文章发表于2024-08-02 10:05:09，归属【科技前沿】分类，已有560人阅读
材料科学是影响全球经济的重大挑战的前沿科学。随着企业加速迈向低排放、自动化的未来；材料必须跟上步伐，适应变化。
由于最近材料科学的大量进步，车辆和飞机变得更轻了；机器人能够在测试条件下学习和工作，绿色技术正变得越来越普遍。下面我们来看看这些趋势，以及材料科学如何在促进它们的发展过程中发挥关键作用。
更轻
随着能源效率和环境保护在优先事项清单上的进一步攀升，轻质材料和先进材料技术也在不断发展。据预测，在未来20年内，高强度钢、铝、碳纤维的市场规模将达到3000亿欧元。
轻量化是一个经常用于汽车和航空工业的术语。它指的是为了达到更好的燃油效率和操控性而制造较轻的汽车、卡车和飞机的过程。
减少车辆的重量也能带来巨大的环境效益。一项数据显示，汽车重量减少50克，每公里最多可减少5克的二氧化碳排放量。同时提高燃油经济性高达2%。
到2030年，汽车行业的轻量化将大幅提升，一份报告显示，轻量化汽车的市场份额将从30%增长到70%。
这一增长在很大程度上是由于电动汽车的主导地位日益增强，到2020年底，电动汽车将占全球轻型汽车市场的5%。电动汽车依靠轻质材料来实现最大续航里程，并抵消锂离子电池等重型电子元件的重量。
通常，轻型汽车使用大量的高强度钢材。然而，越来越多的制造商正在转向更轻的材料；比如铝、镁、钛、碳纤维甚至是高强度塑料。
考虑到轻质合金和复合材料的重量减轻，这并不奇怪。例如，镁比钢轻75%，具有更大的延展性，这意味着它可以更有效地形成复杂的部件。
航空业也在通过减少超重来追求更环保的做法。空客在其最新的飞机中使用了70%的轻质材料，并在2018年创纪录地交付了800架飞机。
虽然使用轻质材料对环境的好处是显而易见的，但重要的是，引入这些材料不能以牺牲安全性、可靠性或性能为代价。出于这个原因，制造商正在转向表面处理，使轻质材料更耐用，并且足以取代较重的部件。
例如，等离子体电解氧化可用于涂覆铝制动盘。这提高了铝的性能，如高耐磨性，高耐腐蚀性，相对较低的刚度和高热阻。
机器人无处不在
工业机器人行业预计将在未来九年内增长175%。到2025年，预计对电子制造机器人的需求将与汽车工业相匹配。机器人技术带来的长期成本优势正引起许多行业的兴趣。
关键技术的创新正在赋予机器人类似人类的品质。3D嵌入式视觉；多光谱和高光谱成像；以及人工智能和深度学习；使机器人更加自主，能够更好地处理复杂的任务。
在未来，机器人将能够将机器视觉与机器学习相结合，通过反复试验为自己编程。在硬件方面，材料的关键发展也提高了机器人在工业环境中的能力。
材料科学专家试图通过使机器人更灵活、更耐用来改进它们的马达。例如，“可变摩擦”机器人手指通过结合软聚氨酯（高表面摩擦）表面和硬3D打印塑料（低表面摩擦）表面来模仿人类手指的灵巧性。
专家们还希望改进机器人的材料，使它们更坚固，更能抵抗重复的高负荷和压力水平，更可靠；这些都是工业机器人的基本功能。
由于过度磨损、高温、酸性制造环境和静水压力等变化条件导致的性能退化，是油气行业面临的一个关键挑战，未来几十年将需要更大的创新来应对。
Keronite专注于开发表面处理技术，这将有助于确保机器人中的移动部件耐磨损、腐蚀、耐热和其他极端条件；给早期采用机器人的企业更大的保证，他们在机器人自动化方面的投资将证明是富有成效的。
一切都变绿了
对绿色技术的需求已得到普遍认可。英国气候变化委员会最近发布的一份报告显示，到2050年，英国几乎可以消除温室气体排放。然而，要达到这个无碳天堂，需要从根本上重新思考可再生能源发电中使用的材料。
太阳能市场逐年增长，2017年约增长30%。未来5年，企业将越来越多地转向分散的能源系统，如微电网，这在一定程度上是由于太阳能的成本变得更具竞争力。
对于企业来说，要实现这一转变，可再生能源技术的投资回报率需要提高到目前的水平之上。这就需要确保技术能够承受恶劣的条件并持久使用，同时提供长期的性能。太阳能电网经常暴露在多变的天气条件下，并且充满了敏感技术，因此需要能够承受极端条件；如温度变化、腐蚀、电击等。
可再生能源电网防护涂料；如太阳能、风能和水力发电厂，需要可持续的来源，并且在生产或处置过程中不会对环境造成危害。RoHS和REACH等法规禁止使用某些保护涂层，因为它们使用铬等有毒化学物质。
通过避免使用受限制的材料，科隆尼PEO解决方案满足了所有监管要求，并确保制造商跟上行业加速走向绿色未来的步伐。
为将来准备材料
巨大的变化正在发生，材料也必须跟上。通过减轻重量和提高耐用性来充分利用材料；除了确保使用寿命和可回收性外，现在比以往任何时候都更加重要。随着行业需求的变化，材料创新起着举足轻重的作用。现在，材料比以往任何时候都更需要适应转型世界所带来的挑战。