Os 20 novos materiais potenciais para o futuro

A tecnologia dos novos materiais está integrada na nanotecnologia, na biotecnologia e na tecnologia da informação, e a tendência para a integração funcional e a inteligência é óbvia. O ciclo de baixo carbono, verde e renovável dos materiais e outras características amigas do ambiente têm atraído muita atenção.

Neste artigo, os 20 novos materiais de topo (sem uma ordem específica) são seleccionados com base no progresso da investigação de instituições e empresas de investigação nacionais e estrangeiras de renome, nas análises dos meios de comunicação social científicos e tecnológicos e na investigação industrial.

1. Grafeno

Inovação: extraordinária condutividade eléctrica, resistividade eléctrica extremamente baixa e rápida velocidade de migração de electrões, dezenas de vezes mais resistência do que o aço e excelente transmissão de luz.

Tendência de desenvolvimento: O Prémio Nobel da Física de 2010 fez com que o grafeno se tornasse um elemento importante na tecnologia e nos mercados de capitais nos últimos anos. O grafeno será utilizado em ecrãs optoelectrónicos, semicondutores, ecrãs tácteis, dispositivos electrónicos, baterias de armazenamento de energia, ecrãs, sensores, semicondutores, materiais aeroespaciais, militares e compósitos, biomedicina e outros domínios que irão crescer de forma explosiva.

Principais instituições de investigação (empresas): Graphene Technologies, Angstron Materials, Graphene Square, Forsman Technology, etc.

2. Aerogel

Inovação: elevada porosidade, baixa densidade, peso leve, baixa condutividade térmica, excelentes propriedades de isolamento térmico.

Tendência de desenvolvimento: Os novos materiais com grande potencial têm grande potencial nos domínios da conservação da energia e da proteção do ambiente, do isolamento térmico e dos aparelhos eléctricos e da construção.

Principais instituições de investigação (empresas): Forsman Technology, W.R. Grace, Japan Fuji-Silysia, etc.

3. CNT (tubo nano de carbono)

Inovação: elevada condutividade eléctrica, elevada condutividade térmica, elevado módulo de elasticidade, elevada resistência à tração, etc.

Tendência de desenvolvimento: eléctrodos de dispositivos funcionais, suportes de catalisadores, sensores, etc.

Principais instituições de investigação (empresas): Unidym, Inc., Toray Industries, Inc., Bayer Materials Science AG, Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Forsman Technology, Suzhou First Element, etc.

4. Fulereno

Descoberta: Com propriedades ópticas lineares e não lineares, supercondutividade de fulerenos de metais alcalinos, etc.

Tendência de desenvolvimento: O futuro tem perspectivas importantes nos domínios das ciências da vida, da medicina, da astrofísica, etc., e prevê-se que seja utilizado em dispositivos optoelectrónicos, tais como conversores ópticos, conversores de sinais e armazenamento de dados.

Principais instituições de investigação (empresas): Michigan State University, Xiamen Funa New Materials, etc.

5. Liga amorfa

Inovação: elevada resistência e tenacidade, excelente permeabilidade magnética e baixa perda magnética, excelente fluxo de líquidos.

Tendência de desenvolvimento: transformadores de baixa perda de alta frequência, peças estruturais de equipamentos terminais móveis, etc.

Principais instituições de investigação (empresas): Liquidmetal Technologies, Inc., Instituto de Metais da Academia Chinesa de Ciências, BYD Co., Ltd., etc.

6. Espuma metálica

Inovador: Leve, de baixa densidade, alta porosidade e grande área de superfície específica.

Tendência de desenvolvimento: Tem condutividade e pode substituir as áreas de aplicação onde os materiais inorgânicos não metálicos não podem conduzir eletricidade; tem um grande potencial no domínio do isolamento acústico e da redução do ruído.

Principais instituições de investigação (empresas): Alcan, Rio Tinto, Symat, Norsk Hydro, etc.

7. Líquido iónico

Inovador: Com elevada estabilidade térmica, ampla gama de temperaturas líquidas, ácido e alcalino ajustáveis, polaridade, capacidade de coordenação, etc.

Tendência de desenvolvimento: Tem amplas perspectivas de aplicação no domínio da indústria química verde, bem como no domínio da biologia e da catálise.

Principais instituições de investigação (empresas): Solvent Innovation, BASF, Instituto de Física de Lanzhou, Academia Chinesa de Ciências, Universidade de Tongji, etc.

8. Celulose nanocristalina

Inovação: com boa biocompatibilidade, capacidade de retenção de água, ampla gama de estabilidade de pH; estrutura de nano-rede e elevadas propriedades mecânicas.

Tendência de desenvolvimento: Tem grandes perspectivas na biomedicina, no reforço, na indústria do papel, na purificação, nos alimentos compostos condutores e inorgânicos e nos compostos magnéticos industriais.

Principais instituições de investigação (empresas): Cellu Force (Canadá), US Forest Service (Serviço Florestal dos EUA), Innventia (Suécia), etc.

9. Perovskite nanocristalina

Uma descoberta: A perovskite de nanopontos tem uma magnetorresistência gigante, elevada condutividade iónica e desempenha um papel catalítico na precipitação e redução do oxigénio.

Tendência de desenvolvimento: O futuro tem um enorme potencial nos domínios da catálise, armazenamento, sensores e absorção de luz.

Principais instituições de investigação (empresas): Epry, AlfaAesar, etc.

10. Materiais impressos em 3D

Uma inovação: A alteração dos métodos tradicionais de processamento industrial permite obter rapidamente a formação de estruturas complexas.

Tendência de desenvolvimento: O método de moldagem revolucionário tem grandes perspectivas no domínio da moldagem de estruturas complexas e da moldagem de processamento rápido.

Principais instituições de investigação (empresas): Object, 3DSystems, Stratasys, Huashu Hi-Tech, etc.

11. Vidro de salgueiro

Inovador: Alterar as características rígidas e frágeis do vidro tradicional e concretizar a inovação revolucionária da flexibilidade do vidro.

Tendência de desenvolvimento: O futuro dos ecrãs flexíveis e dos dispositivos dobráveis tem grandes perspectivas.

Principais instituições de investigação (empresas): Corning, Alemanha SCHOTT, etc.

12. Material de auto-montagem (auto-reparação)

Uma inovação: As moléculas de material auto-montam-se para realizar a "inteligência" do próprio material, alteram o método anterior de preparação do material e realizam o material para formar uma determinada forma e estrutura espontaneamente.

Tendência de desenvolvimento: A alteração dos métodos tradicionais de preparação e reparação de materiais terá grandes perspectivas nos domínios dos dispositivos moleculares, da engenharia de superfícies e da nanotecnologia.

Principais instituições de investigação (empresas): Universidade de Harvard, etc.

13. Plásticos biodegradáveis

Um avanço: Naturalmente degradáveis, as matérias-primas provêm de recursos renováveis, alterando a dependência dos plásticos tradicionais de recursos fósseis, como o petróleo, o gás natural e o carvão, e reduzindo a poluição ambiental.

Tendência de desenvolvimento: Os futuros substitutos dos plásticos tradicionais têm grandes perspectivas.

Principais instituições de investigação (empresas): Natureworks, Basf, Kaneka, etc.

14. Compósitos de titânio e carbono

Inovador: Com elevada resistência, baixa densidade e excelente resistência à corrosão, tem perspectivas ilimitadas nos domínios da aviação e civil.

Tendência de desenvolvimento: No futuro, tem um grande potencial para aplicações ambientais, como leveza, alta resistência e resistência à corrosão.

Principais instituições de investigação (empresas): Instituto de Tecnologia de Harbin, etc.

15. Metamateriais

Inovador: Tem características físicas que os materiais convencionais não têm, como a permeabilidade negativa e a permissividade negativa.

Tendência de desenvolvimento: Alterar o conceito tradicional de processamento de acordo com a natureza dos materiais. No futuro, as características dos materiais podem ser concebidas de acordo com as necessidades.

Principais instituições de investigação (empresas): Boeing, Kymeta, Instituto de Investigação de Shenzhen Guangqi, etc.

16. Materiais supercondutores

Descoberta: No estado supercondutor, o material tem resistência zero, não há perda de corrente e o material exibe propriedades anti-magnéticas num campo magnético.

Tendência de desenvolvimento: Se se esperam avanços na tecnologia de supercondutores de alta temperatura no futuro, espera-se que resolva problemas como perdas na transmissão de energia, aquecimento de dispositivos electrónicos e novas tecnologias de suspensão magnética de transmissão ecológica.

Principais instituições de investigação (empresas): Sumitomo Japão, Bruker Alemanha, Academia Chinesa de Ciências, etc.

17. Liga com memória de forma

Revelação: Após a pré-formação, depois de ser forçado a deformar-se por condições externas, será restaurado à sua forma original após determinadas condições, para realizar a conceção e aplicação da reversibilidade do material.

Tendência de desenvolvimento: Tem um enorme potencial nos domínios da tecnologia espacial, do equipamento médico, da mecatrónica e de outros domínios.

Principais institutos de investigação (empresas): investigação e desenvolvimento de novos materiais, etc.

18. Materiais de magnetostricção

Inovador: Sob a ação do campo magnético, pode produzir um desempenho de alongamento ou compressão e realizar a interação entre a deformação do material e o campo magnético.

Tendência de desenvolvimento: É amplamente utilizado em dispositivos estruturais inteligentes, dispositivos de absorção de choques, estruturas de conversão de energia, motores de alta precisão e outros campos, e o seu desempenho é melhor do que o das cerâmicas piezoeléctricas em algumas condições.

Principais institutos de investigação (empresas): ETMRA Corporation dos Estados Unidos, Rare Earth Products Corporation da Grã-Bretanha, Sumitomo Light Metal Corporation do Japão, etc.

19. Material fluido magnético (elétrico)

Inovação: Estado líquido, com as propriedades magnéticas dos materiais magnéticos sólidos e a fluidez dos líquidos. Tem características e aplicações que os materiais magnéticos tradicionais a granel não têm.

Tendência de desenvolvimento: Aplica-se aos domínios do selo magnético, da refrigeração magnética, da bomba de calor magnética, etc., e altera a refrigeração selada tradicional e outros métodos.

Principais instituições de investigação (empresas): American ATA Applied Technology Corporation, Japan Panasonic, etc.

20. Gel polimérico inteligente

Descoberta: É capaz de sentir e responder a alterações no ambiente circundante e tem características de resposta biológica semelhantes.

Tendência de desenvolvimento: O ciclo de expansão-contração do gel de polímero inteligente pode ser utilizado para válvulas químicas, separação por adsorção, sensores e materiais de memória; a potência fornecida pelo ciclo é utilizada para conceber "motores químicos"; a capacidade de controlo da malha é adequada para sistemas inteligentes de libertação de medicamentos.

Principais instituições de investigação (empresas): Universidades americanas e japonesas.