新型材料的发展对于未来必不可少
对我们大多数人来说，“文明”这个词与启蒙，文化或精炼是同义词;它让人想起大型公共建筑的画面，或者让人联想到先进的社会系统。但在我看来，文明只不过是对材料科学进步状况的一种衡量标准，因为从石器时代到青铜器到铁器时代，人类文明的每一次重大进步都是由材料的根本发展驱动的。这种联系是如此强大，以至于我们甚至以当时占主导地位的材料来命名我们的时代。
在今天的“硅时代”，硅晶体管构成了许多微电子的核心，使我们的现代生活方式成为可能。在过去的几十年中，我们已经将硅器件的性能提升到惊人的程度，使笨重的旧台式计算机能够转变为时尚的智能手机，根据摩尔定律我们理所当然地能将性能的指数增加--并相应减小尺寸和成本。
但是，随着我们开始遇到由构成硅材料的单个原子的大小所设定的基本物理极限，这种硅革命很快就会被迫结束。这意味着，在我们现有的框架内，不断向更快，更小，更轻的产品迈进的能力越来越强。
虽然看起来我们的电子设备已经足够轻巧，功能强大，但这个障碍实际上是社会的一个深刻问题。微电子在全球范围内地使用正在迅速增加，许多人预测，上超过一半的能源将在几十年内被信息技术消耗。而这种消费是不可持续的。为了维持和提高我们的全球生活水平，我们需要超越硅时代，因此，我们需要一种新材料。
新型材料能为制造业带来什么
我们总是不断努力想要把自己的梦想变为现实，人类的本性就是如此。汽车工业就是一个很好的例子。当福特发布未来车辆的材料愿望清单时，福特研究和高级工程部门的执行技术负责人Allen教授列出了一些可能挽救生命的材料，其中包括：一种新型钢材。比目前的钢强三倍;塑料泡沫，可在事故中稳定结构;和纳米填料复合材料，从根本上减轻重量，同时增加强度。
在现代，航空航天工业也在展望更坚韧，更轻，更耐热的材料，这将减少排放，降低燃料成本，并提高速度。到目前为止，在航空工业中，复合材料一直是最重要的材料。根据复合材料研究专家埃莉诺•梅森博士的说法，“三十年前，百分之五到六的飞机是由复合材料制成的;现在，商用飞机，如梦想飞机，由约50％的复合材料制成。”
虽然只有钢的重量的五分之一，碳纤维复合材料更强。例如，梦想飞机的机翼，尾翼，车门，机身和内饰都采用了碳纤维复合材料，这使它成为一个更轻的平面。说到飞机，每磅都很重要。专家估计，将商用飞机的重量减轻2.2磅（1千克）可以使其运营成本每年降低2,200至3,300美元。
复合材料越来越多地被用于汽车，风力涡轮机叶片和其他产品中。例如，宝马的电动i3主要由复合材料制成。宝马表示，较轻的重量可以帮助车辆一次充电多行驶100英里。兰博基尼悍然的Veneno Roadster配备了减重复合材料部件，可在2.9秒内加速0至62英里/小时。复合材料现在生产成本更低，更多公司正在生产，但精细级复合材料的生产仍然需要高温，极其清洁的环境和劳动密集型工艺。加工这些精细级复合材料更是一项挑战。
“复合材料的切割，尤其是钻孔是一项重大挑战，”为山特维克可乐满研究复合材料的Merson说。“一架飞机上有数万个洞，材料非常容易磨损;碳纤维很快磨损了钻头。
在未来，复合材料很可能会通过在纳米级别开发的纤维进一步加强。预计科学家们将能够在原子水平上创造近乎完美的解决方案。德国化学公司Alt ana AG的专家表示，微小的碳纳米管可以比钢或铝强400倍，比传统碳纤维强20倍。
像石墨烯和准晶体这样的材料，他们的发现者都获得了诺贝尔奖，它们成为坚韧的材料很有潜力，并可能彻底改变工业设计。然而，大规模的工业应用可能还有很长的路要走。
去年，一家中国公司在其手机中加入了石墨烯颗粒以提高导电性。准晶片已被模塑成煎锅和金属手术器械，以增加其耐用性。虽然目前还没有重大的工业突破，但目前正在对石墨烯研究进行大量投资。石墨烯是钢的200倍，是地球上最薄的材料（比人类头发薄100万倍）。与此同时，公司和大学的研究人员正致力于改进已知的材料和技术。
轻质铝合金现在已经取代了保险杠系统，碰撞环部件和入侵梁中的高强度钢。在飞机发动机中，耐极端温度的超硬合金可以帮助改善能量转换并降低燃料成本。
原子级别的新型材料
我们为什么要选择已经存在的材料进行生产或设计？人类正在开发创造具有特定属性的全新材料的能力。
“在现代显微镜和计算机计算的帮助下，我们在原子水平上设计新材料的技术已经日趋成熟” Hultin Stigenberg说。
自铁器时代于公元前550年左右结束以来，没有具体材料确定人类历史上的一段时期。 许多学者说我们生活在塑料时代，但在未来，我们的时代可能被称为新材料时代，它对人类发展的影响可能远远超出我们的想象。
