中国粉体网讯 随着社会的发展、科技的不断进步，很多有着独特性能的材料得以发掘，甚至是火得一塌糊涂。我们经常看到，人们尤其是相关从业者在介绍这些材料时，往往会将其冠以“21世纪最有前途的材料”“世纪材料”等称号，唯恐大家get不到它的重要性。下面我们来盘点这些材料，看看它当不当得起这响亮的名号，如有遗漏，请留言补充。
石墨烯
2004年，Andrew Geim和Konstantin Novoselov等采用机械剥离法从鳞片石墨中剥离出单层石墨烯，宣告了“新材料之王”的问世，并揭示了石墨烯优异的电学性能、出色的力学性能、极高的导热性等新奇物理性质。
石墨烯是由碳原子紧密堆积而成的二维晶体，是目前已知的最薄也最坚硬的纳米材料，具有超薄、超轻、超柔韧、超高强度、超强导电性、优异的导热和透光性等特性，集透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等多种优异性能于一身，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域有着广阔而巨大的应用潜能，是主导未来高科技竞争的超级材料。
第一次从鳞片石墨中剥离出单层石墨烯的科学家Andrew Geim说过：“石墨烯导电导热率高，化学结构又十分稳定，是一种很理想用于导热散热的新型材料”。
碳纤维
威海光威碳纤维
是新材料领域的另一王者。碳纤维是将有机纤维在非活性气体中进行高温碳化，分离掉碳以外的元素后所得的纤维体材料，素有工业界“黑色黄金”美誉，它的强度是钢铁的5到8倍，但重量只有钢铁的1/4，具有高强、轻质、耐高温、耐腐蚀的特点，是减重增强的首选材料，被当作国民经济和国防安全的战略物资。
碳纳米管
1991 年碳纳米管发现以来，一直是一个焦点，吸引了很多科学工作者在碳纳米管的导热性方面进行研究。碳纳米管由单层或多层石墨片卷曲而成，分为单壁、双壁和多壁三种类型。
图片来源：Pixabay
碳纳米管具有可以自由进入细胞的极小尺寸，其独特的结构，使其具备了超强的力学性能、极高的载流子迁移率、可调节的带隙、优异的热学性能、光电特性、稳定的化学特性等。碳纳米管集各种优异性质于一身，使其在工程材料、电子器件、储能领域、光探测器、生物医药等方面具备了广阔前景，在以上应用领域具有很大优势。在电影《三体》中，‘纳米飞刃’削切硬物于无形便体现了碳纳米管一个重要特性——轻质高强。
金刚石
金刚石是目前已知的在自然界中存在的最坚硬的物质，莫氏硬度达到10，在材料加工领域堪称无敌。金刚石也是自然界中导热系数最高的物质之一，导热系数高达200～2200W/(m·K)。
图片来源：元素六
同时，金刚石是超宽禁带半导体，其禁带宽度为5.5eV，具有高电子迁移率（4500cm2/Vs）、高电子饱和速度（2×107cm/s）、高击穿场强（107V/cm）和高热导率（2000W/m·K）等特点，其功率器件的JOHNSON'S优值为宽禁带半导体SiC的10倍。随着SiC和GaN功率电子学进入发展成熟阶段，新的需求又在推动下一代功率电子学的发展，金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料，被业界誉为“终极半导体”。
碳化硅
碳化硅单晶衬底
碳化硅作为目前发展最成熟的第三代半导体材料，近些年大火特火。尤其是在“双碳”战略背景下，碳化硅被深度绑定新能源汽车、光伏、储能等节能减碳行业，万众瞩目。因此，有人称其是一种“正在离地起飞的半导体材料。”
先进陶瓷
先进陶瓷，又称新型陶瓷、特种陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷等，它和金属材料、高分子材料并称为“三大固体材料”。从材料来讲，先进陶瓷家族庞大，虽不单指某一个具体的材料，但各种先进陶瓷材料几乎都具有优异的力学、声、光、热、电、生物等特性，从而在航空航天、电子信息、生物医药、高端装备制造等高端科技领域随处可见。
另外，虽然早在20世纪初人们便尝试用陶瓷来做汽车发动机的火花塞，至今已被研究应用百年，算起来并不算“新”了，但是其应用潜力仍在不断被挖掘，如从早期的传统机械部件，到如今的新能源汽车部件以及半导体设备用陶瓷零部件，先进陶瓷的潜力有多大仍未可知。
超导材料
低温超导体现象过程展示，图片来源：罗切斯特大学
超导材料是在特定温度下，电阻消失的材料。近年来，超导材料所具有的零电阻、完全抗磁性和隧道效应三个特性，使之在全世界广受关注。其最广为人知的用途是用在电力网上，由于无电阻，电力网中损耗为零，将可以节省10%—20%因输送而造成的电力损耗。
气凝胶
气凝胶材料是一种纳米多孔网络结构的轻质固体材料，这种被称为"固态烟雾"的材料，99.8%都是空气，具有孔隙率高、比表面积大、密度超低、热导系数低等特质，总结起来就是超轻、超强、超级绝热，故其用途非常广泛，在催化、保温隔热等领域被称为神奇材料。
液态金属
图片来源：中宣液态
液态金属是一系列熔点低于或接近室温的金属或金属合金材料的统称，它在室温或较低的加热温度下呈现出一种可流动、不定型的液体状态。常见的液态金属有铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、汞(Hg)和镓(Ga)等。液态金属具有优异的导电和导热性能，在目前已知液体材料中，液态金属的电导率和热导率均为最高，其也是一类集金属与流体特性于一体的多功能材料。
金属有机框架（MOF）材料
近年来，金属有机框架(metalorganic framework，MOF)材料作为一类新兴的晶态多孔材料脱颖而出，受到广泛的关注。相较于沸石和活性炭等传统多孔材料，MOF材料是由金属离子或簇与有机配体通过配位键自组装而成的晶态多孔材料。这种独特的构建方式使其结构高度有序且易于剪裁，进而展现出丰富多样的性质和功能。
北京时间10月8日，奥马尔·亚吉、北川进、理查德·罗布森三位科学家因在金属有机框架材料的开发方面作出的贡献而荣获2025年诺贝尔化学奖。三位科学家分别从结构设计、稳定性提升、功能拓展等角度推动了MOFs的发展，使其在气体吸附与分离、水收集、环境治理、催化反应等领域展现出巨大应用潜力。一些科学家认为，MOF潜力巨大，有望成为“21世纪的材料”。
轻型合金
众擎机器人T800，机身材料选用高强度铝镁合金
钛合金具有高强度、延展性好、耐腐蚀、无磁性等优越性能，除钛合金之外，轻型合金还主要包括铝合金和镁合金。铝合金使用较早，如今普及程度也较高，在汽车、轮船等领域经常出现。而镁合金是实用金属当中质量最轻的，是汽车实现轻量化最重要的新材料之一。
聚醚醚酮（PEEK）
PEEK产品，图片来源：中研股份
聚醚醚酮，英文名为Poly(ether etherketone)，简称PEEK，是一种线性半结晶热塑性特种工程塑料。其主链是由羰基、醚键、苯环所组成的，属于全芳香结构，具有优异的机械性能、热稳定性、化学稳定性，是聚芳醚酮特种工程塑料中最为重要、应用最为广泛的一种，其问世以来，就被视为一种重要的国防军工材料。
薄膜铌酸锂
铌酸锂(LiNbO3)是铌、锂、氧的化合物，是一种自发极化大(室温时0.70Cm)的负性晶体。铌酸锂是目前发现的居里温度最高(1210°C)的铁电体。铌酸锂晶体具有光电效应多、性能可调控性强、物理化学性能稳定、光透过范围宽等特点。
如果说光通信是AI算力的 “高速公路”，那么薄膜铌酸锂调制器就是这条公路上的 “超快充站”—— 它直接决定了数据传输的速度、效率与稳定性，是连接 “AI算力需求” 与 “光通信能力” 的关键纽带。除了光通信与AI算力，薄膜铌酸锂还在激光雷达、量子通信、超快激光器等领域展现出巨大潜力。
量子材料
如果说半导体是“刚需”，量子材料则是“未来”。它们支撑量子计算、量子通信、量子传感的发展，代表着信息科技的下一代逻辑。拓扑绝缘体、二维材料（石墨烯、过渡金属硫化物）被寄予厚望，尤其是在无耗散电流与容错量子比特上的潜在应用。然而现实是残酷的：量子材料的商业化距离仍然遥远，未来十年大概率仍是科研主导阶段，只有少数成果能走向原型应用。
4D打印材料
4D打印材料是3D打印技术的延伸，通过特定材料与结构设计，使构件在成型后能随时间发生可控变化。4D打印材料技术成熟度处于L3-L4阶段，预计未来5-10年将在柔性电子和航空航天领域实现突破。当前4D打印材料主要包括形状记忆材料、水凝胶、液晶弹性体和量子金属等，按驱动机制可分为温度驱动、水驱动、电致驱动、光驱动和磁驱动等多种类型。
硼墨烯
硼墨烯是由单层硼原子构成的二维材料，具有方向性导电性、高拉伸强度和金属特性。硼墨烯的独特结构使其在电子学和光学领域具有广泛应用潜力。例如，在电子学领域，硼墨烯用于场效应晶体管和传感器，提高器件的性能和可靠性；在光学领域，硼墨烯用于光探测器和光调制器，提高器件的灵敏度和响应速度；在能源领域，硼墨烯用于电池电极和超级电容器，提高能量密度和循环寿命；在量子计算领域，硼墨烯用于量子比特和量子电路，提高量子计算的效率和稳定性。
特种石墨
特种石墨作为一种高品质石墨，具有更高的纯度、强度和密度，是战略新兴产业不可替代的重要资源之一，广泛应用于光伏、半导体、新能源电池、冶金、化工、机械、电子等行业。
（中国粉体网/山川）
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