中国新材料研究前沿报告（2022）

《中国新材料研究前沿报告（2022）》在介绍我国新材料基础研究现状、机遇与挑战的基础上，着重阐述了非晶合金材料、稀土材料、导电高分子材料、可降解金属材料、纳米薄膜材料、二维超薄半导体材料、黑鳞、交互式神经形态类脑器件、液基材料、滤波超级电容器电极材料、纤维电子材料、亚稳态能源材料、机器学习辅助合金设计等内容。 书中对新材料前沿领域详细的技术解读，对未来发展重点的高瞻远瞩，将为新材料领域研发人员、技术人员提供全面的指导。

当前新材料对重点领域的支撑保障能力不断提升，新材料领域的战略地位更加重要，相关产业布局持续加码。新材料研究前沿热点包括非晶合金材料、稀土材料、二维材料、智能仿生材料、生物可降解材料、电子信息技术相关材料以及基于机器学习新材料研发的共性技术等，新材料前沿研究彰显了材料与器件一体化的趋势，交叉学科和前沿制造技术的深度融合、新材料合成与器件集成化成为信息产业、高端装备等关键领域发展的关键所在。
《中国新材料研究前沿报告（2022）》（以下简称《报告》）是在中国材料研究学会承担中国工程院重大战略咨询项目《关键战略材料研发与产业发展路径研究》所取得的研究成果的基础上完成的专题研究报告，是四部出版物之一。《报告》坚持以国家重大战略需求为导向，重点攻关“卡脖子”关键核心技术，聚焦关键战略材料的最新研究动态，深入开展调查研究，关注重大原创基础研究、提升基础创新能力、构建制造和应用核心技术自主发展体系，形成了多篇兼具专业性、前瞻性、时效性的专题调研报告，从而推进新材料行业重大原创或颠覆性技术开发的新学术生态。《报告》各章包含研究背景、全球研究进展与前沿动态、我国研究发展现状及学术地位、作者在该领域的主要研究成果和学术成就、我国在该领域近期研究发展重点及展望等。《报告》涉及的新材料包括非晶合金材料、导电高分子材料、纳米薄膜材料、纤维电子材料、生物降解材料、新型半导体材料等。
在此谨代表编委会对致力于中国新材料前沿科学与技术发展、提供内容框架指导、撰写专题报告、审阅修改报告的所有专家、作者以及为本报告的编辑和出版做出贡献的人士表示诚挚的感谢。特别感谢参与本书编写的所有作者：
第1章　中国材料研究学会新材料发展战略研究院
第2章　汪卫华
第3章　田永君　李宝忠　仝　柯　应　盼　赵智胜
第4章　严纯华　廖春生　孙聆东　程福祥　席聘贤　董　浩
第5章　席　悦　吴华强　钱　鹤
第6章　王献红
第7章　郑玉峰
第8章　祖小龙　赵　媛　孙永福　谢　毅
第9章　杨　硕　黄嘉媛　黄高山　梅永丰
第10章　孙其君　于金冉　王逸飞　王中林
第11章　张　晗　王慧德
第12章　孟国文　韩方明
第13章　侯　旭
第14章　孙周权　郝莹莹　刘永盛　李克睿　王宏志　侯成义
第15章　陈亚楠　张　戈
第16章　张　伟　马亚飞　程笑笑
第17章　胡青苗　杨　锐
第18章　平　航　傅正义
第19章　朱　敏　鲁忠臣
希望本书的出版能够为有关部门的管理人员、从事新材料研发的科技人员、新材料产业界人员以及其他相关人员提供有益的参考。

本书聚焦前沿新材料发展动态，关注重大原创基础研究和行业颠覆性技术，以及面向国民经济发展重大需求的补短板新材料研究，着重阐述各核心领域新材料发展的背景需求和战略意义、研究进展及前沿动态，我国在各领域的学术地位、作用及学科发展动态，具有的启发性学术思想和主要研究成果，并给出了我国在各领域的未来发展重点与趋势。书中主要介绍了非晶合金材料、导电高分子材料、可降解金属材料、纳米薄膜材料、二维超薄半导体材料、黑磷、交互式神经形态类脑器件、液基材料、滤波超级电容器电极材料、纤维电子材料、亚稳态能源材料、机器学习辅助合金设计等内容。
书中对新材料研究前沿的深度解读，为未来我国新材料领域的技术突破指明了方向，将为新材料领域研发人员、技术人员、产业界人士提供有益的参考。

第1章　中国新材料基础研究的态势分析  001
1.1　中国新材料领域的基础研究水平  001
1.1.1　论文产出规模及学术影响力   001
1.1.2　新材料领域的重要成果   004
1.1.3　新材料领域的高水平人才   004
1.1.4　新材料领域的重点方向研究水平   005
1.2　新材料领域的科技基础设施  006
1.2.1　硬条件   006
1.2.2　软环境   009
1.3　我国新材料前沿技术面临的主要问题  010
1.3.1　原创性基础研究不多，整体处于跟踪状态   010
1.3.2　关键核心技术不成体系   010
1.3.3　论文水平并不完全代表整体科技水平   011
1.3.4　论文数据库急需转化成工业成果   011
1.4　我国新材料领域启示与建议  012
1.4.1　“卡脖子”战略布局体系化联合攻关   012
1.4.2　开展新一代原创性技术   012
1.4.3　设备、软件与检测科研设施平台建设   013
1.4.4　研发前置到应用场景，加速科技成果转化   013
1.4.5　构建我国新材料全产业链的新生态   013

第2章　非晶合金材料  014
2.1　非晶合金材料的研究背景   014
2.2　非晶合金材料的研究进展与前沿动态   018
2.2.1　研究进展与前沿动态   018
2.2.2　非晶合金材料的产业应用   020
2.2.3　非晶合金材料产业化的挑战、机遇和前景   022
2.3　我国在非晶合金领域的学术地位及发展动态   024
2.4　物理所非晶材料团队的主要研究成果   026
2.5　非晶合金材料近期研究发展重点   029
2.6　非晶合金材料展望与未来   031

第3章　纳米孪晶金刚石  033
3.1　纳米孪晶金刚石的研究背景   033
3.2　纳米孪晶金刚石的研究进展与前沿动态   034
3.2.1　纳米孪晶金刚石的合成   034
3.2.2　具有择优取向孪晶结构的纳米孪晶金刚石   041
3.2.3　纳米孪晶立方金刚石/多型金刚石复合材料   044
3.2.4　纳米孪晶金刚石/cBN复合材料   047
3.3　我国在该领域的学术地位及发展动态   051
3.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果   052
3.5　纳米孪晶金刚石近期研究发展重点   054
3.6　纳米孪晶金刚石展望与未来   054

第4章　稀土新材料  056
4.1　稀土新材料的研究背景   056
4.2　稀土新材料的研究进展与前沿动态   057
4.2.1　稀土永磁材料   058
4.2.2　稀土光功能材料   063
4.2.3　稀土催化材料   066
4.2.4　稀土储氢材料   070
4.3　我国在稀土新材料领域的学术地位及发展动态   074
4.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果   076
4.4.1　稀土光功能材料领域   076
4.4.2　稀土催化材料领域   081
4.5　稀土新材料发展重点与展望   086
4.5.1　稀土新材料发展方向   087
4.5.2　政策建议   088

第5章　忆阻器存算一体芯片   091
5.1　忆阻器的研究背景   091
5.1.1　神经网络硬件概述   091
5.1.2　基于忆阻器的存算一体技术   093
5.2　忆阻器的研究进展与前沿动态   095
5.2.1　忆阻器材料与结构进展   095
5.2.2　面向存算一体技术的忆阻器特性优化   098
5.3　我国在忆阻器领域的学术地位及发展动态   105
5.3.1　我国忆阻器的学术地位及发展动态   105
5.3.2　我国基于忆阻器存算一体技术的学术地位及发展动态   107
5.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果   110
5.5　忆阻器存算一体技术近期研究发展重点   115
5.6　忆阻器展望与未来   116

第6章　导电高分子材料  118
6.1　导电高分子材料的研究背景   118
6.2　导电高分子材料的研究进展与前沿动态   119
6.2.1　导电高分子材料的合成与掺杂   120
6.2.2　导电高分子材料的成型加工   121
6.2.3　导电高分子材料的典型应用   121
6.3　我国在导电高分子材料领域的学术地位及发展动态   125
6.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果   127
6.5　导电高分子材料近期研究发展重点   128
6.6　导电高分子材料展望与未来   129

第7章　可降解金属  131
7.1　可降解金属材料的研究背景  131
7.2　可降解金属材料的研究进展与前沿动态  134
7.2.1　镁基可降解金属   135
7.2.2　铁基可降解金属   137
7.2.3　锌基可降解金属   138
7.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  140
7.3.1　镁基可降解金属   141
7.3.2　铁基可降解金属   142
7.3.3　锌基可降解金属   142
7.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  143
7.4.1　镁基可降解金属   144
7.4.2　铁基可降解金属   146
7.4.3　锌基可降解金属   148
7.5　可降解金属材料近期研究发展重点  149
7.6　可降解金属材料展望与未来  150

第8章　二维超薄半导体  152
8.1　二维超薄半导体材料的研究背景  152
8.2　二维超薄半导体材料的研究进展与前沿动态  154
8.2.1　二维超薄半导体材料的精准制备   154
8.2.2　二维超薄半导体材料的精细结构表征   159
8.2.3　二维超薄半导体材料的应用   163
8.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  169
8.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  170
8.5　二维超薄半导体材料近期研究发展重点  171
8.6　二维超薄半导体材料展望与未来  172

第9章　纳米薄膜材料  174
9.1　纳米薄膜材料的研究背景  174
9.1.1　定义与由来   174
9.1.2　材料与工艺   175
9.1.3　性质与应用   176
9.2　纳米薄膜材料的研究进展与前沿动态  179
9.2.1　纳米薄膜材料的先进制造方法   179
9.2.2　片上光子器件   180
9.2.3 片上光电和电子器件   182
9.2.4　卷曲无源器件   183
9.2.5　柔性电子与系统   184
9.2.6　微纳米机器人与系统   186
9.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  187
9.3.1　柔性电子技术   187
9.3.2　片上无源器件   189
9.3.3　片上光电器件   190
9.3.4　无机钙钛矿纳米薄膜材料   191
9.3.5　微机器人技术   192
9.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  194
9.4.1　卷曲纳米薄膜技术的发展   194
9.4.2　可驱动、可重构的智能纳米薄膜材料   195
9.4.3 卷曲可见光和红外光电探测器   197
9.4.4 微纳米机器人与智能系统   198
9.4.5　卷曲纳米薄膜智能窗器件   200
9.5　纳米薄膜材料近期研究发展重点  201
9.6　纳米薄膜材料展望与未来  201

第10章　交互式神经形态类脑器件  204
10.1　交互式神经形态器件的研究背景  204
10.2　交互式神经形态器件的研究进展与前沿动态  207
10.2.1　仿生受体与突触器件研究进展   207
10.2.2　触觉神经形态器件研究进展   211
10.2.3　视觉神经形态器件研究进展   214
10.2.4　神经形态多感官系统研究进展   219
10.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  223
10.3.1　我国在神经形态器件领域的学术地位及作用   223
10.3.2　我国在神经形态器件领域的发展动态   223
10.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  226
10.4.1　压电式人工突触   226
10.4.2　机械突触可塑性（摩擦电式人工突触）   227
10.4.3　机械-光电多模态人工突触   230
10.5　交互式神经形态器件近期研究发展重点  232
10.6　交互式神经形态器件展望与未来  233

第11章　新型二维半导体材料：黑磷  235
11.1　黑磷材料的研究背景  235
11.1.1　黑磷的基本结构和能带   236
11.1.2　黑磷的各向异性   236
11.1.3　黑磷的电学性质   237
11.1.4　黑磷的光学性质   237
11.1.5　黑磷的研究难点   238
11.2　黑磷材料的研究进展与前沿动态  239
11.2.1　黑磷的制备方法   239
11.2.2　基于黑磷的光电探测器   241
11.2.3　基于黑磷的光伏器件应用   242
11.2.4　基于黑磷的激光器应用   242
11.2.5　基于黑磷的光调制器   243
11.2.6　基于黑磷的储能器件应用   243
11.2.7　基于黑磷的生物医学领域的应用   244
11.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  245
11.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  246
11.5　黑磷材料近期研究发展重点  248
11.5.1　黑磷掺杂工程   248
11.5.2　黑磷与其他二维材料形成的异质结研究   249
11.5.3 基于二维黑磷的三维结构研究   249
11.5.4　黑磷的稳定性研究   249
11.6　黑磷材料展望与未来  250

第12章　滤波超级电容器电极材料  253
12.1　滤波超级电容器电极材料的研究背景  253
12.1.1　交流滤波及滤波电容器简介   253
12.1.2　超级电容器应用于滤波电路   254
12.2　滤波超级电容器电极材料的研究进展与前沿动态  255
12.2.1　“超薄”碳纳米材料薄膜   255
12.2.2　高取向性碳基纳米材料电极   256
12.2.3　面内电极结构设计   260
12.2.4　其他电极材料   262
12.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  262
12.3.1　高质量碳基薄膜   262
12.3.2　高取向性碳基材料   263
12.3.3　面内叉指电极设计   265
12.3.4　其他电极材料   267
12.4　作者在该领域的学术思想和研究成果  268
12.4.1　学术思想   268
12.4.2　研究成果   269
12.5　滤波超级电容器电极材料近期研究发展重点和展望  272

第13章　液基材料  275
13.1　液基材料的研究背景  275
13.2　液基材料的研究进展与前沿动态  276
13.3　作者在该领域启发性学术思想  282
13.4　作者在该领域的主要研究成果  283
13.4.1　基于应力响应液体门控的恒压动态可控气液输运   283
13.4.2　基于液体门控的微流体输运调控   284
13.4.3　基于液体门控的智能气体活塞和移动阀门   285
13.4.4　基于液体门控的生物医用导管   286
13.4.5　基于光热响应液体门控的定位流体输运控制与分离   287
13.4.6　基于紫外光响应液体门控的精准光控抗腐蚀的气体阀门   287
13.4.7　基于磁响应性液体门控的远程调控流体输运的新方法   288
13.4.8　基于响应性液体门控的无电可视化物质检测的新方法   289
13.4.9　基于电化学响应性液体门控的空气净化应用研究   290
13.4.10　基于液体门控的超高效减阻乳化应用研究   291
13.4.11　基于自驱动液体门控的可视化气液混合物含量监测应用研究   292
13.4.12　基于质子化诱导液体门控的自适应CO2响应气阀应用研究   294
13.4.13　基于动电效应液体门控的非连续能量转换技术   295
13.4.14　基于双稳态界面液体门控的温度自适应节能大棚技术   296
13.5　液基材料展望与未来  296
13.5.1　科学发展前景   297
13.5.2　技术应用前景   298

第14章　纤维电子材料  300
14.1　纤维电子材料的研究背景  300
14.1.1　能源纤维电子材料   301
14.1.2　交互纤维电子材料   301
14.1.3　感存算纤维电子材料   302
14.2　纤维电子材料的研究进展与前沿动态  302
14.2.1　能源纤维电子材料   302
14.2.2　交互纤维电子材料   307
14.2.3　感存算纤维电子材料   315
14.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  318
14.3.1　能源纤维电子材料   318
14.3.2　交互纤维电子材料   318
14.3.3　感存算纤维电子材料   319
14.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  320
14.4.1　能源纤维电子材料   320
14.4.2　交互纤维电子材料   321
14.4.3　感存算纤维电子材料   323
14.5　纤维电子材料近期研究发展重点  324
14.5.1　能源纤维电子材料   324
14.5.2　交互纤维电子材料   325
14.5.3　感存算纤维电子材料   325
14.6　纤维电子材料展望与未来  326
14.6.1　能源纤维电子材料   326
14.6.2　交互纤维电子材料   326
14.6.3　感存算纤维电子材料   327

第15章　亚稳态能源材料  328
15.1　亚稳态能源材料的研究背景  328
15.2　亚稳态材料的研究进展与前沿动态  329
15.3　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  330
15.3.1　亚稳态双功能/全解水电催化剂   331
15.3.2　亚稳态析氢电催化剂   334
15.3.3　亚稳态H2O2电氧化催化剂   341
15.3.4　亚稳态醇氧化催化剂   341
15.3.5　亚稳态锂离子电池负极材料   343
15.3.6　亚稳态锂离子电池正极材料   343
15.3.7　亚稳态活性炭材料   347
15.4　亚稳态材料展望与未来  348

第16章　聚合物超分子手性聚集体材料  350
16.1　聚合物超分子手性聚集体材料的研究背景  350
16.2　聚合物超分子手性聚集体材料的研究进展与前沿动态  352
16.2.1　基于手性聚合物构建聚合物超分子手性聚集体   352
16.2.2　基于非手性聚合物构建聚合物超分子手性聚集体   355
16.3　我国在聚合物超分子手性聚集体材料领域的学术地位及发展动态  358
16.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  359
16.4.1　非手性聚合物体系的手性诱导   360
16.4.2　手性聚合物体系的超分子手性组装   364
16.5　聚合物超分子手性聚集体材料发展重点  369
16.6　聚合物超分子手性聚集体材料展望与未来  370

第17章　机器学习辅助合金设计  372
17.1　机器学习辅助合金设计研究背景  372
17.2　机器学习辅助合金设计研究进展与前沿动态  373
17.2.1　材料设计机器学习的基本流程   373
17.2.2　面向性能的机器学习   378
17.2.3　面向微观组织的机器学习   397
17.2.4　面向基本物性参数的机器学习   400
17.2.5　机器学习势函数及其在合金中的应用   405
17.3　我国在机器学习辅助合金设计领域的学术地位及发展动态  406
17.4　机器学习辅助工程合金设计发展重点  408
17.4.1　共享材料数据库平台建设   408
17.4.2　物理模型与机器学习模型并重   408
17.4.3　基于机器学习势的工程合金分子动力学模拟   409
17.5　机器学习辅助工程合金设计展望与未来  409

第18章　骨仿生复合材料与过程仿生制备新技术  411
18.1　骨仿生复合材料的研究背景  411
18.1.1　骨骼中矿物的分布   412
18.1.2　骨结构与力学性能   413
18.1.3　骨骼体内矿化过程   414
18.1.4　骨骼修复材料的仿生制备   416
18.1.5　胶原纤维的体外矿化研究   417
18.2　基于胶原纤维的矿化复合材料与功能研究进展  418
18.2.1　胶原纤维等级结构   418
18.2.2　胶原纤维内矿化驱动力   419
18.2.3　胶原纤维的矿化过程   421
18.2.4　矿化胶原纤维的功能开发与应用   424
18.3　我国在该领域的学术地位及发展动态  425
18.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  427
18.5　骨仿生复合材料近期研究发展重点  429
18.6　骨仿生复合材料展望与未来  431

第19章　等离子球磨技术  432
19.1　外场辅助球磨的研究背景  432
19.1.1　超声波辅助球磨   433
19.1.2　磁场辅助球磨   433
19.1.3　放电辅助球磨   434
19.1.4　温度场辅助球磨   435
19.2　等离子球磨的研究进展与前沿动态  436
19.2.1　介质阻挡放电等离子体技术   436
19.2.2　等离子球磨原理与等离子球磨机设计   438
19.2.3　等离子球磨的DBDP发射光谱诊断   441
19.3　我国在外场辅助球磨领域的学术地位及发展动态  444
19.4　作者在该领域的学术思想和主要研究成果  445
19.4.1　等离子球磨在润滑材料制备中的应用   447
19.4.2 等离子球磨在制备石墨烯材料中的应用   448
19.4.3　等离子球磨在电极材料制备中的应用   448
19.4.4　等离子球磨在金属陶瓷材料制备中的应用   450
19.4.5　等离子球磨在吸波材料制备中的应用   454
19.4.6　等离子球磨在储氢材料制备中的应用   456
19.5　等离子球磨发展重点  458
19.6　等离子球磨展望与未来  459