科技日報國際部

　　年度盤點

　　2022

　　Russia

　　俄羅斯

　　碳納米纖維增加鋁材硬度

　　開發(fā)智能玻璃制造新技術

　　◎本報駐俄羅斯記者 董映璧

　　鋁及其合金是現(xiàn)代工業(yè)和技術的關鍵材料之一。俄羅斯國家研究型技術大學科研人員將碳納米纖維添加到鋁復合材料中，使其硬度增加了20%，材料結構在微觀層面上也發(fā)生了極大變化。這項研究不僅改善了特定鋁合金的性能，而且對許多鋁及其合金部件都具有重要的實際意義。

　　別爾哥羅德國立研究大學基于鐵、鈷、鎳、鉻和碳開發(fā)出了高強度、高延展性合金，在-150℃及更低溫度下具有出色的性能，強度比最好的同類產(chǎn)品高一倍半，并具有24%的出色延展性。新合金可廣泛用于探索太空、海洋、北極和南極所需的技術系統(tǒng)。

　　托木斯克理工大學科研人員提出了一種利用激光和石墨烯對玻璃進行改性的技術，開發(fā)出基于石墨烯和玻璃的復合材料。這種技術允許用石墨烯“畫出”所需的結構，將其融合到幾毫米厚的玻璃中，有助于在玻璃產(chǎn)品中制造出石墨烯導電結構，作為積成電子產(chǎn)品的基礎，最終實現(xiàn)用石墨烯制造新一代電子產(chǎn)品。新材料可長時間使用而性能不降低，可用于開發(fā)廉價高效的柔性電子產(chǎn)品、新型光電器件以及具有擴展功能的各種玻璃產(chǎn)品。

　　俄羅斯國立研究型技術大學超硬和新型碳材料研究所與俄羅斯科學院西伯利亞分院物理研究所首次合成一種基于含鈧碳納米結構的富勒烯超硬材料。研究表明，電與不含鈧的聚合富勒烯晶體相比，該材料的剛性較低，但同時相變壓力也較低，這能降低該結構的實驗室獲取難度。該技術可用于研發(fā)適用于光伏、光學器件、納米電子學和生物醫(yī)學的新型超硬材料。

　　法 國

　　France

　　開發(fā)便宜無毒新型熱電材料

　　DNA微機器人探索細胞過程

　　◎本報駐法國記者 李宏策

　　法國CRISMAT實驗室研究人員開發(fā)出安全且廉價的熱電材料，該材料由銅、錳、鍺和硫組成，生產(chǎn)過程相當簡單。他們使用球磨機簡單將銅、錳、鍺、硫粉末機械合金化，形成一個預結晶相，然后在600℃下燒結使其致密化，所生產(chǎn)的新型材料可將熱能轉化為電能且在400℃下仍能保持穩(wěn)定。研究人員發(fā)現(xiàn)，用銅代替一小部分錳會產(chǎn)生復雜的微結構，具有相互連接的納米域、缺陷和相干界面，會影響材料的電子和熱傳輸特性。未來研究人員將進一步改進這種新型無毒熱電材料，替代傳統(tǒng)含鉛、碲等有毒元素的材料。

　　法國國家健康與醫(yī)學研究院、國家科學研究中心和蒙彼利埃大學研究人員使用DNA折疊方法，即用DNA分子作為構建材料，以預定義的形式自組裝3D納米結構，制成DNA納米機器人，可用來更好地了解細胞機械敏感性的分子機制，并發(fā)現(xiàn)對機械力敏感的新細胞受體，還能在細胞水平更精確地研究施力過程中，生物和病理過程的關鍵信號通路何時被激活。

　　日 本

　　Japan

　　新系統(tǒng)按需合成光氣衍生品

　　機械手指上“長出”仿真皮

　　◎本報記者 張夢然

　　日本神戶大學研究小組首次成功開發(fā)出以氯仿為前體的新型流式按需合成系統(tǒng)，使用這個系統(tǒng)能夠合成光氣衍生的化學產(chǎn)品。此外，他們實現(xiàn)了超過96%的高轉化率，在短時間內(一分鐘或更短的曝光時間)合成了這些有用的化合物。該系統(tǒng)具有多重優(yōu)勢，安全、廉價且簡單，對環(huán)境影響小，可用于合成各種化工產(chǎn)品并連續(xù)大量生產(chǎn)。研究人員預計，該系統(tǒng)可以在不久的將來擴大為工業(yè)生產(chǎn)的模型系統(tǒng)。

　　大阪大學研究人員開發(fā)出一種方法，將一個不顯眼的可食用標簽嵌入食物中，無需先破壞食物即可讀取相應數(shù)據(jù)，而且這種標簽完全不會改變食物的外觀或味道。

　　信州大學纖維工程研究所材料科學家開發(fā)出一種由超細納米線編織而成的紡織品。這種線由相變材料和其他材料制成，與電熱和光熱涂層結合在一起，最終成為一種面料，能根據(jù)需要對不斷變化的溫度做出反應，在穿著者身上升溫或降溫。

　　東京大學科學家在機器人身上制作出“活的”類人皮膚，不僅為機械手指提供了人類皮膚般的質感，還具有防水和自愈功能，讓人們離科幻目標又近了一步。

　　名古屋大學研究團隊合成了一種帶狀分子納米碳，具有扭曲的莫比烏斯帶拓撲結構，即莫比烏斯碳納米帶。構建結構均勻的納米碳，對于納米技術、電子學、光學和生物醫(yī)學應用中的功能材料的發(fā)展至關重要。

　　韓 國

　　South Korea

　　“元表面”納米材料可調諧

　　新聚合物常溫下能生物降解

　　◎本報駐韓國記者 薛 嚴

　　2022年10月，韓國蔚山科學技術院科研團隊研發(fā)出可作為6G通信元器件的“元表面”新納米材料。“元表面”材料是平面光學器件中新型的納米結構材料，以二氧化釩為基礎，呈透明狀。實驗表明，該二氧化釩“元表面”透明電極在保持一定的太赫茲波通過的同時，還可調諧電導率至數(shù)千倍左右，成為6G通信元件或太赫茲波、近紅外線混合通信技術的最佳器件材料。該方法還可用于其他二維物質材料的研發(fā)和應用。

　　11月，韓國亞洲大學團隊以磷酸金屬鹽作為催化劑開發(fā)出一種新型生物降解聚合物PBAT(屬于熱塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，兼具PBA和PBT的特性)，其制成的可降解塑料在土壤中的降解速度約是現(xiàn)有可降解塑料的9倍。新型PBAT聚合物通過在生產(chǎn)過程中添加一定量的磷酸金屬鹽，使其結構變成離子鍵的結合形式，既具備耐久性，又可在常溫下生物降解。

　　德 國

　　Germany

　　◎本報駐德國記者 李 山

　　“四中子態(tài)”最明確證據(jù)發(fā)布

　　人工智能助力新材料設計優(yōu)化

　　材料基礎研究方面，慕尼黑工業(yè)大學獲得了迄今最明確地證實“四中子態(tài)”物質存在的證據(jù)，有助于更好地理解宇宙是如何形成。慕尼黑工業(yè)大學和德累斯頓工業(yè)大學合作，在氟化鈥鋰中發(fā)現(xiàn)了一種全新相變，并觀察到成千上萬個原子的糾纏，這對于研究材料中的量子現(xiàn)象以及新應用來說是一個重要基礎和一般參考框架。

　　合金材料方面，馬克斯·普朗克鋼鐵研究所成功將人工智能技術應用于高熵合金的設計和優(yōu)化。研究人員利用699種合金的公開數(shù)據(jù)訓練學習算法，然后讓算法生成大量具有低熱系數(shù)的候選成分，再通過包括原子特征和熱力學數(shù)據(jù)庫的有關物理特性的算法篩選出17種高熵因瓦合金，最終確定出兩種在300開氏度時具有極低熱膨脹系數(shù)的高熵合金。

　　催化劑方面，亥姆霍茲柏林研究所等研發(fā)出納米結構的硅化鎳作綠氫催化劑，可顯著提高電解水反應的效率。科林公司成功開發(fā)了一種廉價穩(wěn)定的合金材料催化劑，可用二氧化碳直接電解生產(chǎn)一氧化碳。

　　納米材料和應用方面，德國電子同步加速器實驗室(DESY)闡明了分子馬達的結構、完整的功能循環(huán)和作用機制。慕尼黑工業(yè)大學首次成功使用DNA折疊法制造出一款分子馬達，可自組裝并將電能轉換為動能，未來有望用于驅動化學反應。埃爾朗根—紐倫堡大學研發(fā)迄今世界上最小的可運動的能量驅動齒輪，該裝置只有1.6納米大小，由兩個嚙合組件共71個原子構成。

　　生物相關材料方面，萊布尼茨交互材料研究所開發(fā)出可與生命物質交流和發(fā)揮作用的材料，并成功將活性細胞分裂機制整合到合成囊泡中，使人們離生產(chǎn)功能性合成細胞的目標又近了一步。慕尼黑工業(yè)大學設計了一種新型葡萄糖燃料電池，厚度僅400納米，可將葡萄糖直接轉化為電能。德累斯頓工業(yè)大學首次演示了一款高效有機雙極晶體管，為有機電子學開辟了全新前景。

　　此外，德國地球科學研究中心成功合成具有六方晶格的鍺化硅材料，可有針對性地控制帶隙和光電特性。該中心還開發(fā)了一種新方法，可在高于正常大氣壓110萬倍的壓力下測量二氧化硅玻璃的密度。馬克斯·普朗克量子光學研究所開發(fā)了一種新的分子氣體冷卻技術，可將極性分子冷卻到幾納開氏度。

　　英 國

　　The UK

　　薄膜硅光伏電池吸收率創(chuàng)紀錄

　　新催化劑降低氫燃料電池成本

　　◎本報記者 劉 霞

　　英國與荷蘭科學家合作，借助一種納米紋理結構，使薄膜硅光伏電池變得不透明并增強了其吸收太陽光的效率。實驗表明這種薄膜電池能吸收65%的陽光，是迄今薄硅膜表現(xiàn)出的最高光吸收率，接近約70%的理論吸收極限，有望催生柔性、輕質且高效的硅光伏電池。

　　帝國理工學院開發(fā)出一種氫燃料電池，它使用的催化劑由鐵而非稀有昂貴的鉑制成，降低了氫燃料電池的成本。該技術讓氫燃料廣泛部署成為可能，有助于減少溫室氣體排放，推進世界走上凈零排放的道路。

　　倫敦瑪麗女王大學研究團隊首次研制出單晶有機金屬鈣鈦礦光纖，可加速寬帶傳輸、改善醫(yī)學成像。

　　伯明翰大學與美國杜克大學研究人員合作，利用糖基原料而非石化衍生物，研制出兩種新的聚合物，既擁有普通塑料的特性，又可降解和物理回收。其中一種像橡膠一樣可拉伸，另一種則像大多數(shù)塑料一樣堅固且有韌性。

　　美 國

　　The US

　　發(fā)現(xiàn)迄今最佳半導體材料

　　納米研究帶來高效新設備

　　◎實習記者 張佳欣

　　在半導體科學領域，美國麻省理工學院、休斯頓大學和其他機構的一個研究團隊發(fā)現(xiàn)，立方砷化硼兼具導電和導熱優(yōu)勢，可能是迄今發(fā)現(xiàn)的最佳半導體材料。密歇根大學開發(fā)出一種半導體材料，可在室溫下實現(xiàn)從導體到絕緣體的“量子轉換”，有助于開發(fā)新一代量子設備和超高效電子設備。

　　在有關“打印”的各種應用中也有很多成果。研究人員使用定制打印機，3D打印出了首塊柔性有機發(fā)光二極管顯示屏，無需以往昂貴的微加工設備。北卡羅萊納州立大學研究人員開發(fā)出一種將電子電路直接印刷到彎曲和波紋表面上的新技術，并使用該技術制造了原型“智能”隱形眼鏡、壓敏乳膠手套和透明電極，這為各種新的柔性電子技術鋪平了道路。美國國家標準技術研究院科學家報告了一種利用糖在幾乎任意共性表面上進行轉印的方法，有望為電子、光學和生物醫(yī)學工程等領域帶來新材料。

　　在納米級的材料研究方面，麻省理工學院研究人員通過改變材料的表面，創(chuàng)建了一種納米級配置，能將閃爍體的效率提高至少10倍，甚至可能提高100倍，有助實現(xiàn)更靈敏X射線成像；該學院還在單原子薄材料中發(fā)現(xiàn)了一種奇異的“多鐵性”狀態(tài)，首次證實多鐵性可存在于完美的二維材料中，為開發(fā)更小、更快、更高效的數(shù)據(jù)存儲設備鋪平道路。約翰斯·霍普金斯大學研究人員設計出由微小納米管組成的無泄漏管道，可自我組裝和自我修復，且能連接到不同的生物結構，這是創(chuàng)建納米管網(wǎng)絡的重要一步，該網(wǎng)絡將來有望向人體中的靶細胞提供專門的藥物、蛋白質和分子。

　　萊斯大學開發(fā)出由可見光而非紫外線激活的納米級“鉆頭”，通過對真實感染的測試，證明這些分子機器能有效殺死細菌。

　　在傳感器相關研究方面，斯坦福大學科研團隊報道了一種極富彈性的可穿戴顯示器，具有很好的明亮度和機械穩(wěn)定性，是高性能可拉伸顯示器和電子皮膚研究的重要進展。麻省理工學院工程師展示了一種新型超聲波貼紙設計，僅郵票大小，可貼在皮膚上，對內臟器官提供48小時的連續(xù)超聲波成像。加州大學圣地亞哥分校工程學院研究人員開發(fā)出一種無電池、藥丸狀可吞服生物傳感系統(tǒng)，能對腸道環(huán)境進行持續(xù)監(jiān)測。

　　Israel

　　以色列

　　新型織物用于市政

　　創(chuàng)新材料服務醫(yī)療

　　◎本報駐以色列記者 胡定坤

　　2022年4月，以色列特拉維夫市政府宣布在該市試驗一種新型太陽能織物，這種戶外織物內含太陽能有機光伏電池，白天可為行人遮蔽陽光，晚上則可使用太陽能照明。這對夏季光照充足、炎熱少雨的以色列非常適用。

　　7月初，以色列理工學院研究團隊發(fā)表論文，稱其開發(fā)出一種基于有機硅的超薄材料——一種高科技織物。這種材料可包裹在受損神經(jīng)周圍，近紅外光可穿透皮膚照射到織物上，促使其產(chǎn)生電流刺激神經(jīng)，從而加速神經(jīng)修復或用于心臟起搏。實驗顯示，該材料將小鼠神經(jīng)修復速度加快了1/3。

　　9月底，以色列理工學院研究團隊宣布，受生物體天然礦物生長過程的啟發(fā)，創(chuàng)造了一種控制材料磁性的方法。團隊在存在氨基酸的情況下合成了碳酸錳晶體，通過測量晶體磁性，發(fā)現(xiàn)含有氨基酸的碳酸錳比原始材料具有更高的磁化率，這意味著它更容易受到外部磁場的影響。此外，隨著添加更多的氨基酸，碳酸錳對磁性的反應性也會增加。研究證明可通過加入非磁性有機分子改變材料磁性，這一發(fā)現(xiàn)或可應用于微電子和醫(yī)學等領域。