全球新材料科研成果縱覽

俄羅斯：磁超導(dǎo)材料有突破，硅納米技術(shù)在爬坡

磁性超導(dǎo)材料指含有磁性離子的超導(dǎo)材料，可用于加速大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中的粒子，建造磁懸浮交通工具等。俄羅斯量子中心科研人員首次在室溫下獲得了磁性超導(dǎo)材料，借助該技術(shù)，未來可創(chuàng)建不需要復(fù)雜、昂貴冷卻裝置的量子計(jì)算機(jī)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)是在釔鐵石榴石單晶膜上進(jìn)行的，該物質(zhì)在某些溫度下具有自發(fā)磁化作用。

俄羅斯國(guó)立研究型技術(shù)大學(xué)與俄科學(xué)院微電子技術(shù)問題研究所通過沉積石墨烯涂層技術(shù)開發(fā)出一種獨(dú)特的硅納米復(fù)合材料。這一研發(fā)成果將加速直接放置在電子產(chǎn)品印刷電路板上的“微電廠”技術(shù)的發(fā)展。

俄遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué)和俄科學(xué)院遠(yuǎn)東分院自動(dòng)化過程控制研究所開發(fā)出一種激光打印硅納米顆粒的技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于速度快、制造成本低，能夠用顆粒覆蓋大面積的區(qū)域。這將使VR眼鏡和其他電子產(chǎn)品變得更小，制造成本更低。硅納米顆粒是生產(chǎn)微型光電開關(guān)、超薄計(jì)算機(jī)芯片、微生物傳感器和遮蔽涂層的構(gòu)建基元。借助激光印刷的硅納米塊可以控制入射到其上的光波的振幅、光譜和傳播方向等主要特性。

英國(guó)：仿生技術(shù)可驅(qū)動(dòng)，充氣設(shè)備能止痛

英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員模仿自然界中最堅(jiān)固的材料之一——蜘蛛絲的特性，創(chuàng)造了一種基于植物的、可持續(xù)的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當(dāng)今使用的許多普通塑料一樣堅(jiān)固，可以取代許多普通家用產(chǎn)品中的一次性塑料。同時(shí)，該材料無須工業(yè)堆肥設(shè)備就可在大多數(shù)自然環(huán)境中安全降解，也可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

利物浦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)合作研究小組發(fā)現(xiàn)了一種有史以來導(dǎo)熱率（又稱導(dǎo)熱系數(shù)）最低的新無機(jī)材料。這一發(fā)現(xiàn)代表了材料設(shè)計(jì)在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進(jìn)廢熱轉(zhuǎn)化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開發(fā)，為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會(huì)找到新路。

劍橋大學(xué)研究人員開發(fā)出一種柔軟而堅(jiān)固的新材料，外觀和感覺就像軟軟的果凍，但其可承受相當(dāng)于大象站在上面的重量，在壓縮時(shí)就像一塊超硬、防碎的玻璃。其還可完全恢復(fù)到原來的形狀，即使其80%的成分是水。

美國(guó)：氫化硼烯顯身手，量子研究新出口

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)研制出了由硼和氫原子構(gòu)成的氫化硼烯，這種二維材料僅兩個(gè)原子厚，且比鋼更堅(jiān)固，有望在納電子學(xué)和量子信息技術(shù)領(lǐng)域大顯身手。西北大學(xué)的工程師首次創(chuàng)造出一種雙層原子厚度的硼烯，有望給太陽能電池和量子計(jì)算等帶來革命性變化。

加州大學(xué)伯克利分?？茖W(xué)家首次研制出一種單原子厚且能在室溫下工作的超薄磁體，有望應(yīng)用于下一代存儲(chǔ)器、計(jì)算機(jī)、自旋電子學(xué)以及量子物理等領(lǐng)域。

卡內(nèi)基大學(xué)科學(xué)家開發(fā)了一種新方法，合成出了一種擁有六邊形結(jié)構(gòu)的新型晶型硅，有可能被用于制造新一代電子和能源器件，新設(shè)備的性能將超過現(xiàn)有普通立方形結(jié)構(gòu)硅制成設(shè)備的性能。普林斯頓大學(xué)研究人員研制出了世界上迄今最純凈的砷化鎵，每100億個(gè)原子僅含有一個(gè)雜質(zhì)，為進(jìn)一步探索量子現(xiàn)象鋪平了道路。

日本：電池變得更長(zhǎng)壽，儲(chǔ)氫合金顯威力

日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)試制“金剛石電池”，也稱“貝塔伏特電池”，是利用放射性物質(zhì)制成的“核電池”的一種。放射性物質(zhì)的原子核不穩(wěn)定，會(huì)釋放各種放射線并衰變，其中碳14和鎳的放射性同位素鎳63等會(huì)釋放β射線。碳14的半衰期約為5700年，鎳63約為100年，所以可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命電池?！敖饎偸姵亍奔蠢么祟惙派湫晕镔|(zhì)釋放β射線來實(shí)現(xiàn)發(fā)電。日本目前試制的“金剛石電池”壽命可達(dá)100年，可用作太空和地下設(shè)備的電源。

日本高知工科大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出均勻含有14種元素，并且具有納米級(jí)微孔隨機(jī)連接的海綿結(jié)構(gòu)“納米多孔超多元催化劑”。這種催化劑是通過制備含14種元素的鋁合金，并在堿性溶液中優(yōu)先溶解鋁脫合金化，然后聚集鋁以外的元素實(shí)現(xiàn)的。由于該合金只需溶解即可，因此可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)、東北大學(xué)和高能加速器研究機(jī)構(gòu)改良了合金的成分，發(fā)現(xiàn)無需使用稀有金屬，使用鋁和鐵也可以儲(chǔ)存氫。研究發(fā)現(xiàn)，雖然鋁和鐵都是不容易與氫發(fā)生反應(yīng)的金屬，但使其在7萬個(gè)大氣壓以上的環(huán)境下與650℃以上的高溫氫發(fā)生反應(yīng)，則可以儲(chǔ)存氫，變成新的金屬氫化物。日本開發(fā)出這類不使用稀有金屬的儲(chǔ)氫合金，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫材料的低成本運(yùn)輸。

法國(guó)：國(guó)際合作顯其能，創(chuàng)新成果各不同

氫能源方面，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心和德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的氫催化劑。氫化酶是一種既可以催化電解水制氫，又能實(shí)現(xiàn)將氫轉(zhuǎn)化為電的逆反應(yīng)的酶，研究人員將氫化酶納入“氧化還原聚合物”，從而使氫化酶能夠被嫁接到電極上。研究人員以此制造了一種系統(tǒng)，可以催化兩個(gè)方向的反應(yīng)，即系統(tǒng)既可以作為燃料電池使用，也可以進(jìn)行相反的化學(xué)反應(yīng)，通過電解水產(chǎn)生氫氣。

納米材料方面，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心聯(lián)合麻省理工學(xué)院混凝土可持續(xù)性中心成功利用納米炭黑讓水泥具備導(dǎo)電性。研究人員通過將便宜且易于大規(guī)模生產(chǎn)的納米碳材料引入到混合物中并驗(yàn)證其導(dǎo)電性。通過在水泥混合物中加入體積為4%的納米炭黑顆粒，得到的樣品具有導(dǎo)電性。當(dāng)施加低至5伏的電壓時(shí)可以將該水泥樣品的溫度提高到41攝氏度。由于它能提供均勻的熱量分布，這為室內(nèi)地板采暖提供了可能，可以替代傳統(tǒng)的輻射采暖系統(tǒng)。此外其還可用于道路路面除冰。

韓國(guó)：納米研究投入大，經(jīng)費(fèi)保障靠計(jì)劃

根據(jù)《2021年度納米技術(shù)發(fā)展實(shí)施計(jì)劃》和《第七次產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃（2019-2023）2021年度實(shí)施計(jì)劃》，韓國(guó)政府提供的納米研究經(jīng)費(fèi)連續(xù)三年高速增長(zhǎng)。

韓國(guó)成均館大學(xué)研究展示了在富鎳氧化物上涂布石墨烯涂層，從而在不使用傳統(tǒng)導(dǎo)電劑的情況下制備包含高導(dǎo)電活性陰極的新方向，進(jìn)一步揭示了Gr納米技術(shù)的應(yīng)用可行性。

韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種使用二硫化鈦?zhàn)鳛榛钚圆牧锨也皇褂霉腆w電解質(zhì)的目前性能最好的納米薄膜正極。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院利用半導(dǎo)體制造工程中使用的金屬薄膜沉積工藝，完成了氫燃料電池催化劑金屬納米粒子量產(chǎn)技術(shù)。制造過程中使用特殊基板以避免金屬沉積為薄膜。

韓國(guó)一項(xiàng)共同研究打造線寬4.3埃的導(dǎo)電通道獲得成功。該研究使用了透明的單原子厚度的二維黑磷作為導(dǎo)電材料。該材料有望成為代替石墨烯的新一代半導(dǎo)體器件。研究成果通過原子分辨率的透射電子顯微鏡進(jìn)行了驗(yàn)證。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院研發(fā)的超快脈沖激光器，將包含石墨烯的附加諧振器插入到工作在飛秒范圍內(nèi)的光纖脈沖激光振蕩器，將現(xiàn)有激光器的脈沖頻率提升了1萬倍。

德國(guó)：電池效率創(chuàng)紀(jì)錄，人工合成鈇元素

德國(guó)亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心用X射線顯微技術(shù)在1秒鐘內(nèi)拍攝了1000張斷層圖像，刷新了材料研究領(lǐng)域的世界紀(jì)錄。該中心發(fā)明一種放置在硅和鈣鈦礦中間的自組裝甲基單層膜材料，提高了填充性能以及太陽能電池的穩(wěn)定性，并創(chuàng)造了鈣鈦-硅串聯(lián)太陽能電池效率的世界紀(jì)錄。于利希研究中心等合成和表征了所謂的二維材料，并證明該材料是磁振子的拓?fù)浣^緣體。奧格斯堡大學(xué)根據(jù)量子效應(yīng)阻礙磁序原理研發(fā)一種穩(wěn)定化合物，可以替代順磁鹽實(shí)現(xiàn)超低溫。

馬克斯普朗克膠體和界面研究所研發(fā)一種氮化碳納米管膜，能以高轉(zhuǎn)化率催化各種光化學(xué)反應(yīng)。這些碳納米管充當(dāng)空間隔離的納米反應(yīng)器可將污水轉(zhuǎn)化為清水。德國(guó)電子同步輻射加速器使用高強(qiáng)度的X射線來觀察單個(gè)催化劑納米粒子的工作情況，向更好地理解真正的工業(yè)催化材料邁出了重要一步。利用位于德國(guó)達(dá)姆施塔特的粒子加速器設(shè)施，德國(guó)科學(xué)家成功對(duì)114號(hào)元素鈇進(jìn)行了人工合成和研究，結(jié)果表明鈇核并不是所謂的“穩(wěn)定島”。

弗里茨·哈伯研究所發(fā)現(xiàn)，通過用激光照射半導(dǎo)體氧化鋅，半導(dǎo)體表面可以變成金屬，然后又變回來。慕尼黑工業(yè)大學(xué)等發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電池界面涂覆納米涂層可讓電池穩(wěn)定?？査刽敹蚶砉W(xué)院發(fā)現(xiàn)，同時(shí)涂覆和干燥兩層電極，可以將干燥時(shí)間縮短至不到20秒，可使鋰離子電池的生產(chǎn)速度提高至少三分之一。

（本欄目文章、觀點(diǎn)、數(shù)據(jù)等摘編自《財(cái)經(jīng)》、安邦智庫(kù)、中國(guó)科學(xué)院院刊、新材料在線等）