工業(yè)4.0不斷發(fā)展，能源、汽車、物流、制造、建筑及其它工業(yè)領(lǐng)域正在發(fā)生變革，這些變化帶來(lái)對(duì)新材料的需求。

材料行業(yè)的趨勢(shì)包括：可持續(xù)性，輕量化，3D打印和表面工程解決方案，智能材料的開(kāi)發(fā)，納米技術(shù)和具有增強(qiáng)特性的先進(jìn)復(fù)合材料。此外，人工智能（AI），機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和數(shù)據(jù)管理實(shí)踐的廣泛采用使科學(xué)家們能夠更快地探索和開(kāi)發(fā)新型材料，從而將新材料技術(shù)市場(chǎng)化時(shí)間從幾十年縮短到了幾年。

樹狀圖：行業(yè)趨勢(shì)對(duì)材料行業(yè)的影響

樹狀圖描述了十大材料行業(yè)趨勢(shì)對(duì)企業(yè)2020年及其后的影響。新創(chuàng)企業(yè)現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)可持續(xù)，智能、響應(yīng)型材料以及對(duì)材料物理性能改善。例如，可生物降解的塑料，熱適應(yīng)性織物或柔性顯示器。包括納米材料和生物材料在內(nèi)的新型配方為現(xiàn)有材料賦予了新的功能，同時(shí)擴(kuò)大了創(chuàng)新范圍。增材制造，先進(jìn)復(fù)合材料和2D材料也促進(jìn)了各種輕量化材料的發(fā)展。除了材料信息和管理，表面工程還影響到能源，汽車和建筑到生物技術(shù)，醫(yī)療保健和紡織等多個(gè)行業(yè)。

●2020年及2020年以后材料行業(yè)10大趨勢(shì)●

1.可持續(xù)材料

使用和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢物迫使政府起草各種法規(guī)。如果從材料全生命周期的角度重新審視其內(nèi)部流程，幾乎所有的企業(yè)都將面臨挑戰(zhàn)。建筑，汽車，包裝和制造行業(yè)的公司正在將可持續(xù)材料整合到自身的加工制造過(guò)程中，并將可再生能源納入其流程。最終，這些努力旨在減輕地球上的廢棄物?？沙掷m(xù)材料還為循環(huán)系統(tǒng)提供了動(dòng)力，實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)。Spectalite – 生物基材料印度初創(chuàng)公司Spectalite旨在協(xié)助汽車，物流，包裝，酒店和消費(fèi)品行業(yè)實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。Spectalite基于農(nóng)業(yè)廢棄物和可再生資源生產(chǎn)可生物降解和可循環(huán)利用的化合物。這家初創(chuàng)公司的產(chǎn)品在保護(hù)自然沉積物和森林的同時(shí)，還確保了對(duì)現(xiàn)有制造工藝的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性。eCO2Blocks – 可持續(xù)的建筑材料葡萄牙初創(chuàng)公司eCO2Blocks 將循環(huán)經(jīng)濟(jì)應(yīng)用于制造可持續(xù)建筑材料。其主要產(chǎn)品為不含任何水泥的碳負(fù)路面磚——利用工業(yè)廢物，非飲用水和二氧化碳吸收技術(shù)，不挪用自然資源。

2.智能材料

為了迎合某些特定行業(yè)項(xiàng)目的需求，企業(yè)正在開(kāi)發(fā)具有特定應(yīng)用特性的新型材料。材料科學(xué)的進(jìn)步使我們可以去創(chuàng)建具有可編程屬性的智能材料，這些材料對(duì)自外部因素的刺激做出反應(yīng)或者反饋動(dòng)作。涌現(xiàn)大量公司致力于設(shè)計(jì)具有多種特性的材料和產(chǎn)品，如熱致變色，電致變色，光致變色，壓電性，形狀記憶，自我修復(fù)和相變屬性以及其他特征。Memetis –高性能執(zhí)行器基于形狀記憶合金技術(shù)，德國(guó)初創(chuàng)公司Memetis 制造了超緊湊的微型執(zhí)行器。形狀記憶效應(yīng)能夠讓材料保持極端的變形，條件合適可以恢復(fù)為原始形狀。因此，即使在狹小或密實(shí)的安裝空間中，執(zhí)行器可以照樣工作。Memetis為消費(fèi)電子，電信，光學(xué)技術(shù)，移動(dòng)性和工業(yè)4.0領(lǐng)域提供解決方案。Sorex傳感器–薄膜體聲諧振器（FBAR）技術(shù)Sorex Sensors是一家英國(guó)初創(chuàng)公司，開(kāi)發(fā)了一種硅晶片上的高靈敏度微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器，這種傳感器使用的是薄膜壓電材料。Sorex Sensors利用FBAR技術(shù)來(lái)產(chǎn)生壓電效應(yīng)，從而使其能夠以飛克級(jí)精度準(zhǔn)確檢測(cè)溫度和質(zhì)量變化。這就讓低功耗要求的小型設(shè)備可以對(duì)外部刺激做出響應(yīng)。該解決方案的一些應(yīng)用包括薄膜計(jì)量以及氣體和顆粒物監(jiān)測(cè)。

3.納米科技

納米級(jí)材料的特性顯而易見(jiàn)。不斷豐富的納米材料家族，如納米纖維，納米管，同素異形體，量子點(diǎn) （QD）和其他納米結(jié)構(gòu)為工業(yè)產(chǎn)品的性能增強(qiáng)帶來(lái)無(wú)限可能。借助納米顆粒的力量，同時(shí)期的公司可以確保自己獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，特別是在電子，能源，移動(dòng)性和制造領(lǐng)域。Nanolumi –鈣鈦礦納米晶體總部位于新加坡的初創(chuàng)公司Nanolumi 使用其可靠且安全的鈣鈦礦納米晶體來(lái)克服電子顯示器QD技術(shù)的弱點(diǎn)。這家初創(chuàng)公司結(jié)合了無(wú)鎘原料，廣泛的光譜覆蓋范圍，更純凈的色彩性能以及大批量量產(chǎn)適用性的優(yōu)勢(shì)。Nanolumi的產(chǎn)品還計(jì)劃取代用于高級(jí)電子產(chǎn)品的常規(guī)鈣鈦礦納米晶體和QD。BNNano –增強(qiáng)氮化硼納米管總部位于美國(guó)的初創(chuàng)企業(yè)BNNano 生產(chǎn)具有超疏水性，高電絕緣性以及高熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的氮化硼納米管。該公司提供粉末，中間合金，母料和定制混合物，以增強(qiáng)航空航天，汽車，國(guó)防和紡織應(yīng)用以及輻射防護(hù)和熱管理的性能。

4.增材制造

新興的增材制造技術(shù)正在奮力趕超傳統(tǒng)的熱塑性塑料，為材料的使用提供更大的靈活性，定制性和功能性和更少?gòu)U料。3D打印技術(shù)的進(jìn)步反過(guò)來(lái)又刺激了金屬，合金，陶瓷，纖維及其化合物的升級(jí)。增材制造技術(shù)促進(jìn)全新的且耐用的聚合物長(zhǎng)絲的性能改善，如導(dǎo)電性，熔融性，紫外線（UV）和耐化學(xué)性等特性。MAT3D –復(fù)合高分子材料意大利初創(chuàng)公司MAT3D 正致力于開(kāi)發(fā)用于增材制造的新型聚合物材料，以增強(qiáng)其功能屬性。該公司的目標(biāo)是可替代金屬3D打印的高性能塑料以及具有增強(qiáng)的電，磁，抗菌和熱機(jī)械性能的各種樹脂，以用于工業(yè)市場(chǎng)。彩色3D材料– 3D打印聚氨酯總部位于美國(guó)的初創(chuàng)公司Chromatic 3D Materials 生產(chǎn)了一組耐用的高性能聚氨酯彈性體，用于3D打印，同時(shí)具有適應(yīng)性和彈性。Chromatic 3D Materials提供很高的定制性空間以及與添加劑的兼容性，同時(shí)還確保了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。Chromatic 3D Materials的產(chǎn)品可滿足汽車，制造和消費(fèi)品市場(chǎng)等需求。

5.輕量化

從航空航天到汽車的各個(gè)行業(yè)，都在尋找創(chuàng)新的方法來(lái)減輕多余的重量，從而提供出色的燃油效率和操控性。這推動(dòng)了對(duì)鋁，鎂和鈦等材料以及高強(qiáng)度塑料和碳纖維的研究。這些材料減輕因其較重零件而引起的環(huán)境和運(yùn)營(yíng)負(fù)擔(dān)。輕量化還提供了與同類產(chǎn)品相當(dāng)?shù)陌踩院涂煽啃运?。TxV Aero –航空航天復(fù)合材料制造總部位于美國(guó)的初創(chuàng)公司TxV Aero 設(shè)計(jì)師和工程師們定制層壓材料和復(fù)合材料成品，用于商業(yè)航空航天領(lǐng)域，包括電動(dòng)垂直起降（eVTOL）工具。該公司使用先進(jìn)的技術(shù)制造具有定制功能的輕質(zhì)熱塑性塑料組件，包括層定向，墊層，近最終形狀等。此外，TxV Aero致力于改裝航空應(yīng)用，以提高整體生產(chǎn)率。Fibratech –復(fù)合材料汽車車輪波蘭初創(chuàng)公司Fibratech 希望去克服鋁汽車領(lǐng)域的性能局限。因此開(kāi)發(fā)了碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合金屬混合物汽車輪轂。與鍛造鋁輪轂相比，F(xiàn)ibratech的材料可實(shí)現(xiàn)總體質(zhì)量的減輕，剛度的提高和設(shè)計(jì)的可定制化。

6.材料信息學(xué)

如今，大公司用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法來(lái)處理材料，信息學(xué)、計(jì)算技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等原理技術(shù)更強(qiáng)化這種變化。這樣材料數(shù)據(jù)可以被精心編排和模型化。此外，除了從復(fù)雜的材料數(shù)據(jù)中可靠的優(yōu)選出科學(xué)見(jiàn)解的能力外，信息還加快了研發(fā)（R＆D）的時(shí)間表，節(jié)省了以前耗時(shí)且耗力的過(guò)程。Kebotix –自動(dòng)駕駛材料發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室美國(guó)初創(chuàng)公司Kebotix 開(kāi)發(fā)了一種自主運(yùn)行實(shí)驗(yàn)室解決方案用于材料研究，以加快對(duì)新材料的探索。這家初創(chuàng)公司利用大數(shù)據(jù)管理，基于AI的決策，專用機(jī)器人和便利的交互界面來(lái)簡(jiǎn)化科學(xué)家的周期往復(fù)的工作。該公司對(duì)應(yīng)對(duì)可持續(xù)性，公共衛(wèi)生和有害工業(yè)物質(zhì)方面的挑戰(zhàn)特別感興趣。Matelligence –基于AI的材料篩選加拿大初創(chuàng)公司Matelligence 計(jì)劃為材料科學(xué)專家提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的材料工具用來(lái)探索新材料。他們的解決方案包括具有專利人工智能算法的計(jì)算技術(shù)，以減少科學(xué)實(shí)驗(yàn)次數(shù)并加快篩選程序。Matellligence的平臺(tái)針對(duì)清潔能源，電子，制造等領(lǐng)域。

7.先進(jìn)復(fù)合材料

工業(yè)應(yīng)用的迅速增加也帶動(dòng)了多種復(fù)合或混合材料的發(fā)展。為了提高性能和符合法規(guī)，降低成本并結(jié)合客戶的喜好，新創(chuàng)公司計(jì)劃在樹脂，纖維，基材，基體和飾面材料方面進(jìn)行創(chuàng)新，以制造定制復(fù)合材料。這些解決方案提供了針對(duì)特定用戶的高級(jí)應(yīng)用產(chǎn)品，主要用于基礎(chǔ)設(shè)施，能源，工業(yè)4.0和移動(dòng)性市場(chǎng)。AMP Industrial –螺旋槳用連續(xù)纖維復(fù)合材料總部位于美國(guó)的新創(chuàng)公司AMP Industrial 制造用于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（UAS）的先進(jìn)復(fù)合材料。這家公司在工程單向連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（CFR-TP）方面擁有技術(shù)專長(zhǎng)。AMP Industrial的復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)在于其高的比強(qiáng)度和材料韌性，以及為高性能應(yīng)用方面的可定制化設(shè)計(jì)。ARCEON –耐高溫復(fù)合材料（HTRC）荷蘭初創(chuàng)公司ARCEON 為衛(wèi)星，火箭和發(fā)動(dòng)機(jī)零件提供創(chuàng)新的耐高溫復(fù)合材料（HTRC）。他們的產(chǎn)品可承受超過(guò)1000攝氏度的溫度，保持低熱膨脹系數(shù)，包含輕質(zhì)材料，具有增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和耐用性。

8.石墨烯和2D材料

納米技術(shù)的突破使材料科學(xué)公司能夠?yàn)?D或單層材料布置路徑。二維材料固有的導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度，可為工業(yè)應(yīng)用提供增強(qiáng)的功能。但是，除石墨烯之外，大多數(shù)2D材料（例如鍺烯，硅烯，錫烯和磷烯）仍在開(kāi)發(fā)中。作為首個(gè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的2D材料，石墨烯可在眾多商業(yè)化市場(chǎng)中提高拉伸強(qiáng)度，片內(nèi)強(qiáng)度，表面耐久性，電子遷移率，柔韌性和耐熱性。這些領(lǐng)域涵蓋電子顯示器，超級(jí)電容器，汽車，建筑涂料和塑料制造。離子工業(yè)–石墨烯材料澳大利亞初創(chuàng)公司Ionic Industries 希望彌合石墨烯研究與開(kāi)發(fā)其商業(yè)應(yīng)用之間的差距。該公司融合了石墨烯和氧化石墨烯制造的專業(yè)知識(shí)和專利工藝。Ionic Industries專門從事用于水處理和納濾以及儲(chǔ)能的石墨烯添加劑。碳水–液態(tài)石墨烯應(yīng)用法國(guó)初創(chuàng)公司Carbon Waters 專注于各種市場(chǎng)的液體石墨烯應(yīng)用。該初創(chuàng)公司的石墨烯分散體為工業(yè)表面和機(jī)械裝置提供了隔離涂層，潤(rùn)滑和抗腐蝕性能。此外，該解決方案還改善了電子和半導(dǎo)體的熱管理以及制造和消費(fèi)類設(shè)備的導(dǎo)電性。

9.表面工程

暴露于持續(xù)的磨損，腐蝕，紫外線和其他有害因素的環(huán)境下，工業(yè)表面需要具有更好耐久性的涂料。這對(duì)于保護(hù)汽車，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，船舶和制造資產(chǎn)以及提高生產(chǎn)率至關(guān)重要。此外，工程創(chuàng)新還為賦予表面疏水性和全疏水性，自清潔和平滑性提供了可能性。在COVID-19疫情爆發(fā)后，表面工程師致力于掌握抗菌劑，以在工業(yè)和非工業(yè)場(chǎng)所提供更可靠的保護(hù)。SolCold –反斯托克斯熒光技術(shù)以色列初創(chuàng)公司SolCold 基于納米過(guò)濾器和主動(dòng)冷卻涂料開(kāi)發(fā)了表面改性創(chuàng)新技術(shù)。Sol Cold新產(chǎn)品的基礎(chǔ)是“反斯托克斯線(Anti-Stokes）熒光”技術(shù)，SolCold致力于將太陽(yáng)的熱量和輻射轉(zhuǎn)化為低成本的冷卻系統(tǒng)。這家初創(chuàng)公司的技術(shù)在太陽(yáng)活動(dòng)和熱傳遞之間建立了逆向關(guān)系。該解決方案適合運(yùn)輸，建筑，農(nóng)業(yè)和紡織行業(yè)。OPUS材料–定制材料技術(shù)英國(guó)初創(chuàng)公司 OPUS Materials 工程師為航空航天，電信，建筑，交通，船舶，可再生能源領(lǐng)域提供創(chuàng)新的防污和自潔涂料。該公司致力于改善燃油消耗和氣流，減少腐蝕并優(yōu)化材料效率。另外，OPUS允許通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)創(chuàng)建涂料，并且還支持建立相應(yīng)的供應(yīng)鏈。

10.材料管理4.0

工業(yè)4.0正在改變制造價(jià)值鏈的面貌，促使其在物料管理，處理和加工中實(shí)踐的實(shí)施?？缭阶詣?dòng)采礦和先進(jìn)的自動(dòng)化制造，再到機(jī)器人操縱和云計(jì)算，材料領(lǐng)域正在迅速數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)化。結(jié)果，新材料的開(kāi)發(fā)與第四代工業(yè)技術(shù)的工業(yè)適應(yīng)性發(fā)展同時(shí)進(jìn)行。INTSITE –采礦現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化以色列初創(chuàng)公司INTSITE通過(guò)一套AI增強(qiáng)的自動(dòng)化解決方案來(lái)解決物料搬運(yùn)和采礦效率低下的問(wèn)題。該公司優(yōu)化了運(yùn)動(dòng)軌跡，機(jī)器對(duì)機(jī)器的通信以及機(jī)器視覺(jué)算法。此外，INTSITE的互聯(lián)自動(dòng)重型機(jī)械使站點(diǎn)所有者可以提高物料搬運(yùn)效率和組織效率。Seriforge -大規(guī)模定制為碳纖維總部位于美國(guó)的初創(chuàng)公司Seriforge 致力于將自動(dòng)化技術(shù)引入碳纖維制造中，以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量和短周期。Seriforge闡述了獲得專利的縫合和網(wǎng)狀預(yù)成型程序。這家初創(chuàng)公司的解決方案為碳纖維零件的可擴(kuò)展制造提供可能。