从石器时代、青铜时代和铁器时代起，材料的发展一直在帮助扩大人类奋斗和成就的极限。在21世纪，航天和汽车等行业的需求一直推动着材料性能向更高的水平发展。
渴望将愿望变为现实，这是人的天性。汽车行业就是一个典型例子。福特发布未来汽车的材料愿望清单时，一些可能拯救生命的材料便在其中。福特研究和先进工程执行技术主管Pim van der Jagt教授列出了多种材料，例如新型钢，其强度比目前的钢高三倍；塑料泡沫，能够在事故中保持结构的稳定；纳米填料复合材料，能够在提高强度的同时从根本上降低重量。(来源：http://articles.sae.org/12297/)
当今，航空业同样在不断前进，积极寻找韧性更高、重量更轻且耐热性更好的材料，从而减少排放、降低燃料成本并实现更高的速度。目前为止，在航空业复合材料已经成为首选材料。根据复合材料研究专家Eleanor Merson博士的说法：“三十年前，飞机的5-6％由复合材料制成；现在，商用飞机，如梦幻客机，由大约50％的复合材料制成。”
尽管碳纤维复合材料重量仅为钢的五分之一，但更加坚固。以梦幻客机为例，机翼、机尾、舱门、机身和内部均采用碳纤维复合材料，使得飞机重量更轻。对于飞机来说，一千克的重量也很重要。据专家估计，商用飞机重量每减轻一千克 (2.2磅)，每年可降低运营成本约2000到3000欧元。
兰博基尼全身被复合材料包裹
复合材料越来越多地应用于汽车、风力涡轮机叶片和其它产品。例如，BMW电动车i3就大范围采用复合材料。BMW说，由于重量轻，车辆充电一次即可行驶160公里。兰博基尼外观凶猛的Veneno Roadster全身被轻型复合材料所包裹，车辆2.9秒内即可从静止状态加速到100公里/小时。目前，复合材料的制造成本更低，而且越来越多的公司开始生产，但制造精细级复合材料仍然需要高温、极为清洁的环境和劳动密集型生产过程。而且，对精细级复合材料进行机加工更是挑战。
“切削复合材料，钻孔是主要挑战，”山特维克可乐满复合材料研究人员Merson说，“一架飞机有数以万计的孔洞，而且材料非常耐磨，碳纤维很快就会磨损钻头”。
未来，纤维的纳米级别改进，很可能进一步推动复合材料的发展。此外，科学家也可能够创造出近乎完美的原子级解决方案。德国化学公司Altana AG的专家认为，微小的碳纳米管强度比钢或铝高400倍，比传统碳纤维高20倍。
智能手机中的石墨烯
石墨烯和准晶体 (其发现者曾获诺贝尔奖) 等材料更有可能成为坚硬材料，并且可能彻底改变工业设计。但是，广泛的工业应用预计在很长时间内尚无可能。
去年，一家中国公司将石墨烯颗粒应用在手机中，以提高导电性。准晶体片已应用于煎锅和金属手术器械，以提高其耐用性。虽然短期而言并不会有重大行业突破，但目前石墨烯研究已获得大量投资。石墨烯强度比钢高200倍，而且是地球上最薄的材料（厚度比人的头发细100万倍）。与此同时，各个公司和大学的研究人员也正致力于改进现有的材料和技术。
现在，在保险杠系统、环形防撞部件和防撞梁中，轻质铝合金已取代了高强度钢。在飞机发动机中，能够承受极端温度的超硬质合金有助于改善能源转换并降低燃料成本。
涂层比钢还要硬
物理气相沉积 (PVD) 和化学气相沉积 (CVD) 是两种镀膜工艺，用于给物体镀上一层极薄而坚硬的耐热膜。20世纪80年代，该技术开始被广泛应用，现在仍应用于机械、光学和电子设备上。
山特维克可乐满使用这些方法硬化刀片表面。刀片芯部由烧结硬质合金制成，主要成分为碳化钨和钴。
“施加2 - 10微米的PVD层，刀片使用寿命提高100％”，山特维克可乐满材料物理专家和PVD部门主管Mats Ahlgren博士说。“客户不仅可以更长时间地使用刀片，还能以更高速度和进给率工作，从而提高生产效率。”
他们目前的研究重点是让涂层硬度更高，以满足耐磨材料的加工需求。
“近年来，我们提高了控制新涂层制造工艺的能力，”Ahlgren说。“我们可以在显微镜下看到组织结构，几乎深入到原子级，这有助于在新的解决方案实施之前进行分析。”
2013年，山特维克可乐满获得了CVD涂层技术Inveio™的专利。Inveio技术使晶体都朝着一个方向，在耐久性和硬度方面实现了一个飞跃。
由于使用韧性更高的材料，因此没有必要在单个结构中使用大量坚硬的成分。在为汽车或飞机的不同部件选择材料时，设计师会精挑细选。某些机械部件无需特别坚固。这是前空中客车工业设计主管Ian Scoley的理念，他将重点放在机舱设计上。Scoley现在是C&D Zodiac工业设计的主管，他说他的灵感来自鸟类的骨骼。“它们在需要强壮的部位强壮，但需要灵活的部位又轻又开放。”
难以置信的回收利用
在新材料、新设计的助力下，飞机和汽车的耗能变得更低并且排放更少，而可回收性变得越来越重要。例如，许多复合材料在制造中使用了难以分离和再利用的粘合剂，但现在汽车行业的铝合金在制造时都需要考虑未来的循环利用。
事实上，可回收能力已成为汽车制造的驱动力。欧洲各国政府要求所有汽车在制造时必须确保所用材料的85％可重复使用。“汽车公司需要车辆的每个零件进行评估，”一家德国汽车行业分析师Arjen Bongard说。
对可回收性的挑战正在引发富于想象力的解决方案。福特已经开始在内饰设计上使用麦秸及豆类产品，并且在材料方面正研究椰子壳、胡萝卜和玉米塑料。公司的愿景是生产出100％可生物降解的内饰。
“寻找替代材料是一个重要途径，因为需要创建出高经济性替代和循环过程，”山特维克可乐满研发专家Anna Hultin Stigenberg说。 最近，Stigenberg在主持“原料知识和创新”的国际指导委员会时倡议100多家公司和研究机构一起推动可持续材料的发展。
在原子级上
但是，为什么满足于已经存在的材料？人类正在开发自己的能力，创造具有特殊性能的全新材料。
“在现代显微镜和计算机计算的帮助下，我们越来越善于设计原子级的新材料，”Hultin Stigenberg说。
自从公元前550年铁器时代结束，在人类历史上再也没有一个用材料定义的时期。许多学者说，我们生活在塑料时代，未来我们的时代很可能被贴上新材料的标签，而且它们对人类发展的影响可能远远超出想象。
