这是我们探索《冰与火之歌》材料世界系列的第四篇，该系列更为人熟知的名字是《权力的游戏》。前三篇可在此阅读。 那个冬天不关乎雪与冰，而关乎从狭海一岛源源不断运来的黑色物质。 平民称之为“龙晶”。它漆黑尖锐，是野人首选的武器。 尽管漆黑，它在阳光下却像金属般闪烁。它有岩石般的棱角褶皱，落地却如冰般破碎。 北境之王的那个朋友——那个胖子，叫山姆——显然用龙晶杀死了一只异鬼。如今双子塔以北的每个孩子都知道：除了瓦雷利亚钢，只有龙晶能杀死异鬼。 龙晶 图源：HBO 死神敲门之际，龙晶是漫漫长夜唯一的希望。人们惊叹地谈论产出它的深矿。大小龙晶在黑暗中闪烁，像珠宝般嵌在古老岩石的裂隙中。 平民传说中，龙晶是

装配式房屋是指构件在场外标准化制造，再运至现场组装完成的专业化住宅。作为传统建筑工艺的替代方案，它以更快的施工速度、更少的废料产生和更低的环境负面影响脱颖而出。装配式房屋也被称为预制房屋、模块化房屋或模块化住宅。 以香港建筑业为例，其产生的废料高达填埋场总摄入量的40%，而装配式建筑预计可减少近85%的建筑垃圾。它也是更快的建造方式，2015年中国一家建筑公司便用此法在19天内建成了一座57层高楼。 鉴于装配式房屋的特殊要求，所用材料需满足耐用、轻量化等标准。但并非建筑每个元素都需预制，仅构成建筑主体及内部装修主要部分的特定构件适合预制，如墙体、楼板、屋顶、衣柜、搁架单元等。 本文将介绍：

严重的钢铁短缺正困扰着制造业。尽管随着新冠疫情逐渐缓解，许多人曾希望短缺即将结束，但现实并非如此。所有迹象表明，短缺将持续到2021年第二季度剩余时间，甚至可能延续更久。 由于钢铁用途极广，短缺对各行业影响深远。库存低位、供应枯竭，前景堪忧。 短缺成因分析 导致短缺的主要原因有多个，且随时间推移而加剧： 受新冠疫情影响，钢铁生产设施于2020年中后期至今相继关停。 钢铁进口受关停、关税及贸易战冲击。 制造业整体停工导致钢铁需求一度大幅下降。 因工作条件、时事及预算削减，行业可用工人减少。 仓库库存缓慢消耗，现已跌至历史低位。 矿山同样因疫情关停或受影响，原材料供应减少。 结果是钢铁严重短缺

新型传染源出现已成重大关切——当前更甚，因全球面临大流行病带来的健康经济后果。抗菌材料开发与应用预期将持续上升，因我们采取更严格措施控制环境、预防未来爆发。 受安全健康维护意识提升驱动，全球抗菌涂料行业预期需求大幅增长，据Global Market Insights报告。 抗菌材料涂料市场2017年估值超30亿美元。预计2018-2024年复合年增长率约12.5%，2024年底达70亿美元。 抗菌材料开发应用将持续上升，因我们采取更严格措施控制环境预防未来爆发。 传染源通常通过飞沫传播，源自打喷嚏或咳嗽。这些体液可沉积表面，个人触摸呼吸道飞沫可人传人。 Neely和Maley研究发现，耐甲氧西

面对当今海量材料选择，为现代产品挑选最佳材料面临诸多挑战。鉴于技术进步和整体技术认知提升，可创造的产品类型和可用材料类型比以往更多。 选择最佳材料是创造现代产品关键步骤。过去挑战更多围绕材料采购——尤其负担得起的材料——及设计视角技术局限。 然而，现代建设者、承包商、设计师面临极度竞争市场寻找最佳材料任务。选错材料可能导致多层面不可挽回损失。 以下五个问题，产品设计师和建设者寻找有竞争力材料方案时应自问。 1. 材料是否轻量且高强？ 强度是许多产品宝贵特质。 极少情况刻意设计脆弱产品。但传统上强度伴随重量增加，因强材料通常需更大质量。 今日此常规被打破。铝、钛、镁合金等材料拥有高比强度，成为

无论美观或功能，用假肢(希腊语附着意)替代缺失肢体始终是刚需。当前技术超越单纯机械替代，随肌电传感器引入通过肌肉活动激活假肢，进阶为生物力学层面。本文聚焦假肢构成材料，特别是运动假肢材料，而非电子部分。 假肢演进 远古截肢是肢体严重创伤唯一治疗。但缺肢替代罕见且限贵族。首个记录假肢发现于埃及。约公元前950年贵族女性木乃伊带木制皮革假脚趾、雕刻指甲复刻缺失部分(图1)[1]。 图1. 公元前959年埃及发现美容手指 [2]。 中世纪假肢开始更功能化(图2)。战场断臂者装铁制装置可战斗中放置盾牌。船上水手前臂换著名钩子、腿换木棍，均为船上易得材料。 图2. 中世纪铁制假臂 [1]。 16世纪法国

交通部门被证显著加剧全球气候变化和二氧化碳排放[1]。电动汽车(EV)被视为向清洁能源星球过渡的战略重要性[2]。 广泛采用EV有望带来诸多环境、社会、经济效益：最小化空气污染物、城市空气更洁净、噪音排放减少、经济提振[3]。当能源转向风能太阳能等清洁能源时，EV能大幅降低能耗和温室气体排放[4][5]。 EV广泛采用益处显著，但普及挑战依大。虽EV近年在性能和续航显著发展，仍受限于电池重量体积成本、充电基建网络缺失或薄弱、充电耗时长、成本相对传统车高[3]。 纯电动汽车市场份额在许多国家仍低。www.openchargemap.org 发展EV基建是实现广泛采用必须面对的关键问题。此背景下，

计划假期去山里旅行？你备好攀岩装备、自行车、登山杖。你准备好了，对装备充满信心。但你是否想过，你信赖性命的可靠运动装备由什么制成？ 你可能未察觉，但你拥有的大多数山地运动装备，托付生命的装备，多由铝制成。为何？ 攀岩和登山极度关注减轻装备重量：减重让攀登者对抗重力消耗更少能量，从而攀得更远更快。这就是铝登场时刻。 我们常听铝，常联想锅碗瓢盆、汽水罐、食品箔。铝是地球上最丰富元素，本身软弱。但在材料科学家工程师助力下，铝大有作为。 与锰、镁、锌、硅、铜等元素融合，转化为极强材料。合金化后，这种简单元素变身高比强度材料。某些铝合金牌号强度甚至接近钢，重量仅三分之一！ 1000系列铝牌号是所有商业铝

陶瓷用于创作艺术和各类器皿数千年。今日可用其制造超锋利耐用刀具，让高科技钢对应物显如古董。生活经验也告诉我们陶瓷不耐突发强力冲击。如以几米/秒速度撞地。 陶瓷固有脆性是其不适合作大多数应用结构材料主因。然而陶瓷在许多高度特定方面卓越，特别是高温和化学稳定性。本文探讨陶瓷在航天器中的关键角色及其在金属失效处力挽狂澜。 设计最高效热防护系统 陶瓷在航天器常见用例是热防护系统一部分。理解陶瓷为何为此应用理想候选，须细察不同散热机制。 航天器以轨道速度进入任何大气层，经大气阻力产生显著表面加热。即使火星稀薄大气(仅地球1%密度)也成立。航天器吸收热量有两条路径：辐射至环境或传导进内部，如图1所示。 图

无人机主要材料： 碳纤维增强复合材料(CRFCs) 聚酯、尼龙、聚苯乙烯等热塑性塑料 铝 锂离子电池 仿佛昨日无人机还是新奇事物、公司和极客爱好者制作的原型。如今似乎无人机已占领世界。 无处不在，服务于工业、艺术、甚至儿童玩具角色。人们常忽略这些小型飞行机器近年才普及。无人机仍处婴儿期，随材料和微控制器技术进步，未来无人机将以近乎科幻方式演进。 通过考察无人机设计方式及构成材料，可理解这项关键技术发展历程，洞察近未来演进方向。 无人机(UAV)迅速取代传统陆地勘测方法。普及速度极快，甚至有人抛弃经典“鸟瞰”改用“无人机视角”。 什么是无人机？如何设计？是什么驱动其激增成普及技术？ 让我们探寻。

我们正处于探索外太空的新竞赛中，新材料处于技术进步前沿。设想太空服需求：须保护宇航员免受太空极端温度侵害，却要尽可能薄轻以助机动。 NASA开发气凝胶隔热材料用于太空探索，近年气凝胶已商业化，在多个其他领域找到用途。 气凝胶是优异热绝缘体。此处，一片气凝胶保护鲜花免受喷枪火焰。 气凝胶是先进材料，凭借超多孔结构，让工程师设计不仅用于太空服和飞行器的新型热绝缘，还包括过滤器、电池、太阳能集热器等。 然而，“气凝胶”非一种材料。而是固体的特殊形式，可由二氧化硅、聚合物、氧化物、碳等材料制成。虽为固体，却含极多微小空隙或“孔隙”，主要成分是空气。 本文将回答： 什么是气凝胶？ 如何制造气凝胶？ 气凝

什么材料强度是钢的100倍，却比铝还轻？ 碳纳米管是迄今发现的最强材料之一，工程师才刚开始释放其全部潜力。 碳纳米管是碳的同素异形体，即碳原子排列的几种可能形式之一。自然界纯碳以石墨形式存在，软片层固体，或金刚石，透明且为天然最硬材料。 碳纳米管与石墨关联更紧密。石墨虽软，但由单原子层厚度的碳原子层叠构成。这些单层片称作石墨烯，碳纳米管就是将石墨烯片卷成管状所得。 石墨烯本身非凡。如碳纳米管，它强度惊人。2010年诺贝尔物理学奖授予首次分离石墨烯片的团队，理论上重约1毫克的石墨烯片可托住一只猫。 这个假设的“猫吊床”仅一原子厚，肉眼完全不可见。碳纳米管由一层或多层石墨烯排列成管状，同样极其强

先进陶瓷需求从多个源头增长。但为抓住机遇，供应商需不仅在材料上进化，更在推向市场方式上革新。本文重点介绍先进陶瓷供应商的五大机遇，含通过数字渠道触达更多客户。 1) 传统市场增长 行业分析师预计全球先进陶瓷市场2025年达1000亿美元，复合年增长率(CAGR)7.9%。增长源于材料新应用及现有市场需求增加。 例如，碳化硅功率半导体市场未来4-5年将显著增长，因数字技术全球扩散。 生物技术市场也将增长，主要受新兴经济体牙科和骨科应用需求驱动。 2) 压电器件 世界向低碳经济转型，压电器件——从传感器、换能器到发电机、电机——需求持续增加。 能量收集技术需求增长与政府私募股权投资增加将推动压电器

全球监管机构推出日益严格排放法规，推动开发更高效过滤器，特别是柴油尾气系统。陶瓷在排气系统中提供高效净化车辆排放途径，改善空气质量，让城市环境更宜居。陶瓷柴油颗粒捕集器(DPF)效果显著，部分可清除尾气中近100%烟灰。如今，DPF系统作为标配装于许多柴油车，特别是大型卡车、客车、重型机械。为上路作业，设计上追求高耐久性和易维护性。 柴油排气系统用陶瓷类型 排气过滤器不只用陶瓷。纸和金属纤维也可过滤柴油颗粒。但陶瓷滤芯成本低、易量产、极耐用、提供精细颗粒过滤。以下陶瓷类型在DPF系统中普遍应用： 堇青石 堇青石是壁流式滤芯最常用陶瓷。壁流滤芯强制气体直接穿过滤芯，不同于催化转化器等通流式滤芯。

如今几乎每个行业都在经历数字化，材料行业也不例外。数字技术变革从根本上改变了工程师、设计师和采购团队寻找、评估、采购材料的方式。本文探讨供应商为何需拥抱数字化以在新时代繁荣。

在设计工程领域近期经历的诸多创新中，增材制造(AM)堪称影响力最大的奇迹。AM技术全球广泛采用，无疑将设计工程和制造推入新发展时代。 3D打印是所有AM方法中最著名的，近年蓬勃发展。其赋予工程师快速原型制作的便利，证明其革命性，使他们能在量产前完善设计各方面。 然而，无论该设计工艺能力如何，工程师仍面临使其环保可持续且具成本效益的挑战，以便大规模采用。 本文探讨AM用各类材料，呈现行业最新进展概览，并概述AM未来的环境可持续性真实程度。 3D打印材料：不止塑料！ 关于现代3D打印最常见误解是仅用塑料——实则不然。树脂因固态下提供韧性、弹性等理想性能而流行。SLA(光固化)和DLP(数字光处理)

聚合物市场快速演变。1960年代起全球塑料产量增长二十倍。Grand View Research研究预测，全球塑料市场规模将于2020年达6543.8亿美元。 持续创新和新技术让聚合物生产商开发出超越玻璃、金属、纸、木、皮革、陶瓷等传统材料的激动人心新产品。低成本、原料易得、用途灵活、易制造使塑料成为许多新兴行业首选材料。 变革市场中的增长需求 2013年全球塑料需求2.3375亿吨，预计2020年达3.3483亿吨，2014-2020年复合年增长率5.3%。全球塑料需求关键驱动力是塑料包装、建筑、汽车等终端行业的大规模增长。

地球上最丰富元素之一的钛，在当今社会应用日益广泛。它存在于钛铁矿、钛石、金红石矿物中，见于钛酸盐和多种铁矿。钛强度媲美钢却密度低得多，是铁、钼、铝等多金属的重要合金元素。 钛合金关键特性是耐极端环境。因生存能力强，钛大量用于航空航天、医疗、电力、石油天然气行业。一些鲜为人知的领域如汽车、电子、海水淡化行业也采购钛。 航空航天工业 近三分之二钛金属用于飞机机身和发动机——A380空客客机约用70吨。UH-60黑鹰直升机、F-22、F/A-18、C-17、F-35等军用飞机也大量使用钛。 金属用于起落架、机身、紧固件、发动机。发动机钛制部件包括轴、叶片、盘、前风扇至发动机后端的机匣。部分部件面临亚

铝是地壳中最丰富的金属，虽令人惊讝，却直到1900年代初才广泛应用。如今，它是全球无数应用中至关重要的材料。 本文简要概述铝供应商现有及新兴的机遇。

卫星高速运行，遭遇地球大气层内不存在的大气条件和温度波动。因此，构建和防护卫星部件的材料必须经审慎选择和考量。 热与大气考量 太阳强光热经地球大气吸收分散，但卫星轨道大气环境不具此功能。因此卫星须防护光、热、直接辐射暴露。此外，上层大气紫外辐射遇氧原子产生原子氧，导致不良氧化腐蚀。 卫星轨行时流星碎片可破坏涂层、镀层和结构。故镀层材料须耐高冲击、保持强度。热工况随卫星以约7公里/秒速度飞行而剧变，致涂层降解和绝热挑战。 涂层绝热常用材料 卫星设计师常用铝合金绝热卫星。铝因轻量、耐用、易得、高性价比备受推崇。多层绝热材料含铝化聚酰亚胺形式的铝。绝热需镀层加固时，金是内部组件常用选择。设计师也用银