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2015年世界科技发展回顾：新材料 科技日报国际部
美 国 在超导材料、碳纳米管、石墨烯等领域取得重大突破。 田学科（本报驻美国记者）超导材料方面：麻省理工学院的科学家发现，所有超导材料的超导性与薄膜厚度、临界温度和薄膜电阻成比例。这一发现有望带来设计更好的超导线路，用在量子计算和超低能耗计算设备中。 碳纳米管研究方面：威斯康星大学研究人员开发出新型高性能碳纳米管晶体管,其开关速度比普通硅晶体管快1000倍、比目前最快碳纳米管晶体管快100倍，且性能远胜目前工业用薄膜晶体管，使碳纳米管晶体管取代硅芯片成为可能；斯坦福大学的科学家使用碳纳米管替代硅为原料，让存储器和处理器采用时髦的三维方式堆叠在一起，降低了数据在两者之间的传输时间，从而大幅提高了计算机芯片的处理速度，运用此方法研制出的3D芯片的运行速度有望比目前芯片高出1000倍。 石墨烯研究方面：美、中、日科学家发现了一种碳的新结构——五边石墨烯，计算机模拟显示，这种半导体具有超高机械强度，能耐727摄氏度左右的高温；加州大学河滨分校的研究团队用新方法，让石墨烯拥有磁性的同时获得新的电学性能，能产生新的量子现象；康奈尔大学的物理学家将只有10微米厚的石墨烯裁剪、折叠、扭转和弯曲成多种造型，剪出可能是迄今世界上最小的机器，为纳米级弹性器件的研发提供了新思路。 超材料研究方面：哈佛大学首次设计出一种折射率为零、能整合在芯片上的“超材料”，光在其中的速度可达到“无限大”，为探索零折射率物理学及其在集成光学中的应用打开了大门。 美国科学家在新材料领域的成果还包括： 意大利和美国科学家首次创建出基于硅烯材质的晶体管，其在真空中能稳定工作；宾夕法尼亚州立大学的科学家研制出一种新型高分子介电质，不但能存储能量，还能耐250摄氏度左右的高温，在混合动力和纯动力汽车以及航天器的制造中应用前景广泛。 斯坦福大学利用导热材料，开发出一种非常轻的新型纳米线网状面料，比传统面料能锁住更多热量，连通电源后还能主动发热，用它织成的衣服，让一个人每年能节省大约1000千瓦时的能量，这相当于一个普通美国家庭一个月的用电量。 丽罗伊·拉斯穆森和能源部普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）科学家携手研制出一种新型合成肌肉，其拥有极强的抗辐射能力，且能附着在金属上，有望用于制造更好的义肢以及反应更灵敏的机器人，在深空探索尤其是火星探索领域具有很大用途。 弗吉尼亚联邦大学的研究小组用铁纳米颗粒、具有磁性的钴和碳纳米颗粒合成出一种磁性可与稀土制传统永磁材料相媲美的新型磁性材料。 英 国 石墨烯研究精彩纷呈：用石墨烯墨水打印出射频天线；找到能大量生产石墨烯薄膜的新方法。 郑焕斌（本报驻英国记者）5月，曼彻斯特大学的研究人员与石墨烯生产商BGT材料有限公司合作，用压缩石墨烯墨水打印出射频天线。这种天线灵活、环保，可廉价大批量生产，能应用在无线射频识别标签和无线传感器上。 6月，来自近40个国家的650多名科学家和产业界人士，出席了在曼彻斯特大学举办的“2015石墨烯周”，会议涵盖了石墨烯及相关二维材料和异质结构等15个主题。 11月，格拉斯哥大学研究人员发现一种能大量生产石墨烯薄膜的新方法，据称可使基板成本大幅降低到约为先前使用材料的1/100。 法 国 继续在量子计算机、新型电池等应用领域，开展相关新材料研究。 李宏策（本报驻法国记者）10月，法国和俄罗斯科学家在二维超导材料上发现一种特殊的磁场扰动，就像一个个微小的振荡星，这些激发态由掺入超导材料的磁性原子产生，这意味着“于渌—芝巴—鲁西诺夫”状态（YSR态）链不只是理论，在实验中也可以观察到。这一成果或为制造量子计算机开辟新途径。 12月，研究团队开发出了新款18650钠离子电池，其借助钠离子转移（而不是锂离子）来存储和释放电能，与普遍锂电池相比储量更高、造价更低；其能量密度可与磷酸铁锂等锂离子电池相媲美。 德 国 研制出新型镍钛铜记忆合金，找到生产白色发光二极管低廉而环保的方法。 顾钢（本报驻德国记者）基尔大学的研究人员新发明了一种镍钛铜记忆合金，其可变形千万次不断裂，而普通合金材料变形几千次就会断裂，有望在微电子和光学器件、传感器、医疗器件等众多领域大显身手。 纽伦堡-埃朗根大学的研究人员将荧光蛋白涂在一种橡胶材料上，嵌入到发光二极管中，发明了一种既简单又廉价的生产工艺，使生产白色发光二极管既低廉又环保。 马普固体物理研究所和慕尼黑大学合作开发出了一种纳米结构材料，可用于制造无触摸的感应屏幕，只要手指接近屏幕，就能浏览页面和敲打文字，避免手指接触屏幕传染细菌。 加拿大 新一代光电材料钙钛矿研究取得突破，研发出超韧聚合物纤维，首次完成石墨烯超导性实验。 冯卫东（本报驻加拿大记者）2月，工程师利用新技术生长出大块钙钛矿纯晶体，为开发出更便宜高效的太阳能电池和发光二极管打下基础。 5月，科技公司Ocumetics研发出一种高科技仿生镜片。用户戴上后，只需10秒就可让视力快速恢复。 6月，蒙特利尔理工学院的研究人员从蜘蛛丝获取灵感，研制出一种由坚韧纤维编织而成的超韧聚合物纤维。这种复合材料未来可用于制造更安全轻便的飞机引擎，也将在手术设备、防弹衣、汽车零件等其他应用领域大显身手。 7月，不列颠哥伦比亚大学研究小组通过在石墨烯中掺杂锂离子并将其冷却到5.9开氏度，证明了石墨烯具有超导性的无限可能，并制造出首个超导石墨烯样品，最新突破有望迎来石墨烯电子学和纳米量子器件的新时代。 以色列 发明自愈传感器，使用超导材料观测“上帝粒子”。 冯志文（本报驻以色列记者）以色列理工学院科研人员发明了自愈传感器，为人类未来制造真正意义上的电子皮肤开辟了道路。该技术的关键是一种新型的合成聚合物，其含有高导电性电极和金纳米粒子，当受到损害时，会膨胀以填补空隙，以防电流中断，影响设备的正常运行。 巴依兰大学的科学家宣布，首次用超导材料在普通实验室以较低成本观测到“上帝粒子”。 俄罗斯 开发出纳米纤维素制备新方法，研发出建筑及结构材料用纳米改性剂，研制出基于石墨烯和纳米金刚石的新型复合材料。 亓科伟（本报驻俄罗斯记者）彼尔姆大学的科学家研发出纳米纤维素制备新方法，将纳米纤维素的生产成本降低了三分之二。纳米纤维素具有很高强度，可用于生产新型超强纸张、机器部件以及超柔韧屏幕和防弹背心。 伊尔库茨克国立技术大学开发出建筑及结构材料用纳米改性剂，可使金属性能提高30%，也可用于涂料生产，能使墙面坚固耐久。 尼古拉耶夫无机化学研究所和生物物理研究所的科学家成功将石墨烯碳纳米管和纳米金刚石粉结合，得到了具有独特性质、在微弱电流刺激下可发光的复合材料，这一结构既可用于制造新型显示屏，也可用于医疗诊断。 日 本 开发出新的低成本金属合成方法，合成世界最强的分子磁石。 葛进（本报驻日本记者）北海道大学研究人员开发出一种新的低成本金属合成方法，可以合成含有对生物友好的轻金属离子（比重为4至5的较轻金属）的多孔性轻金属合金，为开发新一代材料开辟了道路。 群马大学研究人员开发出一种从不适于食用的生物质资源中生产出对苯二甲酸的简便方法。对苯二甲酸是PET树脂的原料，而PET树脂主要用于生产聚酯纤维和塑料瓶等与我们生活关系密切的塑料制品。 九州大学研究人员首次证明塑料高分子半导体中分子锁的运动性会对电荷分离产生影响，该研究对于提高有机薄膜太阳能电池的性能具有积极意义。该校还成功设计合成了世界最强的分子磁石，为开发使用磁力的高性能记忆体等新技术打开了突破口。 韩 国 重点放在纳米研究上，参与石墨烯研究，制成圆形石墨烯微粒。 薛严（本报驻韩国记者）1月，韩国材料学家通过将氧化石墨烯喷入高温溶剂，制成了一种类似绒球的圆形石墨烯微粒。这一技术为制造电池和超级电容器上的电极材料提供了一种简单、通用的方法，并有可能提高蓄电设备的能效和功率密度。 2月，韩国科学技术院推出了使用CMOS与碳纳米管制成的医疗用传感器。该传感器在利用0.35微米工艺制造的CMOS晶圆上配置碳纳米管电极制成。这种传感器的特点是不使用金属电极连接导线，优点是无需防止短路的后处理和表面加工，因此成本更低。 巴 西 加强纳米领域的研发工作，在健康、交通、安全和通讯等重点领域促进纳米技术的研究和技术转让。 邓国庆（本报驻巴西记者）巴西国家科技发展委员会宣布设立专项基金，用于资助纳米技术科研单位购置或更新设备，开发新产品和新的工艺流程。该委员会称，纳米技术应用广泛且前景无限，设立这项基金有助于促进巴西纳米技术的发展以及纳米产品的推广应用。 科研人员利用纳米生物复合材料研制出一种新型电子设备，可像测血糖一样快速诊断白血病，这种新设备可在一个小时之内检测出患者是否携带癌细胞，而现行的诊断方法最长要三个星期才能有结果。 |
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