常用材料介紹材料是現(xiàn)代工程與科技發(fā)展的基礎(chǔ)，本課程將為大家詳細(xì)介紹各類常用材料的基本知識、特性及應(yīng)用領(lǐng)域。通過系統(tǒng)化的材料基礎(chǔ)知識精要概覽，我們將深入了解材料如何與現(xiàn)代工程應(yīng)用密切相關(guān)。課程內(nèi)容框架材料分類及特性系統(tǒng)介紹各類材料的基本分類方法及其特性，建立完整的材料認(rèn)知體系。深入解析材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系。常見材料詳解詳細(xì)講解金屬、非金屬、高分子、復(fù)合材料及前沿新材料的組成、特點與制備方法，幫助理解不同材料的優(yōu)缺點與適用場景。工程與生活應(yīng)用材料的定義與作用材料的科學(xué)定義材料是指具備特定性能可制造使用的物質(zhì)，它們經(jīng)過精心設(shè)計和處理，能夠滿足各種工程與應(yīng)用需求。材料科學(xué)研究的是物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性能及其相互關(guān)系。材料的廣泛應(yīng)用材料在工程、建筑、能源、電子、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。從簡單的日用品到復(fù)雜的高科技設(shè)備，材料的選擇和使用直接影響產(chǎn)品的性能和壽命。材料與科技發(fā)展材料的基本分類金屬材料具有金屬光澤、良好導(dǎo)電導(dǎo)熱性、塑性和韌性的材料，包括鋼鐵、鋁、銅等及其合金。無機非金屬材料包括陶瓷、玻璃、水泥等，通常具有高硬度、高耐溫性和良好的絕緣性能。高分子材料由大分子聚合物構(gòu)成，包括塑料、橡膠、纖維等，具有質(zhì)輕、柔韌、絕緣等特點。復(fù)合材料由兩種或兩種以上不同性質(zhì)材料復(fù)合而成，兼具組分材料的優(yōu)點，性能優(yōu)于單一材料。新型材料材料選擇的基本原則性能需求根據(jù)使用環(huán)境和功能要求選擇合適的材料性能經(jīng)濟性與可獲得性考慮成本效益和供應(yīng)鏈穩(wěn)定性環(huán)境適應(yīng)性及可持續(xù)性注重材料的環(huán)保性能和生命周期影響金屬材料總覽優(yōu)異的力學(xué)性能金屬材料普遍具有高強度、高韌性和良好的可塑性，能夠承受較大的機械載荷。鋼材的抗拉強度可達(dá)數(shù)百兆帕，鋁合金雖然密度低但比強度很高，這使得金屬成為承重結(jié)構(gòu)的首選材料。卓越的傳導(dǎo)特性金屬普遍具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，銅和鋁是電力傳輸和熱交換系統(tǒng)中的關(guān)鍵材料。自由電子的存在使金屬能夠高效傳導(dǎo)電流和熱量，這在現(xiàn)代電子設(shè)備和能源系統(tǒng)中至關(guān)重要。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域金屬的基本結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬原子通常以規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)排列，主要包括體心立方（如鐵、鎢）、面心立方（如鋁、銅）和六方密堆（如鎂、鈦）三種基本類型。這些不同的晶體結(jié)構(gòu)決定了金屬的基本物理性能。晶界與缺陷實際金屬材料中存在大量的晶界、位錯、空位等微觀缺陷，這些缺陷雖然數(shù)量微小，卻顯著影響材料的力學(xué)性能。通過控制這些缺陷，可以實現(xiàn)對金屬性能的精確調(diào)控。金屬強化機制固溶強化、細(xì)晶強化、沉淀強化和形變強化是提高金屬強度的主要方法。這些強化機制通過阻礙位錯運動，使金屬材料獲得更高的強度和硬度，從而滿足各種工程應(yīng)用的需求。鋼鐵材料介紹碳鋼碳鋼是含碳量在0.03%-2.11%之間的鐵碳合金，按含碳量可分為低碳鋼（<0.25%C）、中碳鋼（0.25-0.60%C）和高碳鋼（>0.60%C）。含碳量增加，強度和硬度提高，但韌性和塑性降低。低碳鋼用于制造薄板、線材；中碳鋼用于制造機械零件；高碳鋼用于制造工具和模具。合金鋼合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上添加了錳、硅、鉻、鎳、鉬等合金元素的鋼材。不同的合金元素賦予鋼材特殊性能，如抗腐蝕、耐磨、高溫強度等。常見的合金鋼有結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、彈簧鋼等，在機械、汽車、工具制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。不銹鋼不銹鋼是含鉻量大于10.5%的鐵基合金，具有優(yōu)異的耐腐蝕性。按組織結(jié)構(gòu)可分為奧氏體不銹鋼（304、316）、鐵素體不銹鋼（430）、馬氏體不銹鋼（420）等。不銹鋼廣泛用于食品加工設(shè)備、廚具、建筑裝飾、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。2023年全球不銹鋼產(chǎn)量約為5600萬噸。鋼鐵的主要應(yīng)用90%高層建筑現(xiàn)代高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比例，鋼材的高強度與良好的韌性使其成為高層建筑的理想骨架材料40%船舶構(gòu)成現(xiàn)代船舶中鋼材的重量占比，特殊船用鋼滿足海洋環(huán)境下的耐腐蝕和強度要求75%橋梁工程大型橋梁中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比例，高強度低合金鋼使大跨度橋梁的建造成為可能60%車輛制造汽車車身中鋼材的平均用量比例，先進高強鋼是汽車輕量化的關(guān)鍵材料鋁及鋁合金輕質(zhì)高強鋁的密度僅為2.7g/cm3，約為鋼的三分之一，但通過合金化和特殊熱處理，某些鋁合金的比強度可超過鋼材。鋁合金的這一特性使其成為航空航天和交通運輸領(lǐng)域減重的理想材料。優(yōu)良耐腐蝕性鋁表面會自然形成一層致密的氧化膜，使其具有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性能。通過陽極氧化處理，可進一步增強鋁的耐腐蝕性和裝飾性，延長使用壽命。卓越導(dǎo)電性鋁的導(dǎo)電率約為銅的61%，但考慮到重量因素，鋁的比導(dǎo)電率實際優(yōu)于銅。因此，鋁廣泛用于輸電線路、電子散熱器等領(lǐng)域，市場需求持續(xù)增長。鋁的加工與成形熔煉鑄造原材料熔化并加入合金元素?zé)峒庸こ尚螖D壓、軋制、鍛造等塑性加工熱處理強化固溶、時效處理提高性能回收再利用廢鋁回收率高達(dá)85%鋁的加工工藝流程通常始于熔煉鑄造，將原鋁與各種合金元素按比例熔化混合，然后進行熱加工成形。擠壓是最常用的鋁型材成形方法，可生產(chǎn)各種復(fù)雜截面的長條材；軋制主要用于生產(chǎn)鋁板、鋁箔；沖壓適用于制造復(fù)雜形狀的薄壁件。鋁的回收再利用不僅環(huán)保，還能節(jié)省95%的能源成本。銅及銅合金銅的主要特性銅是僅次于銀的最佳導(dǎo)電、導(dǎo)熱金屬，電導(dǎo)率高達(dá)58MS/m（國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)），熱導(dǎo)率為401W/(m·K)。這些特性使銅成為電氣工程和熱交換系統(tǒng)的理想材料。銅還具有優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的加工性和美觀的金屬光澤，這使其在建筑裝飾和藝術(shù)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。常用銅合金黃銅是銅鋅合金，含鋅15-40%。隨著鋅含量增加，強度提高但延展性下降。常見的黃銅有H59、H62、H68等，廣泛用于閥門、水管接頭、裝飾件等。青銅主要是銅錫合金，具有良好的耐磨性和自潤滑性，如錫青銅、鋁青銅、硅青銅等，主要用于軸承、齒輪、船用螺旋槳等。主要應(yīng)用領(lǐng)域電氣領(lǐng)域：家用電線、電力電纜、變壓器、電機繞組等，全球約50%的銅用于電氣設(shè)備。熱交換系統(tǒng)：空調(diào)、冰箱、熱交換器等熱傳導(dǎo)組件，利用銅優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。建筑領(lǐng)域：水管、氣管、屋頂材料、裝飾件等，利用銅的耐腐蝕性和美觀性。鎂及其合金結(jié)構(gòu)金屬中的輕量冠軍鎂是工業(yè)用結(jié)構(gòu)金屬中密度最低的，僅為1.7g/cm3，比鋁輕約35%，比鋼輕約75%。這一特性使鎂合金成為追求極致輕量化領(lǐng)域的首選材料，在3C產(chǎn)品殼體、汽車零部件等領(lǐng)域具有獨特優(yōu)勢。卓越的減震性能鎂合金具有優(yōu)異的減震能力，其阻尼系數(shù)比鋁高出10倍以上。這使得鎂合金在需要減振的場合，如電動工具外殼、汽車變速箱殼體等應(yīng)用中表現(xiàn)出色，可有效降低噪音和振動。良好的加工性能鎂合金具有良好的鑄造性能和切削加工性能，可采用壓鑄、擠壓、鍛造等多種方法成形。特別是在高壓壓鑄方面，鎂合金可以制造出復(fù)雜形狀、薄壁的精密部件，滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品對輕薄化的追求。鈦及鈦合金航空航天醫(yī)療植入化工裝備海洋工程體育休閑鈦合金憑借其獨特的高強度低密度比和卓越的耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療植入、化工裝備等領(lǐng)域。鈦的密度為4.5g/cm3，約為鋼的57%，但其比強度可媲美甚至超過許多鋼種。鈦還具有生物相容性好、耐高溫、低溫脆性小等特點，是醫(yī)療植入體的理想材料。目前全球鈦材市場年增長率保持在7%左右，預(yù)計到2025年市場規(guī)模將超過60億美元，主要由航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域需求驅(qū)動。其他常用金屬鋅鋅主要用于電鍍防腐（鍍鋅鋼材），也是制造電池殼、壓鑄合金的重要材料。全球約55%的鋅用于鍍鋅防腐，13%用于壓鑄，其余用于銅鋅合金和其他應(yīng)用。鋅的年產(chǎn)量約為1300萬噸。鉛鉛具有良好的耐腐蝕性和屏蔽性能，主要用于蓄電池、電纜護套和輻射防護。全球約80%的鉛用于制造鉛酸蓄電池，其密度大（11.3g/cm3）和抗輻射特性使其成為放射線防護的理想材料。鎳與鉻鎳和鉻是不銹鋼和特種合金的重要成分。鎳提高合金的韌性和耐蝕性，鉻則提供耐氧化和耐高溫性能。鎳基高溫合金在航空發(fā)動機渦輪葉片中不可替代，能在1000℃高溫下長期工作。金屬表面處理電鍍通過電解原理在金屬表面沉積一層其他金屬，如鍍鋅、鍍鉻、鍍鎳等。電鍍層厚度通常為5-25微米，既能提供防腐保護，又能改善表面外觀。中國電鍍行業(yè)年產(chǎn)值超過2000億元。2陽極氧化主要用于鋁及其合金，在電解液中形成致密氧化膜。氧化膜厚度通常在10-25微米，不僅提高耐腐蝕性，還可通過封孔和染色獲得各種顏色，廣泛用于建筑裝飾和電子產(chǎn)品外殼。噴涂包括靜電噴涂、粉末噴涂等，在金屬表面形成保護層和裝飾層。噴涂適用于大型部件，涂層厚度可達(dá)50-100微米，具有良好的耐候性和裝飾性，是汽車、家電等行業(yè)的主要表面處理方法。無機非金屬材料概述陶瓷材料由金屬或非金屬元素與非金屬元素形成的化合物，通過高溫?zé)Y(jié)制成。具有高硬度、高脆性、高耐溫、低導(dǎo)熱和電絕緣等特點。包括傳統(tǒng)陶瓷（瓷器、磚瓦）和先進陶瓷（工程陶瓷、電子陶瓷）。水泥與混凝土水泥是以石灰石、粘土為主要原料，經(jīng)高溫煅燒、粉磨制成的水硬性膠凝材料?；炷潦怯伤?、骨料和水按一定比例混合而成的復(fù)合材料，是全球用量最大的人造材料，年消耗量超過400億噸。玻璃材料以二氧化硅為主要成分的非晶態(tài)固體，具有透明、硬脆、耐腐蝕等特點。按成分可分為硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鉛玻璃等；按用途可分為平板玻璃、器皿玻璃、光學(xué)玻璃、特種玻璃等。石材天然形成的巖石經(jīng)開采、加工后用于建筑和裝飾的材料。常見的有大理石、花崗巖、砂巖、板巖等。具有質(zhì)地堅硬、紋理美觀、耐久性好等特點，主要用于建筑裝飾和路面鋪設(shè)。陶瓷材料及特性高硬度陶瓷的硬度通常為7-9莫氏硬度，接近或超過鋼材耐高溫許多陶瓷可在1500℃以上保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐腐蝕對大多數(shù)酸堿溶液有優(yōu)異的抵抗力電絕緣大多數(shù)陶瓷是優(yōu)良的電絕緣體，電阻率可達(dá)10^12Ω·m陶瓷材料是由金屬或非金屬元素與非金屬元素（通常是氧、氮或碳）形成的化合物，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成。常見的陶瓷材料包括氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硅等。這些材料因其獨特的性能組合，在切削工具、耐磨零件、電子元件和生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著不可替代的應(yīng)用。工業(yè)陶瓷主要類型結(jié)構(gòu)陶瓷以機械性能為主的工程陶瓷，主要包括氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硅等。這類陶瓷具有高硬度、高耐磨性和高溫穩(wěn)定性，主要用于制造切削刀具、軸承、密封件等機械零部件。氧化鋁陶瓷：硬度高，絕緣性好，用于火花塞、工具刀片氮化硅：自潤滑性好，熱膨脹系數(shù)低，用于高速軸承球功能陶瓷具有特殊電、磁、光、熱等物理性能的陶瓷，如壓電陶瓷、鐵電陶瓷、磁性陶瓷等。這類陶瓷主要用于電子電氣、信息通信等領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子工業(yè)的關(guān)鍵材料。鈦酸鋇：優(yōu)良的介電性能，用于電容、傳感器鐵氧體：磁性材料，用于變壓器磁芯、電感元件生物陶瓷用于人體組織修復(fù)和替代的陶瓷材料，主要包括羥基磷灰石、生物玻璃、生物活性瓷等。這類材料具有良好的生物相容性和生物活性，能與骨組織形成化學(xué)鍵合。羥基磷灰石：成分接近骨礦物質(zhì)，用于骨缺損修復(fù)氧化鋯：生物惰性好，用于人工關(guān)節(jié)、牙冠水泥與混凝土水泥是建筑工程中最重要的膠結(jié)材料，主要由石灰石、粘土等原料高溫煅燒后粉磨而成。混凝土是由水泥、骨料（砂、石）和水按一定比例混合而成的復(fù)合材料，是當(dāng)今世界上用量最大的建筑材料。混凝土具有原料豐富、價格低廉、耐久性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、隧道、水壩等基礎(chǔ)工程。全球年消耗量超過400億噸，約占建筑材料總量的70%以上。中國是世界最大的水泥生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約23億噸，占全球總產(chǎn)量的55%左右。水泥類型和性能硅酸鹽水泥最常用的水泥品種，具有早期強度高、水化熱大的特點。主要用于對強度要求較高的工程，如高層建筑、橋梁等。中國市場份額約占水泥總產(chǎn)量的85%。其凝結(jié)時間通常為初凝45分鐘，終凝6-10小時，28天抗壓強度可達(dá)42.5-52.5MPa。礦渣水泥以硅酸鹽水泥熟料和?；郀t礦渣為主要原料制成，具有水化熱低、后期強度高、抗硫酸鹽腐蝕性好的特點。廣泛用于地下工程、水工建筑、海港工程等。礦渣摻量通常為20-70%，可顯著減少碳排放，符合綠色建材的發(fā)展要求。特種水泥包括硫鋁酸鹽水泥、白水泥、膨脹水泥、快硬水泥等特殊用途水泥。如硫鋁酸鹽水泥具有超快凝特性，6小時強度可達(dá)30MPa以上，適用于冬季施工和快速修補；白水泥主要用于裝飾性混凝土和藝術(shù)制品，亮度高達(dá)90%以上。玻璃材料介紹玻璃的結(jié)構(gòu)特點玻璃是一種非晶態(tài)固體材料，沒有規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，而是以無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在。這種無定形結(jié)構(gòu)使玻璃具有透明、硬脆等特性。普通玻璃的主要成分是二氧化硅（SiO?，約70-74%），加入氧化鈉（Na?O，約12-16%）降低熔點，氧化鈣（CaO，約5-12%）提高化學(xué)穩(wěn)定性，以及少量其他氧化物。主要玻璃類型硅酸鹽玻璃：最常見的玻璃類型，主要用于建筑窗戶、器皿等。硼硅酸玻璃：含硼量高，具有低熱膨脹系數(shù)和良好的耐熱震性，用于實驗室器皿、耐熱廚具等。鋼化玻璃：經(jīng)特殊熱處理或化學(xué)處理，強度是普通玻璃的3-5倍，破碎后呈小顆粒狀，安全性高，用于汽車擋風(fēng)玻璃、建筑幕墻等。玻璃的主要特性透明性：可見光透過率高達(dá)90%以上，是唯一能大面積應(yīng)用的透明無機材料。耐腐蝕性：對大多數(shù)酸（氫氟酸除外）和化學(xué)物質(zhì)有良好的抵抗力。絕緣性：電阻率高達(dá)101?-101?Ω·cm，是良好的電絕緣材料?？伤苄裕喝廴跔顟B(tài)可塑性好，可通過多種方法成形。玻璃的應(yīng)用案例建筑幕墻現(xiàn)代建筑大量使用玻璃幕墻，不僅提供美觀的外觀，還能提高建筑的采光性和能源效率。低輻射鍍膜玻璃可反射紅外線，減少室內(nèi)熱量損失，節(jié)能效果可達(dá)30%以上。中空玻璃更是將傳熱系數(shù)從單玻璃的5.8W/(m2·K)降低到1.8W/(m2·K)。電子設(shè)備屏幕智能手機、平板電腦等電子設(shè)備廣泛使用化學(xué)強化玻璃作為保護屏?？祵幋笮尚刹ＡУ犬a(chǎn)品經(jīng)過離子交換強化，表面硬度接近藍(lán)寶石，抗沖擊性能優(yōu)異，彎曲強度可達(dá)700MPa，是普通玻璃的5倍以上，且厚度僅為0.4-0.7mm。光纖通信光纖是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的骨干，由高純度石英玻璃制成，直徑僅約125微米，但傳輸帶寬高達(dá)數(shù)TB/s。單根光纖可同時傳輸數(shù)百萬個電話通話，傳輸距離可達(dá)數(shù)百公里而幾乎無衰減。目前全球已鋪設(shè)光纖總長度超過50億公里，足以繞地球125圈。石材及其應(yīng)用石材是從地殼中開采的天然巖石經(jīng)過加工而成的建筑材料，主要包括大理石、花崗巖、板巖等。大理石主要由碳酸鈣組成，質(zhì)地柔和，紋理豐富多彩，多用于室內(nèi)地面和墻面裝飾；花崗巖由石英、長石和云母組成，硬度高，耐磨性好，常用于外墻、臺面；板巖層理發(fā)達(dá)，易剝離成薄片，適合作為屋頂材料。石材因其自然美觀、耐久性強的特點，在高檔建筑裝飾中廣泛應(yīng)用。中國是世界最大的石材生產(chǎn)國和消費國，年產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的50%，主要分布在福建、山東、廣東等地。新型無機非金屬材料低能耗陶瓷采用新型燒結(jié)工藝和配方，比傳統(tǒng)陶瓷燒結(jié)溫度降低200-300℃，能耗減少30%以上。這類陶瓷不僅保持了良好的機械性能，還大幅降低了生產(chǎn)成本和碳排放，符合國家節(jié)能減排政策。光催化玻璃表面涂覆納米二氧化鈦薄膜的特種玻璃，具有自潔凈、抗菌和凈化空氣的功能。在紫外光照射下，二氧化鈦會產(chǎn)生強氧化性自由基，可分解有機污染物和殺滅細(xì)菌。目前在醫(yī)院、公共場所和高污染地區(qū)的建筑中應(yīng)用越來越廣泛。自潔納米涂層具有超親水或超疏水特性的納米結(jié)構(gòu)涂層，能有效吸附PM2.5等空氣污染物，或?qū)崿F(xiàn)水滴快速滾落帶走污染物的自清潔效果。這類材料在建筑外墻、隧道內(nèi)壁等場所應(yīng)用，每平方米每年可吸附10-15克PM2.5，相當(dāng)于種植一棵樹的凈化效果。透明陶瓷通過特殊工藝制備的具有透明性的陶瓷材料，如透明氧化鋁、透明氧化釔等，兼具陶瓷的高硬度、耐高溫和玻璃的透明性。主要應(yīng)用于高端照明、激光器件、紅外窗口等領(lǐng)域，市場增長率保持在15%以上。高分子材料基礎(chǔ)分子鏈結(jié)構(gòu)特點高分子材料是由相對分子質(zhì)量在數(shù)千到數(shù)百萬的大分子組成的材料。這些大分子是由許多相同或不同的基本單元（單體）通過共價鍵重復(fù)連接而成的長鏈分子。高分子的主鏈結(jié)構(gòu)可以是線性、支鏈型、交聯(lián)型或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不同的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料表現(xiàn)出不同的物理和化學(xué)性質(zhì)。例如，線性分子通?？扇廴诩庸?，而高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)則不可熔融。輕質(zhì)多樣特性高分子材料密度通常在0.9-2.0g/cm3之間，遠(yuǎn)低于金屬和陶瓷，這使其成為輕量化的理想選擇。通過調(diào)整分子量、結(jié)晶度、取向度和添加劑，可以獲得從軟質(zhì)彈性體到高強度工程塑料的多樣化性能。高分子材料的導(dǎo)電性、透明度、阻燃性、抗沖擊性等都可以通過分子設(shè)計和復(fù)合改性來調(diào)控，這種可設(shè)計性是其最大的優(yōu)勢之一。主要分類通用塑料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等，價格低廉，產(chǎn)量巨大，占塑料總量的80%以上。工程塑料：聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)等，具有更高的機械強度和耐熱性，可用于承重和功能性部件。彈性體：天然橡膠、合成橡膠等，具有大彈性變形和回復(fù)能力。塑料材料種類聚乙烯（PE）全球產(chǎn)量最大的塑料，分為高密度(HDPE)和低密度(LDPE)，用于包裝膜、管材、容器等聚丙烯（PP）質(zhì)輕、耐熱、耐化學(xué)腐蝕，廣泛用于家電部件、汽車零部件、醫(yī)療器械等聚氯乙烯（PVC）成本低、難燃、耐候性好，主要用于管道、電纜絕緣層、建筑型材等聚苯乙烯（PS）透明度高、加工性能好，用于食品包裝、一次性餐具、電子產(chǎn)品外殼等塑料是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛的材料之一，全球年產(chǎn)量超過3.8億噸。聚乙烯由于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的成本，占據(jù)全球塑料市場約30%的份額。聚丙烯的耐熱性（可耐120℃高溫）使其成為微波爐容器的理想材料。聚氯乙烯在建筑行業(yè)應(yīng)用廣泛，全球PVC管道市場規(guī)模超過600億美元。工程塑料簡述140℃聚碳酸酯(PC)耐熱溫度高透明度、抗沖擊性是普通塑料8-10倍85%尼龍在齒輪市場占有率自潤滑性好，可替代金屬齒輪5倍POM比金屬軸承使用壽命低摩擦系數(shù)，無需額外潤滑25%工程塑料年增長率遠(yuǎn)高于通用塑料，應(yīng)用前景廣闊工程塑料是指能夠承受一定機械載荷和環(huán)境條件的結(jié)構(gòu)型塑料，具有優(yōu)異的機械性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性和電絕緣性。與通用塑料相比，工程塑料的使用溫度更高，機械強度更大，但價格也相對較高。聚碳酸酯（PC）因其高沖擊強度和透明性，被廣泛用于防彈玻璃、安全護目鏡；聚酰胺（尼龍）具有優(yōu)異的耐磨性和自潤滑性，適合制造齒輪和軸承；POM（聚甲醛）具有類似金屬的加工性能和高彈性模量，常用于精密機械零件。熱固性塑料介紹環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂是最常用的熱固性塑料之一，以優(yōu)異的粘接強度、耐熱性和耐化學(xué)性著稱。固化后的環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的電絕緣性和尺寸穩(wěn)定性，抗拉強度可達(dá)80-130MPa，遠(yuǎn)高于多數(shù)熱塑性塑料。主要應(yīng)用：電子元件封裝、高性能復(fù)合材料基體、地板涂料、粘合劑等。全球環(huán)氧樹脂市場規(guī)模約300億美元，年增長率保持在5%左右。酚醛樹脂酚醛樹脂是最早商業(yè)化的合成樹脂，具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性和電絕緣性。固化后的酚醛樹脂耐熱溫度可達(dá)150-200℃，且在燃燒時會形成碳層隔絕氧氣，自熄性極佳。主要應(yīng)用：電氣絕緣元件、模壓制品、粘合劑、耐熱涂料等。在航空航天、電力設(shè)備等領(lǐng)域具有不可替代的地位，全球市場規(guī)模約150億美元。不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂是玻璃鋼的主要基體材料，性價比高，固化速度快，成型工藝靈活。其固化反應(yīng)無需高溫，可在室溫下完成，收縮率低，固化后具有良好的耐候性和尺寸穩(wěn)定性。主要應(yīng)用：玻璃纖維增強塑料(FRP)、船艇、建筑制品、汽車部件等。不飽和聚酯樹脂占復(fù)合材料基體的60%以上，年消費量約800萬噸。橡膠材料天然橡膠天然橡膠(NR)主要成分是順-1,4-聚異戊二烯，由橡膠樹的膠乳經(jīng)凝固、干燥制得。其特點是彈性極好、抗撕裂性強、耐磨性優(yōu)異，但耐油性和耐老化性較差。天然橡膠是輪胎制造的主要原料，全球年產(chǎn)量約1300萬噸，其中75%用于輪胎生產(chǎn)。東南亞國家（泰國、印尼、馬來西亞）是主要產(chǎn)地，占世界產(chǎn)量的90%以上。合成橡膠合成橡膠是通過化學(xué)合成方法制得的彈性體，主要包括丁苯橡膠(SBR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、乙丙橡膠(EPDM)等。不同類型的合成橡膠具有特定的性能優(yōu)勢。丁苯橡膠：價格低，耐磨性好，用于輪胎和鞋底丁腈橡膠：耐油性優(yōu)異，用于油封、膠管氯丁橡膠：耐候性好，用于電纜護套、建筑密封條乙丙橡膠：耐老化、耐臭氧，用于汽車密封條橡膠加工與應(yīng)用橡膠需要通過配合、混煉、硫化等工序加工成產(chǎn)品。硫化是橡膠加工中最關(guān)鍵的步驟，通過在橡膠分子鏈間建立交聯(lián)鍵，使橡膠從塑性變?yōu)閺椥?。橡膠在輪胎、傳動帶、密封件、減震器等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。全球橡膠年消費量約3000萬噸，其中合成橡膠占70%。中國是世界最大的橡膠消費國，年消費量超過900萬噸。纖維材料聚酯纖維（滌綸）聚酯纖維的主要成分是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，具有強度高、彈性好、耐熱性優(yōu)良等特點。滌綸是產(chǎn)量最大的合成纖維，全球年產(chǎn)量超過5500萬噸，占所有合成纖維的約65%。滌綸廣泛用于服裝面料、家紡產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)用紡織品。此外，滌綸也是重要的纖維增強材料，在復(fù)合材料中可提供良好的力學(xué)性能和耐化學(xué)腐蝕性。聚酰胺纖維（尼龍）尼龍纖維包括PA6和PA66兩種主要類型，具有強度高、韌性好、耐磨性優(yōu)良等特點。尼龍是第一種商業(yè)化的合成纖維，全球年產(chǎn)量約500萬噸。尼龍廣泛用于運動服裝、地毯、漁網(wǎng)等領(lǐng)域。其優(yōu)異的力學(xué)性能也使其成為工業(yè)用紡織品和安全防護裝備的理想材料。芳綸纖維（凱夫拉）芳綸是一種特種合成纖維，主要包括間位芳綸和對位芳綸兩種。對位芳綸（凱夫拉）強度是鋼絲的5倍，但密度僅為鋼的1/5，比強度極高。芳綸的主要用途包括防彈衣、防割手套、光纜增強層、航空航天復(fù)合材料等高性能領(lǐng)域。雖然價格昂貴（約100-150元/公斤），但在安全防護領(lǐng)域有不可替代的作用。樹脂材料應(yīng)用1復(fù)合材料基體環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等用于纖維增強復(fù)合材料膠粘劑與涂料各類結(jié)構(gòu)膠、密封膠、防腐涂料塑料成型材料注塑、壓塑、擠出等塑料制品樹脂是高分子材料的重要組成部分，具有良好的成膜性、粘接性和可塑性。在復(fù)合材料領(lǐng)域，樹脂作為基體材料，將纖維、粒子等增強體粘合在一起，賦予復(fù)合材料整體性能。高性能環(huán)氧樹脂在碳纖維復(fù)合材料中的應(yīng)用使航空航天器件既輕量又高強。膠粘劑和涂料是樹脂的另一大應(yīng)用領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)膠可替代傳統(tǒng)機械連接，減輕重量，均勻分布應(yīng)力；密封膠在建筑、交通等領(lǐng)域防水防漏；環(huán)保型樹脂涂料不僅美觀，還提供防腐、防火等功能保護。全球樹脂市場規(guī)模超過1000億美元，年增長率保持在4-6%。塑料成型工藝注塑成型將熔融塑料注入模腔，冷卻成型。適合生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度高的塑料制品，如電子外殼、家電部件等。全球注塑機年裝機量超過30萬臺，其中中國約占60%。擠出成型熔融塑料通過擠出機和口模連續(xù)擠出成型。主要用于生產(chǎn)管材、型材、薄膜等連續(xù)截面的制品。PVC管材、PE薄膜均采用此工藝，生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)。吹塑成型將塑料型坯吹脹貼合模腔成型。適合制造中空制品，如飲料瓶、儲罐等?？蓪崿F(xiàn)單層或多層結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于包裝和容器行業(yè)，全球年產(chǎn)量超過5000億個塑料瓶。熱壓成型加熱塑料片材，在模具中加壓成型。廣泛用于一次性餐盒、包裝托盤等產(chǎn)品。工藝簡單，模具成本低，但材料利用率較低，約為60-70%。塑料的環(huán)保問題塑料污染現(xiàn)狀塑料制品使用后的不當(dāng)處理導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。據(jù)統(tǒng)計，全球每年約有800萬噸塑料進入海洋，形成巨大的"垃圾帶"，威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)。塑料降解緩慢，普通塑料袋在自然環(huán)境中需要數(shù)百年才能完全降解。微塑料污染更是已經(jīng)遍布全球，從深海到高山，從北極到南極，甚至進入人體食物鏈。應(yīng)對策略減少使用：通過立法和教育減少一次性塑料制品的使用。全球已有60多個國家實施塑料袋禁令或征稅政策?；厥绽茫航⑼晟频乃芰匣厥阵w系，提高回收率。目前全球塑料回收率僅為9%左右，中國"禁廢令"后正在加速建設(shè)國內(nèi)回收產(chǎn)業(yè)鏈。替代材料：開發(fā)紙質(zhì)、淀粉基等可再生材料替代傳統(tǒng)塑料，特別是在包裝領(lǐng)域?？山到馑芰习l(fā)展聚乳酸(PLA)：由玉米、甘蔗等生物質(zhì)資源制備，在特定條件下可完全降解為二氧化碳和水。目前全球產(chǎn)能約30萬噸，主要用于包裝和一次性餐具。PBAT：一種石油基可生物降解塑料，具有良好的柔韌性，常與PLA等材料復(fù)合使用。在農(nóng)用地膜和包裝領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可在土壤中完全降解。復(fù)合材料概述復(fù)合材料的定義復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)方法復(fù)合而成的多相材料。典型的復(fù)合材料由增強體（纖維、顆粒等）和基體（金屬、樹脂、陶瓷等）組成，各組分在宏觀上結(jié)合但在微觀上保持各自特性。優(yōu)勢互補原理復(fù)合材料設(shè)計的核心理念是揚長避短，將不同材料的優(yōu)點結(jié)合起來，同時克服單一材料的缺點。例如，纖維增強復(fù)合材料結(jié)合了纖維的高強度和基體的塑性與韌性，創(chuàng)造出輕質(zhì)高強的新型材料，其比強度和比模量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)金屬材料。性能定制能力復(fù)合材料的一大特點是可設(shè)計性強，通過調(diào)整增強體的種類、含量、取向和分布，以及基體材料的選擇，可以針對特定應(yīng)用需求定制材料性能。這種"量身定制"的能力使復(fù)合材料在航空航天、交通運輸?shù)雀咝阅茴I(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。常見復(fù)合材料舉例碳纖維增強塑料（CFRP）由碳纖維作為增強體、樹脂（通常是環(huán)氧樹脂）作為基體組成的高性能復(fù)合材料。碳纖維具有極高的強度（抗拉強度3-7GPa）和模量（彈性模量230-600GPa），同時密度很低（約1.8g/cm3）。CFRP廣泛應(yīng)用于航空航天、高端賽車、自行車、高爾夫球桿等對重量和性能要求極高的領(lǐng)域。其制造成本高，但在減重至關(guān)重要的應(yīng)用中性價比極高。玻璃纖維增強塑料（GFRP）由玻璃纖維作為增強體、樹脂（通常是不飽和聚酯或環(huán)氧樹脂）作為基體組成的復(fù)合材料，俗稱"玻璃鋼"。玻璃纖維強度較高（抗拉強度2-3.5GPa），成本低廉，是使用最廣泛的增強纖維。GFRP主要應(yīng)用于建筑、交通工具、船舶、管道、儲罐等領(lǐng)域。其耐腐蝕性優(yōu)異，特別適合在化學(xué)腐蝕環(huán)境下使用，使用壽命可達(dá)20-50年。金屬基復(fù)合材料以金屬（如鋁、鎂、銅等）為基體，加入顆粒、短纖維或連續(xù)纖維作為增強體的復(fù)合材料。常見的增強體有碳化硅、氧化鋁、碳纖維等，能顯著提高金屬的強度、剛度和耐磨性。金屬基復(fù)合材料主要應(yīng)用于高溫零部件、剎車盤、發(fā)動機組件等。例如，以鋁為基體、加入碳化硅顆粒的復(fù)合材料，廣泛用于電子封裝中作為散熱基板，其導(dǎo)熱系數(shù)是鋁的1.5-3倍。玻璃纖維增強材料玻璃纖維增強材料是應(yīng)用最廣泛的復(fù)合材料，以其高強度和相對低成本成為許多工業(yè)領(lǐng)域的首選材料。玻璃纖維的抗拉強度約為2-3.5GPa，遠(yuǎn)高于大多數(shù)金屬材料，而密度僅為2.5-2.8g/cm3，為金屬的1/3左右。風(fēng)能葉片是玻璃纖維復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域，一個典型的大型風(fēng)力發(fā)電機組（5MW）的葉片長度超過60米，每支葉片使用玻璃纖維約12噸。船艇制造業(yè)也大量使用玻璃纖維復(fù)合材料，一艘中型游艇的船體結(jié)構(gòu)中約有70%是GFRP材料。全球玻璃纖維年產(chǎn)量約860萬噸，中國是最大的生產(chǎn)國和消費國。碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料是當(dāng)今最先進的輕質(zhì)高強材料之一，其比強度和比模量遠(yuǎn)高于任何金屬材料。碳纖維本身的抗拉強度可達(dá)3-7GPa，彈性模量230-600GPa，而密度僅為1.8g/cm3。將碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合后，可獲得密度約1.6g/cm3、抗拉強度超過2GPa的復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料最初主要用于航空航天領(lǐng)域，現(xiàn)代客機如波音787和空客A350的機體結(jié)構(gòu)中，碳纖維復(fù)合材料用量已超過50%。隨著制造成本的降低，碳纖維材料已逐漸進入高端汽車、體育用品等民用領(lǐng)域。全球碳纖維市場規(guī)模已突破40億美元，年增長率保持在10-12%。金屬基復(fù)合材料鋁基復(fù)合材料以鋁及鋁合金為基體，加入碳化硅、氧化鋁等增強體的復(fù)合材料。增強體可以是顆粒（5-100μm）、短纖維或連續(xù)纖維，體積分?jǐn)?shù)通常為10-40%。典型應(yīng)用包括：汽車發(fā)動機活塞（SiC顆粒增強鋁合金，提高耐磨性和高溫強度）、電子封裝基板（碳纖維增強鋁，熱膨脹系數(shù)可調(diào)至與硅芯片匹配）、航天器結(jié)構(gòu)件。鈦基復(fù)合材料鈦基復(fù)合材料主要采用連續(xù)碳化硅纖維或碳纖維作為增強體，可顯著提高鈦合金的比強度、比模量和耐熱性。增強后的鈦基復(fù)合材料使用溫度可達(dá)800℃以上。主要應(yīng)用于航空發(fā)動機壓氣機葉片、航天器結(jié)構(gòu)件等高溫高強場合。例如，某型號航空發(fā)動機采用SiC/Ti復(fù)合材料制造的風(fēng)扇葉片，比傳統(tǒng)鈦合金葉片減重30%，壽命延長3倍。銅基復(fù)合材料銅基復(fù)合材料通常采用碳纖維、碳化硅、氧化鋁等作為增強體，主要目的是改善銅的導(dǎo)熱性、耐磨性和高溫強度，同時保持良好的導(dǎo)電性。典型應(yīng)用包括高性能散熱器（碳纖維/銅，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)400W/(m·K)以上）、電接觸材料（氧化鋁/銅，兼具高導(dǎo)電性和高耐磨性）、高性能剎車材料（碳化硅/銅，用于高速列車和飛機）。復(fù)合材料的加工與連接主要成型工藝層合、纏繞、模壓等專用技術(shù)復(fù)雜形狀設(shè)計一體化設(shè)計減少連接點連接方法選擇粘接、機械連接等多種方式復(fù)合材料的加工與連接具有特殊性，需要專門的工藝和設(shè)計理念。層合工藝是將預(yù)浸料按設(shè)計要求疊層并在特定溫度和壓力下固化，適用于制造平板和簡單曲面結(jié)構(gòu)；纏繞工藝是將連續(xù)纖維或織物浸漬樹脂后纏繞在芯模上，適合制造圓筒、壓力容器等旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)；模壓工藝則將短切纖維與樹脂混合后在模具中加壓成型，適合批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的部件。復(fù)合材料部件的連接通常采用粘接和機械連接兩種主要方式。粘接連接依靠粘合劑形成連接，應(yīng)力分布均勻，不破壞纖維，但耐熱性和可靠性有限；機械連接如螺栓、鉚接等安裝簡單，可拆卸，但會切斷纖維造成應(yīng)力集中。先進的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計會盡量減少連接點，采用一體化設(shè)計來提高整體性能。復(fù)合材料發(fā)展趨勢智能自修復(fù)新一代復(fù)合材料具備損傷自愈能力，內(nèi)含微膠囊或血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)材料受損時，修復(fù)劑自動釋放填充裂紋并固化。這種技術(shù)可將材料使用壽命延長30-50%，大幅降低維護成本和安全風(fēng)險。功能一體化未來復(fù)合材料不再僅具備結(jié)構(gòu)承載功能，還將集成傳感、導(dǎo)電、熱管理等多種功能。通過在基體中添加納米碳管、石墨烯等功能性填料，或嵌入光纖傳感器、壓電元件，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的實時監(jiān)測與響應(yīng)。節(jié)能減重突破通過先進模擬設(shè)計和制造工藝優(yōu)化，復(fù)合材料在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。預(yù)計到2030年，乘用車復(fù)合材料用量將從目前的平均10-15公斤增加到50-70公斤，有望實現(xiàn)車身減重15-20%，燃油效率提升8-10%?？沙掷m(xù)與回收解決復(fù)合材料難以回收的問題是當(dāng)前研究熱點。新型熱塑性復(fù)合材料可多次回收利用；可降解生物基復(fù)合材料將逐步替代部分傳統(tǒng)材料；專用回收技術(shù)如熱解法、溶劑法等也在不斷完善，預(yù)計回收率將從目前的不到20%提升至50%以上。納米材料簡介納米材料的定義納米材料是指至少在一個維度上尺寸在1-100納米范圍內(nèi)的材料。這一尺寸范圍介于原子分子和宏觀物體之間，表現(xiàn)出獨特的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)。納米材料主要包括納米顆粒、納米纖維、納米管、納米薄膜等多種形態(tài)。獨特性能由于尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)，納米材料表現(xiàn)出與宏觀材料不同的特性。其特殊性能主要體現(xiàn)在：比表面積極大（單位質(zhì)量表面積可達(dá)數(shù)百平方米）；力學(xué)性能優(yōu)異（納米碳管抗拉強度達(dá)100GPa）；光學(xué)性能可調(diào)（金納米顆粒隨尺寸變化呈現(xiàn)不同顏色）；電磁性能異常（室溫下磁性增強或減弱）。典型應(yīng)用納米銀：具有優(yōu)異的抗菌性能，在醫(yī)療器械、紡織品、食品包裝等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。納米銀可在極低濃度（5-10ppm）下對大多數(shù)細(xì)菌產(chǎn)生殺滅作用。納米碳管：碳原子以六邊形排列成管狀結(jié)構(gòu)，直徑通常為1-50nm，具有極高的強度和導(dǎo)電性，廣泛用于復(fù)合材料增強、導(dǎo)電涂料、電池電極材料等。智能材料壓電材料能夠?qū)C械能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料。當(dāng)受到機械壓力時產(chǎn)生電壓，反之施加電壓時發(fā)生形變。鈦酸鋯鉛(PZT)是最常用的壓電陶瓷，壓電系數(shù)可達(dá)500-600pC/N。廣泛用于傳感器、驅(qū)動器、超聲換能器等，市場規(guī)模約50億美元。形狀記憶合金能夠"記憶"原始形狀的特殊合金，在受熱時恢復(fù)預(yù)設(shè)形狀。鎳鈦合金(Nitinol)是最成熟的形狀記憶合金，可實現(xiàn)8%的可恢復(fù)應(yīng)變，輸出應(yīng)力達(dá)700MPa。主要應(yīng)用于醫(yī)療器械（支架、導(dǎo)絲）、航空部件、機器人等，全球市場增長率保持在12%左右。磁流變材料在磁場作用下可快速改變流變特性的智能材料。典型的磁流變液由鐵磁微粒（約3-5微米）分散在載體液中組成，施加磁場后，其屈服強度可在毫秒級內(nèi)增加數(shù)十倍。主要用于半主動減震系統(tǒng)，如高端汽車懸掛、建筑減震器等。光致變色材料在光照條件下可改變顏色或透光率的智能材料。主要包括基于螺吡喃類的有機變色材料和過渡金屬氧化物無機變色材料。已廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)變色眼鏡、智能窗戶等，使建筑能耗降低15-20%。全球光致變色眼鏡市場規(guī)模約60億美元。生物材料與綠色材料可降解高分子材料聚乳酸(PLA)是一種從玉米、甘蔗等生物質(zhì)中提取的可降解塑料，在適當(dāng)條件下可完全降解為二氧化碳和水。其力學(xué)性能接近聚丙烯，但在自然環(huán)境中可在3-6個月內(nèi)降解80%以上。目前全球產(chǎn)能約50萬噸，主要用于一次性包裝、餐具和農(nóng)用地膜。聚羥基脂肪酸酯(PHA)是由微生物合成的生物聚合物，具有良好的生物相容性和可降解性，在醫(yī)療和包裝領(lǐng)域有廣闊前景。醫(yī)用生物材料人工骨材料包括羥基磷灰石、生物活性玻璃等，其化學(xué)成分與人骨相似，可與骨組織形成化學(xué)鍵合。這些材料多孔結(jié)構(gòu)有利于骨細(xì)胞生長，復(fù)合改性后力學(xué)性能可接近人體骨骼。組織工程支架是三維多孔結(jié)構(gòu)的生物材料，用于支持細(xì)胞附著和組織再生。常用的材料包括膠原蛋白、殼聚糖、聚乳酸等，通過電紡、3D打印等技術(shù)制備。生物醫(yī)用金屬鈦及鈦合金是最重要的醫(yī)用金屬材料，廣泛用于骨科植入物和牙科修復(fù)。鈦的生物相容性優(yōu)異，不會引起排異反應(yīng)，其外表面會形成穩(wěn)定的氧化膜，耐腐蝕性極佳。鎂合金是新型可降解金屬植入材料，植入體內(nèi)后可逐漸降解被吸收，避免二次手術(shù)取出的痛苦。鎂的降解產(chǎn)物對人體無害，且鎂離子本身有促進骨生長的作用。新能源材料發(fā)展300Wh/kg鋰電池能量密度三元正極材料電池能量密度已突破300Wh/kg24.8%單晶硅太陽能電池效率商業(yè)化單晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率85%鋰電池回收率先進工藝可實現(xiàn)鈷、鎳等金屬高效回收$180B全球市場規(guī)模新能源材料全球市場規(guī)模不斷擴大鋰離子電池材料是新能源汽車和儲能系統(tǒng)的核心。正極材料從最初的鈷酸鋰發(fā)展到現(xiàn)在的三元材料(NCM/NCA)，能量密度顯著提高。負(fù)極材料主要是石墨，但硅基負(fù)極因其高理論容量（是石墨的10倍）正在加速商業(yè)化。電解液和隔膜材料的進步也顯著提高了電池的安全性和使用壽命。太陽能電池材料不斷創(chuàng)新，硅材料仍是主流，占市場份額超過95%。單晶硅電池效率已超過24%，相比十年前提高了約30%。薄膜太陽能電池如CIGS、CdTe等在特殊應(yīng)用領(lǐng)域有獨特優(yōu)勢。鈣鈦礦太陽能電池是近年來發(fā)展最快的新型光伏材料，實驗室效率已超過25%，商業(yè)化進程正在加速。環(huán)保材料與可持續(xù)發(fā)展環(huán)保材料是指在全生命周期中對環(huán)境影響較小的材料，包括無毒、可降解和可循環(huán)三大類。麻纖維混凝土(Hempcrete)是一種由大麻秸稈、石灰和水混合而成的建筑材料，碳足跡是普通混凝土的1/5，且具有良好的保溫性能。菌絲體材料是利用真菌菌絲