2013年世界科技发展回顾 新材料专辑

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1、2013年世界科技发展回顾新材料专辑　　 美国 　　在无机非金属材料、高分子材料以及生物医用材料等多个领域取得进展，3D打印技术的发展引发争议。 　　田学科    无机非金属材料：密歇根理工大学开发出一种低成本阴极材料，被称为蜂窝状3D石墨烯，合成过程既不困难也不昂贵，是制造阴极的理想材料，能够取代此前在染料敏化太阳能电池生产中所必需的贵金属铂。莱斯大学通过计算发现，一种新形式的碳具有极高的强度和硬度，甚至超过了石墨烯和钻石。这种新材料被称为碳炔，是碳的一种同素异形体，除无与伦比的强度外，还具有柔韧性与稳定性；该校研究团队还通过电脑计算发现，单个原

2、子厚的线型碳可能是已知最强韧的微观材料，超过了与其同为碳家族成员的石墨烯，如果能够实现批量制造，线型碳纳米棒或者纳米绳将展示出非凡的特性。劳伦斯伯克利国家实验室借助纳米结晶技术，开发出一种能让门窗更聪明的智能玻璃。这种玻璃中嵌入了一层超薄纳米涂层，可按需调整进入玻璃的光线，做到明暗可控、冷热可调，其有望大幅降低建筑的空调和照明开支。 　　金属材料：加州大学洛杉矶分校成功研制出新型超级电容材料——一种合成的氧化铌，并证明其拥有稳定的储能和释能的能力，有望广泛应用于城市电网、混合动力汽车的再生制动系统等能源传送系统。麻省理工学院的研究人员在一项金属特性

3、实验中发现金属具有自我修复的功能，这一发现为设计出可自我复原的金属打开大门。美国斯坦福大学发现一种由单层锡原子组成的复合材料，或许有望成为首个在计算机运行温度范围内导电效率达到100%的材料，代替硅制造速度更快耗能更低的计算机芯片。 　　高分子材料：密歇根大学和空军研究实验室合作开发出了一种新型纳米涂层材料，用这种材料涂在纱网或织物表面，可形成一种对液体的弹力，能排斥上百种液体，不仅抗污染能力极强，而且保护穿着者免受化学药品伤害。哈佛大学等开发出一种结构独特的新纤维，能在拉伸时改变颜色，色彩可覆盖整个可见光谱的范围。由于其柔韧有弹性，因此可作为一种

4、智能材料感知热和压力，还可作为新型体育纺织品，在肌肉紧张程度不同的部位显出不同颜色。北卡罗来纳州立大学首次将一种被称为铁酸铋的材料作为一个单晶体集成到一个硅片上，由于铁酸铋具有铁磁性和铁电性双重性能，这意味着它能够被通过其中的电流磁化，极大提高芯片速度而且节省能量，该研究向制造新一代多功能智能设备迈出了关键一步。 　　生物医用材料：哈佛大学研究人员从泪水中获得灵感，设计出一种透明度和润湿性功能可自我调节的液体膜仿生材料，该新材料可以像眼泪那样具有显著光学功能且保持清晰的透视度，同时保持眼睛湿润，免受灰尘和细菌污染。能源部布鲁克海文国家实验室开发出一

5、种属性可按需“定制”的DNA“连接器”，这种全新的自组装机制，能像绳索一样把纳米棒规则地连接在一起，形成一种“绳梯”似的带状结构，引导纳米粒子自行组装成新材料。 　　3D打印：5月6日，美国的非营利团体“分布式防御”称，世界第一柄3D打印手枪已测试成功。该团体创始人在得州一处靶场内让它稳定开火。11月，继3D打印塑料枪支引发广泛争议后，美国得克萨斯州一家仪器公司宣布用金属粉末成功制造并测试了世界上第一支3D打印金属枪。 　　英国 　　石墨烯应用研究新成果不断，纳米材料研究有建树，发现受压后扩展能力超常新材料。 　　刘海英    曼彻斯特大学的研究人

6、员设计出了一种新型石墨烯晶体管，可在室温下展现出高达1×106的开关比率，这一优异性能使之有可能在后CMOS设备时代占有一席之地；同时，曼大科学家还和法国同行合作开发出的一种新型的等离子超介质探测设备，利用可逆的石墨烯氢化反应，可使药检达到单分子水平，在人体药检、机场安检、爆炸物探测等方面都将有发挥余地。11月，剑桥大学研究人员把以墨烯为主要成分的导电油墨打印在塑料薄膜上，制成了可以演奏音乐的透明钢琴键盘，这一成果为科学家利用石墨烯研发心脏监测器、传感器等可印刷的轻薄电子产品打下了很好的基础。 　　除了石墨烯这个新材料“宠儿”的研究外，英国材料科学

7、家在开发其他类型新材料方面也颇有建树。 　　年初，南安普敦大学科学家研制出一种玻璃（二氧化硅）纳米纤维，比头发细千倍却比钢坚硬15倍，堪称世界上最高强度、最轻的“纳米线”，它的出现可能会改变未来整个世界的复合材料和这些材料的高强度，将对海洋、航空和安全等行业产生巨大影响；7月，剑桥大学科学家开发出一种由许多碳纳米管组成的碳制导线，其强度是铜导线的30倍，重量不到铜线的十分之一，未来有望成为铜线的有力竞争对手；同月，英国牛津大学科学家发现一种具有超常受压扩展能力的新材料——金氰化锌，其压缩扩展的能力超过以往任何材料，可用于开发新型光学压力传感器和人造

8、肌肉。 　　德国 　　研发多种替代功能材料，在燃料电池催化剂方面获得突破。 　　李山    替代材料方面：弗劳恩霍夫陶瓷技