年度2021·孙亚飞材料科学前沿报告

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年度 2021·孙亚飞材料科学前沿报告 
 
发刊词：来，带你看科技变化的风口和机会............................................................................................1 
追踪：2020 年的“卡脖子”问题，2021 年解决到什么程度了？ ..................................................8 
年度材料：氢燃料电池怎么帮助我们减少碳排量？.................................................................... 16 
AIE 荧光材料：如何精准地杀灭癌细胞？ ......................................................................................... 25 
聚合物材料：如何打败杀不死的超级细菌？ ................................................................................. 34 
液态金属：如何修复破损的骨骼？ .................................................................................................... 42 
纤维素水凝胶：如何让伤口自愈合？ ............................................................................................... 50 
蓝色磷光体：怎么让电子设备减少损耗？ ...................................................................................... 59 
锂离子笼：怎么提升锂离子电池的性能？ ...................................................................................... 68 
钠金属电池：为什么被淘汰的电池，也能很前沿？.................................................................... 75 
可以发电的防火服：火焰烧不死人，还能发电？ ........................................................................ 83 
液晶弹性体：为什么它是机器人最急需的材料？ ........................................................................ 92 
导电蛋白质：蛋白质都导电了，会怎么样？ ............................................................................... 100 
组织工程：人造肉也可以和真正的肉一样好吃吗？.................................................................. 108 
二维硼化物：如何解决二维材料的量产难题？ ........................................................................... 116 
藤壶黏合剂：怎么让美食修复伤口？ ............................................................................................. 123 
形状记忆材料：如何把时间打印出来？ ......................................................................................... 131 
芳纶：如何让防弹材料不再被垄断？ ............................................................................................. 139 
二十面体准晶体：为什么它能帮助我们找到生命起源的秘密？........................................... 147 
K4 结构体：我们离摘下材料学皇冠上的明珠，还有多远的距离？ ..................................... 154 
液滴材料：在高温热油上奔跑的水滴，到底有什么秘密？ .................................................... 162 
可降解聚合物：降解污染物，还有哪些新玩法？ ...................................................................... 170 
100 平方米的反应器：如何让制造氢气变简单？ ........................................................................ 177 
 
发刊词：来，带你看科技变化的风口和机会 
你好，欢迎来到《材料科学前沿报告》，我是孙亚飞。 
这是我和你十年之约的第二年。 
十年之约 
年的这个时候，《材料科学前沿报告》第一次与你见面。 

我在当时的发刊词里，跟你许下了十年之约，说我要用接下来的十年时

间，在每年的这个时候，跟你汇报材料领域的前沿进展，跟你一起见证

材料科学领域的大爆发。

当时为你做这份报告,主要有两个初心。

一个是，2020 年是一个很特殊的年份。

那是疫情爆发的第一年，我看到很多人的生活，都在经历不确定。作为

一个专门搞材料的工程师，我觉得自己责任重大。很有必要从材料科学

的角度，给你提供一个不一样的视角，让你在不确定的时代，能有一个

确定的抓手。

再一个是，我特别想大声告诉你，在材料学这个领域，咱们国家真正走

在了国际前沿上。透过这些前沿材料，我想在特殊时期，给你一个真实

的信心。

很欣慰，也很荣幸，2020 的报告上线后，我收到了许多同学的反馈。

有的同学就在做材料的工作，说看到了自己行业的新机会；

有的同学正好在看投资机会，说这下有实打实的抓手了；

还有的同学是化学老师，说有了生动的备课材料，学生上课热情更高

了。

最让我哭笑不得的是，甚至还有影视圈的朋友问我，说有没有材料学研

究的内幕故事，可以给他们讲讲，好当作创作素材。

所有这些反馈，都远远超出了我的预期，也加深了我要继续给你做好这

份报告的动力。

有什么变化？

所以，2021 年的《材料科学前沿报告》，我深感责任重大，更不敢有一

丝怠慢。

首先，我花了更长的时间来准备。

有了上一次报告的经验，这一次，我从 2021 年初就开始考察。整整花了

一年的时间，调查了上百种前沿材料，访谈了近十位科学家，最后为你

呈现了 21 种最前沿的材料。

比如这一次的年度材料氢燃料电池。早在 2021 年夏天，我就前往研究现

场做了调研，并用后面将近半年的时间，不断验证我的判断。比如到下

半年，全国已经有 50 多个城市，陆续启动了氢燃料电池的建设工厂，各

地加氢站的筹建速度也在加快。

就在我准备这篇发刊词的时候，还得知了一个好消息，就是北京市准备

在冬奥会期间，启用 700 多辆氢燃料电池公交车。这个规模虽然不大，

但它释放的信号可不小。

也是因为准备更充分，所以这份给你的报告，又多了一份确定性。

第二，我为你请到了阵容强大的科学家天团。

早在年初，我就排好了这一年要拜访的行业专家。

像前面我提到的氢燃料电池，它的背后有一个关键人物，陈忠伟院士。

陈院士来头很大，是加拿大皇家科学院历史上最年轻的院士，同时也是

加拿大滑铁卢大学的教授。2021 年夏天，陈院士刚好在国内，我向他当

面请教了氢能源发展的关键议题，拿到了第一手的资料。

还有发现 AIE 材料的科学家唐本忠院士，AIE 材料有一个很重要的作用，

就是能杀死癌细胞，我会在后面的课程里专门向你介绍。

唐院士在我们科学界非常厉害，我随便给你念几个他的头衔，你就能感

受到了：中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院

士、英国皇家化学会会士......等等，是一位名副其实的宗师级科学家。

正是有了这批阵容强大的科学家天团，我可以拍着胸脯对你讲：这份报

告能够经得起时间的检验。

最后，我选择了和你更相关的材料。

来，我随便给你说几个。

比如我会给你介绍一种液态金属材料。

听名字，是不是没觉得多了不起？但你知道吗，它可以修复人体破损的

内骨骼。往后的骨折患者，很可能再也不用遭受打钢钉的折磨。

再比如一种最新的人造肉材料，它可以用一头日本和牛的细胞，直接生

长出和真肉一样美味的整块和牛牛排。

未来很快有一天，你再想吃一顿上好的日本和牛，也许就再也不需要花

天价了。

......

还有穿上能发电的防火服，打败超级细菌的聚合物材料，等等。

你会看到，你生活的方方面面，即将被这些前沿材料一点点改变。

为什么我讲？

而我们材料科学，最不缺的就是变化，最不害怕的也是变化。

因为变化，往往意味着风口和机会。

你可能会说，材料科学很前沿，我想跟上这种变化。可是它太难了，就

怕跟不上！

别担心，有我在，你都能跟得上！

为什么我敢这么说？

这是因为，我是给你开设这门课的不二人选。

我首先就是一位搞材料的专业工程师。

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年度2021·孙亚飞材料科学前沿报告发刊词：来，带你看科技变化的风口和机会............................................................................................101追踪：2020年的“卡脖子”问题，2021年解决到什么程度了？..................................................802年度材料：氢燃料电池怎么帮助我们减少碳排量？.................................................................

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