一、世界新材料領域2022年態(tài)勢總結

主要國家加大對關鍵礦產(chǎn)相關技術和設施項目的投資，推動關鍵礦產(chǎn)提取、加工及回收技術的研發(fā)。美國能源部從《兩黨基礎設施法案》中撥款28億美元支持本土電池供應鏈，包括新建和擴建國內分離與加工鋰、石墨等關鍵礦產(chǎn)的工廠，以及演示驗證利用回收材料制造組件的工藝，同時白宮發(fā)起“美國電池材料倡議”，確保用于電力、電氣和電動汽車的關鍵礦產(chǎn)的穩(wěn)定持續(xù)供應；美國能源部為12個州的16個項目提供3900萬美元的資金，用于開發(fā)商業(yè)上可擴展的技術，以增加國內清潔能源轉型所需的銅、鎳、鋰、鈷、稀土等關鍵礦產(chǎn)供應；美國能源部先進材料和制造技術辦公室公布一項1200萬美元的融資項目，以研究和改進從地熱鹽水中安全、經(jīng)濟、高效地提取和精煉鋰的技術。英國宣布將在提茲港建設歐洲首個大型商業(yè)鋰精煉廠，為電動汽車、可再生能源系統(tǒng)供應鏈提供電池級材料。加拿大聯(lián)邦政府計劃投資至少20億加元（約合16億美元），用于促進電動汽車電池供應鏈所需的鎳、鋰、鈷等關鍵礦產(chǎn)的生產(chǎn)和加工。日本政府計劃在小笠原群島和南鳥島附近6000米深的海床中開采富含稀土的泥漿以尋找稀土元素，并計劃在5年內開始勘探工作。

電池材料發(fā)展迅猛，主要經(jīng)濟體持續(xù)加強研發(fā)力度。美國能源部西北太平洋國家實驗室開發(fā)出一種鋁鎳熔鹽電池，其理論能量密度高于鉛酸電池和液流電池，在熱循環(huán)的情況下，12周內可保持92%的電池容量；能源部橡樹嶺國家實驗室開發(fā)出快速充電鋰離子電池所需的鉬-鎢-鈮酸鹽化合物材料，其具有快速充電和高效率的特點，有可能取代商業(yè)電池中的石墨。韓國電工技術研究院下一代電池研究中心開發(fā)出具有空心核的一維鋰限制多孔碳結構，并在空心核中添加金納米粒子，制造出具有更高倍率性能和穩(wěn)定性的高容量鋰金屬電池。俄羅斯斯科爾科沃科技學院開發(fā)出一種新的快速充電電池陽極材料NiBTA，并揭示了該材料的電荷存儲機制。中國合肥工業(yè)大學和美國得克薩斯大學奧斯汀分校合作開發(fā)出用于鈉金屬電池的基于聚（1，3-二氧戊環(huán)）的準固體電解質，改善了全固態(tài)電池整體性能。

聚合物材料領域取得多項技術進展。美國北卡羅來納州立大學開發(fā)出一種新的聚合物膜技術，在現(xiàn)有膜表面接枝親二氧化碳的化學活性聚合物鏈，可以大幅提高二氧化碳選擇性。英國伯明翰大學從糖基原料中創(chuàng)造了一個新的聚合物系列，既保留了普通塑料的所有品質，也可進行降解和機械回收。芬蘭圖爾庫大學采用液-液相分離法開發(fā)出一種超分子塑料，具有良好的機械性能和高度可回收性，可通過吸水進行自我修復，未來可作為環(huán)保材料替代傳統(tǒng)塑料。澳大利亞皇家墨爾本理工大學開發(fā)出一種堅固、可持續(xù)和可堆肥的自清潔生物塑料。日本理化學研究所開發(fā)出一種堅固、有彈性、可自我修復的聚合物材料，該材料在斷裂前可以拉伸到原始長度的近14倍，切斷后可在5分鐘內自行愈合。

生物材料成為新材料領域研究熱點，引發(fā)各國研究熱潮。美國得克薩斯農工大學將二維納米材料二硫化鉬與改性明膠結合后開發(fā)出一種柔韌的水凝膠生物材料，可用于創(chuàng)建復雜的3D電路，為患者提供3D打印電子紋身，監(jiān)測患者的運動指標；加州大學洛杉磯分校采用紫外線光固化工藝創(chuàng)造了一種改進的丙烯酸基材料，該材料更加柔韌且保持較高強度和耐用性，可以像肌肉組織一樣發(fā)揮作用，可用于軟體機器人、具有觸覺的新型可穿戴設備、觸覺技術等領域。西班牙Andaltec國家技術中心開發(fā)出一種可用于再生肌肉組織的形狀記憶聚合物，可在醫(yī)院內通過材料擠壓打印工藝制作植入物、手術器械和假肢。巴西圣保羅州立大學使用B型牛明膠制成了高拉伸強度、可食用、可生物降解的抗菌生物塑料薄膜，可保護包裝食品免受病原體污染。新加坡南洋理工大學使用聚己內酯（PCL）和明膠，采用靜電紡絲方法制造PCL/明膠纖維，再將ε-聚賴氨酸摻入纖維支架制造出一種可加速傷口愈合過程的新型納米纖維復合敷料，可促進細胞生長、增殖和遷移。

二、世界新材料領域2023年趨勢展望

美西方國家持續(xù)關注關鍵材料供應鏈安全，紛紛制定關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃，關鍵礦產(chǎn)資源成為大國競爭焦點。美國地質調查局發(fā)布更新版《2022年關鍵礦產(chǎn)清單》，包括鋰、稀土等礦產(chǎn)，提出擴大國內關鍵礦產(chǎn)生產(chǎn)規(guī)模，以減少對中國和俄羅斯的進口依賴；地質調查局還與國家航空和航天局（NASA）聯(lián)合繪制美國西南部部分地區(qū)的關鍵礦產(chǎn)潛力地圖，尋找未來具有開采潛力的地區(qū)，以增加國內關鍵礦產(chǎn)產(chǎn)量。布魯金斯學會發(fā)布《中國在為全球能源轉型提供關鍵礦產(chǎn)方面的作用：未來會怎樣？》報告，建議歐美國家應開展多邊合作，增強關鍵礦產(chǎn)供應鏈韌性，減少對中國的依賴。英國政府發(fā)布首份《未來的復原力：英國關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》，提出將通過提升國內生產(chǎn)能力、加強國際合作等方式，建立更安全、更有韌性的關鍵礦產(chǎn)供應鏈。澳大利亞政府公布《2022年關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》，建議擴大本國礦產(chǎn)加工產(chǎn)業(yè)，并與其他國家合作建立更加多樣化和安全的關鍵礦產(chǎn)供應鏈，為關鍵礦產(chǎn)制定國際標準體系；澳大利亞政府在2022-2023年預算中，承諾向關鍵礦產(chǎn)加速器倡議投入2億澳元（約合1.34億美元），以及在3年內投入5000萬澳元（約合3349萬美元），用于建立虛擬的國家關鍵礦產(chǎn)研發(fā)中心，推動礦石加工、提純和回收技術的合作研究。

全球電池需求大幅增加，汽車企業(yè)紛紛布局新能源礦產(chǎn)和電池生產(chǎn)項目，對全球新能源礦產(chǎn)供應鏈帶來新挑戰(zhàn)。美國通用汽車公司與嘉能可簽訂了“為期數(shù)年”的鈷供應協(xié)議，采購鎳鈷礦用于制造通用的Ultium電池正極；福特汽車與必和必拓簽署了鎳供應協(xié)議，必和必拓旗下位于西澳大利亞州的西部鎳業(yè)公司將為福特供應鎳，同時福特將尋找其他關鍵礦產(chǎn)供應來源，以確保鋰、鎳、稀土、銅等電池關鍵原材料的供應。英國Adamas Intelligence公司發(fā)布《充電狀態(tài)：電動汽車、電池和電池材料》報告稱，2022年上半年全球電動汽車電池消耗的鋰、鈷、鎳資源量大幅高于上年同期，預計2023年還將進一步增長。韓國SK集團宣布2023年將在本土投資73萬億韓元（約合524億美元）提升芯片、綠色能源及生物制造的生產(chǎn)能力，其中12.8萬億韓元投向電動汽車電池、氫能及其他可再生能源。

生物材料、聚合物復合材料等前沿新材料領域的研究熱潮還將延續(xù)。美國麻省理工學院開發(fā)出一種由纖維素納米晶體（CNC）和合成聚合物混合而成的復合材料，其中CNC約占材料的60%-90%，該材料具備優(yōu)良的機械性能，可代替部分石油基塑料，將在2023年進一步開展材料負載實驗；得克薩斯大學奧斯汀分校將256位加密密鑰編碼在實驗室合成的聚合物材料上，再將聚合物材料混合到墨水中書寫成加密信件后通過液相色譜質譜儀進行提取和分析，未來將進一步探索該技術在數(shù)據(jù)存儲和密碼學領域的應用。日本信州大學對天然蜘蛛絲的細胞黏附行為開展研究，預計將在未來幾年中開發(fā)基于天然蜘蛛絲的生物基纖維并將其應用于醫(yī)療領域。中國北京航空航天大學開發(fā)出一種基于氧化石墨烯（GO）的塊狀材料，不僅重量輕且具有較強的斷裂韌性和抗沖擊性能，計劃在2023年繼續(xù)開展防電磁屏蔽、抗爆、抗彈方面的應用研究。