现在，就让我们来盘点2015年材料界那些新发现、新发明。

据美国科学日报1月16日报道，美国纽约市立大学的一支科研小组成功地展示了如何提高光发射和捕捉嵌有纳米发光晶体的超材料发出的光。由物理学家维罗德•曼诺(Vinod Menon)博士带领的这项研究或引领包括超快LED、纳米级激光和高效单光子源在内的一系列应用。

在演示中，研究小组使用了具有双曲线分散的超材料以提高纳米晶体的光发射性能，同时设计了一个有效的提取光的方案。“在光学领域，按照人们的意愿控制光在媒介中的行为是使用超材料的意义。”光子学专家曼诺教授这样说道，他专攻纳米级别的光-物质相互作用的控制。

“我们的研究既实现了光发射的增强，也能够提取光”,曼诺补充说道。这项研究发表在期刊Optica上（Optica, 2015, 2, 1, 62-65, DOI: 10.1364/OPTICA.2.000062）。

日本筑波大学5月13日发表的一份公报称，该校与东京大学合作，开发出了一种能反复蓄热散热的新型陶瓷，有望用于太阳能发电和工厂排热系统。

筑波大学副教授所裕子和东京大学研究生院教授大越慎一领导的研究小组，利用特殊条件烧结用于制造白色颜料的二氧化钛，制作出一种名为“λ-五氧化三钛”的陶瓷。当这种陶瓷受到光照或有电流通过时，它就能积蓄热能。此后若向这种蓄满热能的陶瓷施加一定的压力，其结构就会发生变化，转变成“β-五氧化三钛”。这时，其内部积累的热能也会随之散发出来。

反之，如果加热“β-五氧化三钛”，它就会在一定温度下又恢复为“λ-五氧化三钛”且继续吸热。由于这种转变能反复发生，因此可以反复蓄热和散热。

在利用太阳能热量驱动涡轮机的发电中，为了在夜间稳定发电，蓄热材料的作用非常关键。虽然很多科研人员在尝试用蓄热效率很高的熔盐，但难以解决熔盐腐蚀管道等难题。

研制上述新陶瓷的专家认为，这种新材料很廉价，散热条件不高，因此有望将其开发成太阳能发电所需的蓄热材料或用于收集工厂排放的废热。

这一研究小组还准备继续改良工艺，以增大新陶瓷的蓄热量。有关这一研究成果的论文已刊登在最新一期英国《自然·通讯》杂志网络版上。

德国基尔大学的Eckhard Quandt 和美国马里兰大学的Manfred Wuttig 组成的联合研究小组新发明了一种镍钛铜记忆合金，其变形次数可以达到千万次不会断裂，而通常合金材料变形几千次就会断裂。这一新材料在微电子和光学器件、传感器、医疗器件等众多领域将有广泛的应用前景。相关研究成果发表在5月29日的《科学》杂志上（Science, 2015, 348, 1004, DOI: 10.1126/science.1261164）。

科学家早在上世纪60年代就发明了镍钛记忆合金，这种合金在受热和冷却时会变形，并很快会恢复到最初机械加工时确定的形状。我们熟悉的大多数合金在两种晶格状态下转变几千次，就会出现裂纹甚至断裂，《科学》上刊登的这篇新论文解释说，这是因为在金属高温相（奥氏体）会出现越来越多的低温相（马氏体）晶体结构，两相之间的转换不完全会导致合金断裂。

《科学》杂志评价认为，德国基尔大学的这项发明大大拓宽了记忆合金的应用领域，电磁耦合器、温度传感器、微电子和光学器件、信息存储介质，以及医疗领域中的人工心脏瓣膜等都有广泛应用潜力。另外，还可以利用这种记忆合金将外界和环境中的热能转化为电能，或开发新的冷却单元。

美国弗吉尼亚联邦大学的一个研究小组宣称，他们合成出一种新型磁性材料，在磁性方面可媲美稀土制传统永磁材料，有望降低工业生产中对稀土资源的依赖。负责此项研究的弗吉尼亚联邦大学物理和人文学院教授希夫·卡纳说，该发现开辟了一条人工新材料赶超传统永磁材料的全新路径。相关论文发表在近期的《应用物理学快报》上（Applied Physics Letters, 2015, 106, 213109）。

这种新材料由铁纳米颗粒以及具有磁性的钴和碳纳米颗粒构成，后两者的尺寸大约为5纳米左右。实验显示，这种材料在磁性方面完全能够媲美那些由稀土制成的、传统的永磁材料。此外，这种材料还能在516.85 ℃的高温下存储信息，具有良好的耐热性和稳定性，并具备长程有序的特点，在数据存储应用领域也有潜在的应用价值。

稀土具有“工业维生素”的美誉，如今是极其重要的战略资源，在石油、化工、冶金、纺织等领域具有广泛的应用价值。特别是那些用稀土制成的永磁材料，对通讯、电子以及汽车制造等行业而言更是必不可少。此外，随着绿色科技市场的出现和快速发展，纯电动以及混合电动汽车、直驱风力发电机动力系统和储能系统的市场越来越大，永磁材料及稀土资源的需求量也随之增加，资源短缺问题日益凸显。

论文第一作者、弗吉尼亚联邦大学博士后艾哈迈德·埃尔—詹蒂（Ahmed A. El-Gendy）说，对解决稀土资源短缺而言这是一项重要的发现。该校纳米科学与纳米科技项目负责人埃弗雷特·卡彭特（Everett E. Carpenter）教授表示，这种新材料已经显示出了很多出色的特性，有些方面甚至超过了传统永磁材料。

宾夕法尼亚大学研究室的科研人员开发出一种新型的材料，这是一种由氧化铝原子通过特殊的技术加工合成出的新型纳米材料，超薄（它的厚度仅有 25~100纳米），重量轻，但是坚固耐用。

通常在人们的概念当中，氧化铝是一种较为脆弱的材料。但是现在，通过这种最新的纳米工艺将它进行过加工之后，不论弯曲到怎样的程度它都能够很好的恢复原样。并且，它有着超强的导电性和导热性。

这种材料将被用来开发许多最新的高科技产物，比如已经在构想当中的机器昆虫，类似于机器蜜蜂或是机器苍蝇这种，那么这样的材料将会是用来制作翅膀的首选。当然，它的作用还不只于此，基于这种材料的各种特性，科研人员将能够开发出各种新的用途。

美国航空航天局（NASA）发明一种新材料，可以在2秒钟内，自动修补损坏的部位。该材料可能用于宇宙飞船及军用飞机和坦克外壳的自动修补。

科学家在试验中演示，带有一个或两个聚酯层的金属被洞穿后，因为氧气进入并与之混合，含有三丁基硼烷（tributylborane）的聚酯液体胶发生化学反应，很快变硬，最后修复金属的破损部位。

研究者人员表示：“这种液体胶和空气接触几秒钟，即从液态变成固态。”目前，该材料仍需进一步的研究，检测其应用特性。该材料非常可能用于修补宇宙飞船上的破损洞，以及用于军事设备，如飞机或坦克。这种自我修补材料是

美国航空航天局和密西根大学的科学家合作研制的。密西根大学的吉姆 斯哥特（Timothy Scott）解释，这种材料不能作为组成成分单独使用，而是需要和其他材料混合应用。斯哥特说：“我们的目的是迅速修补（破损洞）。”而且，这种材料的特点是，越薄起效越快。试验中，材料板的厚度是1毫米。实际产品中，材料板会更薄，可能厚度为一毫米的几十之一或几百分之一。

[科技讯]11月4日消息，中国科学院上海硅酸盐研究所的研究人员利用细小的管状石墨烯构成一个拥有与钻石同等稳定性的蜂窝状结构，从而创造出了这种泡沫状材料。

一个这种石墨烯泡沫承受了力度超过每平方英寸1.45万磅的外力的重击——几乎相当于在世界海洋最深处——约10.9千米深——位于美国关岛沿海的马里亚纳海沟，即所谓的“挑战者”号海渊——的压力。这个上海的研究小组称，他们新创造出的这种材料能够承受较之以往报道的石墨烯材料更大的冲击。

报道称，这种材料还可以被挤压成其原始大小的约5%，而且依然能够恢复其原来的形态，而且即使这一过程重复1000次还能保持完好无损。这种新材料的特性意味着其可以用在防弹衣的内部和坦克的表面作为缓冲垫，以吸收来自射弹(如子弹、炮弹、火箭弹等)的冲击力。

南开大学化学学院陈永胜教授及其团队6月公布了一项研究成果——新型石墨烯材料，可以在太阳光等各种光源照射下驱动飞行。作为世界首个“光驱动”新材料，该成果被发表在国际著名学术刊物《自然-光学》上。

陈永胜教授表示，“我们在3年多前切割一种特殊三维石墨烯材料时，意外发现光可以对其产生推动效果。此后‘光是否不仅能推动细胞还可以推动宏观物体’就成了我们最重要的研究课题。”后来，陈教授团队联合该校物理学院田建国教授共同研制出了这种能用光进行驱动的石墨烯材料。

据该成果的视频资料显示，在几十厘米的真空管里，在一束光的瞬间照射下，几毫克的新型石墨烯材料能一次前进几厘米到十几厘米，最远时可以运动40厘米。目前对这种新型材料的整体研究还处在实验室起步阶段，但随着研究的进一步深入，或许未来在三维石墨烯的助力下，宇宙飞船也能利用“光驱动”穿梭太空。

德国马普固体化学物理研究所和亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心（HZDR）及荷兰拉德堡大学（Radboud）的科学家共同发现了一种具有超快速电子的新型巨磁电阻材料——磷化铌（NbP）。在研究该材料时，科研人员首次在单一材料上观察到电阻增加近万倍。该材料可用于生产电子元件，在信息技术领域具有巨大的应用潜力。

研究发现，当对磷化铌施加强磁场时，其电阻急剧增强。研究人员还发现了电子非常快速、灵活的原因。在磷化铌中，这一特殊属性是由特定的电子态负责的：在所谓的Weyl金属中有一些电子，他们好像是无质量的，从而可以移动得非常快。研究人员认为，磷化铌的巨磁电阻效应可以通过巧妙的材料设计进一步得到改进。马普固体化学物理研究所和亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心的专家们希望将来继续合作，共同开发Weyl金属。

该研究成果发表在学术期刊《自然物理》上。

据国外媒体报道，美国加州HRL实验室的科学家们研发出一种名为“microlattice”的材料，这种材料的制造技术由波音公司和通用汽车公司共同拥有。这种新材料是由微型空心管网络构成的，它大约比泡沫聚苯乙烯还要轻百倍。

为了节省燃料，波音公司和通用公司不断尝试在不牺牲结构完整性的前提下尽可能的减轻材料重量。研究人员称，构建这种新材料的过程是完全可行的，这种材料不仅极轻而且非常牢固。

HRL实验室的一位化学家Sophia Yang称：“这种材料事实上是由很常见的镍磷材料打造的，但是我们必须计算出材料的构建结构，这样才能创造出一种能够独立支撑的材料，它非常轻盈以至于能够站立在蒲公英花朵的顶部而且不会压碎它。”

研究人员称，这种材料空心管连接网络模拟的是桥梁支撑的结构。但是在这个项目中，空心管的壁厚仅有100纳米，大约只有人类头发的千分之一，这就意味着这种材料99.99%的成分是空气。

这种材料构造借助了一种革命性的添加制造过程，有点类似于3D打印技术。但是3D打印技术是一层一层的进行构建，而HRL实验室使用了能够对光做出反应的特殊聚合物，而且是一次成型。

研究人员不仅能够调整这种结构的硬度，而且能够调整它的构造。这就意味着他们不仅能够创造出高度灵活的填充结构，而且也能够创造出用于提供结构支撑的牢固构造。

中科院上海硅酸盐所科学家已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料具有极佳的电化学储能特性，可用作电动车的“超强电池”：充电只需7秒钟，即可续航35公里。相关研究成果已于12月18日发表在世界顶级期刊《科学》上。

超级电容器，是介于传统电容器和电池之间的一种电化学储能装置。由于具有功率密度高、循环寿命长、安全可靠等特点，现已广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域。如何让超级电容器兼具高功率、高能量，长期以来科学家并没有找到理想材料。

为破解这一难题，中科院上海硅酸盐所联合北京大学、美国宾夕法尼亚大学展开持续攻关。黄富强研究团队最终发现，石墨烯是超级电容器电极的最佳选择。

通过反复试验、设计、合成，黄富强研究团队发现，氮掺杂有序介孔石墨烯的性能表现最佳。不仅能实现高能量密度、高功率密度，而且还可以通过使用水基电解液，做到无毒、环保、价格低廉、安全可靠。

据介绍，该新型石墨烯超级电容器体积轻巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制备，实现规模生产。因性能较铅酸、镍氢等电池有明显的竞争优势，且在快速充放方面又远远优于锂电池，因此该“超级电池”可广泛应用于现有混合电动汽车、大功率输出设备的更新换代。