經(jīng)過40余年的發(fā)展，全球領先的學術出版機構Cell Press細胞出版社旗下已擁有40本期刊。特別是隨著2016年化學旗艦期刊Chem的問世，細胞出版社又相繼推出能源旗艦期刊Joule和跨學科開放獲取期刊iScience，在物質科學領域不斷發(fā)力。如今，Cell Press物質科學期刊家族又增添了一名新成員——材料學旗艦期刊Matter。(Matter已于2018年11月開放征稿，將于2019年夏季正式出版。)
作為Cell, Chem和Joule的姊妹刊，Matter將發(fā)表跨越多學科領域且具有變革性的材料學研究論文。這些論文可以涉及材料學的方方面面：從基礎到應用，從納米到宏觀。如基本合成、結構和特性，新材料系統(tǒng)性能，新穎的表征方法等。
Matter主編：材料學五大趨勢展望
Steven W. Cranford先后畢業(yè)于加拿大紐芬蘭紀念大學、美國斯坦福大學和美國麻省理工學院。在擔任Matter的主編之前，他在東北大學工程學院任教。他在包括Nature, Advanced Materials在內(nèi)的一系列國際高影響力期刊上發(fā)表過50多篇材料學領域的論文，在原子模擬、計算建模、納米力學，以及碳炔、銅、混凝土等多種材料系統(tǒng)領域，Steven W. Cranford博士都具有相當豐富的專業(yè)知識。
Cell Press細胞出版社旗下首本材料學期刊Matter將于2019年夏季正式出版。作為本刊的創(chuàng)刊編輯，要界定涵蓋如此廣泛領域的出版物的內(nèi)容范圍，是一件極具挑戰(zhàn)的事。但可以肯定的是，我們對任何狀態(tài)、規(guī)模和成分的材料學相關研究都感興趣，無論是具有科學技術應用價值的，還是理論層面的。Matter將致力于發(fā)表所有材料學研究方面的重大進展，包括探索未知領域的科研成果和創(chuàng)新的發(fā)現(xiàn)。
我們將發(fā)布哪些令人興奮的內(nèi)容呢？我認為如下列出的材料科學五大趨勢，將極有可能在2019年或以后的Matter雜志中有不同程度的展現(xiàn)。
1. 增材制造
增材制造（AM, Additive manufacturing）通常指的是3D打印，近年來這項技術在建模和原型應用領域越來越受到關注。與傳統(tǒng)的材料合成工藝相比，增材制造有兩個顯著優(yōu)點：精確和定制化。這兩個特性通常受制于成本因素很難實現(xiàn)。增材制造改變了這種局面。不僅僅是像丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）和聚乳酸（PLA）這樣的塑料制品可以采用增材制造，它的真正優(yōu)勢在于可以應用于各種不同規(guī)模材料的加工，如金屬、功能材料和生物材料等。用3D打印的方式高效加工鋼鐵和混凝土，將徹底改變建筑業(yè)。采用生物相容性材料 “打印” 定制化的人體植入物，如心臟支架、耳鼻喉植入物、髖關節(jié)置換物等，將改變我們對“個性化”醫(yī)療的看法。與制作印刷電路板類似，納米級電子產(chǎn)品也可根據(jù)訂單要求“打印”，這將開啟納米機器人的新時代。甚至，在未來“逐個原子替換”（atom-by-atom placement）將成為可能，這使得我們可以在最小的范圍內(nèi)對材料進行微調和操縱。
2. 機器學習
從歷史上看，材料學科的突破和發(fā)展并不迅速。研發(fā)人員對實驗或仿真所得到的結果進行設計、推導、分析和闡釋，很容易漏掉很多東西。我們可不可以利用算法和“大數(shù)據(jù)”來發(fā)現(xiàn)新材料并優(yōu)化現(xiàn)有體系呢？科學家們正在這方面不懈探索，如“材料基因組計劃”，就是通過大數(shù)據(jù)驅動技術，并大量使用統(tǒng)計學、機器學習和人工智能等方法對材料學數(shù)據(jù)進行闡釋和建模。其結果是加速了新材料的發(fā)現(xiàn)，同時提升了從復雜數(shù)據(jù)中得出科學見解的能力。機器學習與材料科學相結合，將為未來材料學的發(fā)展帶來重要啟示，包括發(fā)現(xiàn)新材料和微調的特性和性能。
3. 綠色環(huán)保
綠色環(huán)保材料的發(fā)展趨勢包括兩大主要領域：能源和可持續(xù)性。就能源領域而言，我指的是在存儲、創(chuàng)造、傳輸能源或能量轉換過程中的所有材料學方面的新進展。這包括光伏發(fā)電、氫存儲平臺、超導體、超級電容器等。材料學的發(fā)展已經(jīng)推動了電池技術的進步，使得它不僅能為你的iPhone手機充電，也能為特斯拉電動汽車提供動力。就可持續(xù)性領域而言，我指的是從材料的整個生命周期考慮，更有效地使用和生產(chǎn)材料。例如，因為大量使用塑料，許多海灘地區(qū)受到威脅，因為塑料的使用壽命一般長達數(shù)百年（我們甚至已經(jīng)開始禁止使用飲料吸管）。因此，我們迫切需要找到能夠高效降解塑料的新材料和新方法。這是高分子科學領域的一項艱巨挑戰(zhàn)，需要對分子和原子層面所有交互方式的理解和掌控。
4. 生物____
我們將這一領域稱為“生物____”：我們希望它既能涵蓋傳統(tǒng)生物材料，如蠶絲和彈性蛋白、DNA、RNA、脂質，及自然體系內(nèi)的材料，如貝殼、羽毛、骨骼和木材；也包括仿生體系，例如，仿造珍珠層結構的實體型體系。大自然利用有效的合成方法、有限的成分以及有限環(huán)境影響，生產(chǎn)出了一些世界上最好的高性能材料，我們可以從自然界的擴展研究和發(fā)展（例如，進化）中吸取許多經(jīng)驗。除了向天然材料學習之外，我們還希望將其仿造作為技術手段——這就是合成細胞和細胞組分背后的驅動力。例如，在工業(yè)應用中大規(guī)模使用的高級酶活性的蛋白質聚合體。未來的材料生產(chǎn)將不會采用合成方法，而是讓材料自己生長。
5. 復雜性
隨著技術的進步，我們可以越來越精確地處理材料，這預示著前所未有的對材料納米和微觀結構的控制。具有各種復雜幾何形狀和架構層次的材料其屬性和行為也會大相徑庭，即使材料體系是采用相同的基本構成亦是如此。這種多尺度拓撲結構可以優(yōu)化嗎？假設有一組組件，可實現(xiàn)的屬性范圍是多少？這種所謂的材料塊問題已經(jīng)從各個角度得到解決，從而產(chǎn)生出可以基于結構進行調整的超材料。
這五大主題并沒有涵蓋材料科學的所有范疇，亦沒有包含所有重要的新興領域，它們僅代表我的個人拙見。事實上，為了保持客觀性，我甚至沒有提及自己的專業(yè)知識領域 - 低維材料，如石墨烯（2D）和碳納米管（1D）以及量子點（0D），亦未提到計算材料科學（例如，從頭預測方法建模的發(fā)展），或超材料、或催化和分離材料等，不勝枚舉。
