中国新材料研究前沿报告 2023 量子材料 存算一体芯片材料 电子材料 生物降解材料 新型半导体材料 新材料领域研发技术

《中国新材料研究前沿报告（2023）》聚焦前沿新材料发展动态，关注对行业发展可能产生重大影响的原创技术、关键战略材料领域基础研究进展和新材料创新能力建设，梳理出发展过程中面临的问题，并提出应对策略和指导性发展建议，以期为我国新材料基础创新及建设提供有益指导。

报告密切跟踪Nature、Science等杂志的年度关注点，内容兼具专业性、前瞻性和时效性，涉及的新材料包括量子材料、存算一体芯片材料、电子材料、生物降解材料、新型半导体材料等，同时对前沿新材料信息安全技术、机器学习辅助设计等新技术进行了详细解读。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。

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第1章 2023年度新材料领域发展综合报告 001
1.1 国内外研究进展动态 001
1.2 2023年度新材料的研究前沿 002
1.2.1 自旋量子材料 003
1.2.2 二维半导体材料 004
1.2.3 能源转换与存储材料 004
1.2.4 超材料与超构工程 005
1.2.5 空间医药微纳材料 005
1.2.6 极端环境服役材料 006
1.2.7 材料基因组工程 006
1.2.8 材料可控制备与表征 006
1.3 新材料发展趋势和展望 007
1.4 新材料发展的问题与挑战、启示与建议 007

第2章 双低氧稀土钢 009
2.1 双低氧稀土钢研究背景 009
2.2 稀土钢研究进展与前沿动态 009
2.3 我国在稀土钢领域的学术地位及发展动态 010
2.3.1 稀土在钢中的作用机制 010
2.3.2 氧对稀土钢的影响机制 013
2.3.3 低氧稀土金属 014
2.3.4 低氧洁净钢 016
2.3.5 双低氧稀土钢 016
2.4 作者团队在双低氧稀土钢领域的学术思想和主要研究成果 026
2.5 稀土钢发展重点 026
2.6 稀土钢展望与未来 027

第3章 Cu-1234液氮温区“三高”超导材料 029
3.1 超导材料研究的重大科学意义 029
3.1.1 超导简介 029
3.1.2 超导材料发展历程 029
3.1.3 实用化超导材料研究现状 032
3.1.4 Cu-1234高温超导材料研究缘起 033
3.2 Cu-1234高温超导材料研究进展和前沿动态 034
3.3 我国在Cu-1234高温超导材料领域学术地位和发展动态 037
3.4 Cu-1234高温超导材料发展重点 039
3.5 高温超导材料发展展望 041

第4章 柔性半导体纤维材料 042
4.1 半导体纤维材料的研究背景 042
4.2 柔性半导体纤维材料的研究进展与前沿动态 043
4.2.1 半导体纤维材料成型方法开发 043
4.2.2 半导体纤维材料应用领域 045
4.3 我国在半导体纤维材料领域的学术地位和发展动态 048
4.3.1 我国在半导体纤维材料领域的学术地位及作用 048
4.3.2 我国在半导体纤维材料领域的发展动态 049
4.4 作者团队在半导体纤维材料领域的学术思想和主要研究成果 051
4.4.1 作者团队在半导体纤维材料领域的学术思想 051
4.4.2 作者团队在半导体纤维材料领域的主要研究成果 051
4.5 半导体纤维材料发展重点 056
4.5.1 新型纤维成型半导体材料的设计 056
4.5.2 引入高鲁棒性的界面，提高半导体纤维器件性能 056
4.5.3 器件制造的多场辅助技术 057
4.5.4 多器件系统级互联 057
4.5.5 标准化和市场化发展战略 057
4.6 半导体纤维材料的展望与未来 058

第5章 芯片热管理材料 060
5.1 芯片热管理材料的研究背景 060
5.2 芯片热管理材料的研究进展与前沿动态 061
5.2.1 热界面材料 061
5.2.2 热智能材料 063
5.2.3 固液相变材料 064
5.2.4 导热膜材料 067
5.2.5 盖板材料 068
5.2.6 半导体异质结材料 069
5.3 我国在芯片热管理材料领域的发展动态 070
5.3.1 热界面材料 070
5.3.2 热智能材料 072
5.3.3 固液相变材料 073
5.3.4 导热膜材料 074
5.3.5 盖板材料 074
5.3.6 半导体异质结材料 075
5.4 作者团队在芯片热管理材料领域的学术思想和主要研究成果 075
5.4.1 热界面材料 075
5.4.2 热智能材料 076
5.4.3 固液相变材料 076
5.4.4 导热膜材料 077
5.4.5 盖板材料 077
5.4.6 半导体异质结材料 078
5.5 芯片热管理材料的发展重点 078
5.6 芯片热管理材料的展望与未来 080

第6章 富勒烯 081
6.1 富勒烯材料的研究背景 081
6.1.1 富勒烯发现与发展历程 081
6.1.2 富勒烯材料种类 082
6.2 富勒烯材料的研究进展与前沿动态 083
6.2.1 富勒烯材料化学方向研究 083
6.2.2 富勒烯材料物理方向研究 084
6.2.3 富勒烯材料生物方向研究 085
6.2.4 富勒烯材料能源方向研究 085
6.2.5 不同国家的富勒烯材料研究 086
6.3 我国在富勒烯领域的学术地位及发展动态 086
6.3.1 我国在富勒烯领域的研究机构和研究人员 086
6.3.2 我国近期在富勒烯领域取得的重要研究成果 089
6.4 作者团队在富勒烯领域的学术思想和主要研究成果 091
6.5 富勒烯材料的发展重点 095
6.6 富勒烯材料的展望与未来 095
6.6.1 富勒烯材料应用的挑战 095
6.6.2 富勒烯在能源和复合材料上的机遇 096
6.6.3 富勒烯在护肤品中的前景 096

第7章 摩擦纳米发电机及新材料 098
7.1 摩擦纳米发电机的研究背景 099
7.1.1 机械能量的浪费 099
7.1.2 摩擦电纳米发电机的最新研究趋势 101
7.2 摩擦纳米发电机的研究进展与前沿动态 102
7.2.1 物理图像和基础科学 102
7.2.2 摩擦纳米发电机的应用 103
7.3 我国在摩擦纳米发电机领域的学术地位及发展动态 107
7.3.1 首席科学家具有独特的影响力 107
7.3.2 多个国内外权威机构认可 107
7.3.3 全球的拥趸和跟随者越来越多 108
7.4 作者团队在摩擦纳米发电机领域的学术思想和主要研究成果 108
7.4.1 创立“一棵树”的发展蓝图，坚持原始创新、主线发展 108
7.4.2 源体系 109
7.4.3 做出了具有世界一流水平的科研成果与科学贡献 110
7.5 摩擦纳米发电机材料的发展重点 111
7.5.1 材料对起电电荷的影响 111
7.5.2 起电材料的研究 112
7.5.3 电荷捕获材料的研究 112
7.5.4 面向应用场景的摩擦电材料研究 112
7.6 摩擦纳米发电机的展望与未来 113
7.6.1 摩擦纳米发电机的基础和应用 113
7.6.2 接触电荷产生的方法 114
7.6.3 新兴潜力领域 114
7.6.4 摩擦纳米发电机对工业技术的影响 114

第8章 过渡金属硫族化合物 117
8.1 过渡金属硫族化合物研究背景 117
8.2 过渡金属硫族化合物研究进展与前沿动态 119
8.2.1 过渡金属硫族化合物的合成与制备 119
8.2.2 过渡金属硫族化合物的物性研究 122
8.2.3 过渡金属硫族化合物的应用研究 125
8.3 我国在过渡金属硫族化合物领域的贡献 126
8.4 作者团队在过渡金属硫族化合物领域内的学术思想和主要研究成果 129
8.4.1 二维过渡金属硫族化合物的新材料合成 129
8.4.2 二维过渡金属硫族化合物的新奇物性 130
8.5 过渡金属硫族化合物的发展重点和展望 131

第9章 空间医药微纳材料 133
9.1 空间医药微纳材料的研究背景 133
9.2 空间医药微纳材料的研究进展与前沿动态 135
9.2.1 无机医药微纳材料 135
9.2.2 有机医药微纳材料 138
9.2.3 我国在医药微纳材料领域的学术地位及发展动态 141
9.3 作者团队在空间医药微纳材料领域的学术思想和主要研究成果 143
9.4 空间医药微纳材料的发展重点 145
9.5 空间医药微纳材料的展望与未来 145

第10章 自旋量子材料 147
10.1 自旋量子材料的研究背景 147
10.2 自旋量子材料与器件的研究进展和前沿动态 153
10.3 我国在自旋量子材料领域的学术地位及发展动态 158
10.4 自旋量子材料关键问题与发展重点 160
10.5 自旋量子材料与器件的展望与未来 164

第11章 柔性电子材料与器件 167
11.1 柔性电子材料与器件研究背景 167
11.2 柔性电子材料与器件的研究进展 168
11.2.1 柔性电子材料与器件概览 168
11.2.2 柔性电子材料与器件的发展现状 169
11.2.3 柔性电子材料与器件的研究挑战 170
11.3 我国在柔性电子材料与器件领域的学术地位及发展动态 170
11.4 作者团队在柔性电子材料与器件领域的学术思想和主要研究成果 173
11.4.1 柔性功能材料方面 173
11.4.2 柔性功能器件方面 176
11.4.3 柔性器件应用方面 177
11.5 柔性电子材料与器件的科学问题及未来发展趋势 179

第12章 基于原位环境透射电子显微镜的材料可控制备与表征 182
12.1 原位环境透射电子显微技术简介 183
12.2 原位环境透射电子显微镜的应用 183
12.2.1 纳米晶原子尺度成核 184
12.2.2 纳米晶原子尺度生长 184
12.2.3 工况环境下的材料结构演化行为 185
12.2.4 原位催化 185
12.2.5 原位应力应变 186
12.2.6 原位充放电 186
12.3 研究进展与前沿动态 186
12.3.1 原子尺度下纳米晶的成核机制 186
12.3.2 原子尺度原位研究纳米晶生长机制 188
12.3.3 工况条件下的微结构演化 189
12.3.4 材料的结构稳定性 190
12.4 我国在原位环境透射电子显微镜材料领域的学术地位和发展动态 192
12.4.1 原位表征晶体成核生长，指导新型材料可控制备 192
12.4.2 原位表征揭示材料性能起源 194
12.4.3 发展原位透射电子显微学方法 200
12.5 作者团队在原位环境透射电子显微镜材料领域的学术思想和主要研究成果 202
12.5.1 复杂环境下晶体表界面结构和晶格应变的原位、定量电子显微学表征方法 202
12.5.2 晶体成核生长及结构演化的原子分辨原位动态表征新方法和新技术 204
12.5.3 新型功能材料的原子尺度精确制造和物性调控 207
12.6 我国在原位环境透射电子显微镜材料领域的展望与未来 209
12.6.1 理论 209
12.6.2 技术 209
12.6.3 设备难点 210
12.6.4 应用难点 210
12.6.5 克服环境电镜技术难点的策略和方法 211

第13章 环境与新能源矿物材料 213
13.1 环境与新能源矿物材料的研究背景 213
13.2 我国环境与新能源矿物材料的研究进展 214
13.2.1 环境矿物材料 214
13.2.2 新能源矿物材料 216
13.3 我国在环境与新能源矿物材料领域的学术地位及发展动态 218
13.4 作者团队在环境与新能源矿物材料领域的学术思想和主要研究成果 221
13.4.1 矿物基可渗透反应隔栅（PRB）介质材料 221
13.4.2 矿物基微波辅助降解有机物材料 222
13.4.3 矿物基土壤改良材料 223
13.4.4 矿物基储能材料 224
13.4.5 矿物基发光材料 225
13.4.6 矿物基保温材料 225
13.5 环境与新能源矿物材料的发展重点 226
13.5.1 隔热防火矿物复合材料 226
13.5.2 大气污染治理矿物材料 226
13.5.3 矿物固碳材料 227
13.5.4 新能源矿物材料 227
13.5.5 环境与新能源矿物材料模拟及计算 227
13.6 环境与新能源矿物材料的总结与展望 227

总序
材料是经济社会发展的物质基础，是高新技术、新兴产业、高端制造、重大工程发展的技术先导。关键材料核心技术和产业发展路径的突破需要基础研究、产业发展、技术应用系统性协同发展，同时，科学普及对新材料、新技术的应用推广具有重要推动作用。
中国材料研究学会每年面向全社会公开出版构建中国新材料自主保障体系的系列战略品牌报告《中国新材料研究前沿报告》《中国新材料产业发展报告》《中国新材料技术应用报告》《中国新材料科学普及报告——走近前沿新材料》四部，旨在从多领域、多角度、多层次引导新发展方向。
系列战略品牌报告由中国工程院化工、冶金与材料工程学部和中国材料研究学会共同组织编写，由中国材料研究学会新材料发展战略研究院组织实施。报告秉承“材料强国”的产业发展使命，为不断提升原始创新能力，加快构建产业技术体系、积极推动技术应用融合、加大科学普及力度贡献战略智慧。其中，《中国新材料研究前沿报告》聚焦行业发展重大原创技术、关键战略材料领域基础研究进展和新材料创新能力建设，梳理出发展过程中面临的问题，并提出应对策略和指导性发展建议；《中国新材料产业发展报告》围绕先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料的产业化发展路径和保障能力问题，提出关键突破口、发展思路和解决方案；《中国新材料技术应用报告》基于新材料在基础工业领域、关键战略产业领域和新兴产业领域中应用化、集成化问题以及新材料应用体系建设问题，提出解决方案和政策建议；《中国新材料科学普及报告——走近前沿新材料》旨在推动不断出现的材料新技术、新知识、新理论和新概念服务于新型产业的发展，促进新材料更快、更好地服务于经济建设。四部报告以国家重大需求为导向，以重点领域为着眼点开展工作，对涉及的具体行业原则上每隔2～4年进行循环发布，这期间的动态调研与研究会持续密切关注行业新动向、新业势、新模式，及时向广大读者报告新进展、新趋势、新问题和新建议。
本期公开出版的四部报告为《中国新材料研究前沿报告（2023）》《中国新材料产业发展报告（2023）》《中国新材料技术应用报告（2023）》《中国新材料科学普及报告（2023）——走近前沿新材料5》，得到了中国工程院重大咨询项目“新材料强基补链与自主创新发展战略研究”“关键战略材料研发与产业发展路径研究”“新材料前沿技术及科普发展战略研究”“新材料研发与产业强国战略研究”和“先进材料工程科技未来20年发展战略研究”等项目的支持。在此，我们对今年参与这项工作的专家们致以诚挚的敬意！希望我们不断总结经验，不断提升战略研究水平，更加有力地为中国新材料发展做好战略保障与支持。
本期四部报告可以服务于我国广大材料科技工作者、工程技术人员、青年学生、政府相关部门人员，对于图书中存在的不足之处，望社会各界人士不吝批评指正，我们期望每年为读者提供内容更加充实、新颖的高质量、高水平专业图书。

李元元
二〇二三年十二月