走近前沿新材料3

科技创新和科学普及是手心与手背的关系，两者相互关联、相互依存。科技创新的根本目的是取得创新的主动权，通过科技创新促进经济社会高质量发展，提升人民群众的生活水平和幸福感。科学普及则是联结科技工作者与人民群众之间的桥梁和纽带，将科技创新工作以喜闻乐见的形式播撒到大众中去，让科技的种子在大众中汲取养分、生长壮大，从而进一步反哺科技创新。

近年来，新材料得到了日新月异的蓬勃发展，呈现出材料与器件一体化、结构与功能复合化，以及多学科交叉、多技术融合、绿色低碳和智能化等发展趋势，材料领域新理论、新概念、新知识、新技术层出不穷，新材料产业不断发展壮大，新材料应用技术研究不断深入。然而，社会各界对于新材料的认知速度远远跟不上新材料的发展速度，因此，通过《走近前沿新材料》系列科普读物来提升工程技术人员、科技工作者、政府决策人员、青年学生等群体对新材料的认知，提升研究开发、技术应用以及政府决策过程中对新材料及技术的考量，促使新材料更快、更好地服务于经济建设和社会发展，加强新生代对新材料的了解具有迫切且重要的意义。

《走近前沿新材料3》是中国材料研究学会在承担中国工程院重大战略咨询项目《新材料研发与产业强国战略研究》所取得的研究成果的基础上完成的出版物，是中国材料研究学会品牌系列出版物之一，是继2019年《走近前沿新材料1》和2020年《走近前沿新材料2》之后的又一部关于前沿新材料的科普作品。

科普是一门学问，是一项高超的技术，用科普的形式表达科技成果，并不是科学家水平的降低，而是更高水平的体现，因为只有当科学家对某个科学问题理解得深入透彻、运用到炉火纯青的时候，才能用简单生动的语言表达出来。 在今年的科普作品里，有作者把层层组装涂层技术比作千层饼，有作者将折纸/剪纸的形变艺术与超材料的功能完美结合，还有作者将3D打印材料化身为哈利·波特的魔杖，这些作品把晦涩难懂的科技语言变得有色彩、有温度，令人恍然大悟、茅塞顿开。

以中国工程院重大战略咨询项目《新材料研发与产业强国战略研究》成果为基础编写的四本出版物中，《走近前沿新材料3》是的科普作品，经过编委们的共同努力，《中国新材料前沿研究报告》《中国新材料产业发展报告》《中国新材料技术应用报告》三本书的精华部分得以浓缩到这本科普读物中。

本书的内容包括光伏材料、储氢材料、可降解医用材料、手性材料、智能压电材料、气凝胶、超材料、铁电材料、石墨烯等新材料，也包含对前沿材料的科学原理和制造技术的介绍。各篇章的作者都是活跃在新材料研究、制造、应用领域的优秀的科学家、教育家、工程师。感谢各位作者，用思想的火花点亮智慧之光，引领各位读者进入神奇的新材料世界。由于创作时间紧，书中还存在诸多不足之处，望编委会在今后的工作中进一步改进，同时我代表编委会呼吁更多的科技工作者参与到材料科普工作中来，为读者奉献出更加精彩的作品。

特别感谢参与本书编写的所有作者：

·能源之光 鲁建峰  黄福志

·会“呼吸”的金属 阎有花  武英

·“千层饼”层层组装涂层及技术 纪晓静  杨凯  曾荣昌

·可降解医用金属 王雪梅  曾荣昌

·手性：左与右的博弈 缪腾飞  张伟 

·智能压电材料 白功勋  肖珍

·“多才多艺”的金属 赵晨 王崇臣

·气凝胶 肖芸芸  彭飞  冯坚

·懒惰的“小螺搬运工”与金属低温失效 张雨衡  卢岩  韩卫忠

·高性能亚稳钛合金 任磊  肖文龙

·折纸/剪纸超材料 许河秀  王明照

·探索原子世界的凝固形核 雷岳峰  牛硕  牛海洋

·铁电材料 周飞  曲囡  朱景川

·超浸润界面材料 王德辉  邓旭

·电致变色材料 韦友秀  颜悦

·仿生材料 陈振  张增志

·跨越维度的携手 邢悦

·从哈利·波特到3D打印 师博  杨源祺  陈帅雷  黄依婧  黄佳玮  姚瑞希  赵沧

新材料是现代高新技术、新兴产业的基础和先导，新材料是人类文明的基石，希望通过本书的传播，更好地构筑我国新材料领域的基础，为今后几十年我国材料领域的发展贡献一份力量。希望《走近前沿新材料3》能为广大读者提供有益的参考。

谢建新

二○二一年十二月

新材料产业是制造强国的基础，是高新技术产业发展的基石和先导。为了普及材料知识，吸引青少年投身于材料研究，促使我国关键材料“卡脖子”问题尽快得到解决，本书甄选部分对我国发展至关重要的前沿新材料进行介绍。书中涵盖了18种前沿新材料，主要包括信息智能仿生材料、医用材料、新能源和环境材料等。全书所选内容既有我国已经取得的一批革命性技术成果，也有国际前沿材料、先进材料的研究成果，以期推动我国材料研究和产业快速发展。每一种材料都深入浅出地阐释了源起、范畴、定义和应用领域，还配有引人入胜的小故事和图片，让广大读者特别是中小学生更好地学习和了解前沿新材料。

新材料产业是制造强国的基础，是高新技术产业发展的基石和先导。为了普及材料知识，吸引青少年投身于材料研究，促使我国关键材料“卡脖子”问题尽快得到解决，本书甄选部分对我国发展至关重要的前沿新材料进行介绍。书中涵盖了18种前沿新材料，主要包括信息智能仿生材料、医用材料、新能源和环境材料等。全书所选内容既有我国已经取得的一批革命性技术成果，也有国际前沿材料、先进材料的研究成果，以期推动我国材料研究和产业快速发展。每一种材料都深入浅出地阐释了源起、范畴、定义和应用领域，还配有引人入胜的小故事和图片，让广大读者特别是中小学生更好地学习和了解前沿新材料。

中国材料研究学会（Chinese Materials Research Society，C-MRS）成立于1991年5月16日，由中国科学技术协会主管，是中国从事材料科学技术研究和产业的科技工作者和单位，自愿 结合并依法成立的全国性、非营利性法人社会团体，是中国科协的组成部分，挂靠在中国科学院。中国材料研究学会是国际材料研究学会联合 会 ( International Union of Materials Research Society，简称IUMRS ) 的发起单位之一，并代表国家身份作为该会的成员。中国材料研究学会的宗旨是团结和组织中国广大材料科技工作者,遵守宪法、法律 、法规和国家政 策 ，遵守社会道德风尚 ，贯彻"科教兴国"方针 ，自主活动 ，自我发展 ，紧紧围绕国家经济建设和社会发展目标，瞄准世界材料科学前沿，开展国内外学 术交流，促进各类先进材料的研究与发展，努力推动新材料、新工艺及新技术在产业中的实际应用，为繁荣和发展材料科技事业、为国家的经济建设做贡献。学会现有分支机构12个，团体会员143个(拥有上万的材料科技工作者) ，个人会员1114人。会员是学会的主体和基本依靠力量，密切与他们的 联系，倾听他们的意见和呼声，努力做好为他们的服务工作 ，充分发挥他们的积极性、主动性、创造性 ，使学会不断增强凝聚力、影响力，成为“材料科技工作 者之家”是学会工作的中心任务。谢建新，北京科技大学，院士 ，谢建新，中国工程院院士，中国材料研究学会副理事长，北京科技大学教授。1982年1月毕业于中南大学，1991年3月在日本东北大学获博士学位。1995年4月回国在北京科技大学任教授至今，曾任学院副院长/院长、副校长等职。2001年获“长江学者”称号，2002年获国家杰出青年科学基金资助，2014年获全国科技工作者称号，2016年获何梁何利基金科学技术进步奖。兼任“十五”～“十二五”国家863计划新材料技术领域专家组专家、“十三五”国家材料基因工程重点专项专家组组长、国家新材料产业发展专家咨询委员会副主任等。发表学术论文300余篇，获国家授权发明专利80余项，国家技术发明二等奖1项，国家科技进步二等奖2项，省部级科技成果奖10项。

能源之光 / 001

会“呼吸”的金属 —— 谈储氢合金 / 018

“千层饼”层层组装涂层及技术 / 026

可降解医用金属 —— 像崂山道士一样遁形的“医用金属材料” / 033

手性：左与右的博弈 / 040

智能压电材料 —— 机械能与电能互相转换 / 049

“多才多艺”的金属 —— 有机骨架材料 / 059

气凝胶 —— 神通广大的材料界“新秀” / 084

懒惰的“小螺搬运工”与金属低温失效 —— 金属材料韧脆转变之谜 / 099

高性能亚稳钛合金 / 109

折纸/剪纸超材料 / 123

探索原子世界的凝固形核 —— 从电子衍射到人工智能 / 135

铁电材料 —— 百年筑梦，探索对称破缺之美 / 144

超浸润界面材料 / 155

电致变色材料 —— 智能变色调光的小能手 / 165

仿生材料 —— 自然生物教我们的独门秘诀 / 175

跨越维度的携手 —— 走近石墨烯3D打印材料的世界 / 185

从哈利·波特到3D打印 / 191

新材料产业是制造强国的基础，是高新技术产业发展的基石和先导。为了普及材料知识，吸引青少年投身于材料研究，促使我国关键材料“卡脖子”问题尽快得到解决，本书甄选部分对我国发展至关重要的前沿新材料进行介绍。书中涵盖了18种前沿新材料，主要包括信息智能仿生材料、医用材料、新能源和环境材料等。全书所选内容既有我国已经取得的一批革命性技术成果，也有国际前沿材料、先进材料的研究成果，以期推动我国材料研究和产业快速发展。每一种材料都深入浅出地阐释了源起、范畴、定义和应用领域，还配有引人入胜的小故事和图片，让广大读者特别是中小学生更好地学习和了解前沿新材料。

中国材料研究学会（Chinese Materials Research Society，C-MRS）成立于1991年5月16日，由中国科学技术协会主管，是中国从事材料科学技术研究和产业的科技工作者和单位，自愿 结合并依法成立的全国性、非营利性法人社会团体，是中国科协的组成部分，挂靠在中国科学院。中国材料研究学会是国际材料研究学会联合 会 ( International Union of Materials Research Society，简称IUMRS ) 的发起单位之一，并代表国家身份作为该会的成员。中国材料研究学会的宗旨是团结和组织中国广大材料科技工作者,遵守宪法、法律 、法规和国家政 策 ，遵守社会道德风尚 ，贯彻"科教兴国"方针 ，自主活动 ，自我发展 ，紧紧围绕国家经济建设和社会发展目标，瞄准世界材料科学前沿，开展国内外学 术交流，促进各类先进材料的研究与发展，努力推动新材料、新工艺及新技术在产业中的实际应用，为繁荣和发展材料科技事业、为国家的经济建设做贡献。学会现有分支机构12个，团体会员143个(拥有上万的材料科技工作者) ，个人会员1114人。会员是学会的主体和基本依靠力量，密切与他们的 联系，倾听他们的意见和呼声，努力做好为他们的服务工作 ，充分发挥他们的积极性、主动性、创造性 ，使学会不断增强凝聚力、影响力，成为“材料科技工作 者之家”是学会工作的中心任务。谢建新，北京科技大学，院士 ，谢建新，中国工程院院士，中国材料研究学会副理事长，北京科技大学教授。1982年1月毕业于中南大学，1991年3月在日本东北大学获博士学位。1995年4月回国在北京科技大学任教授至今，曾任学院副院长/院长、副校长等职。2001年获“长江学者”称号，2002年获国家杰出青年科学基金资助，2014年获全国科技工作者称号，2016年获何梁何利基金科学技术进步奖。兼任“十五”～“十二五”国家863计划新材料技术领域专家组专家、“十三五”国家材料基因工程重点专项专家组组长、国家新材料产业发展专家咨询委员会副主任等。发表学术论文300余篇，获国家授权发明专利80余项，国家技术发明二等奖1项，国家科技进步二等奖2项，省部级科技成果奖10项。