美国国家科学院发布：材料有哪些研究前沿？

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开发可以快速评估和准确预测复合材料的复杂行为的分析和预测工具、多尺度建模工具套件； 加强多维性能增强及梯度/形态关系领域的制造科学研究。 钙钛矿材料未来的潜在研究方向是基于甲基铵的钙钛矿太阳能电池的稳定性以及有毒元素的替代研究。 聚合物/纳米颗粒混合材料和纳米复合材料未来的研究重点是研究外部场（电、磁）对活性纳米粒子组装过程的影响。 研究具有分布式驱动性能的软质和硬质复合材料，这是制备多材料机器人的理想材料。

半导体及其它电子材料

半导体及其它电子材料未来的工作重点将转向日益复杂的单片集成器件、功能更强大的微处理器以及充分利用三维布局的芯片，这需要研发新材料，以用于结合存储器和逻辑功能的新设备、能执行机器学习的低能耗架构的设备、能执行与传统计算机逻辑和架构截然不同的算法的设备。 器件小型化和超越小型化方面的研究重点是提升极紫外（EUV）光刻的制造能力和薄膜压电材料性能。 金属微机电系统合金的沉积技术和成形技术的发展有望实现物联网。 下一代信息和能源系统将需要能提供更高功率密度、更高效率和更小占位面积的新型电子材料和器件。 集成和封装的变化以及场效应晶体管、自旋电子器件和光子器件等新器件的出现，需要研发新材料来解决互连中出现的新限制。

量子材料

量子材料包括超导体、磁性材料、二维材料和拓扑材料等，有望实现变革性的未来应用，涵盖计算、数据存储、通信、传感和其他新兴技术领域。 超导体方面的研究前沿是发现新材料、制备单晶、了解材料的分层结构及功能组件，研究重点包括研发可以预测新材料结构及性能的理论/计算/实验集成的工具； 发现和理解新型超导材料，推动相干性和拓扑保护研究发展，进一步理解与更广泛量子信息科学相关的物质。 磁性材料可能会出现“磁振子玻色爱因斯坦凝聚”等新集体自旋模式，非铁金属制备的反铁磁体将成为未来自旋动力学领域的重点研究方向。 二维材料的重点研究方向包括： 高质量二维材料及其多层异质结构的可控增长、异质结构和集成装置的界面（粘附和摩擦）力学、过渡金属二硫化物的低温合成等。 在拓扑材料方面，机械超材料可能是新的重要研究方向，其具有负泊松比、负压缩性和声子带隙等新的机械性能。

聚合物、生物材料和其他软物质

聚合物将在环境、能源和自然资源应用、通信和信息、健康等领域发挥重要作用。

· 在环境领域

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