材料被称作发明之母、工业粮食

材料的研制水平和产业化规模

直接决定了

(资料图)

一个国家的制造实力和装备水平

中央广播电视总台财经节目中心大型工业纪录片《栋梁之材》，聚焦材料这一大国竞争的利器、企业竞争的法宝、美好生活的支撑，凝聚近20位顶级材料科学家、院士的智慧和心血，首次以全景式的视角和史诗般的格局，对支撑中国制造高质量发展的材料产业体系进行了一次深入的探访、立体的呈现和全面的展示。

大型工业纪录片《栋梁之材》7月17日至20日，7月24日至25日，每天19:43在CCTV-2央视财经频道播出。今晚播出第六集《创新纪元》，为您讲述前沿新材料背后的故事。

改变世界的“新材料之王”！竟然是用胶带撕出来的！

一层碳原子，厚度仅有0.334纳米，却是世界上已知最薄、强度最高的材料。保鲜膜厚的石墨烯，可以承受一头大象立于铅笔之上产生的压力。它的强度是钢的200倍，导电率是银的1.6倍，导热系数是铜的13倍，它是完美的柔性透明材料。自2004年被发现以来，石墨烯备受推崇，被公认为是可以改变世界的“新材料之王”。

2004年，英国两位科学家用透明胶带粘住石墨，然后对折撕开，这样石墨一分为二又薄了一层，一遍又一遍地重复这个过程。石墨片越来越薄，最终得到了只有一层碳原子的石墨烯。

高品质石墨烯晶圆，是引领未来的战略材料，在集成电路、微机电系统和传感器等领域具有广泛的应用前景。

2020年，刘忠范团队实现了石墨烯晶圆的量产。不仅如此，他们还突破了石墨烯从铜基底往金刚石、硅基等不同基底上的无损转移。

检测结果表明，新制备的石墨烯晶圆良品率超过95%。这意味着，他们为新一代高性能电子与光电子芯片，奠定了坚实的材料基础。

一幅石墨烯电暖画，可以为一间20平方米的房屋供暖；石墨烯异常的强韧性可以防弹；添加了石墨烯的电池，容量更大且轻便；石墨烯还可作为硅的替代品制造超微型晶体管以及新一代电子元件，从而大幅提高计算速度。

液态金属，极有可能打破科幻与现实的藩篱

1991年上映的《终结者2》，被誉为90年代的科幻经典。片中的机器人由闪耀着金属光泽的流体构成，为了伪装，它可以随意变形。无论遭遇什么伤害，都能够快速自修复。

这个震撼的形象令材料科学家刘静念念不忘。刘静研究的液态金属，极有可能打破科幻与现实的藩篱。

在元素周期表的118个元素中，金属占据96席，其中只有零星几种金属在常温下处于液态，人们把这类金属统称为液态金属。

刘静带领团队相继发现了液态金属许多超乎想象的奇特现象。比如，在电解质中，液态金属会在电极作用下发生定向运动。它们可以在比自身体积小数十倍的狭小空间自由穿梭，也可以实现坡道蠕动、自由塑形。磁场作用下，液态金属可实现变形、重构。它甚至拥有生命最基本的特征，可以产生节律性和周期性运动，就像人体心脏的跳动。

不过，迄今为止，关于液态金属的应用却少之又少。因此在科学界，液态金属仍被公认为前沿科技。

2001年，刘静团队在国际上首次提出液态金属计算机芯片冷却技术。后来，美国国家航空航天局也将液态金属散热技术列为未来前沿技术。

刘静团队新制的液态金属导热膏的热导率是水冷效果的四十多倍，风冷的一千倍。这意味着，发端于中国的液态金属冷却技术，有能力解决高端芯片及器件面临的热胀难题。不久的将来，它或将成为高端计算机的标配。

耐高温、御严寒！它，如何成为“祝融号”的超级战服？

2021年5月，中国籍“祝融号”探测车从地球出发，奔向火星。

在遥远的火星，环“祝融号”温度的变化区间从1200°C到零下55°C，温差接近1300°C。面对冰与火的极限挑战，中国科学家曾寻遍全球，希望找到一种特殊的材料，为“祝融号”制作一件高温时耐火、低温下御寒的超级战服。

近乎绝热的隔热能力、质量轻到可以忽略不计，气凝胶一举打败万千对手，成为“祝融号”战服材料的不二选择。

二十万倍的扫描电镜下，气凝胶呈现纳米级网状骨架，体积超过99%的孔隙全部由空气填充。

空气是热的不良导体，被网限制的空气在气凝胶内无法流动，以致气凝胶的导热率比空气还低，它无可厚非地成了隔热材料界的超级明星。

曾从事水泥研究的沈晓冬团队制备出一种新型气凝胶。历时三个月，耐1200°C高温的动力电池隔热材料，国际首创的新型气凝胶产品诞生了。

动力电池一旦热失控，从冒烟到爆炸仅需5至6秒，如果用气凝胶在电芯与电芯之间修筑一道防火墙，那么某一个电芯热扩散失控，热量不会很快传到临近电芯。

气凝胶制成的催化剂，网孔结构加大了接触面积，催化效果更加显著；气凝胶海绵般的吸附性，曾深入太空捕捉尘埃，未来或许还可以治理大气污染，甚至净化污水。作为新材料的翘楚，气凝胶向人类开放了全部可能。人类也必将带着好奇，解锁并创造更多气凝胶的未来。

传说中的超导材料，居然是这样制造出来的……

1911年，科学家把汞冷却到零下269°C左右时，发现汞的电阻突然消失了即零电阻。零电阻意味着通电不会产生热损耗，那是传说中的第一个超导体。

如今，人们陆续发现了55种元素有超导能力，并创造出上千种具有超导属性的合金、氧化物甚至有机物。在众多超导材料中，铌钛合金被认为是可以建造强大磁场的优选材料。

郭强，是全球唯一掌握铌钛超导材料制造全流程的团队的首席工程师。2010年，他们制造的产品，打败了国际上的强劲对手，获准应用在全球最大的核聚变工程实验堆ITER。

铌钛合金棒材被封装在99.99%高纯度铜管内，制成超导单芯。铜是电和热的优良导体，当铌钛合金失去超导能力时，铜可以为电流和热量提供备用通道。

在长达9万多米的细线内部，是3288根比毛发还细的芯丝，直径不到10微米，已经临近断裂的极限。这般纤细的超导线材，可以承受更大的电流，意味着通电会形成更加强大且稳定的磁场。

超导材料，被称作“当代科学的明珠”，核磁共振、磁悬浮列车、超导电机、电缆，凡是用到电的地方，超导体都可能带来颠覆性的影响。