了金属、合金、陶瓷、纤维及其化合物的升级。增材制造技术促进全新且耐用的聚合物长丝的性能改善,如导电性、熔融性、紫外线(UV)和耐化学性等特性。意大利初创公司MAT3D正致力于开发用于增材制造的新型聚合物材料,以增强其功能属性。该公司的目标是可替代金属3D打印的高性能塑料以及具有增强的电,磁,抗菌和热机械性能的各种树脂,以用于工业市场。总部位于美国的初创公司Chromatic 3D Materials生产了一组耐用的高性能聚氨酯弹性体,用于3D打印,同时具有适应性和弹性。Chromatic 3D Materials提供很高的定制性空间以及与添加剂的兼容性,同时还确保了最终产品的质量。Chromatic 3D Materials的产品可满足汽车,制造和消费品市场等需求。

5.轻量化

从航空航天到汽车的各个行业,都在寻找创新的方法来减轻多余的重量,从而提供出色的燃油效率和操控性。这推动了对铝、镁和钛等材料以及高强度塑料和碳纤维的研究。这些材料减轻了因其较重零件而引起的环境和运营负担。轻量化还提供了与同类产品相当的安全性和可靠性水平。总部位于美国的初创公司TxV Aero设计师和工程师们定制层压材料和复合材料成品,用于商业航空航天领域,包括电动垂直起降(eVTOL)工具。该公司使用先进的技术制造具有定制功能的轻质热塑性塑料组件,包括层定向、垫层、近最终形状等。此外,TxV Aero致力于改装航空应用,以提高整体生产率。波兰初创公司Fibratech希望去克服铝汽车领域的性能局限。因此开发了碳纤维增强的复合金属混合物汽车轮毂。与锻造铝轮毂相比,Fibratech的材料可实现总体质量的减轻、刚度的提高和设计的可定制化。

6.材料信息学

如今,大公司用数据驱动的方法来处理材料,信息学、计算技术以及机器学习和人工智能等原理技术更强化这种变化。这样材料数据可以被精心编排和模型化。此外,除了从复杂的材料数据中优选出科学见解的能力外,信息还加快了研发(R&D)的时间表,节省了以前耗时且耗力的过程。美国初创公司Kebotix开发了一种自主运行实验室解决方案用于材料研究,以加快对新材料的探索。这家初创公司利用大数据管理,基于AI的决策,专用机器人和便利的交互界面来简化科学家的周期往复的工作。该公司对应对可持续性、公共卫生和有害工业物质方面的挑战特别感兴趣。加拿大初创公司Matelligence计划为材料科学专家提供数据驱动的材料工具用来探索新材料。他们的解决方案包括具有专利人工智能算法的计算技术,以减少科学实验次数并加快筛选程序。Matellligence的平台针对清洁能源,电子,制造等领域。

7.先进复合材料

工业应用的迅速增加也带动了多种复合或混合材料的发展。为了提高性能和符合法规,降低成本并结合客户的喜好,新创公司计划在树脂、纤维、基材、基体和饰面材料方面进行创新,以制造定制复合材料。这些解决方案提供了针对特定用户的高级应用产品,主要用于基础设施、能源、工业4.0和移动性市场。总部位于美国的新创公司AMP Industrial制造用于无人机系统(UAS)的先进复合材料。这家公司在工程单向连续纤维增强热塑性塑料(CFR-TP)方面拥有技术专长。AMP Industrial的复合材料的优势在于其较高的比强度和材料韧性,以及为高性能应用方面的可定制化设计。荷兰初创公司ARCEON为卫星、火箭和发动机零件提供创新的耐高温复合材料(HTRC)。他们的产品可承受超过1000摄氏度的温度,保持低热膨胀系数,包含轻质材料,具有增强机械强度和耐用性。

8.石墨烯和2D材料

纳米技术的突破使材料科学公司能够为2D或单层材料布置路径。二维材料固有的导热性和机械强度,可为工业应用提供增强的功能。但是,除石墨烯之外,大多数2D材料(例如锗烯,硅烯,锡烯和磷烯)仍在开发中。作为首个实现商业化的2D材料,石墨烯可在众多商业化市场中提高拉伸强度、片内强度、表面耐久性、电子迁移率、柔韧性和耐热性。这些领域涵盖电子显示器、超级电容器、汽车、建筑涂料和塑料制造。澳大利亚初创公司Ionic Industries希望弥合石墨烯研究与开发其商业应用之间的差距。该公司融合了石墨烯和氧化石墨烯制造的专业知识和专利工艺。Ionic Industries专门从事用于水处理和纳滤以及储能的石墨烯添加剂。法国初创公司Carbon Waters 专注于各种市场的液体石墨烯应用。该初创公司的石墨烯分散体为工业表面和机械装置提供了隔离涂层、润滑和抗腐蚀性能。此外,该解决方案还改善了电子和半导体的热管理以及制造和消费类设备的导电性。

9.表面工程

暴露于持续的磨损、腐蚀、紫外线和其他有害因素的环境下,工业表面需要具有更好耐久性的涂料。这对于保护汽车、工业、农业、船舶和制造资产以及提高生产率至关重要。此外,工程创新还为赋予表面疏水性和全疏水性、自清洁和平滑性提供了可能性。在COVID-19疫情爆发后,表面工程师致力于掌握抗菌剂,以在工业和非工业场所提供更可靠的保护。以色列初创公司SolCold基于纳米过滤器和主动冷却涂料开发了表面改性创新技术。Sol Cold新产品的基础是“反斯托克斯线(Anti-Stokes)荧光”技术,SolCold致力于将太阳的热量和辐射转化为低成本的冷却系统。这家初创公司的技术在太阳活动和热传递之间建立了逆向关系。该解决方案适合运输、建筑、农业和纺织行业。英国初创公司OPUS Materials工程师为航空航天、电信、建筑、交通、船舶、可再生能源领域提供创新的防污和自洁涂料。该公司致力于改善燃油消耗和气流,减少腐蚀并优化材料效率。另外,OPUS允许通过设计来创建涂料,并且还支持建立相应的供应链。

10.材料管理4.0

工业4.0正在改变制造价值链的面貌,促使其在物料管理,处理和加工中实践的实施。跨越自动采矿和先进的自动化制造,再到机器人操纵和云计算,材料领域正在迅速数字化和互联网化。结果,新材料的开发与第四代工业技术的工业适应性发展同时进行。以色列初创公司INTSITE通过一套AI增强的自动化解决方案来解决物料搬运和采矿效率低下的问题。该公司优化了运动轨迹、机器对机器的通信以及机器视觉算法。此外,INTSITE的互联自动重型机械使站点所有者可以提高物料搬运效率和组织效率。总部位于美国的初创公司Seriforge致力于将自动化技术引入碳纤维制造中,以实现高产量和短周期。Seriforge阐述了获得专利的缝合和网状预成型程序。这家初创公司的解决方案为碳纤维零件的可扩展制造提供可能。

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来源:材料委天津院
 关键词:新材料
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