“我们希望让材料成为设备或系统中的主动参与者。”10月12日，在第二十六届中国国际工业博览会开幕式上，诺贝尔物理学奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫分享了材料科学的最新探索。
他提出，将部分感知与响应功能赋予材料本身，发展功能智能材料，有望为未来工业技术打开新的空间。
从石墨烯出发，诺沃肖洛夫首先介绍了二维材料的产业应用。石墨烯集导电、导热、柔韧等特性于一身，已在手机散热等领域得到应用。在他看来，随着数据中心对速度与能效提出更高要求，石墨烯在光电子器件等方向也具有值得探索的潜力。他同时肯定了中国石墨烯产业的发展，以及长期科研合作取得的成果。
材料生产还可以与可持续发展结合。诺沃肖洛夫介绍，通过分解甲烷等碳氢化合物，可以在获得氢气的同时，将碳转化为石墨烯、碳纳米管等功能材料。如何为这些材料找到广泛的应用，成为新的研究课题。他展示了石墨烯用于混凝土的探索，包括改善材料性能、监测裂纹扩展，以及使建筑材料具备储能能力等方向。
未来材料的想象空间还在进一步扩大。除石墨烯外，二维材料家族包含不同的导体、绝缘体和半导体。将不同材料逐层堆叠，可以构建人工设计的结构，在原子尺度上组合所需性能。这为研究人员按照具体需求设计材料提供了新的工具。
诺沃肖洛夫由此提出一个更深层的问题：材料能否像生命系统一样，主动适应环境？他借助科幻电影中能够改变形态、自我修复的机器人，引出材料科学面临的挑战。在传统技术中，功能往往通过系统层面的组装和控制实现。生命系统则不同，从蛋白质到细胞膜，功能分布于多个层级。借鉴这种机制，研究人员希望让材料自身承担更多任务。
他以水处理膜为例解释这一思路。传统系统通常需要传感器检测水质，再由计算机分析、驱动执行装置调节水流。如果能将感知和响应能力融入膜材料，使其遇到特定物质时自行调节孔道，就有可能把一部分系统功能下放至材料层面，减少对外部控制的依赖。
这也是功能智能材料的核心方向：材料能够对外界刺激作出响应，并进一步探索记忆与学习功能。其“智能”体现为材料状态及响应行为的变化，需要通过物理、化学和材料设计实现。
实现这一目标仍面临基础研究难题。诺沃肖洛夫指出，研究人员需要建立新的设计原则，理解材料如何在不同状态之间转换，并完成特定功能。团队正将物理理论、动态机器学习与机器人实验相结合，依靠自动化制备、表征和测量积累数据，推进电子材料、催化材料等方向的研究。
从智能膜到药物递送、二维驱动器，诺沃肖洛夫展示了多种探索。他认为，能够随温度、酸碱度等条件变化作出响应的活性材料，将成为未来技术的重要组成部分。让材料从承担结构支撑走向参与功能实现，是这场研究持续推进的目标。