2022年世界科技發(fā)展回顧新材料

年世界科技發(fā)展回顧新材料新材料

美國

新導(dǎo)體五花八門，量子薄膜顯神通，儲(chǔ)能材料力量強(qiáng)，隱形越來越可能，材料也有“雙重性格”，納米晶體管性能不凡，生產(chǎn)導(dǎo)電聚合物薄膜有新法。

毛黎(本報(bào)駐美國記者)1月，卡內(nèi)基討論所討論人員設(shè)計(jì)出3種高密度的氫與金屬合金材料的計(jì)算機(jī)模型，并發(fā)覺在肯定壓力和溫度下，這些合金消失了超導(dǎo)性。該成果為人們利用豐富的氫元素供應(yīng)了新途徑。

3月，俄亥俄州立高?？茖W(xué)家發(fā)覺由4對(duì)小于1納米的分子組成的世界最小超導(dǎo)體。該發(fā)覺首次為納米級(jí)分子超導(dǎo)線的制造供應(yīng)了依據(jù)，將在納米級(jí)電子設(shè)備及能源技術(shù)的開發(fā)上具有廣泛應(yīng)用。

4月，勞倫斯伯克利國家試驗(yàn)室納米科學(xué)討論中心宣稱研制出一種迄今為止最大、能在水中自組裝的二維聚合物晶體——“分子紙”。該片狀物質(zhì)由擬肽和經(jīng)過改造的聚合物組成，可廣泛應(yīng)用于制造薄膜或者功能性設(shè)備中。

5月，杜克高校討論人員通過向生長有銅納米導(dǎo)線的水溶液中添加不同的化學(xué)物質(zhì)、讓原子形成不同納米結(jié)構(gòu)，完善了銅納米導(dǎo)線的制造方法。銅納米導(dǎo)線具有柔性而且透亮?????，可取代銀納米材料和銦錫氧化物，用于薄膜太陽能電池及柔性顯示器。同月，萊斯高校和以色列理工學(xué)院科學(xué)家們用氯磺酸化學(xué)溶液大批量制造出高純度的石墨烯，有望降低炭素復(fù)合材料和觸摸屏的生產(chǎn)成本，并推動(dòng)基于納米技術(shù)的新材料研發(fā)。

7月，華盛頓州立高校使用超高壓在鉆石對(duì)頂砧(DAC)內(nèi)制造出一種結(jié)構(gòu)特別緊密并能夠存儲(chǔ)巨大能量的物質(zhì)。目前除核能之外，該物質(zhì)存儲(chǔ)的能量密度最大，將來可能用來制造新的能量儲(chǔ)存設(shè)備、電池和具有高度氧化力量的物質(zhì)以及超高溫超導(dǎo)物質(zhì)。

8月，普渡高校用漁網(wǎng)狀薄膜和銀、氧化鋁疊層研制出可增加光線負(fù)折射率的超材料，其中增益介質(zhì)的效率提高了50倍，并可增加入射光線。有助于研發(fā)功能超強(qiáng)的顯微鏡、計(jì)算機(jī)甚至隱形斗篷；波士頓高校和塔夫斯高校也在當(dāng)月用絲綢制造出工作在電磁波和紅外線之間的隱身斗篷，雖然在可見光下仍沒有實(shí)現(xiàn)隱形，但絲綢的“生物相容性”使其有望在醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域發(fā)揮精彩表現(xiàn)。

11月，普林斯頓高校發(fā)覺了一種表面是金屬、內(nèi)部是超導(dǎo)體的拓?fù)涑瑢?dǎo)體晶體材料：極低溫度下，晶體內(nèi)部表現(xiàn)與一般超導(dǎo)體類似，電阻為零；同時(shí)它的表面為仍有電阻的金屬，能傳輸電流?！半p重性格”晶體材料有望轉(zhuǎn)變當(dāng)前的信息存儲(chǔ)與處理方式。同月，美國能源部勞倫斯伯克利國家試驗(yàn)室和加州高校將厚度僅為10納米的超薄半導(dǎo)體砷化銦層集成在一個(gè)硅襯底上，制造出一塊納米晶體管。其電學(xué)性能優(yōu)異，在電流密度和跨導(dǎo)方面也表現(xiàn)突出，可與同樣尺寸的硅晶體管相媲美。

德國

研制出可用來制造柔性顯示器的有機(jī)分子和硅納米諧振器，轉(zhuǎn)變硅材料的導(dǎo)熱性能，開發(fā)出適用于大型車輛的熱塑性纖維增加復(fù)合材料。

李山(本報(bào)駐德國記者)2月，德國漢堡高?？茖W(xué)家勝利對(duì)單個(gè)原子間磁耦合特性進(jìn)行了直接測(cè)量，其結(jié)果和于利希討論中心超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果全都。這些發(fā)覺對(duì)大量單個(gè)磁原子納米結(jié)構(gòu)的將來進(jìn)展將有重大有用價(jià)值，而這種納米結(jié)構(gòu)不僅會(huì)在將來的自旋電子器件方面顯示出非常好玩的特性，還很有盼望作為量子計(jì)算機(jī)的模型系統(tǒng)投入使用。

3月，德國維爾茨堡高校討論人員研制出一種新的有機(jī)分子，可以用來制造高性能有機(jī)薄膜半導(dǎo)體。新材料最引人注目之處是它暴露在空氣中20個(gè)月后仍能正常工作，將來有望在計(jì)算機(jī)等信息產(chǎn)業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如制作可變形彎曲的“柔性顯示器”。

4月，德國伊爾姆瑙理工高校討論人員研制出硅納米諧振器，這是目前世界上最小的硅納米諧振器之一。這一創(chuàng)造可進(jìn)一步提高納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)成像的辨別率，對(duì)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的討論具有重要意義。

6月，德國萊布尼茨固態(tài)與材料討論所討論人員對(duì)非晶體銅鋯合金進(jìn)行改造，使其更結(jié)實(shí)、可塑性更強(qiáng)。該方法可以轉(zhuǎn)變“金屬玻璃”較脆且無法承受拉伸負(fù)荷的缺點(diǎn)。

7月，一個(gè)德法聯(lián)合討論小組通過在硅材料中嵌入鍺納米晶體，有效地阻擋了熱傳導(dǎo)，從而將硅的導(dǎo)熱系數(shù)降至低于1瓦/米·開爾文，開創(chuàng)了硅材料用于溫差發(fā)電的新應(yīng)用。

9月，德國弗勞恩霍夫化工技術(shù)討論所開發(fā)出一種適用于大型車輛的熱塑性纖維增加復(fù)合材料生產(chǎn)方法，以此生產(chǎn)的材料重量比鋁輕，成本都比熱固性結(jié)構(gòu)材料低，且在汽車碰撞時(shí)的抗沖性能遠(yuǎn)比現(xiàn)有材料要好，可汲取碰撞時(shí)的沖力，而不會(huì)發(fā)生碎裂。

英國諾獎(jiǎng)得主又出新成果，超材料研發(fā)應(yīng)用受矚目，隱身衣和防彈衣材料討論熱度不減。

劉海英(本報(bào)駐英國記者)7月，英國航空航天系統(tǒng)公司討論人員研制出一種液體新型防彈材料，兼有柔韌和輕巧的特點(diǎn)。由這種液體材料和凱夫拉纖維結(jié)合產(chǎn)生的新型材料，不僅更輕松敏捷，其防彈效果較現(xiàn)用防彈衣也更勝一籌。

8月，英國利茲高?？茖W(xué)家與美國同行合作，利用超材料制成一種新型太赫茲半導(dǎo)體激光器，其放射的太赫茲光波準(zhǔn)直性能與傳統(tǒng)太赫茲光源相比顯著改善。這一成果充分體現(xiàn)了超材料的廣泛應(yīng)用前景，為太赫茲科技的應(yīng)用打開了更寬闊領(lǐng)域。

10月，英國曼徹斯特高校教授安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因他們?cè)凇坝懻摱S材料石墨烯的開創(chuàng)性試驗(yàn)”，榮摘2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

11月，海姆和諾沃肖洛夫領(lǐng)導(dǎo)的討論小組又利用石墨烯制成了一種穩(wěn)定耐高溫新材料，

兼具石墨烯和特氟龍兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，可替代用于不粘鍋的特氟龍材料，具有廣泛應(yīng)用前景。同月，英國圣安德魯高校討論人員研發(fā)出一種“超柔”敏捷、能掌握光線的超常材料，克服了超原子微粒尺寸與超材料纖維不易從結(jié)實(shí)表面上卸下來這兩個(gè)困難，使這種材料更易用于制造一種隱身羊毛衫或其他類型隱身衣，離可見光下隱身衣又近了一步。

俄羅斯

以納米技術(shù)為重點(diǎn)，建立完整納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)，望能躋身全球納米技術(shù)強(qiáng)國。

張浩(本報(bào)駐俄羅斯記者)俄總統(tǒng)梅德韋杰夫11月在納米技術(shù)論壇上發(fā)言表示，俄羅斯必需建立完整的納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)，該整體技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)當(dāng)匯合從私人企業(yè)家到跨國公司的全部經(jīng)營者，到2022年前納米技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)要達(dá)到1萬億盧布，將俄羅斯在國際納米技術(shù)市場(chǎng)所占的份額提高到3%。俄納米集團(tuán)公司總經(jīng)理亦稱，俄盼望在2022年躋身全球納米強(qiáng)國之列，該公司目前已投資41億美元，在俄30多個(gè)地區(qū)立項(xiàng)94個(gè)，另有60億美元的私人投資也將投入該領(lǐng)域。

巴西

在進(jìn)展甘蔗乙醇替代燃料的同時(shí)，努力發(fā)掘并擴(kuò)大甘蔗乙醇的深度效益，取得重要進(jìn)展。

張新生(本報(bào)駐巴西記者)9月，以甘蔗乙醇為原料生產(chǎn)、有“綠色塑料”之稱的聚乙烯工廠投產(chǎn)。這家巴西BRASKEM石化公司所屬的甘蔗乙醇聚乙烯生產(chǎn)線是世界首家規(guī)?；镌暇垡蚁┕S，年產(chǎn)聚乙烯20萬噸。

10月，BRASKEM公司宣布，將建設(shè)一座綠色聚丙烯工廠，生產(chǎn)以甘蔗乙醇為原料的聚丙烯，其強(qiáng)度、剛性和透亮?????性都將好于聚乙烯。估計(jì)2022年下半年投產(chǎn)，投資1億美元，年生產(chǎn)力量為3萬噸。

法國

開發(fā)出可仿照神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)行的新型智能晶體管。

李釗(本報(bào)駐法國記者)法國國家科研中心和法國原子能委員會(huì)的討論人員1月開發(fā)出一種新型智能晶體管，它能夠仿照神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)行模式，對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，關(guān)心電腦完成更加簡單的任務(wù)。這種名為Nomfet的新型晶體管中含有一種納米微粒，它能像人腦的神經(jīng)系統(tǒng)一樣敏捷調(diào)整電子信號(hào)。此外，在信息處理過程中，Nomfet還可以與周邊晶體管互通有無，更好地對(duì)不同信息作出響應(yīng)，從而提高電腦處理海量信息的力量。日本

開發(fā)出紫外線發(fā)光二極管，研制出不使用稀土類元素的混合動(dòng)力車馬達(dá)和世界最小的不含鉛鐵電體。

葛進(jìn)(本報(bào)駐日本記者)1月，東京高校討論人員開發(fā)出一種可應(yīng)用于制造人工骨骼和軟骨的新型材料。由于這種材料比較松軟且強(qiáng)度較高，特別簡單塑造成各種簡單外形，而且對(duì)于植入其中的蛋白質(zhì)等生理活性物質(zhì)也沒有排斥反應(yīng)。

2月，產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合討論所開發(fā)出能發(fā)出紫外線的發(fā)光二極管(LED)，紫外線照耀是特別有效的殺菌手段，而以往的紫外線裝置以水銀燈為主，不但體積笨重，且水銀對(duì)環(huán)境有害。此次研發(fā)勝利的新型LED將有望取代水銀燈，在醫(yī)療和餐飲等方面得到廣泛應(yīng)用。

3月，東北高校金屬材料討論所討論人員利用電子自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)波的特性，首次在絕緣體中實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)傳輸。這種方式由于避開了電流在絕緣體中的流淌，因此幾乎不會(huì)產(chǎn)生熱量，這對(duì)于將來開發(fā)創(chuàng)新型節(jié)能型電子產(chǎn)品具有重要意義。

5月，東京工業(yè)高校討論人員通過將氧化鈦制成納米管的方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓱?yīng)用于化學(xué)工業(yè)的催化劑。與以往需要加熱到100攝氏度才能反應(yīng)的催化劑相比，這種新型催化劑不但在室溫下就可以反應(yīng)，效率還是以往的3倍，而且排放的二氧化碳也大為削減。

6月，物質(zhì)材料討論機(jī)構(gòu)討論人員發(fā)覺磷酸銀具有光催化劑的效果，且光氧化效果是目前已知各種光催化劑的數(shù)十倍以上。雖然目前磷酸銀還不具備將水轉(zhuǎn)化為氫氣的力量，但討論人員盼望通過與合適的還原材料結(jié)合，研制出將水轉(zhuǎn)化為氫氣或?qū)⒍趸嫁D(zhuǎn)化為燃料和資源的新型高效催化劑。

9月，北海道高校和新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)討論人員合作開發(fā)出不使用稀土類元素的混合動(dòng)力車馬達(dá)。討論人員將一般的鐵質(zhì)磁石和由強(qiáng)磁體粉末壓制而成的鐵芯交叉組合在非磁性的支撐部件中，制成了這種不使用稀土類元素的高磁力馬達(dá)，這項(xiàng)討論成果有望使日本大大削減對(duì)稀土類元素的依靠。

10月，物質(zhì)材料討論機(jī)構(gòu)開發(fā)出不含鉛的世界最小鐵電體。討論人員將兩種物質(zhì)(Ca2Nb3O10、LaNb2O7)做成分子級(jí)別的薄板，并相互重疊，制成了這種10納米厚的鐵電體薄膜。由于薄膜狀鐵電體在不使用的時(shí)候切斷電源，也依舊保有原來的記憶，因此這項(xiàng)成果有望為開發(fā)下一代超低耗內(nèi)存鋪平道路。

11月，理化學(xué)討論所討論人員開發(fā)出一種新型高分子材料，這種材料遇紫外線即反轉(zhuǎn)，遇可見光則恢復(fù)原狀，使電子從材料一面移動(dòng)到另一面更為簡單。這項(xiàng)討論成果在利用光驅(qū)動(dòng)人工肌肉以及開發(fā)新型有機(jī)薄膜太陽能電池等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

韓國

新型納米多孔材料成為容重最低的物質(zhì)，開發(fā)出可用于鋰離子電池的鋰錳酸化物納米線，揭示了石墨烯的電子結(jié)構(gòu)。

邰舉(本報(bào)駐韓國記者)7月，韓國科學(xué)家與美國加利福尼亞高校討論人員聯(lián)合開發(fā)出一種納米多孔性物質(zhì)MOF(金屬有機(jī)框架)，是現(xiàn)有物質(zhì)中容重最低的。該物質(zhì)具有勻稱氣孔結(jié)構(gòu)，一克重量新物質(zhì)可以掩蓋足球場(chǎng)大小的面積。

9月，韓國科學(xué)技術(shù)院開發(fā)出一種鋰錳酸化物納米線，其功率密度達(dá)到了現(xiàn)有鋰離子二次電池電極材料的100倍以上，接近內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。這種制造工藝簡潔、成本相對(duì)低廉的新材料被認(rèn)為有望轉(zhuǎn)變電動(dòng)汽車等高功率電池的市場(chǎng)格局。

10月，韓國首爾高校和美國標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)討論院討論人員首次揭示了石墨烯的電子結(jié)構(gòu)。該討論將有助于速度更高、熱損耗更小的電子元件開發(fā)。

加拿大

開發(fā)出新型固態(tài)生物材料和可反射各種波長光線的玻璃薄膜。

杜華斌(本報(bào)駐加拿大記者)5月，不列顛哥倫比亞高校討論人員利用人工蛋白質(zhì)勝利研制出一種新型固態(tài)生物材料，這種材料可以特別逼真地模擬肌肉的彈性性質(zhì)，該項(xiàng)成果在人體組織工程上具有特別明顯的應(yīng)用前景。同時(shí)，構(gòu)成生物材料的個(gè)體蛋白質(zhì)被給予的力學(xué)性質(zhì)，還可以在更大規(guī)模上加以利用。

12月，不列顛哥倫比亞高校勝利開發(fā)出可反射各種波長光線的玻璃薄膜，使一般透亮?????玻璃能夠呈現(xiàn)包括紫外光、紅外光以及可見光在內(nèi)的各種斑斕顏色。該項(xiàng)成果既可以關(guān)心節(jié)省能源，又可以使建筑顯得五光十色。

南非

提出新建鈦產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)，開發(fā)出便攜易用的凈水過濾裝置。

李學(xué)華(本報(bào)駐南非記者)2月，南非貿(mào)工部發(fā)布《2022/11—2022/13工業(yè)政策行動(dòng)方案》，提出要新建一個(gè)鈦和自然?纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)，以為空中客車和波音等大型航空公司供應(yīng)航空級(jí)鈦材料、航空配件和系統(tǒng)集成。依據(jù)該方案，南非將在2022年前投資40億蘭特興建一個(gè)商業(yè)化的2萬噸鈦加工廠，南非科技部支持的“鈦金屬力量中心”也正在進(jìn)行人力培訓(xùn)和技術(shù)研發(fā)。

8月，南非斯泰倫布什高校討論人員用可生物降解材料制造出一種便攜易用的凈水產(chǎn)品。該產(chǎn)品形狀和尺寸與袋裝茶類似，可便利對(duì)飲用水進(jìn)行凈化，殺滅其中的致病微生物。