科学进步的飞速发展令人振奋，但紧跟最新动态往往让人感到应接不暇。CAS 凭借其对历史和当前科学布局的独特视角，能够提供宝贵的趋势洞察。近期，陶氏公司与 CAS 的专家携手合作，重点介绍了我们期待在 2025 年关注的材料科学领域中最具前景的科学突破与趋势。
2025 年材料科学的关键趋势
Janet 重点介绍了来自 CAS Insights 文章 中的六大关键材料科学趋势，这些趋势将影响未来一年的研究与创新：
- 超材料：改善无线通信及其他应用。
- 建筑施工脱碳：智能材料创新，旨在减少全球排放。
- 气凝胶: 探索绝缘之外的新用途。
- 智能材料: 在各种应用中提升性能、安全性和舒适度。
- 竹材: 以创新方式利用这种可再生建筑材料。
- 热适应性织物: 改善多种用途下的性能。
为了深入探讨这些趋势， Harold Boone 博士与 Leighton Jones 博士 一同参与了 Janet 主持的专题讨论，就一系列相关议题展开了广泛交流。
建筑领域的智能材料
Harold 解释说，建筑领域的智能材料对于减少建筑碳足迹至关重要。他提到了根据热响应改变透明度的热致变色窗户、绝缘材料以及自修复混凝土。Harold 强调了科学的精妙之处，即它在普通用户察觉不到的情况下，却能提供显著的益处，例如使用封装细菌的自修复混凝土。这些细菌处于休眠状态，直到裂缝出现时才会触发修复过程。这种创新方法确保了建筑的长期耐用性和能源效率。Leighton 补充道，纳米管、石墨烯、其他纳米复合材料以及某些聚合物可以被整合到混凝土配方中，以提高其工厂抗性及其他各种机械抗拉强度性能。
太阳能
Leighton 分享了他关于太阳能研究的见解。他探讨了有机光伏中结构-性质关系的建模，以及制造高效太阳能设备所需的跨学科合作。Leighton 分享了他与多学科团队合作，共同合成、制造并测量太阳能设备电学和光学性质的工作。他解释了太阳能如何成为全球能源网的重要组成部分。他还强调了提高功率转换效率策略的重要性，例如供体-受体性质以及利用添加剂来增强半结晶结构。
可持续聚合物解决方案
Harold 解释说，目前正在研究用于热能存储的相变材料，以提高其导电性和能量密度。这些材料在数据中心具有巨大的应用潜力，因为数据中心需要大量的电力和冷却。他强调，工业界、学术界和政府之间需要加强合作，以实现脱碳目标。Harold 还提到了美国能源部的经济脱碳路线图，该路线图呼吁开展广泛合作，以减少工业排放、实现建筑脱碳，并在 2050 年前实现净零排放。
超材料
Leighton 强调了超材料在彻底改变各行各业方面的潜力。他重点介绍了一些引人入胜的应用，例如能让物体“消失”的隐身斗篷。他还分享了它们在清除污染物和清理石油泄漏方面的潜力，并指出美国国家航空航天局（NASA）已经使用了一些此类材料。
两位小组成员都讨论了超材料的商业可用性及其潜在应用。Harold 将超材料分为两类：已实现商业化的材料和仍处于萌芽阶段的材料。他提到了超材料在地震中减震的应用，以及在军事领域用于伪装和光学操纵的应用。Leighton 强调了它们在可穿戴技术和生物监测中的作用，包括能够从日常运动（如行走）中收集环境能量，从而为心脏起搏器等设备供电的材料。
总而言之，这是一个绝佳的机会，可以深入了解材料科学领域中那些将在 2025 年取得成果的相互关联的话题。
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