化工新型材料

陽光降解聚苯乙烯速度遠(yuǎn)快于科學(xué)家預(yù)期

據(jù)報道，美國伍茲霍爾海洋學(xué)研究所一項研究表明，聚苯乙烯暴露于陽光下，可能會在幾十年到幾百年內(nèi)降解，而不是像以前科學(xué)家設(shè)想的能在環(huán)境中持續(xù)存在數(shù)千年。

聚苯乙烯是一種無色透明的熱塑性塑料，廣泛用于許多消費(fèi)品和工業(yè)產(chǎn)品中，是世界上使用最廣泛的塑料之一。聚苯乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普通微生物無法降解，因此科學(xué)家估計其可在環(huán)境中持續(xù)存在數(shù)千年甚至更長時間。早在20世紀(jì)70年代，科學(xué)家就在海洋中檢測到了聚苯乙烯，因其使用廣泛，難于降解，這種聚合物如今已成為全球生態(tài)環(huán)境中的一個重要污染源。

為了驗證聚苯乙烯是否真的可以存續(xù)數(shù)千年甚至永久存在，伍茲霍爾海洋學(xué)研究所研究人員進(jìn)行了一個專項實驗。他們將5個市售的聚苯乙烯樣品放在水中，然后將它們暴露在比赤道陽光強(qiáng)烈3倍的模擬陽光下，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模擬陽光將所有5個樣品部分氧化成了溶解的有機(jī)碳。研究人員計算后得出結(jié)論，在北緯0°—50°范圍的自然環(huán)境中，也就是從赤道延伸到加拿大南部邊界這一廣闊區(qū)域內(nèi)，完成此部分氧化過程只需要數(shù)十年；而要將聚苯乙烯完全氧化為二氧化碳，則需要幾百年的時間。也就是說，陽光可將聚苯乙烯在幾十至數(shù)百年間部分或完全降解，其速度遠(yuǎn)快于此前科學(xué)家的預(yù)期。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，添加劑會改變聚苯乙烯光化學(xué)氧化的相對敏感性，影響其降解的速度；而相對于日光暴露來說，溫度對聚苯乙烯光化學(xué)氧化的影響有限，并非其氧化速率的主要驅(qū)動因素。

研究人員指出，許多國際機(jī)構(gòu)都認(rèn)為，聚苯乙烯在環(huán)境中可持續(xù)存在數(shù)千年，并以此為依據(jù)制定相關(guān)政策。他們的研究成果對這一政策依據(jù)提出了挑戰(zhàn)，將有助于完善塑料環(huán)境壽命估算方法，增進(jìn)對陸地和海洋中塑料數(shù)量的了解，提高與塑料污染相關(guān)的風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性，進(jìn)而幫助有關(guān)機(jī)構(gòu)制定更科學(xué)的應(yīng)對策略。（科技日報）

新型“人造皮膚”可用于智能設(shè)備

據(jù)報道，英國布里斯托爾大學(xué)10月20日發(fā)布一項研究成果表明，研究人員開發(fā)出一種仿人類皮膚的薄膜，基于這種薄膜的交互界面可用于智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備或者電腦上，提供更好的操作體驗。

該校研究人員與巴黎索邦大學(xué)等法國高校合作開展了這個研發(fā)項目。據(jù)介紹，這種硅膠薄膜模仿人類皮膚采用了多層結(jié)構(gòu)，包括表面的紋理層、電極層以及一個類似人體皮膚皮下組織的內(nèi)層。這種新型薄膜能夠提供更加細(xì)致、自然的互動體驗，感知使用者的多種手勢動作，比如輕撫、撓、擰、掐等。

團(tuán)隊將這種薄膜配置在手機(jī)外殼、電腦觸控板以及智能手表上，展示了“人造皮膚”如何讓使用者更充分地與計算機(jī)虛擬人物進(jìn)行互動，比如通過觸覺傳遞情緒等信息。

參與這個項目的布里斯托爾大學(xué)學(xué)者安妮·魯多說，這項研究探討了人與機(jī)器之間的互動，有助于“讓我們每天使用的設(shè)備表現(xiàn)得更像我們自身”。（新華網(wǎng)）

中美科學(xué)家研獲新型柔性制冷方法 “扭熱冰箱”

據(jù)報道，10月11日在線出版的《科學(xué)》雜志刊文，報道了南開大學(xué)與美國得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的一支國際聯(lián)合研究團(tuán)隊研獲的一種柔性制冷新策略——“扭熱制冷”。

研究發(fā)現(xiàn)，改變纖維內(nèi)部的拈度可以實現(xiàn)降溫。由于制冷效率更高、體積更小、環(huán)境友好且適用于天然橡膠、釣魚線以及鎳鈦合金等多種普通材料，基于這種方法制成的“扭熱冰箱”也變得前景可期。

這項發(fā)現(xiàn)來自于南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點實驗室、藥學(xué)院、功能高分子教育部重點實驗室劉遵峰教授團(tuán)隊與美國得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校教授、南開大學(xué)楊石先講座教授雷·鮑曼（Ray H. Baughman）團(tuán)隊的合作研究。

“初步實驗證實，‘扭熱制冷技術(shù)的卡諾效率可以達(dá)到67%。這意味著，通過使用橡膠、釣魚線等普通材料進(jìn)行制冷，有望獲得更高卡諾效率，從而節(jié)省更多電能，降低制冷成本。”劉遵峰說。

研究人員利用橡膠、釣魚線、紡織線以及強(qiáng)度更大、傳熱更快的鎳鈦形狀記憶合金測試“扭熱制冷”，發(fā)現(xiàn)可以實現(xiàn)更小體積、更大強(qiáng)度、更高效率的制冷效果。他們還制作了一個基于“扭熱制冷”技術(shù)的冰箱模型，使用3根鎳鈦合金絲作為制冷材料，可以使流動的水獲得7.7℃的降溫。

“這些初步的發(fā)現(xiàn)距離‘扭熱冰箱的商業(yè)化依然有很長的路要走，也存在很多機(jī)遇與挑戰(zhàn)”，雷·鮑曼說，“這些挑戰(zhàn)包括，開發(fā)新型的器件與材料以提高循環(huán)使用壽命，合理利用輸入功以提高效率。潛在的機(jī)遇包括，除使用商業(yè)化的現(xiàn)有材料，進(jìn)一步優(yōu)化‘扭熱制冷材料，獲得最佳的性能”。

劉遵峰認(rèn)為，該研究發(fā)現(xiàn)的這種新型制冷技術(shù)，為制冷領(lǐng)域擴(kuò)充了一個新的板塊，將為降低制冷領(lǐng)域能源損耗提供一種新的途徑。（新華網(wǎng)）

青島能源所開發(fā)出新型陶瓷膜材料及高效制氫技術(shù)

近年來，氫能得到了日益廣泛的關(guān)注和重視。通過天然氣重整可以制取氫氣，但是所獲得的氫氣含有一氧化碳（CO），容易引起燃料電池電催化劑中毒。繁瑣的CO脫除工藝成為該制氫技術(shù)的必要環(huán)節(jié)，顯著增加了設(shè)備投資和運(yùn)行成本。如何穩(wěn)定高效且低成本地制取不含CO的潔凈氫氣成為氫能發(fā)展的一個重要研究方向。

據(jù)報道，青島能源所江河清研究員與德國合作者早期利用陶瓷透氧膜反應(yīng)器將水分解反應(yīng)與烷烴氧化反應(yīng)耦合在透氧膜的兩側(cè)，促進(jìn)水分解制氫。近日，膜分離與催化研究組提出在致密陶瓷透氫膜反應(yīng)器進(jìn)行甲烷水蒸汽重整反應(yīng)，可以原位分離氫氣。不同于常見的聚合物膜和分子篩膜，致密陶瓷透氫膜對氫氣的分離選擇性達(dá)到100%，在膜的另一側(cè)獲得完全不含CO的氫氣。該工作利用陶瓷透氫膜將天然氣重整反應(yīng)和氫氣分離過程進(jìn)行耦合，一步獲得費(fèi)托合成所需的合成氣和不含CO的氫氣，簡化了制氫工藝，為潔凈氫氣的高效低成本制備提供了一種全新思路。（中科院青島生物能源與過程研究所）

干勇建言化工新材料補(bǔ)短方向

據(jù)報道，10月24日，在第二十二屆中國北京國際科技產(chǎn)業(yè)博覽會在北京舉行主題報告會暨中國科技創(chuàng)新論壇上，中國工程院院士、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任干勇表示，要實現(xiàn)我國新材料領(lǐng)域的突破，必須完成搶占未來新材料發(fā)展制高點以及突破新材料發(fā)展瓶頸制約2大任務(wù)，他還特別強(qiáng)調(diào)了新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)需要重點補(bǔ)短板的化工新材料。

干勇介紹，工業(yè)和信息化部對全國30多家大型企業(yè)的130多種關(guān)鍵基礎(chǔ)材料進(jìn)行了調(diào)研。結(jié)果顯示，仍有32%的關(guān)鍵材料在中國為空白，52%的材料依賴進(jìn)口。此外，高端材料都被跨國集團(tuán)所壟斷，如東麗、帝人壟斷了高性能碳纖維及其復(fù)合材料，杜邦、帝人控制了對位芳綸纖維90%的產(chǎn)能，信越、瓦克、住友、三菱等占據(jù)國際半導(dǎo)體硅材料80%的市場份額，科銳的碳化硅單晶占據(jù)的全球市場份額也超過70%。

“新材料研發(fā)的任務(wù)很重，有2個任務(wù)要馬上著手。一是搶占未來新材料發(fā)展的制高點，特別是在支撐新一代信息技術(shù)、新能源、智能制造等關(guān)鍵領(lǐng)域的新材料技術(shù)上，努力趕超縮小差距，形成比較優(yōu)勢；二是在農(nóng)業(yè)、能源、國防等關(guān)系到國際民生的領(lǐng)域，通過創(chuàng)新突破瓶頸制約，實現(xiàn)現(xiàn)有材料的升級，滿足重大工程和高端裝備的需求?！备捎聫?qiáng)調(diào)。

具體看來，發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)急需的是第3代半導(dǎo)體材料和顯示材料，其中顯示材料到2030年的需求量將達(dá)到3.5億m2；實現(xiàn)水資源高效利用急需的高性能分離膜材料，在2020年的年需求量是1億m2；治理燃煤鍋爐相關(guān)大氣污染需要的高性能催化劑、磨蝕及除塵材料，2017年總需求量是400萬t。而這些新材料目前的自主保障率均不足15%。

他還特別強(qiáng)調(diào)了新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)需要重點補(bǔ)短板的化工新材料，如新型顯示材料光刻膠、極紫外光刻膠和電子束光刻膠，高光敏性有機(jī)光導(dǎo)材料，超大規(guī)模集成電路和化合物半導(dǎo)體用外延氣，特種液晶高分子材料，特種光學(xué)共聚環(huán)烯烴蠟等。此外，還有交通和醫(yī)療衛(wèi)生用聚烯烴材料、食品安全用鈦系催化環(huán)保型聚醚、車輛用特種密封橡膠等新型高分子材料，高性能纖維與復(fù)合材料，稀土新材料等也亟待突破。

“實現(xiàn)這些新材料領(lǐng)域的突破，我建議要以云計算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，分領(lǐng)域構(gòu)建制造業(yè)創(chuàng)新中心，重點開展行業(yè)基礎(chǔ)和共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、成果產(chǎn)業(yè)化、人才培訓(xùn)等工作，搭建橫向和縱向全過程創(chuàng)新鏈?！备捎卤硎?，創(chuàng)新鏈條上相關(guān)領(lǐng)域的科研院所和科技型企業(yè)需要協(xié)同攻關(guān)，從生產(chǎn)、中間試驗提煉共性技術(shù)和科學(xué)問題，再綜合為成套技術(shù)，以達(dá)到生產(chǎn)高品質(zhì)新材料的目的。目前，動力電池國家制造業(yè)創(chuàng)新中心、印刷及柔性顯示創(chuàng)新中心等一批國家級制造業(yè)中心已經(jīng)開始建設(shè)。（中國化工報）

材料科技助力“飛越”天安門的紅旗迎風(fēng)飄揚(yáng)

10月1日上午，新中國成立70周年閱兵式上，9架直-8直升機(jī)分別懸掛黨旗、國旗、軍旗飛過天安門廣場。巨幅黨旗和國旗長9米、寬6m，軍旗長7.5m、寬6m，在高空中經(jīng)受著每小時160～180km飛行速度的考驗。

一般來說，在如此高速下，巨幅旗幟尾部會產(chǎn)生劇烈抖動，沖擊會使旗幟邊緣局部受損，進(jìn)而在集中載荷作用下整個旗幟會被撕裂。然而閱兵紅旗卻能平整展開，在藍(lán)天映襯下絢麗多姿。記者從承擔(dān)國慶閱兵紅旗攻關(guān)任務(wù)的中國航天科技集團(tuán)五院508所（以下簡稱“508所”）了解到了其中的奧秘。

一般來說，在如此高速下，巨幅旗幟尾部會產(chǎn)生劇烈抖動，沖擊會使旗幟邊緣局部受損，進(jìn)而在集中載荷作用下整個旗幟會被撕裂。然而閱兵紅旗卻能平整展開，在藍(lán)天映襯下絢麗多姿。記者從承擔(dān)國慶閱兵紅旗攻關(guān)任務(wù)的中國航天科技集團(tuán)五院508所（以下簡稱508所）了解到了其中的奧秘。

在盛大慶典活動中進(jìn)行國旗飛行展示，是國際慣例。要解決旗面破損問題，通常是將飛行時速降至100km以內(nèi)，或縮小旗面尺寸。但在國慶閱兵中，這2種方法都不適用。懸掛紅旗的直-8直升機(jī)是空中受閱方隊的排頭兵，如果飛行速度過低，會給其后的固定翼飛機(jī)飛行帶來安全隱患。如果將旗面尺寸縮小，又會影響飛行展示效果。

研制團(tuán)隊采用了航天器降落傘同性質(zhì)材料，該材料所用高強(qiáng)錦絲長絲的線密度極小，粗細(xì)僅有頭發(fā)直徑的1/3，但強(qiáng)度可達(dá)普通民用錦絲強(qiáng)度的2倍。最終選取的高強(qiáng)錦絲綢，比神舟飛船降落傘材料強(qiáng)度高17%，質(zhì)量降低了15%。但對于掛飛紅旗來說，這種輕薄柔軟的錦絲綢材料自身剛度并不夠。研制團(tuán)隊結(jié)合真實飛行試驗數(shù)據(jù)，參照降落傘流固耦合仿真分析軟件計算結(jié)果，對旗面尾部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計。他們借鑒降落傘設(shè)計技術(shù)，在旗面尾部兩側(cè)增加了2塊梯形“風(fēng)兜”設(shè)計。風(fēng)兜的存在可以大大提高旗面尾部的受力拒變能力，減輕風(fēng)力對旗面尾部的壓迫，既減小旗面變形，又保護(hù)旗面。

此時的閱兵紅旗已經(jīng)達(dá)到了飛行要求，但在高空飛行中透光度太強(qiáng)，展示效果還不完美。508所又邀請專業(yè)的材料研制單位開展研究，在布料上增加了一層特制涂料，不僅改善了外觀，還讓紅旗具備了很好的防雨能力，即使閱兵時下雨，旗面上的雨水也會迅速滑落，紅旗依舊能迎風(fēng)飄揚(yáng)。（科技日報）

廣安市玄武巖纖維原料均質(zhì)化控制技術(shù)工程實驗室獲批

據(jù)報道，近日，四川省發(fā)展和改革委員會（以下簡稱“四川省發(fā)改委”）批復(fù)廣安市建設(shè)四川省玄武巖纖維原料均質(zhì)化控制技術(shù)工程實驗室，這標(biāo)志著廣安市玄武巖產(chǎn)業(yè)制品制造向高端升級邁進(jìn)。

據(jù)了解，該工程實驗室將由四川帕沃可公司建設(shè)，聚焦玄武巖纖維原料礦石優(yōu)選、粉碎、成分控制、均質(zhì)化控制等關(guān)鍵共性技術(shù)，突破玄武巖纖維礦物原料成分含量變化大、產(chǎn)品性能波動大、產(chǎn)量低成本高等瓶頸制約，帶動玄武巖纖維材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。目前，正有序推進(jìn)相關(guān)后續(xù)工作。此外，該工程實驗室還將承擔(dān)完成國家、省和行業(yè)下達(dá)的科技研發(fā)和工程化研究任務(wù)，為行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)開發(fā)及成果工程化的試驗、驗證和服務(wù)，推進(jìn)自主創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展，為廣安市申報創(chuàng)建國家產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心奠定基礎(chǔ)。

近年來，廣安市依托境內(nèi)的玄武巖資源和良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，編制完成全國首個應(yīng)用型玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在華鎣市布局產(chǎn)業(yè)功能區(qū)，集原料制備、原絲加工、創(chuàng)新示范等功能于一體的玄武巖纖維新材料產(chǎn)業(yè)園，形成了以四川帕沃可公司為龍頭的“1+4”產(chǎn)業(yè)架構(gòu)體系，已成為四川省3大玄武巖纖維生產(chǎn)基地之一，走在全國前列。為推動玄武巖產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，廣安市借勢借力，不斷爭取國家有關(guān)部委、科研院所以及高等院校的支持，推進(jìn)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)工程中心、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)。今年初，廣安市發(fā)展和改革委員會組織編制了四川省玄武巖纖維原料均質(zhì)化控制技術(shù)工程實驗室申請報告，得到了四川省發(fā)改委的大力支持。（廣安日報）