2022纳米材料种类应用和发展前景分析

纳米材料的应用可谓涉及到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。

2022纳米材料种类应用和发展前景分析

作为2010年的诺贝尔奖材料-石墨烯，虽然已经过去11年，但在2021年的各大顶刊如Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials等，多孔石墨烯表现亮眼，仍然是二维材料界的明星材料。Adv Energy Mater报道了多孔石墨烯基单原子催化剂(Co-NMGO)仅需146mV的过电位即可获得10mAcm2的电流密度。此外该期刊还报道了一种用于高质量锂硫电池的三维多孔石墨烯/聚丙烯腈硫(3DHG/PS)复合阴极，在连续1500次循环后，每循环显示出0.012%的超低容量衰减率、15.2mgcm2的高质量负载下的高比容量和优异的速率性能。

紫磷(violet phosphorene)，是一种层状磷的同素异形体。紫磷烯被证明是比黑磷烯更稳定的二维半导体材料，在电子和光电子器件领域极具应用前景。研究表明，单层紫磷烯的二维杨氏模量是石墨烯的4.4倍，也远高于目前已知的其他二维材料。此外，根据计算单层紫磷烯也有希望用于NO2、O3和SO2的气体传感，作为锂离子电池和钠离子电池的负极材料也表现出巨大潜力。 紫磷兼具了高载流子迁移率和各向异性，且具有宽带隙、稳定、易剥离的特性，未来紫磷有望取代黑磷成为新的“梦幻材料”。

碳纳米管透明导电薄膜。由于碳纳米管(CNT)对电子和空穴具有极高且均衡的迁移率以及出色的缩放特性，在场效应晶体管 (FET) 和集成电路中用作通道材料成为CNT最受期待的应用之一,其中碳纳米管透明导电薄膜是其中的佼佼者。Nano Today报道了利用CNT作为阳极制备出一种高性能的柔性探测器，可将暗电流抑制在皮安级以下，从而实现了2.07×1014的高检测率Jones，比ITO基器件大100倍。Advanced Functional Materials报道通过简单的转移技术用单壁碳纳米管薄膜替换昂贵的氧化铟锡 (ITO) 窗口电极，所制备的器件在刚性基板上的 PCE 约为 19%，是迄今为止报告的无 ITO 钙钛矿太阳能电池的最高值。

根据中研产业研究院《2022-2027年纳米材料市场发展现状及供需格局分析预测报告》显示：

“双碳”目标下我国新材料重点方向发展研究

全球各国高度重视新材料与资源、环境和能源的协调发展，都在积极将新材料的发展与绿色发展、低碳经济结合起来，大力推进与绿色发展密切相关的新材料、技术、产品开发与应用。美国在新能源材料、轻合金、氢燃料电池、纳米材料、生物材料、节能材料等新材料领域进行了规划和布局，欧盟将催化剂、光学材料、光电材料、生物医学材料等列为10大重点领域;德国和英国在清洁能源和产业低碳化方面卓有成效，在新材料发展也从新能源材料研发和满足低碳产业化的需求等制定战略。

2019年，中国新材料产业总产值达到4.5万亿人民币，年复合增长率超过20%。近年来，国内培育了若干具有研发创新能力、核心技术出发、年销售收入过百亿元的新材料龙头企业，建成了一批主业突出、配套齐全、产值超过300亿元的新材料产业集群。在信息显示、运载工具、能源动力、高档数控机场和机器人五大领域所常用的244种电子信息材料中关键材料中，中国仅有13项材料国际领先、39项国际先进[3]，电子信息材料中还存在大量短板。中国已经成为材料大国，材料体系完整，产业集群效应明显;但中国还不是材料强国，基础研发能力和技术储备不足，新材料核心技术、原材料国产化等瓶颈问题尚需解决。

低碳经济是可持续发展的内在需求，中国对绿色、低碳新材料的需求会愈加强烈。“十二五”以来，政府高度重视新材料产业发展，出台了一系列新材料发展规划。我国早期的冶金、化工等行业是以牺牲生态环境为代价实现高速发展，能耗高、污染大，生态欠账多。从2014年发改委、财政部和工信部发布的《关键材料升级换代工程实施方案》，中国开始在新材料发展规划中针对节约能耗和绿色发展提出明确的目标和方向。我国将新材料定义为先进基础材料、关键战略材料和前沿基础材料。根据规划指示，与节能、减排、绿色相关的新材料领域主要包括绿色建筑材料、生物材料、先进化工材料、新能源材料、耐热材料等。

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