作者：张明龙,张琼妮
出版社：知识产权出版社
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国外材料领域创新进展试读：
内容提要
本书从21世纪国外创新活动实践出发，以现代材料科学原理为指导，系统考察国外新材料研究与开发领域取得的成果，同时博览与之相关的论著，细加考辨，取精用宏，在充分占有原始资料的基础上，抽绎出典型材料，精心设计出新材料研究与开发进展信息的分析框架。本书分析了国外在金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料领域的创新信息，还专门考察了材料研制与开发的新技术进展状况。本书以通俗易懂的语言，阐述新材料研发的前沿学术知识，宜于雅俗共赏。本书适合材料研发人员、材料营销与管理人员、高校师生、政府工作人员阅读。前 言
人们生活中的衣食住行，样样都需要材料。缺乏材料，难以建筑高楼大厦；没有材料，甚至盖不成茅室蓬户。生产中使用的劳动资料，大至成套设备，小到螺钉螺帽，都是用材料制成的。材料不仅可以推进经济发展，而且深刻地影响着社会生活。例如，我国从战国中期开始，铁制工具逐渐替代传统的铜制工具，并广泛用于农田耕作，才使许多荒芜之地变成膏腴之田，同时，也促使社会制度发生重大变革。
本书以国外新材料的研制成果为考察对象。新材料是指新近几年才发展起来的材料，或者目前正在发展之中的材料，它与传统材料相比，具有更加优异的性能与结构。21世纪以来，国外新材料研发活动如火如荼，进展迅猛，涌现了大量新成果。梳理这些新成果，可以发现国外新材料研发的重点主要集中在以下几方面。
1．研制高端金属材料
成功推出无铬彩色铝板、车用镁板、超密铝、替代铟制材料的锌制材料，以及铅薄层和铯薄层等高纯金属材料。着力破解氢金属合金、因瓦合金、高熵合金、液态金硅合金和新型合金准晶体的性能与结构。重点开发新型结构钢、高张力钢板、轻质高强度钢板、智能钢铁材料等车用钢材，高效耐腐蚀钢板、高拉力强化钢板等船用钢材，高强度不锈钢、抗腐蚀高硬度不锈钢、超临界机组用合金钢，耐高温超强超硬纳米晶体铁合金，耐高温镁合金、高强度铝合金、高刚性铸铝合金等金属材料。
2．开发特种功能金属材料
成功推出磁敏感的钴铁合金，振动发电的铁钴合金，遇热收缩的锰锗合金；具有高热传导性和低热膨胀率铜铬合金，可吹塑成型的锆镍钛铜合金，能变形的镓铟液体合金。特别是，着力开发用于电子产业的特种功能金属材料，如用黄金纳米粒子制成使静止物体隐形的“隐身衣”，发明具有极强热电性能的纳米金属笼形包合物，研制成含纳米囊体的电镀涂层金属表面。同时，还大力开发生物医学用的特殊功能金属材料，已开发出可把药物直接送到癌细胞核的金纳米粒子，以及用镍和硅制成运送药物的纳米机器人螺旋桨。
3．研发新型无机非金属材料
成功推出可变形而不断裂的建筑陶瓷，室温下的陶瓷超导体，以及无膨胀可耐高温的工业陶瓷；可改善视野的挡风玻璃，能高效反射红外线的节能玻璃，自洁不反光的纳米结构玻璃；新型超硬物质体心四方碳，非结晶新型超硬碳结构材料，由大量空气构成的“飞行石墨”，用稻壳制成高性能活性炭；塑性变形能力强的可弯曲水泥，可吸收二氧化碳的环保水泥，能吸收放射性铯的建筑材料，能消除烟尘污染的自清洁建筑材料。
研制出高纯度二氧化硅光导纤维、多芯玻璃光导纤维、硒化锌光导纤维，以及抗高温无机纤维。开发出无闪烁现象的新型纳米晶体，耐上千度高温的光子晶体，用氮化镓植于石墨烯制成可弯曲和伸缩发光二极管材料。用碲化铅及其近亲物质研制热电材料，用多铁性合金、钛酸锶、铪锆混合物等开发热电材料。破解磷酸二氢铵同时具有铁电性和反铁电性的原因，揭示铁电纳米材料亚原子结构及性质，用钛酸铕材料制成磁性铁电体。研发出可同时操控光线和振动的硅晶体，制成硅与非硅材料“混搭”的集成电路，探索六方氮化硼石墨烯半导体用途，制造出全石墨烯无缝集成电路架构，开发出砷化铟二维半导体量子膜。以沙子提炼的物质制成性能优异的锂离子电池，研发有望提高燃料电池性能的超级晶格材料，用钙钛矿制成新型太阳能电池材料。
制造出电子亲合能非常高的超级卤化物，人工合成迄今已知表面积最大的碳酸盐类材料。把铋金属沉积在硅上研制大能隙拓扑绝缘体，发现可液态化生产的透明绝缘材料，发明制造“超级电容”的绝缘材料；用石英纤维制作下一代载人航天器隔热板，开发出超薄碳纳米管阻燃材料。开发硫化钼系列、纳米粒子系列，以及其他物质系列的制氢催化剂；开发转化二氧化碳的催化剂。开发具有防腐蚀功能、能抗菌抗病毒、能净化空气，以及可循环或可再回收使用的涂料。用离子液体开发二氧化碳吸收剂，开发火电厂减少二氧化碳排放的碳酸钙岩粉材料，开发出能快速把水与油分离开来的过滤材料，制成可清除核废料中放射性离子的新晶体。
4．研制先进有机高分子材料
研制高性能墨水状环氧树脂、热传导率高的环氧树脂、绝缘膜用环氧树脂；开发溶剂型聚氨酯、耐高温聚氨酯、高性能聚碳酸酯、车用氟树脂，高流动性聚醚醚酮树脂，并用硅树脂制成新聚合物。研制新功能塑料、环保型塑料、可降解塑料、电子产业用塑料，以及塑料薄膜；开发能吸附二氧化等有害物质的黑塑料。开发不含卤素的硅橡胶、低滚动阻力的硅橡胶、高性能氟橡胶、抗震橡胶、橡胶助剂。以自然物为原料开发天然纤维，通过转基因技术开发天然纤维；开发嫘萦纤维与莫代尔纤维，以及高强度有机合成纤维。
开发环保型有机涂料、能保护堤坝和桥梁的有机涂料、能提高光学仪器质量的有机涂料，研制可提高太阳能电池效率的合成有机染料，开发高强度有机纳米黏合剂。开发生物柴油催化剂、有机化工催化剂；研制高效生物活性吸附剂、油污吸附剂、导电碳纤维吸附剂；开发特种用途润滑剂、无污染“绿色”润滑剂。研制食品添加剂、纺织添加剂、塑料及其他添加剂。
研制具有运送治癌药物功能的智能纳米载体，用生物材料制成可在身体内行走的纳米级胶囊，发现运输药物功能特佳的纳米圆柱颗粒，研制出具有靶向给药功能的聚合物，研制具有纳米药物递送车功能的DNA“分子笼”，研发能将酸奶益生菌安全送入肠道的可食用聚合物。研制兼有药物与靶向载体双重功能的高分子材料，研制出可保留各自功能的纳米粒子结合体，发明兼具双重抗癌功能的纳米药物载体，开发出可同时携带两种药物的多功能高分子纳米粒子。设计出可实现8种生物医学应用功能的单个纳米颗粒。利用染料开发出具有信息存储功能的高分子材料。
开发高导电性的有机金属材料；研制可食用的金属有机骨架材料、吸收二氧化碳的金属有机骨架材料；发明共价有机骨架聚合物、能吸附温室气体的沸石咪唑酯骨架结构材料。开发有机磁性材料、运行速度最快的有机半导体、大分子碳结构有机半导体，以及可大幅降低半导体制造成本的环氧硅氧烷聚酯树脂；研制出氟类聚合物电解质膜、可改进质子交换膜燃料电池的有机材料。研制高发光效率的有机EL材料，开发能在室温下发白光的有机材料；开发出全氟树脂光纤、传输高保真影像的塑料光纤；研制依靠光照反复液化和固化的光反应性有机材料。
开发出加固房屋的环氧基碳塑材料，设计可作房屋防震“护身衣”的塑料圈；发明轨道空间站的高分子建筑材料。研制既高度防水又能自我清洁的布料、自动去污杀菌的纳米涂料服装面料；研制具有耐高温或阻燃功能的布料、纳米级碳素防火面料，以及能吸收放射性铯的布料。
5．开发高性能复合材料
开发出铁损半减的转子铁基复合软磁材料，可大量吸附二氧化碳的铬基复合材料，铝与碳纤维组成的高热传导复合材料，用银与氧化铝研制成可增强光线负折射率的金属基复合材料；开发让电子设备更快降温的铜基复合材料，既可输送又能储存能量的铜基复合新电缆，室温下电导率达100%的锡基复合材料；研制成可大幅提高氢储存能力的钛基复合材料，可切割融合并能弹起的金属液滴复合材料。
开发出热传导率极高的钻石基复合材料，以多孔碳材研制用于硫锂电池的碳基复合材料；利用硅基复合材料设计制造出可利用红外光的新型光学设备，把金属天线嵌入硅中制成避免电磁波逆向反射的复合材料；研发出模拟血管结构的无机纤维复合材料，研制成被誉为人造骨骼的矿物基复合材料。
开发环氧树脂基铸模复合材料，用聚乙烯研制出超高强度的复合纤维材料，研制出以聚丙烯为基材的高性能复合涂料，研制出以聚醚砜等热塑性树脂为基材的复合材料；开发以芳香族聚酰胺纤维为基材的预浸渍复合材料，开发出可吸收冲击力的聚酰胺基复合材料，研制出以聚酰亚胺为基材的柔性复合材料；用有机硅与液态金属制成可延展拉伸的电子复合材料。
把碲化铋镶嵌在硫化铋中制成树枝状晶体复合纳米棒，研制出可提升电池性能的石墨烯纳米复合材料，用光敏配合基与硒化镉纳米粒子形成光控复合材料，用有机物与硅胶纳米粒制成复合材料；研制出类海参皮质的纳米复合材料，把生物纳米技术与沾笔纳米光刻技术结合起来制造复合材料；用有机化合物与无机纳米粒子研制复合材料。
6．研发前沿新材料（1）纳米材料：开发出精密分子结构、分子多面体结构、单分子发光二极管，合成三个分子组成的互锁分子等分子级纳米技术，研制出纳米粒子、纳米球、纳米管、纳米纤维、光控纳米阀、可控的纳米齿轮。特别是，制成高纯度长碳纳米管、单层碳纳米管、双层碳纳米管、高性能超长碳纳米管，并用碳纳米管制成坚硬材料、纳米元件基础材料、类似壁虎脚底的黏合材料等碳纳米管系列产品。（2）石墨烯：自从成功制成石墨烯之后，又相继合成它的“表亲”——二维材料硅烯和二维材料锗烯，还用计算机模拟设计出性能胜过石墨烯的石墨炔；并且已经开发出能够观察石墨烯单个原子一个一个“搭建”晶体的新技术，以及可以大规模批量生产石墨烯的新方法。目前，已经研制出形状尺寸可控的石墨烯量子点、弯曲如马鞍的石墨烯、高质量石墨烯纳米带等石墨烯产品，同时已用制成可伸缩晶体管、柔性电路、高灵敏光电探测器、计算机存储便条，以及纳米二冲程发动机等。（3）超材料：超硬材料方面，利用化学气象沉淀法快速制成人造大钻石，利用人造钻石创下量子比特存储时间新纪录，造出可制超强轻质线缆的超细钻石纳米线。同时，设计出超硬新材料二硼化铼，超导材料方面，发现“三明治”结构锂硼化合物具有高温超导现象；发现氮化钛薄膜同时存在超导与超绝缘现象，发现钛酸锶同时具有超导和铁磁性；发现酒煮铁碲化合物会产生超导性的机制，揭示石墨烯插层材料的超导机制；发现高温超导体铜酸盐超导性改变的原因，发现使绝缘材料钽酸钾具有超导性的方法，还发现赝能隙会抢走高温超导体中的电子。光学超材料方面，通过改变光路和光速开发负折射光学超材料，研制出具有负折射率的超颖物质，发明有望隐藏坦克等大型物体隐身的光学超材料。同时，研制出能吸收所有光线的高效超材料，设计能让光弯曲的光学超材料。其他超材料方面，开发出用超高压制成的能量密度超大物质，制成能让热“弯曲”传导的热力学超材料，研制像乌贼一样变色的超材料。（4）生物医学用材料方面：一是开发出可用于生物传感器的金银纳米粒子，用金纳米颗粒制成可探测癌症的电子鼻，推出能提高心肌导电性的金纳米线心脏补丁，通过金纳米粒子精确显示脑部肿瘤的轮廓，开发出可把药物直接送到癌细胞核的金纳米粒子。二是发现可用来检测癌症的硅纳米导线，开发能杀死癌变肿瘤的石英纳米微粒、用于治疗癌症的磁性纳米粒子、能向神经元发送信号的碳纳米管，并在碳纳米管上繁殖成功骨骼细胞。三是制成人造聚乙烯视网膜，发明能安全弥合心脏缺陷的速黏强力仿生胶，开发出修复受损心脏组织的水凝胶，发明可修补裂孔疝组织的合成高分子材料，发现可用于皮肤修复和再生用高分子材料，研制出能用来修复人体骨骼的超高强度材料，研发出可黏合到面部骨骼上的畸形儿童整容用塑胶材料，研制出新型医用生物材料骨黏固剂。（5）智能材料：开发能“自动疗伤”的镍钛形状记忆合金；发明能自我清洁、可调节室内冷暖，以及可随环境温度自动调光的智能玻璃；发明遇水自洁轻松去油垢的涂料，研制出能自行修补的宇宙飞船包覆层，发明具有自我修复功能的汽车油漆涂层，研制具有自洁功能的纳米有机染料；运用计算化学开发新型超强自愈高聚物材料，开发具有“自愈”能力的有机玻璃、塑料、橡胶，以及能够自我修复的树脂复合材料和纤维复合材料；推出具有“记忆”功能的衣料、以形态记忆材质为基础的可调温纺织面料，以及智能防护衣料。
笔者多年前就已开始关注新材料及其创新问题，先后在《国外发明创造信息概述》《八大工业国创新信息》《新兴四国创新信息》等书中，特意安排一定篇幅，专门介绍国外在新材料领域取得的创新成果。现在，笔者在原有基础上，继续推进这项研究，从已经搜集到的大量科技创新信息中，提炼出有关新材料研发的内容，把它系统化为一本书，于是有了《国外材料领域创新进展》。
本书由5章内容组成，前4章分别分析国外在金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料领域的创新信息。第5章分析材料研制与开发的新技术进展状况。本书密切跟踪国外新材料研发的前沿信息，所选材料限于21世纪以来的创新成果，其中90%以上集中在2005年1月至2014年12月的10年期间。本书披露了大量鲜为人知的创新信息，可为遴选新材料方面研究开发项目和制定相关科技政策提供重要参考。张明龙 张琼妮2015年3月28日第一章金属材料
金属材料通常指由金属元素构成的，或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料。主要包括纯金属材料、合金材料，以及特种金属材料等。虽然金属氧化物不属于金属材料，但它是制取纯金属或合金材料的主要原料，与金属材料开发成果的关系十分密切，为了便于了解金属材料的开发进展情况，本章专门安排一节分析金属氧化物的开发现状。21世纪以来，国外在纯金属材料领域的研究，主要集中在结晶铜、金属钒、地表稀有金属，铝板、镁板，超密铝、锌材料、铅薄层和铯薄层。在金属氧化物领域的研究，主要集中在氧化铜、氧化镍、氧化锌、氧化钛、氧化铪，以及铱氧化物、钡氧化物、镉锇氧化物、金属复合氧化物。在新型合金材料领域的研究，主要集中在氢金属合金、因瓦合金、高熵合金、液态金硅合金和新型合金准晶体；车用钢材、船用钢板、不锈钢与合金钢、新型高性能钢材；钴铁合金、锰锗合金、镁合金、铝合金、铜铬合金、镍钛形状记忆合金、钛合金、锆镍钛铜合金、镓铟液体合金。在纳米金属材料领域的研究，主要集中在黄金纳米粒子、银纳米材料、铂纳米材料、铜纳米材料、锌纳米材料，以及含纳米囊体的电镀涂层金属表面。在磁性材料领域的研究，主要集中在氧化钴钠、银原子团簇、铋化合物、金属镝。在生物医学用金属材料领域的研究，主要集中在利用细菌制造金属纳米团簇，利用DNA链获得金纳米粒子晶体，用金纳米粒子与蛋白质制成复合结构，发现金属镓是一种有效的新型抗生素。第一节 纯金属材料一、研究纯金属材料的新发现
1．研究重有色金属材料的新发现
发现结晶铜能让聚合物结构紧密有序。2010年7月，加拿大科学家博比·森普特，与美国橡树岭国家实验室专家文森特·穆尼尔等人组成的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》发表论文称，他们发现，结晶铜能让聚合物PEDOT（3，4-乙烯基二氧噻吩）的结构紧密有序。该聚合物在电子设备中具有广泛用途，因此，这一发现，有望让未来的电视和计算机屏幕更亮、更干净、更节能。
PEDOT具有分子结构简单、能隙小、导电率高等特点，被广泛用于有机薄膜太阳能电池材料、OLED（有机发光二极管）材料、电致变色材料、透明电极材料等领域。森普特说，该聚合物，是目前世界上使用最成功的半导体聚合物之一。
改进和控制这种聚合物纳米结构的分子顺序，对于它在电子应用领域“大显身手”非常关键，而高度有序的聚合物阵列，能够增加很多电子设备的效率。
研究人员介绍说，他们根据结晶铜的特有性能，在它的表面放置了一个“先驱”分子，该分子将引导并启动聚合反应，就像把鸡蛋往纸箱内堆放一样，铜的表面有很多自由能量最小的“凹痕”，聚合分子不断填充这些“凹痕”，从而整齐地叠放在一起形成密致有序的化合物结构。森普特表示，铜表面产生的立体化学结构非比寻常，而很多合成聚合物的实验，得到的聚合物阵列，通常都不那么令人满意。
密度泛函理论进行的计算，以及在橡树岭国家实验室超级计算机上进行的模拟，都揭示了这个聚合物阵列拥有高度有序的结构，另外，研究人员也使用传统的扫描隧道显微镜，仔细查看了该聚合物的构造，清楚地显示出该聚合物阵列的构造非常密实。
穆尼尔表示，尽管他们只用结晶铜对一种聚合物进行了研究，但他们相信，同样的方法可能也适用于其他聚合物。
2．研究稀有金属材料的新发现（1）在金属钒中发现新相变类型。
2007年2月23日，美国卡内基学会地球物理学实验室科学家组成的一个研究小组，在《物理评论通讯》上发表研究成果称，他们在金属钒中，发现了一种新的相变类型，即钒的形态在高压相变时虽会发生变化，但其体积却保持不变，这与一般的金属相变体积发生变化的情形不一样。
研究小组说，他们利用金刚石砧压槽给纯钒晶体加压，使得压强达到一个标准大气压的60万倍。利用高清晰度的X光设备观察可以确定，在这种极高压情况下，纯钒晶体的形态因相变而变化，基本的原子堆积单元已经从立方体变成菱面体，但晶体体积却没有因相变而减小，而大多数的元素相变后体积都缩减。
钒是一种在工业领域十分重要的金属，通常钢铁制造过程中加入钒，能使钢铁变得更加坚硬。研究小组介绍说，高压情形下，钒的超导临界温度明显高于其他元素，而且随着压强增加，超导温度也持续上升，这促使他们进一步探究高压下的钒结构，却意外地发现了这种全新类型的相变方式。
人们最为熟悉的相变是气态、液态和固态之间的转变。通常，加压和降温就能使一种物质体积缩减，最终相变为固态。而在高压下，由于物质的原子堆积越来越紧密，一些固体物质相变时物理特性还会进一步变化，最终改变形态，这也会使得物质的体积发生变化。但单从相变体积变化这一点来看，钒表现出了独特的“个性”。
研究小组说，这种相变类型尽管是在钒中首次观察到的，但却说明，人们应该重新审视，那些原以为十分稳定的元素。另外，钒的特殊相变，也为研究其超导温度提供了新思路，有助于未来寻找新的超导材料。（2）认为地表稀有金属最早可能来自外太空。
2009年10月18日，多伦多大学地质系教授詹姆斯·布雷南等加拿大学者，与美国学者共同组成的一个研究小组，在《自然·地球科学》杂志上发表论文认为，地球表面上蕴藏的一些稀有金属，也许最早来自于外太空。目前，岩石中所含的这些稀有金属，最有可能来自于外太空的陨石雨，例如彗星和陨星等。
地质学家长期以来一直推测，45亿年前，地球曾经是一个冰冷的含铁岩石体，由于受到巨大的外来行星撞击，产生的高热量将铁从岩石里分离出来，分离出来的铁形成了地核。
布雷南表示，地球在40多亿年前形成时，当时的极端高温一定会将岩石中所含的稀有金属成分完全分离出来，并将其沉积在地核之中。然而，现在的地表岩石中还能够探测到甚至可开采、冶炼出铂、铑等稀有贵金属。因此，科学家认为，目前岩石中所含的这些稀有金属，不可能来自于地球内部的任何自然过程。
研究小组重现当时的极端压力和温度环境来模拟这一过程，他们将相似的混合物，放置在高于2000℃的环境中，得到了无铁岩石和铁。由于科学家在此实验中，获得了不含有任何金属的岩石，他们因而推测，在当时地球形成时，也发生了相似的状况。研究人员进一步推测说，某种外来因素，比如大量来自外空的物质，是目前地球表壳中含有的各种稀有金属的来源。
研究人员表示，这种外太空学说，还可解释为何目前在地球上有氢、碳、磷等产生生命的必需物质，这些物质在地球最初形成的极端环境中，肯定不可能存在下来。研究人员暗示，这些物质可能也是地球形成后的天外来客。二、研发有色金属材料的新进展
1．开发轻有色金属材料的新成果（1）采用水性涂料研发出无铬彩色铝板。
2005年1月，日本轻金属公司宣布，采用水系涂料，成功开发出了无铬彩色铝板“日轻生态板”。据悉，这种铝板，使用了与涂料厂商共同开发的涂料，实现了与经过镀铬处理的彩色铝板相同的性能。
通常情况下，为了提高镀膜的黏着性，彩色铝板必须进行铝板的脱脂和镀铬处理。而新开发的彩色铝板，作为其主要成分的硅烷丙烯酸聚合物，则可以起到提高铝板与镀膜之间黏着性的底漆作用。加之在涂料方面采用了水系涂料，因此还具有可大幅减少有机挥发性化合物的优点。
据该公司介绍，这种铝板，在大货车与卡车板材用途方面，已经通过用户的检测实验，2004年11月起，已经被用于日本福禄好富公司，生产中小型卡车用冷冻设备“E系列”中。今后，该公司准备向机电、运输、建筑等各种领域的用户，提供无铬彩色铝板产品。（2）试验表明比铝更轻的镁将成为未来车身材料。
2005年7月，德国《世界报》，刊登了一篇题为《未来的汽车由镁制成》的文章，对未来把轻型材料镁，制成汽车车身的技术和工艺进行了详细介绍。
由钢、铝、镁和塑料组成的新型结构，使汽车变得越来越轻。不久，可能会出现用镁制成的车身。镁比铝还轻，但是迄今为止人们很难把镁制成板材。现在，德国弗莱堡镁板制造公司，已经找到一种制造镁板的廉价方法。在一次试验中，该公司制造出一张超过4吨重的镁板。该公司经理伯恩哈德·恩格尔说“我们的试验表明，用廉价工艺，就能制造出符合工业标准的平板产品。”
该研究项目成功的关键，是新型无锭轧制技术，这一技术明显优于传统的生产方法。原因在于：该技术使用的原料更廉价，并且大大减少了加工步骤。如果人们用通常情况下为120毫米厚的浇铸镁坯生产2毫米厚的镁板，大约需要15次轧制。并且轧制过程中，还要对镁坯一再加热，这也耗费许多成本。另外，镁板在轧制过程中容易出现边裂，因此需要不停地进行剪边处理。浇铸镁坯也很浪费，浇铸过程中经常出现空隙和砂眼。因此，只有部分浇铸镁坯可以用来轧制镁板。
德国弗莱堡镁板制造公司的新型无锭轧制技术，只用一个步骤，就把熔化了的镁直接制成5～6毫米的镁板。使用的原料是更为廉价的所谓生镁块，每锭重约8公斤。这种生镁块每公斤价格约为2.5欧元，而浇铸过的镁坯每公斤约为12欧元。弗莱堡镁板制造公司的试验熔炉，每小时可以吞进1.2吨原料，同时产生750公斤熔化镁。熔化镁从熔炉中，直接流向轧机机座，并被轧成薄板。特别是在试验熔炉的熔化阶段，弗莱堡镁板制造公司，使用许多新研究成果。镁在熔化时被保护气体隔离，因为液态镁如果和氧气接触就会燃烧。另外，轻金属，特别因为其热熔很低而不易于处理：液态镁一旦遇到比自己温度低的熔炉部件就会凝固。弗莱堡镁板制造公司，通过在熔炉里安装复杂的加热和绝热系统，解决了这个问题。（3）首次用微爆炸方式制成超密铝。
2011年8月23日，美国斯坦福大学研究人员瓦尼奥尼斯等人，与斯坦福直线加速器中心研究人员一起组成的一个研究小组，在《自然·通讯》杂志上发表研究成果称，他们在实验室制成一种新形式的超密铝：体心立方铝。
研究人员说，蓝宝石是一种氧化铝，他们希望，能在其中找到不同状态高压铝存在的证据。研究人员利用美国阿贡国家实验室先进光子源的X射线，对蓝宝石进行轰击，结果，他们发现了一种极端稳定的高压金属铝，即体心立方铝，尽管数量非常少，但足可以证明它的存在。
实验中，研究小组，使用这种新的桌面激光设备，轰击一块蓝宝石的细小点，这种激光会“渗入”晶体内，并在里面引发微型爆炸，制造出的强大冲击波会挤压周围的物质。在100亿帕斯卡、约10万℃高温这样的极端环境下，一种介于固体和等离子体之间的状态：温密物质，就形成了。
瓦尼奥尼斯指出，他并不期望新实验能产生大量新物质，但他确信，科学家可以使用最新实验中使用的设备，在实验室中合成出少量的新物质。而且，最新实验，也为采用桌面实验，研究温密物质提供了可能性，科学家们可以据此更好地理解地球的早期历史。接下来，他们打算使用不同的物质，来重现地球形成时地核深处的某些环境。
2．研制重有色金属材料的新成果（1）研制出可降低液晶显示器成本的锌制材料。
2006年11月，《日本经济新闻报》报道，日本化工产品制造商东曹公司，研制出一种新材料，可代替用于生产液晶显示器的铟制材料，降低液晶显示器的制造成本。
据报道，与目前生产液晶显示器所用的氧化铟锡靶材相比，东曹公司研发的锌制材料有同样的功效但价格较低。
氧化铟锡靶材，是制作液晶显示器内的透明电极膜的重要材料。过去几年，随着平面电视的需求量猛增，铟的价格不断快速上涨，使日本夏普等液晶电视生产商的采购成本上升，使这些生产商开始寻找铟的替代品。
报道称，东曹公司已经建立了一条生产锌材料的小型生产线，一家主要液晶显示器制造商，已在认真考虑采用这种新产品。（2）制成只有两个原子厚的超导铅薄层。
2009年6月，美国得克萨斯大学奥斯汀分校一个研究小组，在《科学》杂志上发表论文称，他们制成只有两个原子厚的超导铅薄层。
研究人员称，这是世界上迄今最薄的超导金属层，这一成果，为超导体技术的进一步发展奠定了基础。
研究小组介绍说，在一般金属中，当电子流过时，它将被金属中的晶体缺陷、杂质等障碍物散射，因而会产生“电阻”。不过，只要两个电子能结成对，并且像一对足球运动员相互传球，而未受到其他球员阻挡那样，电子对就可以在相互传递能量时，不受障碍物阻挡而不断流动下去，这就是超导状态。
现代超导理论认为，超导体中的电子对，正是通过成对的状态而移动下去，这样的电子对被称作“库珀对”。三、使用稀有金属材料的新进展
用铯制成可同时利用光和热的太阳能电池板。
2010年8月1日，美国斯坦福大学，材料科学和工程系副教授尼克·梅洛仕领导的研究小组，在《自然·材料科学》网络版上发表研究成果称，他们通过在一片半导体材料上，喷涂一薄层金属铯的办法，开发出一种太阳能转换新工艺，可以使太阳能电池板，同时利用太阳的光和热来产生电力，其产生电力的效率，要比现有方法高出两倍多，生产成本将有可能与石油相抗衡。
研究人员表示，这种用铯制成的太阳能电池板，与目前使用的太阳能光伏发电技术不同，新材料不会随温度升高而降低效率，因此可在更高温度下工作，它的效率，将大大超过现有的光伏及热转换技术的效率。他们通过在半导体材料上喷涂金属铯薄层，使材料具有同时利用光和热来产生电力的能力。研究证实，这一新方法，将不再基于标准的光伏发电机制，能在很高的温度条件下，产生类似于光伏发电的反应，而且温度越高，工作效率越高。
大多数硅基太阳能电池，在温度达到100℃时已呈现出惰性，但涂铯半导体材料在超过200℃的条件下，才会达到峰值效率，因而最适于应用在抛物面太阳能聚光器中。可达到800℃高温的抛物面聚光器，通常作为太阳能发电厂设计的一部分，因此，涂铯半导体材料，可为太阳能发电厂提供第二条电力来源，通过与现有技术的结合，电力生产成本有望做到最小化。
梅洛仕计算出，涂铯半导体材料应用于太阳能聚光器时，所能达到的效率高达50%，和余热循环系统相结合，则效率可达55%～60%，这几乎是现有系统的3倍。
涂铯半导体材料的另一优势，在用于太阳能聚光器时，制作设备所需的半导体材料数量相当少，从而可大幅降低太阳能电力生产的成本。第二节 金属氧化物一、开发重有色金属氧化物的新成果
1．氧化铜开发的新进展（1）发现氧化铜具有高温超导性的原因。
2010年11月，美国物理学家组织网报道，美国明尼苏达大学物理和天文学系，助理教授马汀·格雷芬领导，来自美国、中国、德国和法国研究人员参与的一个研究小组，使用能量巨大的中子束，轰击一种复杂的氧化铜晶体后，发现一种异常的包含有氧原子的新磁波。
研究人员认为，正是这种磁波，让复杂的氧化铜具有高温超导性。《自然》杂志“新闻和评论”栏目，对这项研究成果进行引荐，《科学》杂志也对其进行重点报道。研究人员表示，这项新发现，对于改进国家电网中使用的超导电线，具有重要意义。（2）利用氧化铜代替稀土制造尾气催化剂。
2012年2月7日，日本大阪大学笠井秀明教授主持的研究小组，对外界公布，他们理论计算出不使用稀土，而利用氧化铜制作汽车尾气净化催化剂的方法。
笠井秀明说：“实验印证氧化铜的性能接近稀土，实用化不会太遥远。”净化汽车尾气的催化剂，大部分使用铑、钯等稀土原料，但稀土流通量少且价格高昂。
研究小组以镍、铁、铜和钴四种金属为对象，从分子水平，对汽车尾气中，含有的一氧化氮吸附程度进行比较。通过计算机解析的结果，他们发现在氧化状态下，除去表面氧原子的铜分子，具有与铑相近的吸附能力。
2．氧化镍与氧化锌开发的新成果（1）揭开氧化镍不导电的谜底。
2008年5月，日本理化研究所发布新闻公报说，该所一个研究小组发现，氧化镍内部镍元素和氧元素复杂的纠缠状态，导致电流难以通过。这一发现，解释了70多年来悬而未决的氧化镍不导电之谜。
公报说，按照解释金属内部结构的能带理论，氧化镍应该属于金属。然而，实际检测结果显示，氧化镍是一种绝缘体。虽然这一点早在20世纪30年代就为人所知，但为何这种极常见的物质，不符合能带理论，一直困扰着科学家。
该研究小组，借助目前世界上最先进的，X射线光电子分光设备，分析了氧化镍内部电子的特征。结果发现，氧化镍中存在一种名为Zhang—Rice束缚态的状态，它可导致电流无法在氧化镍中通过。这种特殊状态，是由氧化镍内部，镍元素和氧元素复杂的纠缠状态造成的。
Zhang—Rice束缚态是铜氧化物高温超导体产生超导效应的重要原因。该研究小组的研究表明，这种束缚态，并非铜氧化物高温超导体所特有，它可能普遍存在于“电荷运动型”的绝缘体中。（2）研制成能发光的氧化锌纳米粒子。
2008年11月18日，日本岛根大学宣布，该校中村守彦教授领导的研究小组，开发出一种在光线照射下，能发出荧光的氧化锌纳米粒子，其发光稳定且安全，可应用于尖端医疗领域。
据报道，该研究小组合成了直径约10纳米的氧化锌微粒，并通过特殊处理，使微粒具备荧光物质的特性。这种纳米粒子发光比较稳定，发光时间可持续24小时以上，但生产成本不到绿色荧光蛋白的1%。
报道称，本月上旬，研究人员给实验鼠喂食结合了这种粒子的蛋白质，成功拍摄到粒子在实验鼠体内发光的影像。
氧化锌常被用于生产婴儿爽身粉等产品，是一种无毒的无机物，人体不会对其产生排异反应，因而安全性高。此外，氧化锌纳米粒子的体积小，具有不妨碍细胞活动的优点。二、开发稀有金属氧化物的新进展
1．氧化钛开发的新成果（1）用新工艺制成金红石型二氧化钛材料。
2008年7月，日本东北大学金属材料研究所附属研究设施，大阪中心新材料创制研究室研究人员、北见工业大学机器分析中心讲师大津直史、大阪府立大学金属类新材料研究中心研究人员等人组成的一个研究小组，开发出亲水性和吸水性出色的金红石型二氧化钛材料。
新材料的特点是不均匀变形小，拥有籽晶尺寸达15～30纳米的高结晶性，并含有1微米以下的小孔。其制作工艺表现为，在钛或钛合金上，用阳极氧化制作二氧化钛的过程中，以高浓度硫酸水溶液作阳极氧化的电解浴液成分，并提高电压和电流密度制成的氧化膜实施热处理。阳极氧化法已经确立为钛的着色技术，该技术不仅设备成本低，而且还支持复杂形状和大尺寸材料。
二氧化钛有锐钛矿、金红石和板钛矿3种结晶结构，其中锐钛矿显示出出色的光催化活性。但是，此次亚甲基蓝（MB）分解率检测结果表明，新材料的分解率在99%以上。另外，新材料在没有紫外线照射的情况下，也具有很高的亲水性。而且吸水性很强：它由表面张力较大的蒸馏水浸透，所需时间与喷墨打印机用纸基本相同。研究小组利用X射线光电子分光分析，证实新材料的最表层存在多个羟基，估计出色的亲水性就源于氧化膜和羟基的相互作用。这一成果除可用来净化含有有害化学物质及细菌等的工业废水外，还可以赋予手机及眼镜等抗菌性。目前，研究人员正在考虑在表面积大的底板上涂布这种二氧化钛，以分解并去除工业废水中的化学物质。（2）研制出可成超级储存材料的氧化钛新结晶。
2010年5月，日本东京大学，化学教授真一香里领导的一个研究小组，在《自然·化学》网络版发表论文称，他们制造出氧化钛的一种新的结晶形式，可以用于制造“超级”蓝光光盘，这种光盘不仅价格更加低廉，而且其数据存储能力是数字多功能光盘的几千倍。
研究人员指出，这种氧化钛新结晶，在室温下，当它受到光线的刺激时，能够从导电的纯黑色的金属态，转化为棕色的半导体态，这为数据存储创造出一种有效的开关功能，它有潜力成为下一代光存储设备的主要组成物质。
真一香里表示，随着光线改变颜色的物质能够被用来制造存储设备，因为不同的颜色通过反射不同的光可以存储不同的信息。
另外，目前，可读写的蓝光光盘和数字多功能光盘使用的材料，主要是一种被称为锗锑碲合金的稀有物质，而氧化钛的市场价格，不到锗锑碲合金的1/100。同时，研究人员指出，氧化钛很安全，其应用范围也很广泛，从擦脸粉到白漆都可见其“倩影”。
2．氧化铪开发的新进展
开发出介电常数更高的新式氧化铪。2012年2月7日，美国物理学家组织网报道，英国剑桥大学工程系的安德鲁·弗洛维特领导的研究小组，研制出一种介电常数更高的新式氧化铪，有望用于制造下一代更微型的电子设备、光电设备，以及更高效的太阳能电池等。目前，氧化铪已成为电子工业领域的关键材料。
氧化铪等金属氧化物的应用范围非常广泛。正常情况下，它们一般通过喷溅在基座上制造而成。然而，当科学家们试图通过喷溅制造高质量的电子材料时，却碰到了一个问题，即很难精确控制沉积过程的能量情况，以及材料的属性。为此，弗洛维特研究小组使用英国等离子探索有限公司研发的新奇沉积技术，利用高靶溅射来促进等离子溅射。氧化铪是一种电绝缘体，能被用于制造光学涂层、电容器，以及晶体管等。因为氧化铪的介电常数（电位移与产生电位移的电场密度之间的比率）比较高，而材料的介电常数越高，其存储电荷的能力越强，也就是说电容越大，有些公司目前正用氧化铪替代晶体管中的二氧化硅。
氧化铪可以不同的非晶体结构和多晶体结构的形式出现。但非晶体结构缺少多结晶结构内存在的晶界。晶界是指一个多晶体材料内，两个晶体相遇的点。晶界就像导电通路，不仅会让电阻率变小，也会导致设备大面积出现导电能力不均的情况，这会导致设备的性能变得不均匀。因此，非晶体结构比多晶体结构更好。然而，迄今为止，非晶体氧化铪的介电常数一直比较低，仅为20左右，而弗洛维特研究小组研制出的新式氧化铪的介电常数则高于30。
弗洛维特表示，与其他形式相比，非结晶电介质（包括氧化铪）的性质更加均匀，而且，没有晶界也使材料的电阻率更高、光子散射更低。三、开发其他金属氧化物的新成果
1．开发贵金属氧化物的新进展
通过分析铱氧化物找到自旋轨道强相互作用的新材料。2010年12月，美国能源部阿尔贡先进光源国家实验室、肯塔基大学、橡树岭国家实验室，以及北伊利诺伊州立大学等研究人员组成的一个联合研究小组，在《物理评论快报》上发表研究成果称，他们发现，一种含有重元素铱的氧化材料，受到铱5d层价态上的自旋轨道相互作用的控制，显示出非同寻常的性质。
该研究小组在先进光源国家实验室的X射线科学分部，用4-ID-D光束，对一种名为三氧化钡铱的多晶体，进行X射线吸收和磁环双色探测。在铱的5d层价态，分析了电子自旋、轨道角动量和自旋轨道耦合。
作为下一代自旋电子设备，自旋晶体管有着巨大的应用前景。开发自旋晶体管需要找到具有大量电子自旋轨道的新型材料。由于自旋轨道的相互作用，是随着原子数量而迅速增加，含有重元素的材料成为该领域的最佳候选。
在半导体中，自旋轨道耦合，可以通过电场调节自旋累积来控制，这是开发自旋晶体管的一个很有前途的方向。比如开发自旋电子设备，基于电子自旋而不是所带的电荷，能使其功能更加强大、速度更高而且能耗更低。
2．开发轻有色金属氧化物的新成果
开发出高性能钡氧化物系列压电材料。2012年3月7日，《日刊工业新闻》报道，日本山梨大学一个研究小组，开发出高性能钡系列新型无机压电材料。压电材料，是指受到压力作用时，会在两端面间出现电压的晶体材料。
传统的铅系列压电材料，广泛用于打印机喷墨驱动器、数码相机超声波马达，以及柴油发动机燃油喷射驱动装置等传感器元件中。但因使用了对环境有害的铅，且压电效应不十分理想，近年来，美国、日本、俄罗斯和中国等纷纷开展新型压电材料的研究。
该研究小组，利用钡、铋、钛和铁等氧化物，制成不含铅的钡系列压电材料，具备400℃以上的居里温度（磁性转变点），域值和密度等压电指标也大大改善，较现在普遍使用的铅系列压电材料，压电性能提高2倍以上。
3．开发金属复合氧化物的新进展（1）用镉锇氧化物研制不怕消磁的材料。
2012年5月28日，日本理化研究所、东京大学和神户大学等机构联合组成的一个研究小组，在美国《物理评论通讯》杂志网络版上发表论文说，他们发现一种人工合成的镉锇氧化物，在特定温度下，由导体变为非磁性半导体的原因。这种特性，使其能够成为不怕消磁的存储新材料。
研究人员说，多数物质在不同温度下，其导电性能并不会发生变化，而有些种类的金属氧化物，在温度变化时，导电性能会发生改变。一种人工合成的镉锇氧化物，在室温下拥有良好的导电性能，而被冷却到零下52℃时，它会从导体转变成非磁性半导体。研究人员尝试利用大型同步辐射加速器SPring-8发出的X射线，观察这种镉锇氧化物中锇原子电子自旋的排列，发现这种氧化物转变为半导体的同时，电子自旋排列出现了两种方向。这种特殊的排列使氧化物整体的磁性消失，而两种自旋方向，则可分别代表数据存储所必需的0和1两种状态。
研究人员指出，迄今的磁存储介质一旦靠近强磁场，存储的数据有被消除的危险。而这种镉锇氧化物由于没有磁性，因而不怕消磁，有望成为新的存储材料。不过，离实际应用还要解决诸多课题，比如，如何使这种物质在室温下就能出现电子自旋排列改变，镉和锇的毒性处理等。（2）发现电性和磁性可共存的金属复合氧化物。
2011年7月25日，美国能源部下属的布鲁克海文国家实验室，物理学家斯图尔特·威尔金斯等人，与德国莱布尼兹固体材料研究所研究人员共同组成的一个研究小组，在《物理评论快报》上发表研究成果称，人们一直认为，电性和磁性难以和平共处于一种材料中，它们会相互对抗。但是，他们却发现，磁性和电性可相安无事地，耦合于一种特殊的金属多铁性材料中。这种多铁性材料，是一种特殊金属氧化物，它可广泛应用于下一代运行速度更快、能效更高的逻辑设备、存储器和传感设备。多铁性材料指的是一种拥有南北极的磁性材料，施加电场可改变其南北极。此前，科学家们寄希望于让多铁性材料的原子排列或晶格变形产生电极化，来产生这种耦合。现在，该研究小组发现，电性和磁性还能以一种新方式耦合在特殊金属氧化物中。
该研究小组使用布鲁克海文国家实验室同步辐射光源发出的超亮X射线激光束，来检查由钇、镁和氧组成的特殊金属氧化物的电子结构，并观察到主要由环绕在原子周围外部电子云所产生的电性和磁性耦合。在这种材料形成化学键，并让原子紧紧结合在一起的过程中，镁和氧电子的原子轨道相互混淆了。测量结果表明，该过程中材料的磁结构发生了改变，导致其产生电极化而变得具有铁电性。换句话说，该材料磁结构的任何变化，都会导致其电极化方向发生变化，这就使该材料成为多铁性材料。威尔金斯说：“以往，科学家只能从理论上预测这种机制，现在我们首次真正观察到这种机制。”
研究人员在研究中设计并使用了一种新装置，可为多铁性材料与高温超导体等错综复杂材料有关的关键问题找到答案。该装置，即将被转移到目前在建的第二代同步辐射光源上。它产生的X射线亮度，是第一代同步辐射光源的1万倍，使科学家能更清晰地研究多铁性材料的属性。
威尔金斯表示，从理论上来讲，通过把一个有序的磁材料与一个有序的电材料耦合在一起，科学家可以研制出非常有用的设备，例如，我们可以研制出一种更快、能效更高的存储设备，通过施加电场朝其写入信息，通过探测其磁性状态来阅读信息。第三节 新型合金材料一、研究合金性质与结构的新进展
1．研究合金材料性质的新成果（1）设计出氢金属合金材料的计算机模型。
2010年1月25日，美国卡内基研究所地球物理实验室，高压问题专家毛河光领导的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》网络版上发表研究报告称，他们设计出3种高密度的氢与金属合金材料的计算机模型，并发现在一定的压力和温度下，这些合金出现了超导性。他们的研究成果，为人们利用世界上含量丰富的氢元素提供了新途径。
长期以来，物理学家一直在试图了解能否把地球含量丰富的氢元素转变成金属，甚至成为超导体。他们推测，在适当的压力和温度条件下，氢能够与金属结合成为氢金属合金材料。然而，这在实验中是难以实现的。
所谓超导现象，指当物质被冷却到一定的温度时，电阻突然消失的现象。原则上，所有已知的材料，都能够被冷却到非常低的温度，或者说是转变温度而成为超导体，但由于发生转变的临界温度非常低，因而限制了超导物质的广泛应用。科学家经过研究发现，通过额外的化学处理，可以提高材料的转变温度，实现高温超导。现在，科学家常常利用理论模型，来了解提高材料转变温度的特征和压力。在此项实验中，科学家们在特定的温度、压力和化合物成分等条件下，对3种金属氢化物，在原子水平上的行为，进行模拟研究。
这3种化合物，分别是三氢化钪、三氢化钇和三氢化镧，每种氢化物的金属晶格中，含有丰富的氢原子。毛河光发现，压力在10万～20万倍于海平面大气压，3种模型材料出现超导性。三氢化镧超导现象的稳定状态条件，是10万个大气压和零下253℃（20开尔文）；三氢化钪和三氢化钇的稳定状态条件，是20万个大气压，但转变温度分别是零下255℃（18开尔文）和零下233℃（40开尔文）。
研究还发现，在超导临界温度下，同三氢化钪相比，三氢化钇和三氢化镧之间的振动能，分布更为相似；且当3种化合物都出现结构变化时，可获得最高的临界温度。这一结果表明，出现超导态，是化合物中带振动能的电子，穿过格子状结构的过程中相互作用的结果。当压力超过35万大气压时，3种化合物又失去了超导性能，变成普通金属；而当压力达到50万大气压时，只有三氢化钇重新呈现超导态。研究人员认为，这是因为其质量不同于另两种化合物。
毛河光表示，此前的研究，都集中在含有4个氢原子的化合物上，这次的模型实验证明，当压力介于10万～20万大气压之间时，含有3个氢原子的金属氢化物，就可以具备超导性能，这比含有4个氢原子的同种金属氢化物呈现出超导态所需要的压力低一个量级，使得它们更有潜力应用于超导领域的研究。这些温度和压力条件，在实验室中可以很容易达到，研究人员希望，他们的模型研究成果，能得到今后更多实验的验证和支持。（2）揭开因瓦合金低温下不膨胀之谜。
2011年8月，日本自然科学研究机构分子科学研究所发布公报说，该所教授横山利彦等人组成的一个研究小组发现，量子波动，是因瓦合金在低温条件下不膨胀的原因。因瓦合金也叫“不变钢”，中文俗称殷钢，是一种铁镍合金，其成分为铁63.8%，镍36%，碳0.2%，它的热膨胀系数极低，在从极低温度到超过室温这样很宽的温度范围内，都能保持固定长度，适合做测量元件。瑞士物理学家纪尧姆1897年发现了这种奇异的合金，并凭借此成果，获得1920年诺贝尔物理学奖。
公报说，因瓦合金，在室温以上环境中不膨胀的原因有科学解释，但在低温状态下不膨胀，过去一直没有合理解释。科学家魏斯1963年用一个简单的模型，成功解释了“因瓦效应”，合金里的铁原子有两种状态：一种是原子半径大且能量稳定的高自旋状态，另一种是原子半径小且不稳定的低自旋状态。伴随着温度的上升，低自旋状态的密度增加，原子想要收缩，而另一方面温度升高使原子的热振动更加激烈，物质原子间的距离就会拉大，以避免原子之间的碰撞。“因瓦效应”就是上述两种效果正好相抵消，合金就不会膨胀。魏斯的模型，到目前仍被广泛认可，但是这个模型只能说明，因瓦合金为何在室温以上的环境下不膨胀，没有充分揭示其在低温条件不膨胀的原因。
横山利彦研究小组，利用同步辐射加速器产生的射线束，以及X射线吸收精细结构分光法，详细分析因瓦合金中的铁原子和镍原子的原子间距离，随温度变化而产生的变化，测定了铁和镍局部的热膨胀，并进行了基于魏斯模型的经典力学计算。研究结果表明，低温环境下的“因瓦效应”不遵循魏斯模型，其主要成因是量子波动。（3）发现“高熵合金”越是低温越坚韧。
2014年9月5日，物理学家组织网报道，一种名为“高熵合金”的新概念合金设计，已经带来了一类多元素材料。这种合金的出现已有十多年，但直到最近它们的品质才可用于科学研究。报道称，美国橡树岭国家实验室伊索·乔治领导的研究小组，开发出一种叫做铬锰铁钴镍（CrMnFeCoNi）的高熵合金，经检测它不仅是现有记录的最硬材料之一，而且在低温下强度、延展性反而提高。
据悉，该研究小组把高纯元素初始材料用电弧熔融，结合浇铸工艺造出了高质量的铬锰铁钴镍合金，样本为层状结构，厚约10毫米。他们检验了样本的延展性和微观结构后，把样本送到，美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室，材料科学家罗伯特·里奇那里进一步检测。
里奇说：“我们对铬锰铁钴镍合金进行了检测，它含有5种主元素而不是一种。虽然，各元素单独的晶体结构不同，但合金晶体只有一种相态。具有卓越的抗损伤能力，抗伸展强度超过10亿帕，断裂韧度值打破纪录，超过目前所有其他金属合金。”
他们从室温降到约零下196.15℃，检测铬锰铁钴镍合金的伸展强度和断裂韧度值，属于现有材料记录中最高值范围，而且在低温下，这些值性还会增加。绝大多数合金在低温下都会失去延展性，变得更脆而易碎。
传统合金制造方法的一个不变特征是，一种元素做主成分，其余为少量添加，其机械性能通常依靠出现第二种相态。里奇说，“高熵合金，从根本上突破了传统方法，它的性质并非来自合金中的每种成分或第二种相态。高熵这一概念意味着，随着合金成分元素的增加，其位形熵也增加，也就抵消了它们形成化合物，变成单相态材料（如纯金属）的趋势。”
里奇和乔治认为，铬锰铁钴镍合金，能在低温下表现出非凡的强度、延展性和硬度，关键在于一种“纳米结对”效应，也就是在变形过程中，相邻晶格区的原子排列，彼此形成镜像结构。里奇说：“这表明，它除了具有大部分金属在环境温度下具有的平滑错位机制，还有一种塑性机制。在低温下，材料经受了塑性变形，产生了纳米结对，结果就是连续的机械硬化，以此来遏制早期破坏造成的局部变形。”
2．探索合金材料结构的成果（1）分析液态金硅合金纳米尺度的表面结构。
2006年8月，美国能源部阿尔贡纳米材料中心，博士后欧莱葛·夏彼尔克领导，斯里耶尔、布鲁戈尔斯米、葛莱格里夫，以及哈佛大学泊衫教授、以色列巴尔伊兰大学杜维奇教授、布鲁克汉恩国家实验室奥克和芝加哥大学美纶、琳斌华等人参与的一个研究小组，对液态金硅共晶合金纳米尺度的表面结构，作了深入分析，并将研究结果发表在《科学》杂志上。
研究人员说，这种液态金硅共晶合金，由82%的金和18%的硅所组成。共晶是在低于任一种组成物金属熔点的温度下，所有成分的融合。在大多数例子中，共晶合金中组成物金属的熔点，与它在纯金属状态下的熔点相差100℃；金硅共晶合金，在360℃时即开始溶化，这个温度比组成物金属的熔点低了大约1000℃。但这并不是金硅共晶合金唯一一个与众不同的特性。一般固态晶体中，原子都是按照周期有序的方式排列，而在液态中，原子的排列则变得混乱。所以，十年来，人们一直认为，很多液态金属的表面，都会呈现二到三个清晰的原子层，并且通常这些原子层中没有结晶态存在。然而，夏彼尔克研究小组却发现，在液态金硅共晶合金的表面，存在7～8个原子层。为了弄清这个意外的事件，他们同时也在其表面原子层中，找到与通常只出现在固态物质中的组织相类似的结晶态结构。
夏彼尔克在哈佛大学的博士生阶段，开始这项研究，并最终在阿尔贡纳米材料中心完成该研究。他利用阿尔贡中西半球最强的X射线高级光子源，对材料进行了几项测定：X射线镜面反射率，用来提供垂直于表面的金属结构信息；X射线临界衍射，用来提供平面结构的内部信息；X漫散射，用来提供表面波动及其他动力学信息；而X射线晶体端面标尺，则是用来测量表层结晶结构的厚度。（2）揭示新型合金准晶体的组合结构。
2014年3月，美国一个探索晶体的研究小组，在《自然》杂志上网络版上发表研究成果称，他们发现一种全新的准晶体类别，实际上，它是在金表面上附加了一层含铁的被称为“二茂铁甲酸”的分子。
1982年，以色列材料科学家达尼埃尔·谢赫特曼，首次发现一种与众不同的新型晶体，后来这种晶体被命名为准晶体。与传统晶体原子重复的规则模式排列不同，准晶体的原子排列有规则，但却不会出现重复。
自谢赫特曼发现准晶体以来，到目前为止，科学家已经发现了超过数百种准晶体，其中绝大部分是含有2～3种金属的合金。
准晶体通常以二聚体的方式组合在一起，与此不同的是，新类别的准晶体，受其表面与相邻分子的压力而相互连接成一个圆环，看上去就像是分子花结，而较大的排列模式，还会呈五角形、星形以及菱形。研究者预测，这一新发现，将为发现更多基于小分子结构的准晶体，打开一扇大门，尽管新发现的准晶体不一定有实际用途。二、研制钢铁材料的新进展
1．开发车用钢材的新成果（1）研制出特别适合造汽车的新型结构钢。
2004年11月，《马克斯普朗克研究》杂志报道说，德国马普学会钢铁研究所，开发出一种抗拉强度高的轻型结构钢，其性能特别适合用作汽车材料。
这种轻型的结构钢，是由铁与锰、硅和铝等混合制成的，性能非常稳定，并具有特别的拉伸能力。
这家研究所研究人员发现，锰含量15%、铝和硅各3%的结构钢特别结实，可拉伸50%以上。而包含25%锰、3%铝和3%硅的结构钢尽管没有前者那么结实，但可以拉伸大约90%而不会断裂。这一性能
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