materials science，材料科學是研究、開發、生產和應用金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料的工程領域。
新型超材料實現增強光發射和捕捉光
據美國科學日報1月16日報道，美國紐約市立大學的一支科研小組成功地展示了如何提高光發射和捕捉嵌有納米發光晶體的超材料發出的光。由物理學家維羅德•曼諾(Vinod Menon)博士帶領的這項研究或引領包括超快LED、納米級激光和高效單光子源在內的一系列應用。
在演示中，研究小組使用了具有雙曲線分散的超材料以提高納米晶體的光發射性能，同時設計了一個有效的提取光的方案。“在光學領域，按照人們的意愿控制光在媒介中的行為是使用超材料的意義。”光子學專家曼諾教授這樣說道，他專攻納米級別的光-物質相互作用的控制。
“我們的研究既實現了光發射的增強，也能夠提取光”,曼諾補充說道。這項研究發表在期刊Optica上（Optica, 2015, 2, 1, 62-65, DOI: 10.1364/OPTICA.2.000062）。
日本開發出反復蓄熱的新陶瓷
日本筑波大學5月13日發表的一份公報稱，該校與東京大學合作，開發出了一種能反復蓄熱散熱的新型陶瓷，有望用于太陽能發電和工廠排熱系統。
筑波大學副教授所裕子和東京大學研究生院教授大越慎一領導的研究小組，利用特殊條件燒結用于制造白色顏料的二氧化鈦，制作出一種名為“λ-五氧化三鈦”的陶瓷。當這種陶瓷受到光照或有電流通過時，它就能積蓄熱能。此后若向這種蓄滿熱能的陶瓷施加一定的壓力，其結構就會發生變化，轉變成“β-五氧化三鈦”。這時，其內部積累的熱能也會隨之散發出來。
反之，如果加熱“β-五氧化三鈦”，它就會在一定溫度下又恢復為“λ-五氧化三鈦”且繼續吸熱。由于這種轉變能反復發生，因此可以反復蓄熱和散熱。
在利用太陽能熱量驅動渦輪機的發電中，為了在夜間穩定發電，蓄熱材料的作用非常關鍵。雖然很多科研人員在嘗試用蓄熱效率很高的熔鹽，但難以解決熔鹽腐蝕管道等難題。
研制上述新陶瓷的專家認為，這種新材料很廉價，散熱條件不高，因此有望將其開發成太陽能發電所需的蓄熱材料或用于收集工廠排放的廢熱。
這一研究小組還準備繼續改良工藝，以增大新陶瓷的蓄熱量。有關這一研究成果的論文已刊登在最新一期英國《自然·通訊》雜志網絡版上。
德美科學家發明超強記憶新材料
科學家早在上世紀60年代就發明了鎳鈦記憶合金，這種合金在受熱和冷卻時會變形，并很快會恢復到最初機械加工時確定的形狀。我們熟悉的大多數合金在兩種晶格狀態下轉變幾千次，就會出現裂紋甚至斷裂，《科學》上刊登的這篇新論文解釋說，這是因為在金屬高溫相（奧氏體）會出現越來越多的低溫相（馬氏體）晶體結構，兩相之間的轉換不完全會導致合金斷裂。
《科學》雜志評價認為，德國基爾大學的這項發明大大拓寬了記憶合金的應用領域，電磁耦合器、溫度傳感器、微電子和光學器件、信息存儲介質，以及醫療領域中的人工心臟瓣膜等都有廣泛應用潛力。另外，還可以利用這種記憶合金將外界和環境中的熱能轉化為電能，或開發新的冷卻單元。
美合成可替代稀土的磁性納米材料
這種新材料由鐵納米顆粒以及具有磁性的鈷和碳納米顆粒構成，后兩者的尺寸大約為5納米左右。實驗顯示，這種材料在磁性方面完全能夠媲美那些由稀土制成的、傳統的永磁材料。此外，這種材料還能在516.85 ℃的高溫下存儲信息，具有良好的耐熱性和穩定性，并具備長程有序的特點，在數據存儲應用領域也有潛在的應用價值。
稀土具有“工業維生素”的美譽，如今是極其重要的戰略資源，在石油、化工、冶金、紡織等領域具有廣泛的應用價值。特別是那些用稀土制成的永磁材料，對通訊、電子以及汽車制造等行業而言更是必不可少。此外，隨著綠色科技市場的出現和快速發展，純電動以及混合電動汽車、直驅風力發電機動力系統和儲能系統的市場越來越大，永磁材料及稀土資源的需求量也隨之增加，資源短缺問題日益凸顯。
論文第一作者、弗吉尼亞聯邦大學博士后艾哈邁德·埃爾—詹蒂（Ahmed A. El-Gendy）說，對解決稀土資源短缺而言這是一項重要的發現。該校納米科學與納米科技項目負責人埃弗雷特·卡彭特（Everett E. Carpenter）教授表示，這種新材料已經顯示出了很多出色的特性，有些方面甚至超過了傳統永磁材料?！?br />
比紙還薄比鋼強的新材料
通常在人們的概念當中，氧化鋁是一種較為脆弱的材料。但是現在，通過這種最新的納米工藝將它進行過加工之后，不論彎曲到怎樣的程度它都能夠很好的恢復原樣。并且，它有著超強的導電性和導熱性。
這種材料將被用來開發許多最新的高科技產物，比如已經在構想當中的機器昆蟲，類似于機器蜜蜂或是機器蒼蠅這種，那么這樣的材料將會是用來制作翅膀的首選。當然，它的作用還不只于此，基于這種材料的各種特性，科研人員將能夠開發出各種新的用途。
NASA發明可自動修復新材料
美國航空航天局（NASA）發明一種新材料，可以在2秒鐘內，自動修補損壞的部位。該材料可能用于宇宙飛船及軍用飛機和坦克外殼的自動修補。
科學家在試驗中演示，帶有一個或兩個聚酯層的金屬被洞穿后，因為氧氣進入并與之混合，含有三丁基硼烷（tributylborane）的聚酯液體膠發生化學反應，很快變硬，最后修復金屬的破損部位。
研究者人員表示：“這種液體膠和空氣接觸幾秒鐘，即從液態變成固態。”目前，該材料仍需進一步的研究，檢測其應用特性。該材料非?？赡苡糜谛扪a宇宙飛船上的破損洞，以及用于軍事設備，如飛機或坦克。這種自我修補材料是
美國航空航天局和密西根大學的科學家合作研制的。密西根大學的吉姆 斯哥特（Timothy Scott）解釋，這種材料不能作為組成成分單獨使用，而是需要和其他材料混合應用。斯哥特說：“我們的目的是迅速修補（破損洞）。”而且，這種材料的特點是，越薄起效越快。試驗中，材料板的厚度是1毫米。實際產品中，材料板會更薄，可能厚度為一毫米的幾十之一或幾百分之一。
中國制造超級材料，堅如金屬輕如氣球
11月4日消息，中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究人員利用細小的管狀石墨烯構成一個擁有與鉆石同等穩定性的蜂窩狀結構，從而創造出了這種泡沫狀材料。
一個這種石墨烯泡沫承受了力度超過每平方英寸1.45萬磅的外力的重擊——幾乎相當于在世界海洋最深處——約10.9千米深——位于美國關島沿海的馬里亞納海溝，即所謂的“挑戰者”號海淵——的壓力。這個上海的研究小組稱，他們新創造出的這種材料能夠承受較之以往報道的石墨烯材料更大的沖擊。
報道稱，這種材料還可以被擠壓成其原始大小的約5%，而且依然能夠恢復其原來的形態，而且即使這一過程重復1000次還能保持完好無損。這種新材料的特性意味著其可以用在防彈衣的內部和坦克的表面作為緩沖墊，以吸收來自射彈(如子彈、炮彈、火箭彈等)的沖擊力。
南開陳永勝教授團隊首發現“光驅動”新材料
南開大學化學學院陳永勝教授及其團隊6月公布了一項研究成果——新型石墨烯材料，可以在太陽光等各種光源照射下驅動飛行。作為世界首個“光驅動”新材料，該成果被發表在國際著名學術刊物《自然-光學》上。
陳永勝教授表示，“我們在3年多前切割一種特殊三維石墨烯材料時，意外發現光可以對其產生推動效果。此后‘光是否不僅能推動細胞還可以推動宏觀物體’就成了我們最重要的研究課題。”后來，陳教授團隊聯合該校物理學院田建國教授共同研制出了這種能用光進行驅動的石墨烯材料。
據該成果的視頻資料顯示，在幾十厘米的真空管里，在一束光的瞬間照射下，幾毫克的新型石墨烯材料能一次前進幾厘米到十幾厘米，最遠時可以運動40厘米。目前對這種新型材料的整體研究還處在實驗室起步階段，但隨著研究的進一步深入，或許未來在三維石墨烯的助力下，宇宙飛船也能利用“光驅動”穿梭太空。
德國科學家發現巨磁電阻新材料磷化鈮
德國馬普固體化學物理研究所和亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心（HZDR）及荷蘭拉德堡大學（Radboud）的科學家共同發現了一種具有超快速電子的新型巨磁電阻材料——磷化鈮（NbP）。在研究該材料時，科研人員首次在單一材料上觀察到電阻增加近萬倍。該材料可用于生產電子元件，在信息技術領域具有巨大的應用潛力。
研究發現，當對磷化鈮施加強磁場時，其電阻急劇增強。研究人員還發現了電子非?？焖?、靈活的原因。在磷化鈮中，這一特殊屬性是由特定的電子態負責的：在所謂的Weyl金屬中有一些電子，他們好像是無質量的，從而可以移動得非?？?。研究人員認為，磷化鈮的巨磁電阻效應可以通過巧妙的材料設計進一步得到改進。馬普固體化學物理研究所和亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心的專家們希望將來繼續合作，共同開發Weyl金屬。
該研究成果發表在學術期刊《自然物理》上。
最輕材料，99.99%是空氣，硬度可調節
據國外媒體報道，美國加州HRL實驗室的科學家們研發出一種名為“microlattice”的材料，這種材料的制造技術由波音公司和通用汽車公司共同擁有。這種新材料是由微型空心管網絡構成的，它大約比泡沫聚苯乙烯還要輕百倍。
為了節省燃料，波音公司和通用公司不斷嘗試在不犧牲結構完整性的前提下盡可能的減輕材料重量。研究人員稱，構建這種新材料的過程是完全可行的，這種材料不僅極輕而且非常牢固。
HRL實驗室的一位化學家Sophia Yang稱：“這種材料事實上是由很常見的鎳磷材料打造的，但是我們必須計算出材料的構建結構，這樣才能創造出一種能夠獨立支撐的材料，它非常輕盈以至于能夠站立在蒲公英花朵的頂部而且不會壓碎它。”
研究人員稱，這種材料空心管連接網絡模擬的是橋梁支撐的結構。但是在這個項目中，空心管的壁厚僅有100納米，大約只有人類頭發的千分之一，這就意味著這種材料99.99%的成分是空氣。
這種材料構造借助了一種革命性的添加制造過程，有點類似于3D打印技術。但是3D打印技術是一層一層的進行構建，而HRL實驗室使用了能夠對光做出反應的特殊聚合物，而且是一次成型。
研究人員不僅能夠調整這種結構的硬度，而且能夠調整它的構造。這就意味著他們不僅能夠創造出高度靈活的填充結構，而且也能夠創造出用于提供結構支撐的牢固構造。
中國科學家研制出超強電動車電池
中科院上海硅酸鹽所科學家已研制出一種高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料具有極佳的電化學儲能特性，可用作電動車的“超強電池”：充電只需7秒鐘，即可續航35公里。相關研究成果已于12月18日發表在世界頂級期刊《科學》上。
超級電容器，是介于傳統電容器和電池之間的一種電化學儲能裝置。由于具有功率密度高、循環壽命長、安全可靠等特點，現已廣泛應用于混合電動汽車、大功率輸出設備等多個領域。如何讓超級電容器兼具高功率、高能量，長期以來科學家并沒有找到理想材料。
為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所聯合北京大學、美國賓夕法尼亞大學展開持續攻關。黃富強研究團隊最終發現，石墨烯是超級電容器電極的最佳選擇。
通過反復試驗、設計、合成，黃富強研究團隊發現，氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現最佳。不僅能實現高能量密度、高功率密度，而且還可以通過使用水基電解液，做到無毒、環保、價格低廉、安全可靠。
據介紹，該新型石墨烯超級電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實現規模生產。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優勢，且在快速充放方面又遠遠優于鋰電池，因此該“超級電池”可廣泛應用于現有混合電動汽車、大功率輸出設備的更新換代。
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