科 技 成 果

科技成果

壓縮玻璃碳的基礎(chǔ)研究取得重要進展

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年7月28日報道，我國燕山大學(xué)的亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點實驗室田永君教授、趙智勝教授等人與國內(nèi)外科學(xué)家合作，以玻璃碳為初始原料，利用高壓配合較溫和的溫度條件合成了一種新型碳的同素異形體。其保留了玻璃碳的一些結(jié)構(gòu)特征，故被命名為壓縮玻璃碳。壓縮玻璃碳是一種新型碳材料，具備石墨和金剛石的成鍵特征，密度和導(dǎo)電性與石墨相近，硬度與寶石相當(dāng)，其壓縮強度明顯高于金屬和陶瓷材料，比強度是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上，其局部變形的壓入彈性恢復(fù)率在70%以上，明顯高于金屬和陶瓷材料，甚至高于形狀記憶合金和有機橡膠。壓縮玻璃碳集輕質(zhì)、超強、高硬、高彈和良好導(dǎo)電性于一身，在軍事和航空航天等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

NASA蘭利研究中心制備高強度、熱穩(wěn)定納米復(fù)合材料

據(jù)國防科技信息網(wǎng)2017年7月6日報道，NASA蘭利研究中心在石墨纖維復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，制備了多功能、結(jié)構(gòu)/熱穩(wěn)定的石墨纖維碳納米管納米復(fù)合材料。石墨纖維復(fù)合材料是目前最先進的輕質(zhì)、高強度復(fù)合材料，但它不具備導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，因此當(dāng)用于高溫環(huán)境時，必須在石墨纖維復(fù)合材料的最外層加耐高溫涂層或?qū)嵬繉樱@無疑增加了最終結(jié)構(gòu)件的重量，提高了成本。而蘭利研究中心在該納米復(fù)合材料中加入了碳納米管，制備出具備高強度、輕質(zhì)、熱穩(wěn)定且導(dǎo)電的石墨纖維復(fù)合材料。最終形成的納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)呈細長拉長狀，其中碳納米管沿一維拉長方向規(guī)則排列。該材料在200℃時的粘性至少達100 000 Pa，其潛在應(yīng)用包括運載器、先進航空航天飛行器和航天器。目前NASA正在積極尋求許可證持有者，計劃將此技術(shù)商業(yè)化。

NASA蘭利研究中心利用新工藝制備統(tǒng)一尺寸的碳納米管材料

據(jù)國防科技信息網(wǎng)2017年7月6日報道，NASA蘭利研究中心近期發(fā)明了一種新的制備工藝，制備了具有相同尺寸的碳納米管，其工藝最大的特點在于采用模板引導(dǎo)碳納米管的生長，最后得到的碳納米管全部呈相同尺寸。在此過程中，生長后的碳納米管即可均勻地分散在模板中，也可從模板中分離，形成單獨的碳納米管。此外，與以往工藝不同，此次碳納米管的原材料來源是日常生活中常見的蔗糖(為碳納米管提供碳源)，且制備過程無需真空條件，大大降低了制造成本，簡化了工藝。工藝采用的模板是介孔二氧化硅材料或氧化鋁材料。而原材料蔗糖則沉積在模板的介孔中，在高溫條件下分解后，蔗糖中的碳則逐漸形成單壁碳納米管，在模板的“引導(dǎo)”下，所有碳納米管都呈相同的尺寸。此時，碳納米管均勻分散、嵌入到模板中，當(dāng)移開模板時則可得到獨立的碳納米管。利用此工藝制備的碳納米管可用于電子場發(fā)射源、平板，以及場發(fā)射顯示器，也可用于產(chǎn)生高強度、輕質(zhì)、多功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能添加劑。目前NASA正在積極尋求許可證持有者，計劃將此技術(shù)商業(yè)化。

美能源部投資2.58億美元加速百億億次超算研發(fā)

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年7月5日報道，美國能源部近日宣布，作為其新的“前路計劃”(Path Forward)的一部分，6家領(lǐng)先的美國科技公司將從能源部的“百億億次計算項目”獲得2.58億美元資金，以加快部署全美首臺百億億次超級計算機，目標(biāo)是2021年前建成至少一百億億次超算系統(tǒng)，它的運算能力將比目前全美最強電腦快50倍。承擔(dān)研發(fā)合同的6家企業(yè)分別為先進微設(shè)備公司(AMD)、Cray公司(CRAY)、惠普公司(HPE)、國際商業(yè)機器公司(IBM)、英特爾公司(Intel)和英偉達公司(NVIDIA)。2.58億美元資金將在3年合同期內(nèi)撥付，由公司提供額外的資金至少占項目總成本的40%，使得總投資至少達到4.3億美元。Path Forward計劃涉及硬件技術(shù)、軟件技術(shù)和應(yīng)用開發(fā)三方面，擬解決并行性、內(nèi)存和存儲、可靠性和能耗這四領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，包括開發(fā)創(chuàng)新的內(nèi)存架構(gòu)、更高速的互連、改進的可靠性系統(tǒng)以及增加計算能力的方法。 超級計算機對國家安全、制造業(yè)、工業(yè)競爭力和能源與地球科學(xué)等領(lǐng)域的領(lǐng)先地位至關(guān)重要。超算領(lǐng)域的全球競爭十分激烈，雖然美國擁有世界上10臺最快的計算機中的5臺，但全美最強的泰坦系統(tǒng)僅排名全球第3位。

俄研發(fā)出熱電轉(zhuǎn)換新材料

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年7月3日報道，俄羅斯莫斯科鋼鐵學(xué)院能效中心研發(fā)出熱電轉(zhuǎn)換新型材料，由于材料具有非常高的品質(zhì)因數(shù)，可作為航天器長期供電用電池。中心所選用的原料為方鈷礦材料，其成分為銻與鈷的金屬間化合物(CoSb3)，當(dāng)表面溫度差達到400～500 ℃時，所研發(fā)材料的品質(zhì)因數(shù)最大，達到1.4。而已知的熱電轉(zhuǎn)換材料碲化鉍，當(dāng)溫度差為100～150 ℃時其品質(zhì)因子為1.2。熱能轉(zhuǎn)換電能效應(yīng)是1821年發(fā)現(xiàn)的，但至今未能工業(yè)化應(yīng)用，科研人員一直試圖研發(fā)熱電直接轉(zhuǎn)換材料，但所有的嘗試均處于實驗室階段。熱電轉(zhuǎn)換材料在航天領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，以核裂變作為熱源的熱電轉(zhuǎn)換裝置安裝在卡西尼號、新視野號探測器以及好奇號火星探測器上。

美科學(xué)家首次以納米精度檢測太陽能電池

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年6月28日報道，美國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究院(NIST)的研究人員利用兩種新技術(shù)，首次以納米級精度檢測了廣泛使用的太陽能電池的化學(xué)成分及缺陷的變化。新技術(shù)檢測了用碲化鎘半導(dǎo)體材料制造的常見太陽能電池，有望幫助科學(xué)家更好地了解太陽能電池的微觀結(jié)構(gòu)，并可能提出進一步提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法。相關(guān)成果發(fā)表在《Nanoscale》雜志上。實驗表明，材料晶體排列的缺陷與其化學(xué)構(gòu)成中的雜質(zhì)相關(guān)，新技術(shù)能檢測碲化鎘樣品中所謂的深層次缺陷的空間變化。這些缺陷引起碲化鎘與其它半導(dǎo)體中的電子和質(zhì)子(帶正電荷的顆粒)重新組合而不是發(fā)電，這是導(dǎo)致太陽能電池?zé)o法取得理論成效的關(guān)鍵原因之一。

俄科學(xué)家研制出生產(chǎn)碳化鉿的新技術(shù)

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年6月26日報道，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院布德克爾核物理研究所與固體化學(xué)和力學(xué)化學(xué)研究所的研究人員聯(lián)合研制出了制造碳化鉿的新技術(shù)。這種新的制造技術(shù)高效、廉價，可生產(chǎn)出高質(zhì)量的碳化鉿。碳化鉿具有高彈性系數(shù)、良好的電熱傳導(dǎo)性、較小的熱膨脹系數(shù)以及很好的耐沖擊性能，適用于制造火箭噴嘴和機翼前沿等重要部件，主要應(yīng)用于航天航空、工業(yè)陶瓷等領(lǐng)域，在噴管、耐高溫內(nèi)襯、電弧或電解用電極方面也有重要應(yīng)用。

俄日科學(xué)家合成世界首例量子金屬

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年6月23日報道，由俄羅斯遠東聯(lián)邦大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院遠東分院的科學(xué)家與日本東京大學(xué)組成的國際研究團隊，近日合成了世界上首例量子金屬。遠東聯(lián)邦大學(xué)表示，這種新材料具有以多晶硅為襯底的雙層鉈原子結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度低于-272 ℃時，變?yōu)槌瑢?dǎo)材料。30多年來，關(guān)于二維電子系統(tǒng)(二維金屬)溫度接近絕對零度時的行為一直存在學(xué)術(shù)爭論。通過觀察這種非正常的物質(zhì)狀態(tài)，將使科學(xué)家對解決正常金屬存在于兩維度狀態(tài)的可能性這一基礎(chǔ)科學(xué)的根本問題產(chǎn)生興趣。實驗表明，二維系統(tǒng)在轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體或超導(dǎo)體的同時，仍可保持正常的金屬態(tài)。這種不尋常的狀態(tài)被稱為量子金屬或玻色金屬。研究人員將繼續(xù)對這種合成材料的電子特性進行深入研究。

韓國最先研發(fā)出水中可拆卸材料

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年6月23日報道，韓國成均館大學(xué)研究團隊宣布，已找到章魚吸盤獨特的突起原理，并在世界上最先開發(fā)出了模仿章魚吸盤，在水中或潮濕的環(huán)境中不用粘合劑即可拆卸的補丁材料。相關(guān)研究成果刊登在《自然》雜志上。研究團隊表示，最近醫(yī)療和半導(dǎo)體材料市場正在互相融合，對清潔粘著材料的需求正在逐漸增大。期待應(yīng)用章魚吸盤原理的補丁元件將為醫(yī)療用補丁、診斷治療用可穿戴設(shè)備或器官組織縫合等各領(lǐng)域提供劃時代的原創(chuàng)技術(shù)。