材料

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最强最韧的物质

2023年5月，武汉大学土木建筑工程学院高恩来课题组研究揭示了材料刚度与强度理论上限，发现迄今最强最韧物质。课题组首先从化学键刚度、取向度、密度的理论极限出发，建立了极致杨氏模量的微观物理模型，理论推导出极致杨氏模量和比杨氏模量的理论表达式，确定杨氏模量与比杨氏模量的理论上限分别为3074 GPa和1036 GPa·cm³/g。 他们基于硼、碳、氮等轻质元素组合设计出大量物质结构，从中筛选出多种化学性质稳定、力学性能突破现有纪录的晶体结构，其中限域线性碳晶体的杨氏模量高达2973 GPa，接近于杨氏模量的理论极限(3074 GPa)；线性氮化碳晶体比杨氏模量和比抗拉强度高达1032 GPa·cm³/g和108 GPa·cm³/g，大幅超越金刚石、石墨烯等已知高模量高强度材料，且接近于比杨氏模量和比抗拉强度的理论极限(1036 GPa·cm³/g和130 GPa·cm³/g)，是世界上最强最韧的物质。 【源】

最轻的固体

2013年浙江大学高超教授的课题组成功制备出一种超轻气凝胶，密度只有0.16毫克/立方厘米，取名“碳海绵”。这种全碳气凝胶是目前世界上最轻的固体材料，它高弹，被压缩80%后仍可恢复原状；对有机溶剂具有超快、超高的吸附力，是吸油力最高的材料。这种气凝胶已实现了批量合成，可控性也大大提高。

最硬的材料

2021年11月，北京高压科学研究中心利用富勒烯C60，合成了一种次晶金刚石。其维氏硬度达到116GPa，而天然钻石的维氏硬度约为100 GPa。

最薄的无取向电工钢

2023年7月，厚度仅0.1毫米的宽幅超薄无取向电工钢在中国宝武新钢集团轧制成功。这是全球钢铁行业首次实现1250毫米宽幅0.1毫米超薄无取向电工钢的全流程生产。【源】

最先发现固体超固态材料

2024年1月，中国科学院大学苏刚教授、中国科学院物理研究所项俊森博士和孙培杰研究员、中国科学院理论物理研究所李伟研究员、北京航空航天大学金文涛副教授等组成的联合研究团队，在钴基三角晶格量子磁性材料中，通过理论和实验研究紧密结合，证实了阻挫量子磁体中超固态（自旋超固态）的存在。这是全世界科学家在实际固体中首次给出超固态存在的实验证据。随后，他们发现在自旋超固态量子临界点附近，该材料具有巨大的磁熵变，引起巨磁卡效应，又通过绝热去磁过程获得了94毫开的极低温，实现了亚开温区无液氦极低温制冷。该效应被称为自旋超固态巨磁卡效应。

在当前面临全球氦气资源供应短缺的情况下，绝热去磁制冷作为一种无需氦资源的冷却技术，在深空探测等应用中会变得越来越重要，这项技术也可为量子科技和物质科学等研究提供极低温制冷。  【源】

首个室温超快氢负离子导体

2023年4月5日，中科院大连化学物理研究所陈萍、曹湖军团队通过机械化学方法，在稀土氢化物——氢化镧晶格中故意制造大量的缺陷和纳米微晶，研发出世界上首个室温环境下超快氢负离子导体。同时，研究人员还首次实现了室温全固态氢负离子电池的放电，证实了这种全新电池的可行性。【源】

耐火性能最好的纤维素基气凝胶

2023年，中国科学技术大学俞书宏团队以天然生物质和天然矿物为原料，制备了一种具有优良隔热和耐火性能的纯天然仿木气凝胶。

这种气凝胶有着与天然木材类似的取向通道结构，其仿木结构可以大大降低气凝胶的热导率，具有17.4毫瓦每米开尔文的超低径向热导率，优于世界上现有纤维素基气凝胶材料和各类商用海绵。同时，加入天然黏土纳米片使得这种气凝胶的耐火性能也有了很大的改善，可以承受1300℃高温的火焰，并且至少在20分钟内不被烧透。 【源】

首个能够连续捕获和利用冷热能量的涂料

2022年4月，中国科学技术大学团队研制了一种基于二氧化钒相变材料的多层膜光谱选择性自适应涂层。该涂层在白天太阳辐照下处于金属态，整体涂层太阳吸收率为0.89，红外发射率仅为0.25，表现为光热吸收特性。在夜间无辐照条件下，涂层处于绝缘态，在大气窗口波段具有高发射率，在其余中红外波段具有低发射率，表现为辐射制冷特性。 这是世界上首个能够对太阳与深空冷热能量的连续捕获和利用的材料。

最先合成单层聚合C60

2022年6月，中国科学院化学研究所的研究人员在常压下通过简单的反应条件，创制出一种新型碳同素异形体单晶——单层聚合C60。这是继石墨烯之后，又一种稳定的二维碳材料。 

金刚石、石墨烯、富勒烯、碳纳米管等材料都由碳原子构成，但由于原子排列不同，它们展现出完全不同的物理化学性质，因此，它们被称为碳的“同素异形体”。 中国研究人员利用掺杂聚合—剥离两步法，成功把纳米团簇C60聚合在一个平面上，并通过碳碳键相互共价键合形成规则的二维拓扑结构材料，即单层二维聚合C60单晶。 【源】

首个具有黎曼曲面的碳纳米螺线管材料

2022年3月，中国科学技术大学杜平武教授课题组宣布实现了首个具有黎曼曲面的大共轭无金属碳纳米螺线管材料，该工作填补了分子基弯曲碳螺旋材料领域的空白。 

首个将水凝胶与冰雪结合的材料

北京理工大学宇航学院教授张凯团队研制出了一种新型材料——凝胶冰雪。2022年2月，该团队制备的凝胶冰雪冰板在中国科技馆“科技冬奥”主题展上亮相。 这是世界上首个将水凝胶和冰雪结合的材料，用高聚物网络锁住水，升温时水不滴落，可以用于制作精美浮雕。这种材料也是：

最先发明复合矿物

2022年1月，浙江大学化学系刘昭明研究员团队发表论文，宣布发明了一种复合矿物——一种用无机离子聚合的方法构建出具有周期性缺陷结构的无机矿物材料。 该材料主要是由80%以上的无机磷酸钙组成，剩下为有机高分子聚乙烯醇和海藻酸。 该材料的拉伸强度在20兆帕左右，弹性模量在600兆帕左右，整体表现出类似塑料的柔韧性，可以进行拉伸或者弯曲，硬度也比一般的塑料高，在0.8吉帕左右，不太容易起划痕。复合矿物在水中浸泡3个月后，其中的聚乙烯醇和海藻酸被溶解，剩下的沉淀是结晶的羟基磷灰石，与地质中的矿物羟基磷灰石无异，不会造成污染。【源】

热导率最高的非晶材料

2021年11月，吉林大学刘冰冰教授团队，利用富勒烯C60，采用自主发展的大腔体压机超高压关键技术，首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。这种材料光学带隙高达2.7 eV；维氏硬度高达102 GPa（9.8 N载荷下），杨氏模量达到1182 GPa，可与金刚石相媲美；热导率高达26 W/mK，是世界上热导率及模量最高的非晶体材料。【源】

硬度最高的非晶材料

2021年8月，燕山大学田永君教授团队开发出了一种新型玻璃材料AM-III，其内部为晶体结构，硬度比钻石还要高，是世界上最坚硬的玻璃材料。AM-III的维氏硬度高达113 GPa。

首次实现冰的弹性弯曲

2021年7月，中国科学家童利民团队在零下50摄氏度环境中，在世界上首次实现了冰的弹性弯曲，制备出了高质量冰单晶微纳光纤。这种新材料既能灵活弯曲，又可以低损耗传输光，在性能上与玻璃纤维相似。

首次证实高阶拓扑半金属相

2021年2月，中国科学家贾锁堂、陈刚、刘正猷团队通过堆垛二维笼目（Kagomé）声学晶格并引入双螺旋层间耦合，在国际上首次实验证实了高阶拓扑半金属相，并观察到其特征性的铰链态，在探索新奇拓扑物态的研究中取得了突破性进展。

最轻的液态金属材料

2020年清华大学刘静团队研发出了密度低于水的液态金属复合材料，这是世界上最轻的液态金属材料。

最早的液态金属智能服装

2019年，清华大学的刘静和张莹莹团队联合开发了一种液态金属智能服装的制备方法。利用这种方法可以方便快捷地在棉布上制备出大面积的液态金属电路，并且制备的液态金属电路可以随服装被任意折叠和拉伸。基于此制备方法，研究人员设计出具有人机交互、无线供电、柔性显示以及人体热管理等多种功能的智能服装系统。

最宽的类石墨烯高导膜

2019年，安徽碳华新材料科技有限公司在蚌埠成功拉引430毫米类石墨烯高导膜，刷新了180毫米世界最宽高导热新材料纪录。 

类石墨烯高导膜是依托类石墨烯材料研发生产的新型导热散热产品，其散热性优于风扇和常规散热器，能够实现快速散热降温。

最薄的不锈钢

2021年5月，中国宝武太原钢铁集团生产出了世界上最薄的不锈钢，厚度仅有0.015毫米。

（2018年，山西太钢不锈钢精密带钢有限公司生产的不锈钢，绰号“手撕钢”，宽600毫米，厚度0.02毫米）

最先矿化合成人工珍珠母

2016年，中国科学家俞书宏团队在世界上最先矿化合成了人工珍珠母。

最早的竹缠绕复合材料

2015年， 叶柃发明了竹缠绕技术。竹缠绕复合材料以竹子为基材、以树脂为胶黏剂，采用缠绕工艺加工成型。已经开发的相关产品有：竹缠绕复合管道、竹缠绕复合管廊、竹缠绕高铁车厢、竹缠绕整体式民用建筑等。

吸油力最高的材料

2013年浙江大学高超教授课题组制备的碳海绵是吸油力最高的材料。

最长的碳纳米管

2013年清华大学魏飞教授团队成功制备出单根长度达半米以上的碳纳米管，是目前所有一维纳米材料长度的最高值。

碳纳米管是迄今发现的力学性能最好的材料之一，其单位质量上的拉伸强度是钢铁的276倍，远远超过其他材料。《科学美国人》杂志曾提出“在地球与月亮之间搭建一座天梯”的诱人梦想，但跨越如此长的距离而不被自身重量拉断的材料，只有碳纳米管，并且是批量制备，具有宏观长度、理论力学性质、单根长度达到米级甚至公里级以上。

最先发现电场控制液态金属的现象

2013年清华大学刘静团队首次发现电场控制下液态金属与水的复合体可在各种形态及运动模式之间发生转换的基本现象。

最先发现液态金属吞铝后的运动现象

2013年清华大学刘静团队首次发现液态金属在吞食少量铝后，能自主高速运动且能变形的奇异行为。

首个碳纳米管弹簧

2012年哈尔滨工业大学赫晓东团队采用两步法制备出世界上首个碳纳米管弹簧。其最大延伸率可以达到285%。

最先发明铁基高温超导

2008年中国科学院物理研究所和中国科学技术大学的研究人员发明了铁基高温超导材料。

最先发明注氧键合绝缘体上硅技术

 绝缘体上硅（SOI）技术被国际上公认为"二十一世纪的硅集成电路技术。2006年获得国家科技进步一等奖的注氧键合绝缘体上硅技术，在国际上独创了将键合和注氧隔离技术相结合的注氧键合（Simbond）SOI新技术，极大提高了SOI材料的厚度均匀性。

最先在硅单晶上制成原子级平整金属薄膜

2005年中国科学院物理研究所在薄膜材料的异质外延生长研究中取得突破进展， 在硅单晶上制备出原子级平整的金属薄膜。获得了2005年中国科学院杰出科技成就奖 。在这项研究中还创造了多项世界纪录：

最先发明坩埚下降法生产四硼酸锂

上海硅酸盐所发明了坩埚下降法来工业生产四硼酸锂，获1995年度国家技术发明二等奖。新型压电晶体材料四硼酸锂（Li2B4O7,缩写LBO）及其坩埚下降法新生长技术属于人工晶体材料和单晶生长技术领域，用来实现温度补偿型压电晶体LBO大尺寸（直径3英寸）、无芯区、无开裂、无散射、无孪晶的高质量基片新材料的工业化生产。

最高超导临界温度的常压超导体

1994年中国科学家朱经武团队发明了Hg-Ba-Ca-Cu-O铜氧化物高温超导体系，其临界温度常压下达到135K，高压下达到164K，是世界上临界温度最高的常压超导体。

最先发明稀土非晶丝

1990年，中国科学家梁乃茹在世界上首次开发出稀土非晶丝。该非晶丝不用拉拔而采用直接喷丝 ，成材率达95%以上。

最先发明氮基高温超导

1987年中国科学院物理研究所赵忠贤团队发明了液氮温区钇-钡-铜-氧高温超导材料。在对钇-钡-铜-氧超导材料的研究中，还创造了以下世界纪录：

最先发明坩埚下降法生产锗酸铋大单晶

 1986年上海硅酸盐所发明了坩埚下降法来工业生产锗酸铋大单晶，获1988年度国家发明一等奖。从此，奠定了中国无机闪烁晶体的国际地位。取得了显著的经济和社会效益。

最先发现五次对称性及钛镍准晶相

直至20世纪80年代，人们把固体材料分为两大类，一类是原子作规则排列的晶体；另一类是原子混乱排列的非晶体。准晶的发现，是晶体学研究中的一次突破。

1984年中国科学家在一些具有二十面结构单元的合金相微畴中，首先发现五次对称现象，并给予了正确的解释。钛镍准晶是中国独立发现的一种新的准晶相，是继国外在铝锰合金中发现准晶后发现的第二个准晶相。