Imaginez des matériaux capables de révolutionner des secteurs entiers en rendant les objets plus solides, plus légers et plus intelligents. Cet article explore 50 matériaux innovants qui sont sur le point de transformer la technologie et la fabrication. De la résistance et de la conductivité inégalées du graphène aux plastiques biodégradables qui réduisent la pollution, ces matériaux sont à la pointe du progrès scientifique. En vous plongeant dans leurs propriétés uniques et leurs applications potentielles, vous découvrirez comment ils pourraient remodeler l'avenir de tout, de l'aérospatiale aux produits de tous les jours. Préparez-vous à être inspiré par les possibilités illimitées qu'offrent ces matériaux.
Les nouveaux matériaux, également connus sous le nom de matériaux avancés, sont ceux qui ont été récemment développés ou qui sont en cours de développement et qui présentent des performances supérieures à celles des matériaux traditionnels.
Ils englobent les matériaux nouvellement développés ou en cours de recherche, démontrant des capacités exceptionnelles qui surpassent les matériaux conventionnels.
La technologie des nouveaux matériaux est élaborée conformément à l'intention humaine, par le biais d'une série de processus de recherche comprenant la recherche physique, la conception des matériaux, la transformation et l'évaluation expérimentale, dans le but de créer des matériaux innovants qui répondent à une variété de besoins.
Cela comprend le positionnement fonctionnel, le positionnement directionnel, le positionnement technique et le positionnement sur le marché :
(1) Nouveaux matériaux composites
L'utilisation de nouveaux matériaux composites remonte à l'Antiquité. Parmi les exemples historiques, on peut citer l'argile renforcée par de la paille et le béton renforcé par de l'acier, vieux d'un siècle, tous deux composés de deux matériaux différents. Dans les années 1940, pour répondre aux besoins de l'industrie aéronautique, des plastiques renforcés de fibres de verre (communément appelés fibre de verre) ont été mis au point, marquant l'avènement des matériaux composites. Depuis les années 1950, des fibres à haute résistance et à module élevé, comme les fibres de carbone, de graphite et de bore, ont été mises au point. Les années 1970 ont vu l'émergence des fibres d'aramide et de carbure de silicium.
Ces fibres à haute résistance et à haut module peuvent être combinées à des matrices non métalliques telles que les résines synthétiques, le carbone, le graphite, les céramiques, le caoutchouc, ou à des matrices métalliques telles que l'aluminium et le magnésium, titane pour former des matériaux composites uniques. Les fibres de polyéthylène à très haut poids moléculaire, connues pour leur solidité exceptionnelle et leur résistance aux agents chimiques et au vieillissement, excellent également dans la transmission sonar à haute fréquence et la résistance à la corrosion de l'eau de mer.
Ces fibres sont utilisées dans les carénages de sonar à haute fréquence pour les navires de guerre, améliorant ainsi la détection des mines et les capacités de balayage. Au-delà des applications militaires, elles ont de vastes perspectives dans la construction automobile, la construction navale, les appareils médicaux et les équipements sportifs. Leur introduction a suscité une attention et une importance significatives dans les pays développés.
(2) Matériaux supraconducteurs
Certains matériaux présentent une résistance électrique nulle à une certaine température critique, un phénomène connu sous le nom de supraconductivité. Une autre caractéristique des supraconducteurs est leur diamagnétisme, c'est-à-dire l'incapacité des lignes de champ magnétique à pénétrer dans un supraconducteur lorsqu'il n'a plus de résistance. Par exemple, la résistance électrique de métaux courants comme le cuivre diminue avec la température et atteint une certaine valeur près de 0K.
En 1919, le scientifique néerlandais Heike Kamerlingh Onnes a découvert que la résistance du mercure disparaissait complètement à 4,2 K (-269 °C), démontrant ainsi la supraconductivité et le diamagnétisme. La température critique (TC) à laquelle la résistance d'un supraconducteur devient nulle est une caractéristique essentielle. La recherche sur les matériaux supraconducteurs se concentre sur le franchissement de la "barrière de température" pour trouver des supraconducteurs à haute température.
Des supraconducteurs pratiques comme le NbTi et le Nb3Sn ont été commercialisés et trouvent des applications dans l'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM), les aimants supraconducteurs et les grands aimants d'accélérateur. Les SQUID, exemples de supraconducteurs dans des applications électriques faibles, jouent un rôle crucial dans la détection de signaux électromagnétiques faibles, dont la sensibilité n'est égalée par aucun dispositif non supraconducteur.
Cependant, les basses températures critiques des supraconducteurs conventionnels, qui nécessitent des systèmes complexes et coûteux à base d'hélium liquide (4,2 K), ont considérablement limité leurs applications. L'avènement des supraconducteurs à oxyde à haute température a permis de franchir cette barrière de température, faisant passer la température applicable de l'hélium liquide (4,2 K) à l'azote liquide (77 K). L'azote liquide est un liquide de refroidissement plus économique, dont la capacité thermique est supérieure à celle de l'hélium liquide, ce qui facilite grandement les applications techniques.
Les supraconducteurs à haute température ont également des capacités magnétiques considérables, capables de générer des champs magnétiques de plus de 20T. Les applications des matériaux supraconducteurs comprennent la production, la transmission et le stockage d'énergie. Les générateurs supraconducteurs dotés d'aimants en bobine peuvent augmenter l'intensité du champ magnétique jusqu'à 50 000-60 000 Gauss sans presque aucune perte d'énergie, ce qui permet de multiplier par 5 à 10 la capacité d'une seule unité et par 50% l'efficacité par rapport aux générateurs conventionnels.
Les lignes de transmission et les transformateurs supraconducteurs peuvent transmettre l'électricité aux utilisateurs avec un minimum de pertes. Par exemple, environ 15% d'énergie électrique sont perdues dans les lignes de transmission en cuivre ou en aluminium en Chine, ce qui représente plus de 100 milliards de kWh par an. Le passage à la transmission supraconductrice pourrait permettre d'économiser suffisamment d'électricité pour remplacer des dizaines de grandes centrales électriques.
Les trains maglev supraconducteurs utilisent la propriété diamagnétique des supraconducteurs, qui repousse les lignes de champ magnétique, ce qui permet au supraconducteur de léviter au-dessus d'un aimant permanent ou d'un champ magnétique. Cet effet maglev est utilisé dans les trains maglev supraconducteurs à grande vitesse, comme celui de l'aéroport international de Shanghai Pudong. Dans les ordinateurs supraconducteurs, la résistance quasi nulle des matériaux supraconducteurs permet de réaliser des circuits très denses sur des puces intégrées sans surchauffe, ce qui augmente considérablement la vitesse de calcul.
(3) Matériaux énergétiques
Les matériaux énergétiques comprennent les matériaux pour cellules solaires, les matériaux de stockage de l'hydrogène et les matériaux pour piles à combustible à oxyde solide. Les matériaux pour cellules solaires, un nouveau matériau énergétique, ont connu des avancées telles que les cellules solaires composites multicouches d'IBM avec des rendements de conversion allant jusqu'à 40%. L'hydrogène, une source d'énergie efficace et non polluante, est confronté à des défis majeurs en matière de stockage et de transport. Environ 50% du financement de la recherche sur l'hydrogène du ministère américain de l'énergie sont alloués à la technologie de stockage de l'hydrogène.
L'hydrogène peut corroder les matériaux, entraînant leur fragilisation et des fuites, et pose un risque d'explosion pendant le transport. Les matériaux de stockage de l'hydrogène peuvent former des hydrures avec l'hydrogène, libérant de l'hydrogène en cas de chauffage et se rechargeant après épuisement. Les matériaux de stockage de l'hydrogène actuels sont principalement des composés métalliques, tels que LaNi5H et Ti1.2Mn1.6H3. La recherche sur les piles à combustible à oxyde solide est active et se concentre sur des matériaux tels que les membranes à électrolyte solide, les matériaux de cathode de cellule et les membranes organiques d'échange de protons pour les piles à combustible à membrane d'échange de protons.
(4) Matériaux intelligents
Les matériaux intelligents représentent la quatrième génération de matériaux après les matériaux naturels, les polymères synthétiques et les matériaux conçus artificiellement. Ils constituent une orientation importante dans le développement des nouveaux matériaux de haute technologie modernes. Au niveau international, de nombreuses percées techniques ont été réalisées dans le domaine des matériaux intelligents. Par exemple, l'entreprise britannique BAE Systems a mis au point des capteurs à fil pour tester la déformation et la température sur le revêtement des avions.
Le Royaume-Uni a également mis au point un alliage à mémoire de forme à réponse rapide, d'une durée de vie d'un million de cycles et d'une puissance de sortie élevée, utile pour les freins dont les temps de réponse ne dépassent pas 10 minutes. Les alliages à mémoire de forme ont été utilisés avec succès dans les antennes de satellite, les domaines médicaux, etc. Parmi les autres matériaux intelligents figurent les matériaux piézoélectriques, les matériaux magnétostrictifs, les polymères conducteurs, les fluides électrorhéologiques et les fluides magnétorhéologiques, qui servent de composants d'entraînement dans diverses applications.
(5) Matériaux magnétiques
Les matériaux magnétiques sont classés en matériaux magnétiques doux et durs (permanents).
(1) Matériaux magnétiques doux
Les matériaux magnétiques doux sont facilement magnétisés et démagnétisés, perdant leur magnétisme lorsque le champ magnétique est supprimé. Caractérisés par une perméabilité magnétique élevée (μ=B/H), ils sont facilement magnétisés à une force élevée dans les champs magnétiques, mais conservent peu de magnétisme résiduel lorsque le champ est supprimé.
Ces matériaux sont largement utilisés dans la technologie électronique, en particulier dans les applications à haute fréquence telles que les noyaux magnétiques, les têtes et les noyaux de mémoire, et dans l'ingénierie électrique pour les transformateurs et les commutateurs de relais. Les matériaux magnétiques doux courants comprennent les alliages fer-silicium, les alliages fer-nickel et les métaux amorphes. L'alliage Fe-(3%-4%)Si, le matériau magnétique doux le plus couramment utilisé, est employé dans les transformateurs, les moteurs et les générateurs à basse fréquence.
Les alliages fer-nickel, tels que le Permalloy (79%Ni-21), offrent une perméabilité magnétique plus élevée et des pertes plus faibles que les alliages fer-silicium et sont utilisés dans les télécommunications, les ordinateurs et les systèmes de contrôle. Les métaux amorphes, qui se distinguent des métaux typiques par leur structure non cristalline, sont composés de Fe, Co, Ni et de métalloïdes tels que B, Si.
Produits par le refroidissement rapide d'un métal en fusion pour obtenir une structure atomique non cristalline, les métaux amorphes présentent d'excellentes propriétés magnétiques et sont utilisés dans les transformateurs à haut rendement énergétique, les capteurs magnétiques, les têtes d'enregistrement, etc. Certains métaux amorphes présentent également une excellente résistance à la corrosion, une grande solidité et une bonne ténacité.
(2) Matériaux magnétiques permanents (matériaux magnétiques durs)
Les matériaux magnétiques permanents conservent leur magnétisme après magnétisation, même lorsque le champ magnétique externe est supprimé. Ils se caractérisent par un magnétisme résiduel et une coercivité élevés, ce qui les rend appropriés pour les aimants permanents utilisés dans les boussoles, les instruments, les micromoteurs, les moteurs électriques, les enregistreurs, les téléphones, les applications médicales, etc. Les matériaux magnétiques permanents comprennent les ferrites et les aimants permanents métalliques.
Les ferrites, largement utilisées en raison de leur grand volume, de leur vaste champ d'application et de leur faible coût, ont des propriétés magnétiques modérées et conviennent aux applications générales des aimants permanents. Les aimants permanents en métal ont commencé par acier à haute teneur en carbone mais ont évolué vers des matériaux plus performants tels que les alliages Al-Ni-Co et Fe-Cr-Co ; les aimants en terres rares, tels que les anciens alliages terres rares-cobalt (Re-Co) (principalement SmCo5 et Sm2Co17 fabriqués par métallurgie des poudres) et les aimants en terres rares niobium-fer-bore (Nb-Fe-B), très répandus. Les aimants Nb-Fe-B offrent non seulement des performances supérieures, mais ils sont également dépourvus de cobalt, un élément rare. Ils sont donc rapidement devenus les représentants des aimants permanents haute performance, utilisés dans les haut-parleurs haute performance, les compteurs d'eau électroniques, les instruments à résonance magnétique nucléaire, les micromoteurs, les démarreurs de voiture, etc.
(6) Nanomatériaux
La nanotechnologie est un système intégré qui combine la haute technologie et la science de pointe, et qui consiste fondamentalement à comprendre et à modifier la nature à l'échelle nanométrique en manipulant et en arrangeant directement les atomes et les molécules pour créer de nouveaux matériaux. Les nanotechnologies englobent sept domaines : la physique des nanosystèmes, la nanochimie, la science des nanomatériaux, la nanobiologie, la nanoélectronique, la nanofabrication et la nanomécanique.
Les nanomatériaux, dont le nom est apparu dans les années 1980, sont des matériaux solides composés de nanoparticules dont la taille ne dépasse pas 100 nanomètres. La préparation et la synthèse des nanomatériaux restent le principal axe de recherche, et bien que des progrès aient été réalisés dans la synthèse d'échantillons, la production à grande échelle d'échantillons en vrac reste un défi, ce qui rend l'étude de la préparation des nanomatériaux cruciale pour leur application.
L'industrie des matériaux est l'industrie de base de l'économie nationale, et les nouveaux matériaux sont les précurseurs du développement de l'industrie des matériaux.
Graphène, nanotubes de carbone, alliages amorphes, métaux moussés, liquides ioniques... 20 nouveaux matériaux offrent des possibilités illimitées pour le développement de l'industrie des matériaux.
Aujourd'hui, la révolution scientifique et technologique se développe rapidement, les nouveaux produits matériels évoluent chaque jour et le rythme de la modernisation industrielle et du remplacement des matériaux s'accélère.
La nouvelle technologie des matériaux est intégrée à la nanotechnologie, à la biotechnologie et à la technologie de l'information.
L'intégration structurelle et fonctionnelle et les matériaux fonctionnels deviennent plus intelligents.
Les caractéristiques écologiques des matériaux à faible teneur en carbone, verts et recyclables ont attiré beaucoup d'attention.
Cet article a sélectionné 20 nouveaux matériaux en se basant sur les progrès de la recherche d'entreprises et d'instituts de recherche nationaux et étrangers renommés, sur les analyses des médias scientifiques et technologiques et sur la recherche des points chauds de l'industrie.
Vous trouverez ci-dessous les informations détaillées sur les matériels concernés (dans le désordre).
Une percée :
Conductivité électrique extraordinaire, résistivité extrêmement faible, vitesse de migration des électrons extrêmement faible et extrêmement rapide, résistance des dizaines de fois supérieure et excellente transmission de la lumière par rapport à l'acier.
Ddéveloppement Trendre :
Le prix Nobel de physique 2010 a rendu le graphène très populaire dans le monde de la technologie et sur les marchés financiers au cours des dernières années.
Au cours des cinq prochaines années, l'utilisation du graphène connaîtra une croissance explosive dans les domaines des écrans photoélectriques, des semi-conducteurs, des écrans tactiles, des appareils électroniques, des batteries de stockage d'énergie, des écrans, des capteurs, des semi-conducteurs, de l'aérospatiale, de l'armée, des matériaux composites et de la biomédecine.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology, etc.
Une percée :
Grande porosité, faible densité, légèreté, faible conductivité thermique, excellentes propriétés d'isolation thermique.
Tendance de développement :
Nouveaux matériaux à fort potentiel.
Ils présentent un grand potentiel dans les domaines de la conservation de l'énergie et de la protection de l'environnement, de l'isolation thermique des appareils électriques et de la construction.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Fosman Technology, W.R. Grace, Fuji-Silysia, Japon, etc.
Une percée :
Conductivité électrique élevée, conductivité thermique élevée, module d'élasticité élevé, résistance élevée à la traction, etc.
Tendance de développement :
Électrodes pour dispositifs fonctionnels, supports de catalyseurs, capteurs, etc.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Unidym, Inc, Toray Industries, Inc, Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co, Ltd, Forsman Technology, Suzhou First Element, etc. Forsman Technology, Suzhou First Element, etc.
Une percée :
Avec des propriétés optiques linéaires et non linéaires, la supraconductivité des fullerènes de métaux alcalins, etc.
Tendance de développement :
L'avenir offre d'importantes perspectives dans les domaines des sciences de la vie, de la médecine, de l'astrophysique, etc., et devrait être utilisé dans des dispositifs photoélectriques tels que les convertisseurs optiques, les conversions de signaux et le stockage de données.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Michigan State University, Xiamen Funa New Materials, etc.
Une percée :
Haute résistance et ténacité, excellente perméabilité magnétique et faible perte magnétique, ainsi qu'un excellent écoulement des liquides.
Ddéveloppement Trendre :
Peut être utilisé dans les transformateurs haute fréquence à faibles pertes, les pièces structurelles des équipements terminaux mobiles, etc.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Liquidmetal Technologies, Inc, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, BYD, etc.
Une percée :
Légèreté, faible densité, porosité élevée et grande surface spécifique.
Ddéveloppement Trendre :
Il possède une conductivité et peut remplacer les domaines d'application où les produits inorganiques non-inflammables sont utilisés.matériaux métalliques ne peut pas conduire l'électricité.
Il présente un grand potentiel dans le domaine de l'isolation acoustique et de la réduction du bruit.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Alcan (Aluminum Association, USA), Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro, etc.
Une percée :
Stabilité thermique élevée, large plage de température des liquides, ajustement de l'acide et de l'alcali, de la polarité, de la capacité de coordination, etc.
Tendance de développement :
Il a de vastes perspectives d'application dans le domaine de l'industrie chimique verte, ainsi que dans celui de la biologie et de la catalyse.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Solvent Innovation, BASF, Institut de physique de Lanzhou, Académie chinoise des sciences, Université de Tongji, etc.
Une percée :
Il présente une bonne biocompatibilité, une bonne capacité de rétention d'eau et une large gamme de stabilité du pH.
Il présente également une structure en nano-réseaux et des propriétés mécaniques élevées.
Ddéveloppement Trendre :
Il a de grandes perspectives dans les domaines de la biomédecine, de l'amélioration, de l'industrie du papier, de la purification, des composés conducteurs et inorganiques, de l'alimentation ainsi que des composés magnétiques industriels.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Cellu Force (Canada), US Forest Service, Innventia (Suède), etc.
Une percée :
La perocakite du Namomètre possède une magnétorésistance géante, une conductivité ionique élevée et joue un rôle catalytique dans la précipitation et la réduction de l'oxygène.
Ddéveloppement Trendre :
À l'avenir, il présentera un énorme potentiel dans les domaines de la catalyse, du stockage, des capteurs et de l'absorption de la lumière.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Epry, AlfaAesar, etc.
Une percée :
La modification des méthodes de traitement industriel traditionnelles permet d'obtenir rapidement la formation de structures complexes.
Tendance de développement :
Cette méthode de moulage révolutionnaire offre de grandes perspectives dans le domaine du moulage de structures complexes et du moulage à traitement rapide.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Object, 3DSystems, Stratasys, Huashu Hi-Tech, etc.
Une percée :
Il modifie les caractéristiques rigides et fragiles du verre traditionnel et réalise l'innovation révolutionnaire de la flexibilité du verre.
Tendance de développement :
Les perspectives seront immenses dans le domaine des futurs écrans flexibles et des appareils pliables.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Corning, Allemagne SCHOTT, etc.
Une percée :
L'auto-assemblage des molécules matérielles réalisera l'"intelligence" du matériau lui-même.
Changer la méthode précédente de préparation du matériau pour que celui-ci prenne spontanément une certaine forme et une certaine structure.
Tendance de développement :
La modification des méthodes traditionnelles de préparation et de réparation des matériaux ouvre de grandes perspectives dans le domaine des dispositifs moléculaires, ingénierie de surface et les nanotechnologies.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Université de Harvard, etc.
Une percée :
Les plastiques peuvent être dégradés naturellement et les matières premières proviennent de ressources renouvelables, ce qui réduit la dépendance des plastiques traditionnels à l'égard des ressources fossiles telles que le pétrole, le gaz naturel et le charbon, ainsi que la pollution de l'environnement.
Tendance de développement :
Il remplacera les plastiques traditionnels à l'avenir et offre de grandes perspectives.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Natureworks, Basf, Kaneka, etc.
Une percée :
Ces matériaux ont une grande résistance, une faible densité et une excellente résistance à la corrosion.
Ils ont également des perspectives illimitées dans le domaine de l'aviation et dans le domaine civil.
Tendance de développement :
À l'avenir, ces matériaux auront un large éventail d'applications potentielles en termes de légèreté, de solidité et de résistance à la corrosion.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Institut de technologie de Harbin.
Une percée :
Il possède des propriétés physiques que les matériaux conventionnels n'ont pas, telles qu'une perméabilité et une permittivité négatives.
Tendance de développement :
Il a modifié le concept traditionnel de traitement en fonction de la nature du matériau.
À l'avenir, les caractéristiques des matériaux pourront être conçues en fonction des besoins, et le potentiel sera infini et révolutionnaire.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Boeing, Kymeta, Shenzhen Guangqi Research Institute, etc.
Une percée :
À l'état supraconducteur, le matériau présente une résistance nulle, aucune perte de courant et des propriétés antimagnétiques dans un champ magnétique.
Tendance de développement :
Si la technologie des supraconducteurs à haute température est percée à l'avenir, elle devrait permettre de résoudre les problèmes suivants transmission de puissance et la nouvelle technologie verte de suspension magnétique de la transmission.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Sumitomo Japon, Bruker Allemagne, Académie chinoise des sciences, etc.
Une percée :
Après le préformage, après avoir été déformé sous l'effet de conditions extérieures, il est ensuite traité dans certaines conditions et ramené à sa forme initiale afin de réaliser la conception et l'application de la déformation réversible du matériau.
Tendance de développement :
Elle présente un grand potentiel dans les domaines de la technologie spatiale, de l'équipement médical, de l'équipement mécano-électronique et d'autres domaines.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Youyan New materials, etc.
Une percée :
Sous l'action du champ magnétique, il peut produire des performances d'allongement ou de compression et réaliser l'interaction entre la déformation du matériau et le champ magnétique.
Tendance de développement :
Il est largement utilisé dans les dispositifs structurels intelligents, les dispositifs d'absorption des chocs, les structures de conversion de l'énergie, les moteurs de haute précision et d'autres domaines, et présente de meilleures performances que les céramiques piézoélectriques dans certaines conditions.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
ETREMA, American, British Rare Earth Products Company, Japan Sumitomo Light Metal Company, etc.
Une percée :
État liquide, combinant les propriétés magnétiques des matériaux magnétiques solides et la fluidité des liquides.
Il possède des caractéristiques et des applications que les matériaux magnétiques en vrac traditionnels n'ont pas.
Tendance de développement :
Il est utilisé dans les domaines de l'étanchéité magnétique, de la réfrigération magnétique, de la pompe à chaleur magnétique, etc., et modifie la réfrigération étanche traditionnelle et d'autres méthodes.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
American ATA Applied Technology Corporation, Japan Panasonic, etc.
Une percée :
Il est capable de détecter et de réagir aux changements du milieu environnant et présente des caractéristiques de réaction biologique similaires.
Tendance de développement :
Le cycle d'expansion-contraction du gel polymère intelligent peut être utilisé pour les valves chimiques, la séparation par adsorption, les capteurs et les matériaux de mémoire.
L'énergie fournie par le cycle est utilisée pour concevoir le "moteur chimique".
La contrôlabilité de la maille convient aux systèmes intelligents de libération de médicaments, etc.
Principaux instituts de recherche (entreprises) :
Universités américaines et japonaises.
Introduction :
Le film holographique est une application révolutionnaire de la technologie des hologrammes. Il s'agit d'un film de projection breveté qui, pour la première fois au niveau international, permet de voir des images directement de l'avant et de l'arrière, sous de multiples angles, y compris à 360 degrés, quelles que soient les conditions d'éclairage.
Le film holographique offre des affichages aériens dynamiques avec une image cristalline, tout en permettant aux spectateurs de voir à travers le film jusqu'à l'arrière-plan. Il peut être associé à un logiciel interactif pour créer des images interactives tridimensionnelles, plongeant le public dans une expérience spatiale captivante.
Avec des avantages inégalés tels que la haute définition, la résistance à la lumière vive, l'ultra-minceur et les propriétés antivieillissement, il est en passe de devenir l'un des matériaux les plus prometteurs de l'avenir.
Tendances futures :
Grâce à sa capacité à fournir des affichages aériens dynamiques et une imagerie claire, tout en permettant au public de voir à travers l'arrière-plan et d'interagir avec des images tridimensionnelles, le film holographique présente de nombreux avantages inégalés. Il se situe à l'avant-garde de l'innovation matérielle et est destiné à attirer davantage de recherches scientifiques.
Les prévisions concernant les tendances futures en matière de développement de films holographiques portent sur deux aspects principaux :
Premièrement, les composants nano-optiques au niveau moléculaire, centrés sur le cristal de filtre coloré holographique (HCFC) et intégrant la nanotechnologie à une approche multidisciplinaire combinant la science des matériaux, l'optique et la science des polymères.
Deuxièmement, le film comportera des structures optiques de précision avancées dans sa conception légère, garantissant une imagerie de haute définition et de haute luminosité.
La clarté exceptionnelle du matériau et son design minimaliste et élégant contribuent à son utilisation dans les appareils électroniques et les films optiques. Le développement de la technologie des films holographiques est au centre des préoccupations de nombreux pays et, sans exagération, il incarne l'avenir. Le pays qui maîtrisera et utilisera le premier cette technologie ouvrira la voie à l'ère technologique avancée.
Introduction :
L'hydrogène métallique est un état conducteur de l'hydrogène liquide ou solide formé sous des pressions de millions d'atmosphères. Sa conductivité électrique est similaire à celle des métaux, d'où le nom d'hydrogène métallique. En tant que matériau de stockage à haute densité et à haute énergie, l'hydrogène métallique était auparavant considéré comme un supraconducteur à température ambiante.
Il contient une énorme quantité d'énergie, 30 à 40 fois supérieure à celle des explosifs TNT conventionnels. Le 26 janvier 2017, la revue Science a annoncé que le laboratoire de l'université de Harvard avait réussi à créer de l'hydrogène métallique. Cependant, le 22 février 2017, à la suite d'une erreur de manipulation, le seul échantillon d'hydrogène métallique au monde a disparu.
En théorie, il est certainement possible d'obtenir de l'hydrogène métallique sous une pression extrêmement élevée, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour que les scientifiques puissent acquérir des échantillons. La plupart des supraconducteurs connus doivent être refroidis à l'aide d'hélium liquide (-269°C) ou d'azote liquide (-196°C), ce qui limite le développement de la technologie supraconductrice.
Contrairement aux chimistes, les astronomes qualifient de métaux tous les éléments à l'exception de l'hydrogène et de l'hélium. Dans des conditions de température et de pression élevées, l'hydrogène gazeux peut également se transformer en hydrogène métallique conducteur.
Par exemple, la couche externe de Jupiter est constituée de 1000 kilomètres d'hydrogène moléculaire gazeux, sous lequel se trouve une couche de 24 000 kilomètres d'hydrogène moléculaire liquide, suivie d'une couche de 45 000 kilomètres d'hydrogène métallique liquide.
En 1936, le scientifique américain Wigner a calculé pour la première fois la pression à laquelle l'hydrogène se transforme en métal, suggérant que la pression critique pour cette transformation se situait entre un et dix millions d'atmosphères.
Tendances futures du développement :
La température critique supraconductrice de l'hydrogène métallique, qui est la température maximale à laquelle il présente une supraconductivité, se situe entre -223°C et -73°C. Il pourrait potentiellement être utilisé à des températures proches de celle du dioxyde de carbone solide (-78,45°C), ce qui ferait progresser de manière significative la technologie supraconductrice.
L'hydrogène métallique étant un matériau de haute densité, son utilisation comme carburant permettrait de réduire considérablement la taille et le poids des fusées, ce qui entraînerait un bond monumental dans l'exploration spatiale. L'avènement de l'hydrogène métallique, qui s'apparente à la naissance de la machine à vapeur, marquera le début d'une ère révolutionnaire dans le domaine de la science et de la technologie.
L'hydrogène métallique existe à l'état métastable et pourrait être utilisé pour créer des "cages magnétiques" afin de confiner le plasma et de contenir le gaz ionisé brûlant. Les réactions de fusion nucléaire contrôlée convertiraient alors l'énergie nucléaire en énergie électrique, offrant ainsi une source d'énergie propre et bon marché. Cette énergie permettrait de construire sur Terre des "usines qui imitent le soleil", ce qui résoudrait en fin de compte la crise énergétique de l'humanité.
Vue d'ensemble : Un supersolide s'apparente en fait à un superfluide, désignant une substance solide qui possède des propriétés superfluides, combinant essentiellement les caractéristiques de "superfluide + solide". En termes simples, un supersolide conserve non seulement l'arrangement atomique ordonné typique d'un état cristallin, mais il s'écoule également sans frottement, comme un superfluide.
À des températures extrêmement basses, les lacunes dans la structure cristalline d'un supersolide peuvent se regrouper et circuler librement dans le matériau. Si un objet solide est placé dans les vides d'un côté du supersolide, il traversera le supersolide avec ces vides, se déplaçant aussi librement que s'il passait à travers des murs.
Tendances futures : Ce nouvel état de la matière ne peut exister que dans des conditions de froid extrême et d'ultravide, ce qui signifie que, pour l'instant, nous ne pouvons pas l'appliquer à grande échelle. Toutefois, une compréhension plus approfondie de cet état de la matière apparemment paradoxal pourrait améliorer notre compréhension des propriétés des superfluides et des supraconducteurs, ce qui permettrait de faire progresser de manière significative des secteurs tels que les aimants supraconducteurs, les capteurs supraconducteurs et la transmission d'énergie.
À l'avenir, les vides dans un supersolide deviendront des entités cohérentes qui pourront se déplacer sans entrave dans le reste du solide, à l'instar d'un superfluide. Le condensat de Bose-Einstein est un état particulier de la matière qui se produit à des températures ultra-froides, où les propriétés quantiques des atomes deviennent extrêmement prononcées, présentant un comportement ondulatoire significatif.
Vue d'ensemble :
L'éponge de bois, créée par traitement chimique du bois pour éliminer l'hémicellulose et la lignine, excelle dans l'absorption des huiles contenues dans l'eau. Elle peut absorber jusqu'à 16 à 46 fois son propre poids en huile et peut être réutilisée jusqu'à 10 fois. Cette éponge innovante surpasse toutes les autres éponges et absorbants actuellement utilisés en termes de capacité, de qualité et de réutilisation.
Développement futur :
Les déversements d'hydrocarbures et de produits chimiques ont causé des ravages sans précédent dans les masses d'eau du monde entier. En tant que solution écologique pour nettoyer les océans, l'éponge de bois constitue un moyen efficace de s'attaquer à ce problème.
Vue d'ensemble :
Les cristaux temporels, également connus sous le nom de cristaux espace-temps, sont des cristaux à quatre dimensions qui présentent des structures périodiques à la fois dans l'espace et dans le temps. En règle générale, nous rencontrons trois états fondamentaux de la matière : solide, liquide et gazeux.
Cependant, au fur et à mesure que la science progresse, le concept d'état de la matière s'est élargi pour inclure le plasma, les condensats de Bose-Einstein, les fluides supercritiques et bien d'autres choses encore. Les cristaux de temps représentent un nouvel état de la matière et une phase de non-équilibre qui brise la symétrie de translation temporelle.
Le concept de cristaux temporels a été proposé pour la première fois par le lauréat du prix Nobel Frank Wilczek en 2012. Nous connaissons bien les cristaux tridimensionnels, tels que la glace et les diamants, structures géométriques symétriques créées par l'arrangement périodique de particules microscopiques dans l'espace.
Tout en enseignant à ses étudiants, Wilczek s'est demandé si le concept de cristaux tridimensionnels pouvait être étendu au domaine quadridimensionnel de l'espace-temps, ce qui permettrait à la matière de présenter des arrangements périodiques au fil du temps.
En d'autres termes, les cristaux de temps changent d'état à différents moments, et ces changements sont cycliques. Par exemple, un cristal de temps peut être du sucre à une seconde, de la cassonade à la suivante, puis redevenir du sucre à la troisième seconde.
Tendances futures :
En septembre 2021, quatre théoriciens - Norman Yao, Vedika Khemani, Dominic Else et Masaki Watanabe - ont reçu conjointement le "Breakthrough Prize in Fundamental Physics" (prix de la percée en physique fondamentale), marquant ainsi une reconnaissance plus large du nouveau domaine des cristaux en temps discret.
Fin 2021, l'expérience de cristal en temps discret menée par l'équipe d'informatique quantique de Google a été désignée comme l'une des plus grandes percées physiques de l'année par l'American Physical Society (APS) Physics et l'Institute of Physics (IOP) Physics World.
La recherche sur les cristaux à temps discret a révolutionné notre compréhension des systèmes périodiques, de la localisation de nombreux corps, de la préthermalisation et des processus de thermalisation quantique. Elle a également encouragé un large éventail de chercheurs issus de différents domaines à se pencher sur cette question.
L'évolution des cristaux en temps discret montre que l'exploration scientifique est souvent difficile, exigeant des réfutations et des débats académiques rigoureux. Dans le domaine de la découverte scientifique, les erreurs perspicaces sont plus précieuses que les vérités médiocres, car elles peuvent être à l'origine de nouvelles idées.
Les cristaux de temps ont bénéficié des progrès rapides de la technologie de l'informatique quantique, ce qui a permis leur développement rapide plutôt que leur obscurité.
Introduction :
La société canadienne de biotechnologie Hyperstealth Biotechnology a mis au point un matériau de pointe appelé "Quantum Stealth" (tissu invisible). Ce tissu, appelé "camouflage furtif quantique", devient invisible en courbant les ondes lumineuses.
Tendances futures :
Ce matériau pourrait être utilisé pour créer des capes d'invisibilité, aidant ainsi les soldats sur le champ de bataille à accomplir des missions très difficiles en se dissimulant. Le PDG de l'entreprise, Guy Cramer, a déclaré : Le matériau "Quantum Stealth" peut non seulement aider les forces spéciales à mener des raids en plein jour, mais aussi faciliter la fuite d'un soldat lorsqu'il est confronté à un danger inattendu.
En outre, ce matériau promet d'être appliqué à la prochaine génération d'avions, de sous-marins et de chars furtifs, leur permettant d'atteindre une véritable invisibilité et permettant aux troupes de frapper l'ennemi sans être vues".
Vue d'ensemble : Ce matériau, composé de polymères et d'eau, est conducteur et reste perpétuellement humide.
Perspectives d'avenir : À l'avenir, ce matériau pourrait être utilisé pour créer une peau artificielle et des robots flexibles dotés de capacités biomimétiques.
Introduction :
Les dichalcogénures de métaux de transition (TMDC) possèdent une structure bidimensionnelle simple et sont des matériaux super-innovants au même titre que le graphène. Ils sont généralement composés d'un élément métallique de transition M (comme le molybdène, le tungstène, le niobium, le rhénium, le titane, etc.) et d'un élément chalcogène X (comme le soufre, le sélénium, le tellure, etc.).
En raison de leur coût relativement faible et de leur facilité de fabrication en couches extrêmement fines et stables, ainsi que de leurs propriétés semi-conductrices, les TMDC sont apparus comme des matériaux idéaux dans le domaine de l'optoélectronique.
Tendances futures du développement :
Si des électrons et des trous sont injectés dans les TMDC, ils se recombinent lorsqu'ils se rencontrent et émettent alors des photons. Cette capacité de conversion photonique-électronique est prometteuse pour les TMDC dans le domaine de la transmission optique de l'information, où elles pourraient servir de sources lumineuses ou de lasers miniatures de faible puissance.
Les TMDC peuvent également être combinés avec divers matériaux bidimensionnels pour créer des hétérojonctions avec un minimum de problèmes de désadaptation du réseau. Ces dispositifs photoniques à hétérojonction devraient présenter des performances supérieures dans une gamme spectrale plus large.
Vue d'ensemble :
Les matériaux à ébullition cryogénique sont des substances qui se comportent à l'inverse des matériaux à ébullition thermique, passant de l'état solide à l'état liquide puis à l'état gazeux à mesure que la température diminue. Ces matériaux restent solides à des températures élevées et ambiantes, leur résistance augmentant au fur et à mesure que la température augmente. Ils peuvent résister à des températures supérieures à 10 000 degrés Celsius.
Ils se liquéfient à -121°C et se transforment en gaz à -270°C. Les matériaux cryogéniques en ébullition sont considérés comme des supermatériaux. Comparés aux matériaux résistants aux hautes températures et supraconducteurs les plus avancés actuellement en cours de développement, ils présentent une résistance aux hautes températures et une supraconductivité supérieures.
Lorsqu'ils sont dopés avec des matériaux inertes à ébullition thermique, la résistance à basse température et à ultra-basse température des matériaux à ébullition cryogénique peut être améliorée, ce qui permet d'obtenir une résistance exceptionnelle dans une gamme de températures plus large.
Les matériaux métalliques cryogéniques présentent des propriétés supraconductrices à température ambiante, ce qui élimine la nécessité de recourir à des environnements à basse température très coûteux. Ils présentent donc un immense potentiel pour la recherche et les applications pratiques.
Tendances futures du développement :
Les analystes industriels estiment que les matériaux à ébullition cryogénique pourraient être largement utilisés dans l'aérospatiale, les supermachines et les appareils électroniques. Par exemple, dans l'aérospatiale, ces matériaux pourraient être utilisés pour fabriquer des moteurs et des coques de vaisseaux spatiaux plus performants.
Ils sont idéaux pour les engins spatiaux qui voyagent à la troisième vitesse cosmique ou plus, où les composants doivent conserver une dureté très élevée dans les températures extrêmes générées par les déplacements à grande vitesse, tout en continuant à fonctionner efficacement dans les conditions froides et ultra-froides de l'espace.
Les matériaux cryogéniques en ébullition pourraient être à l'origine d'une révolution technologique dans l'industrie aérospatiale. Cependant, leur synthèse ou leur extraction de la lune présente des défis importants, et un long chemin reste à parcourir avant que ces matériaux puissent être appliqués.
Introduction :
Les fluides magnétorhéologiques, également appelés fluides magnétiques, ferrofluides ou simplement magfluides, représentent une classe innovante de matériaux fonctionnels qui combinent la fluidité des liquides avec les propriétés magnétiques des aimants solides. Composés de particules magnétiques solides de taille nanométrique, de liquides porteurs et de surfactants, ces liquides colloïdaux stables ne présentent aucune attraction magnétique au repos.
Cependant, ils présentent des propriétés magnétiques lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe. Ces caractéristiques uniques ont conduit à une large application et à une valeur académique significative.
Les fluides magnétorhéologiques produits à partir de poudres nanométriques et d'alliages présentent des performances supérieures et sont largement utilisés dans des environnements exigeants pour les joints à fluide magnétique, les systèmes d'amortissement, les appareils médicaux, la modulation du son, les écrans optiques et les processus de séparation magnétorhéologique.
Tendances futures :
Ces dernières années ont été marquées par de nombreuses percées scientifiques dans l'application des matériaux magnétorhéologiques à de nouveaux domaines tels que l'aérospatiale, la défense, les soins de santé et les transports. À mesure que la technologie progresse, ces applications se développent et la demande d'expertise scientifique et technique dans ce domaine ne cesse d'augmenter.
Reconnus comme l'un des matériaux présentant le plus grand potentiel de développement futur, les fluides magnétorhéologiques ont suscité une attention internationale.
Bien que la Chine soit entrée dans le domaine de la recherche magnétorhéologique plus tard que d'autres, elle gagne rapidement du terrain. Le monopole sur les technologies d'application haut de gamme, autrefois détenu par des pays développés comme le Royaume-Uni et les États-Unis, diminuant progressivement, la concurrence dans le domaine de la recherche sur les matériaux magnétorhéologiques devrait s'intensifier dans les années à venir.
Introduction :
Ce matériau de revêtement est un alliage vitreux à base de fer, spécialement conçu pour les forets et les outils d'alésage industriels, qui offre une résistance accrue à la rupture sous de lourdes charges. Il est nettement plus rentable que les matériaux conventionnels tels que les alliages durs de carbure de tungstène et de cobalt et améliore également l'efficacité du creusement de tunnels grâce à sa durée de vie prolongée.
Tendances futures :
Ce matériau a des applications potentielles dans des industries telles que l'industrie manufacturière et la construction à l'avenir.
Vue d'ensemble :
Les nanopoints de pérovskite, connus pour leur magnétorésistance colossale, leur conductivité ionique élevée, leurs propriétés électrocatalytiques et leur activité redox, offrent un vaste potentiel d'applications dans les domaines de l'absorption et du stockage de la lumière, de la catalyse et de la détection.
Les pérovskites sont des matériaux structurels cristallins qui représentent une nouvelle classe de matériaux fonctionnels. Actuellement, leurs problèmes de stabilité constituent un obstacle important au développement. Toutefois, la recherche sur les nouvelles structures de pérovskite progresse, attirant une attention considérable sur les nanopoints de pérovskite.
Tendances futures :
Selon le rapport "China Perovskite Nanodot Market Development Status and Industry Outlook Forecast Research Report" publié par le réseau d'études de marché, une équipe de l'université technologique du Queensland (QUT) en Australie intègre des nanopoints de pérovskite, fabriqués à partir de cheveux humains, dans des cellules solaires.
Ces nanopoints forment une couche protectrice à la surface de la pérovskite, protégeant le matériau de divers facteurs externes, renforçant sa stabilité et augmentant l'efficacité de la conversion photovoltaïque. Cela peut également réduire les coûts de production.
Ces avancées sont cruciales pour le développement à grande échelle des cellules solaires en pérovskite, ce qui laisse présager un avenir prometteur pour les nanopoints en pérovskite.
Introduction :
Les métaux à micro-réseaux sont constitués de minuscules tubes creux interconnectés pour former une structure, le diamètre de chaque tube étant d'environ 100 micromètres et l'épaisseur de la paroi de seulement 100 nanomètres. En raison de sa nature creuse, l'intérieur du métal est composé de 99,99% d'air.
Ce métal est principalement constitué d'air léger, ce qui lui permet de reposer sur un pissenlit ou de flotter au sol comme une plume depuis une grande hauteur. Nombreux sont ceux qui s'interrogent sur la solidité d'un métal aussi léger, le soupçonnant d'être extrêmement fragile. Ce n'est pourtant pas le cas. Les métaux à micro-réseaux sont exceptionnellement solides et possèdent une grande résistance à la compression.
Tendances futures du développement :
En tant qu'électrodes de batteries et supports de catalyseurs, les métaux à micro-réseaux sont appelés à révolutionner l'avenir de l'aviation et de la construction d'engins spatiaux. Ils promettent de réduire la masse des véhicules d'exploration de l'espace lointain de la NASA de 40%, ce qui est crucial pour les futures missions vers Mars et au-delà.
Vue d'ensemble :
Le stanène, également connu sous le nom de couche unique d'atomes d'étain, présente une structure bidimensionnelle en nid d'abeille similaire à celle du graphène, ce qui en fait un nouveau matériau quantique. Sa structure cristalline est basée sur l'étain alpha semblable au diamant et, en raison de sa configuration non stratifiée, il ne peut pas être produit par exfoliation mécanique, ce qui entraîne des barrières technologiques de production extrêmement élevées.
Comparé à d'autres matériaux bidimensionnels tels que le graphène, le silicène et le germanène, le stanène présente des liaisons plus longues et une conductivité électrique supérieure. Il est en passe de devenir le premier super matériau au monde capable d'atteindre une conductivité électrique de 100,0% à température ambiante.
Tendances futures :
Les analystes du secteur indiquent qu'en tant que matériau bidimensionnel émergent, le stanène a de vastes perspectives d'application. Grâce à l'innovation continue et aux percées technologiques en matière de recherche et de développement, la gamme d'applications du stanène devrait s'élargir et l'industrie devrait parvenir à un développement commercial.
Les barrières techniques dans l'industrie du stanène sont élevées et, ces dernières années, de nombreuses équipes de recherche chinoises ont réalisé des progrès significatifs dans l'étude des matériaux à base de stanène, ce qui a eu un impact positif sur la croissance de l'industrie.
Vue d'ensemble :
La superglue moléculaire est un adhésif découvert en 2013 par Mark Howarth et son équipe de recherche du département de biochimie de l'Université d'Oxford, dérivé des protéines libérées par la bactérie Streptococcus pyogenes lors de l'invasion cellulaire.
Inspiré par les protéines émises par Streptococcus pyogenes, l'adhésif est formé de deux composants protéiques qui peuvent se séparer mais se lier à nouveau comme de la colle en cas de contact. Connu sous le nom de superglue moléculaire, cet adhésif présente une grande force d'adhérence, une excellente tolérance aux températures extrêmes et une résilience dans les environnements acides et autres environnements difficiles.
Perspectives d'avenir :
La superglue moléculaire peut se lier aux métaux, aux plastiques et à diverses autres substances, ce qui permet de résoudre le problème courant de la mauvaise adhérence entre les revêtements conventionnels et les métaux.
Introduction :
Les métamatériaux, terme apparu au 21e siècle, désignent des matériaux ou structures composites spéciaux qui possèdent des propriétés physiques extraordinaires que l'on ne trouve pas dans les matériaux conventionnels. Ces propriétés sont obtenues grâce à une conception structurelle ordonnée des dimensions physiques clés.
Les métamatériaux recoupent de nombreuses disciplines telles que la physique, la chimie, l'optoélectronique, la science des matériaux, la science des semi-conducteurs et la fabrication d'équipements, ce qui les place à l'avant-garde de la recherche mondiale et leur confère une importance stratégique.
La prestigieuse revue Science a classé les métamatériaux parmi les dix principales avancées scientifiques de la première décennie de ce siècle, tandis que le magazine Materials Today les a également salués comme l'une des dix percées les plus significatives de la science des matériaux au cours des cinquante dernières années.
Tendances futures :
Les métamatériaux sont en passe de devenir un nouveau matériau au potentiel illimité. Cependant, ils sont encore loin d'une véritable industrialisation à grande échelle, et de nombreux défis doivent encore être relevés. Ces défis orienteront le courant principal de la recherche sur les métamatériaux, ce qui pourrait déboucher sur de nouvelles percées technologiques et de nouvelles réalisations dans ce domaine.
Vue d'ensemble :
Le quantum est un concept essentiel de la physique moderne, représentant la plus petite unité fondamentale de matière et d'énergie. Le métal quantique est un métal composé des plus petites unités de particules et est un matériau bidimensionnel unique. Il possède les caractéristiques des métaux ordinaires, ainsi que des propriétés isolantes et supraconductrices.
Sous des champs magnétiques modérés, il se comporte comme un métal quantique, se transforme en isolant sous des champs magnétiques puissants et devient un supraconducteur à une température inférieure à -272°C. Cela démontre le potentiel de la recherche sur les états bidimensionnels des métaux quantiques.
Tendances futures :
Les analystes de l'industrie indiquent que la supraconductivité est une orientation importante pour la recherche sur les métaux quantiques. Les supraconducteurs, qui présentent une résistance électrique nulle en dessous de leur température critique, peuvent transmettre l'électricité sans perte et ont de nombreuses applications dans les domaines de l'électronique, des télécommunications, de l'énergie, des transports, de la médecine, de l'industrie nucléaire, de l'aérospatiale, etc.
En 2021, le marché mondial des supraconducteurs était évalué à environ $7,6 milliards d'euros et continue d'afficher une tendance à la croissance. Les supraconducteurs peuvent être classés en deux catégories : les supraconducteurs à basse température et les supraconducteurs à haute température, les premiers occupant une position dominante et bénéficiant d'une forte dynamique de développement. Le métal quantique, qui est un type de supraconducteur à basse température, présente une valeur substantielle dans la recherche et les applications.
Introduction :
Le graphène de bore, un matériau bidimensionnel, est une structure atomique planaire monocouche similaire au graphène, composée de l'élément bore. Cette fine pellicule n'a qu'un atome d'épaisseur.
Synthétisé artificiellement, le graphène de bore devrait avoir une variété de structures, posséder des propriétés uniques et afficher de nombreuses caractéristiques métalliques, en particulier des propriétés électroniques exceptionnelles. Il représente une nouvelle classe de matériaux bidimensionnels.
Tendances futures :
Les analystes du secteur suggèrent que pour stimuler les avancées technologiques dans l'industrie, la recherche et l'application de nouveaux matériaux suscitent un grand intérêt sur le marché mondial.
L'investissement des gouvernements et des capitaux dans la recherche sur les nouveaux matériaux ne cesse d'augmenter, et les nouveaux matériaux à haute performance sont développés et commercialisés à un rythme accéléré. En tant que nouveau matériau bidimensionnel, le graphène de bore possède d'excellentes propriétés électroniques et un énorme potentiel de croissance dans des secteurs tels que l'électronique et l'énergie.
À court terme, son marché d'application n'est pas encore formé car il est encore en phase de recherche. Toutefois, à long terme, il présente un potentiel commercial important par rapport au graphène.
Vue d'ensemble :
Le ciment programmable, en gérant la microstructure des particules de ciment, programme ces particules pour former un béton spécialisé à haute densité et faible porosité. Cela permet d'améliorer la solidité, l'étanchéité et la résistance à la corrosion du béton.
Le ciment programmable est un type de ciment innovant et de haute technologie. Il permet non seulement d'améliorer les performances globales, mais aussi de réduire considérablement les dommages causés à l'environnement lors de la production et de l'application.
Tendances futures du développement :
Les analystes du secteur indiquent que la Chine est actuellement moins engagée dans la recherche sur le ciment programmable que les États-Unis. Toutefois, le gouvernement chinois encourage activement la recherche sur les nouveaux matériaux à haute performance et respectueux de l'environnement, car le pays vise à passer du statut de géant manufacturier à celui de puissance manufacturière et à atteindre la neutralité carbone et les objectifs de développement durable.
À l'avenir, les investissements dans la recherche sur les nouveaux matériaux de construction en Chine devraient augmenter régulièrement, et les réalisations dans la recherche sur le ciment programmable devraient se multiplier.
Vue d'ensemble :
Ultra-Thin Platinum est une nouvelle méthode de dépôt rapide et peu coûteux de couches minces de platine, qui permet de réduire considérablement la quantité de métal nécessaire pour les catalyseurs de piles à combustible, et donc d'en abaisser considérablement le coût.
Perspectives d'avenir :
Ce matériau pourrait être utilisé à l'avenir dans des domaines tels que les piles à combustible à hydrogène.
Vue d'ensemble :
Les alliages de platine sont composés de platine mélangé à d'autres métaux tels que le palladium, le rhodium, l'yttrium, le ruthénium, le cobalt, l'osmium et le cuivre. En tant que matériaux fonctionnels, ils sont utilisés pour mesurer la température, comme catalyseurs, pour les contacts électriques, les matériaux d'électrodes, les matériaux élastiques et les matériaux magnéto-hydrodynamiques.
Les alliages de platine pour la mesure de la température présentent une stabilité thermoélectrique et une précision élevées à haute température, principalement dans les systèmes platine-rhodium, platine-molybdène et platine-cobalt. Les alliages platine-rhodium présentent une excellente résistance à l'oxydation à haute température et une grande stabilité chimique.
Les thermocouples en alliage platine-molybdène sont utilisés pour les mesures à haute température dans les atmosphères sous vide ou inertes et dans les champs nucléaires. Les alliages platine-cobalt, utilisés dans les thermomètres à résistance, offrent une grande précision et une grande sensibilité au-delà de 20 K.
Les catalyseurs en alliage de platine sont les seuls matériaux utilisés dans le processus d'oxydation de l'ammoniac pour la production d'acide nitrique. Ils sont principalement constitués de mailles en alliage de platine-rhodium ou de platine-rhodium-palladium.
Tendances futures :
Les alliages de platine ont un large éventail d'applications dans les matériaux de déformation à haute température, les matériaux de bobinage de précision pour les potentiomètres, les matériaux médicaux, la bijouterie et la monnaie, avec un important potentiel de développement futur.
Vue d'ensemble :
Les matériaux autocicatrisants, comme leur nom l'indique, sont capables de réparer automatiquement les dommages sans nécessiter d'intervention significative. Cette propriété permet non seulement de prolonger la durée de vie des articles, mais aussi de garantir leur sécurité et leur intégrité tout en réduisant les coûts d'entretien.
La recherche sur les matériaux auto-cicatrisants a débuté dans les années 1990 dans le domaine du béton architectural. Ce n'est toutefois qu'en 2001 que des progrès significatifs ont été réalisés, lorsque l'électrochimiste de renommée mondiale, l'Américain Scott White, et son équipe ont publié un article dans la revue Nature. Ils ont mis au point des matériaux polymères autocicatrisants en incorporant des microcapsules remplies d'agents cicatrisants dans une résine époxy contenant un catalyseur, ce qui a attiré l'attention du monde entier sur ce domaine.
Tendances futures :
Avec les progrès rapides de la technologie d'autoréparation, divers matériaux autoréparables sont sur le point de trouver des applications plus larges dans des secteurs tels que la construction, l'automobile, l'aérospatiale, l'aviation et l'électronique. Leur utilisation est d'une grande importance pour la conservation des ressources et la réalisation du développement durable.
Vue d'ensemble :
Ce revêtement innovant peut ajuster lui-même la transparence du verre. À des températures supérieures à 67ºC, ce revêtement transparent se transforme en une surface réfléchissante avec une finition semblable à celle d'un miroir pour dévier la lumière du soleil.
Perspectives d'avenir :
Ce matériau a des applications potentielles dans la construction, les transports et d'autres secteurs.
Vue d'ensemble :
Les matériaux biomimétiques sont développés pour imiter les différentes caractéristiques des organismes vivants. Les matériaux artificiels conçus et fabriqués pour imiter les modes de fonctionnement des systèmes vivants et les principes structurels des matériaux biologiques sont appelés matériaux biomimétiques.
Les plastiques biomimétiques possèdent non seulement une résistance bien supérieure à celle des plastiques techniques, mais aussi une ténacité et une résistance à la propagation des fissures remarquables. Ils subissent des changements dimensionnels minimes dans une plage de températures allant de -130°C à 150°C et, à température ambiante, leur coefficient de dilatation thermique ne représente qu'un dixième environ de celui des plastiques conventionnels.
Tendances futures :
Alors que l'urbanisation s'accélère dans notre pays, les questions relatives à la stabilité sociale et à la sécurité urbaine deviennent de plus en plus pressantes. La technologie des plastiques biomimétiques est un élément clé du développement des infrastructures. Par conséquent, avec les progrès socio-économiques et les technologies de l'information, l'application des plastiques biomimétiques est sur le point de devenir une nouvelle tendance à l'avenir.
Introduction :
Les cristaux photoniques sont des nanostructures optiques périodiques qui influencent le mouvement des photons de la même manière que les réseaux ioniques influencent les électrons dans les solides. Ils existent à l'état naturel et se manifestent sous la forme de colorations structurelles et de réflecteurs pour les animaux. En tant que matériaux optiques attrayants, les cristaux photoniques sont utilisés pour contrôler et manipuler le flux de lumière.
Tendances futures :
Les cristaux photoniques unidimensionnels sont déjà largement utilisés dans l'optique à couche mince, avec des applications allant des revêtements antireflets et hautement réfléchissants sur les lentilles et les miroirs aux peintures et encres à couleur changeante. Les cristaux photoniques de plus haute dimension présentent un grand intérêt pour la recherche fondamentale et appliquée, les structures bidimensionnelles commençant à trouver des applications commerciales.
Des produits commerciaux utilisant des cristaux photoniques périodiques bidimensionnels sont apparus sous la forme de fibres à cristaux photoniques, qui utilisent des structures à l'échelle du micron pour confiner la lumière avec des propriétés fondamentalement différentes de celles guidées par les fibres conventionnelles utilisées dans les dispositifs non linéaires et pour guider des longueurs d'onde inhabituelles.
Bien que leurs équivalents tridimensionnels soient loin d'être commercialisés, ils pourraient offrir des fonctionnalités supplémentaires, telles que la non-linéarité optique nécessaire au fonctionnement des transistors optiques utilisés dans les ordinateurs optiques, une fois que certains aspects techniques, tels que la fabricabilité et les difficultés majeures, auront été surmontés.
Vue d'ensemble :
Les matériaux céramiques résistants à l'érosion représentent une avancée très prometteuse dans le domaine des matériaux structurels à haute température. Avec un point de fusion élevé, ils servent de matériaux réfractaires supérieurs pour des applications telles que les fours et les tubes de four à haute température. Parmi ces céramiques, celles qui sont classées dans la catégorie des matériaux structurels sont principalement composées de propriétés mécaniques telles que la résistance, la dureté et la ténacité.
Bien que les métaux aient été largement utilisés comme matériaux structurels, leur susceptibilité à la corrosion et à l'oxydation à haute température les rend inadaptés à ces conditions. L'avènement des céramiques structurelles à haute température permet de combler les lacunes des matériaux métalliques plus faibles. Ces céramiques sont résistantes aux températures élevées, à l'oxydation et à la corrosion acido-basique.
Tendances futures :
Les céramiques résistantes à l'érosion et aux températures élevées offrent une isolation, une résistance à la température, une résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques robustes. Les revêtements isolants céramiques haute température sont reconnus pour leur respect de l'environnement, leur efficacité et leur multifonctionnalité, ce qui leur confère une place importante dans le secteur des revêtements spécialisés.
Vue d'ensemble :
L'hydrocéramique est un matériau composé de billes d'hydrogel qui peuvent gonfler jusqu'à 400 fois leur volume d'origine lorsqu'elles sont immergées dans l'eau.
Tendances futures :
Grâce à cette propriété remarquable, les billes sphériques absorbent les liquides qui s'évaporent dans l'air ambiant lorsqu'il fait chaud, procurant ainsi un effet rafraîchissant.
Vue d'ensemble :
Les plastiques recyclables à l'infini sont ceux qui peuvent être recyclés indéfiniment. Par rapport aux plastiques conventionnels, les plastiques recyclables à l'infini peuvent être retraités, ce qui permet d'éviter les dommages causés par les produits plastiques dans l'environnement et offre donc des avantages écologiques considérables. Contrairement aux plastiques biodégradables, les plastiques recyclables à l'infini ne se dégradent pas dans la nature mais peuvent être réutilisés, ce qui leur confère une valeur économique substantielle.
Tendances futures du développement :
Les plastiques recyclables à l'infini ont de vastes perspectives commerciales dans le contexte des stratégies de développement durable. Les analystes de l'industrie indiquent que les plastiques courants sont actuellement confrontés à divers problèmes concernant la valeur écologique et économique. Les plastiques recyclables à l'infini peuvent résoudre ces problèmes dans une large mesure et remplacer les plastiques existants dans la fabrication de divers produits.
Introduction :
Les principaux matériaux utilisés dans l'impression 4D sont les polymères. En 2014, des scientifiques ont mis au point une fibre polymère sensible à la tension qui peut être transformée en robes capables de s'adapter automatiquement à la forme et aux mouvements du corps de la personne qui les porte.
Tendances futures :
Les matériaux intelligents sont au cœur de la technologie 4D. Cependant, comme la recherche dans ce domaine en est encore à ses débuts, seuls quelques matériaux matures sont prêts à être déployés sur le marché, les polymères étant les principaux concernés. Cette situation présente à la fois des opportunités et des défis. Un domaine clé de la recherche actuelle consiste à étudier le potentiel des céramiques, des métaux, des substances biologiques et des composites en tant que matériaux d'impression.
Vue d'ensemble :
Ce polymère délicat et lisse, lorsqu'il est appliqué sur la peau, peut instantanément resserrer et lifter, effaçant sans effort les rides.
Perspectives d'avenir :
Ce matériau est très prometteur pour le développement de produits de soins de la peau et le traitement des affections cutanées.
La technologie de l'IA accélère le processus de développement des matériaux à haute performance principalement grâce aux aspects suivants :
Améliorer la précision de la modélisation et la capacité à générer de nouvelles fonctions : L'innovation centrale de la science des matériaux de l'IA réside dans l'optimisation des algorithmes, en particulier l'application de la technologie de l'apprentissage profond. Cela permet d'améliorer considérablement la précision de la modélisation, et donc de prédire plus précisément les performances et les fonctions des nouveaux matériaux.
Initiative sur le génome des matériaux : En établissant l'infrastructure nécessaire à l'innovation de nouveaux matériaux, la technologie de l'IA permet au moins de doubler la vitesse entre la recherche et le développement et l'application des matériaux, tout en réduisant les coûts de moitié. Dans ce processus, la création d'une base de données est essentielle, car elle constitue la pierre angulaire de l'ingénierie du génome des matériaux.
Expériences à haut débit, automatisées et intelligentes : La technologie de l'IA a favorisé le haut débit, l'automatisation et l'intelligence des expériences sur les matériaux. Cela permet non seulement d'améliorer l'efficacité des expériences, mais aussi de favoriser l'intégration profonde des simulations théoriques et des données expérimentales, guidant ainsi la conception et l'optimisation de nouveaux matériaux.
Combinaison de méthodes de big data et d'apprentissage automatique : La méthode d'apprentissage automatique qui combine une fonction de haute précision et un potentiel profond construit avec la technologie de l'IA avec un calcul à haut débit peut prédire les matériaux d'avant-garde tels que les isolants topologiques, les matériaux catalytiques, les matériaux bidimensionnels, etc.
Résoudre le problème du "goulot d'étranglement" : La technologie de l'IA, en particulier la recherche pilotée par la technologie du big data, fournit des moyens efficaces pour résoudre des problèmes difficiles dans le domaine de la science des matériaux, accélérant ainsi le processus de développement de nouveaux matériaux.
Application de l'informatique des matériaux : L'utilisation efficace de l'IA pour la recherche sur l'informatique des matériaux, qui fait progresser le développement des matériaux grâce à la prédiction des propriétés, est un aspect important des méthodes innovantes de l'IA dans le domaine de la science des matériaux.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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