全球新材料科研成果縱覽

俄羅斯：磁超導材料有突破，硅納米技術在爬坡

磁性超導材料指含有磁性離子的超導材料，可用于加速大型強子對撞機中的粒子，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材料，借助該技術，未來可創建不需要復雜、昂貴冷卻裝置的量子計算機。相關實驗是在釔鐵石榴石單晶膜上進行的，該物質在某些溫度下具有自發磁化作用。

俄羅斯國立研究型技術大學與俄科學院微電子技術問題研究所通過沉積石墨烯涂層技術開發出一種獨特的硅納米復合材料。這一研發成果將加速直接放置在電子產品印刷電路板上的“微電廠”技術的發展。

俄遠東聯邦大學和俄科學院遠東分院自動化過程控制研究所開發出一種激光打印硅納米顆粒的技術。該技術的優勢在于速度快、制造成本低，能夠用顆粒覆蓋大面積的區域。這將使VR眼鏡和其他電子產品變得更小，制造成本更低。硅納米顆粒是生產微型光電開關、超薄計算機芯片、微生物傳感器和遮蔽涂層的構建基元。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：仿生技術可驅動，充氣設備能止痛

英國劍橋大學的研究人員模仿自然界中最堅固的材料之一——蜘蛛絲的特性，創造了一種基于植物的、可持續的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當今使用的許多普通塑料一樣堅固，可以取代許多普通家用產品中的一次性塑料。同時，該材料無須工業堆肥設備就可在大多數自然環境中安全降解，也可實現工業化大規模生產。

利物浦大學領導的一個合作研究小組發現了一種有史以來導熱率（又稱導熱系數）最低的新無機材料。這一發現代表了材料設計在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進廢熱轉化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開發，為構建可持續發展社會找到新路。

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

美國：氫化硼烯顯身手，量子研究新出口

阿貢國家實驗室等機構研制出了由硼和氫原子構成的氫化硼烯，這種二維材料僅兩個原子厚，且比鋼更堅固，有望在納電子學和量子信息技術領域大顯身手。西北大學的工程師首次創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算等帶來革命性變化。

加州大學伯克利分校科學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，有望應用于下一代存儲器、計算機、自旋電子學以及量子物理等領域。

卡內基大學科學家開發了一種新方法，合成出了一種擁有六邊形結構的新型晶型硅，有可能被用于制造新一代電子和能源器件，新設備的性能將超過現有普通立方形結構硅制成設備的性能。普林斯頓大學研究人員研制出了世界上迄今最純凈的砷化鎵，每100億個原子僅含有一個雜質，為進一步探索量子現象鋪平了道路。

日本：電池變得更長壽，儲氫合金顯威力

日本物質材料研究機構試制“金剛石電池”，也稱“貝塔伏特電池”，是利用放射性物質制成的“核電池”的一種。放射性物質的原子核不穩定，會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，所以可實現長壽命電池。“金剛石電池”即利用此類放射性物質釋放β射線來實現發電。日本目前試制的“金剛石電池”壽命可達100年，可用作太空和地下設備的電源。

日本高知工科大學的研究團隊開發出均勻含有14種元素，并且具有納米級微孔隨機連接的海綿結構“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，并在堿性溶液中優先溶解鋁脫合金化，然后聚集鋁以外的元素實現的。由于該合金只需溶解即可，因此可以進行大規模生產。

日本量子科學技術研究開發機構、東北大學和高能加速器研究機構改良了合金的成分，發現無需使用稀有金屬，使用鋁和鐵也可以儲存氫。研究發現，雖然鋁和鐵都是不容易與氫發生反應的金屬，但使其在7萬個大氣壓以上的環境下與650℃以上的高溫氫發生反應，則可以儲存氫，變成新的金屬氫化物。日本開發出這類不使用稀有金屬的儲氫合金，可以實現儲氫材料的低成本運輸。

法國：國際合作顯其能，創新成果各不同

氫能源方面，法國國家科學研究中心和德國慕尼黑工業大學的研究人員開發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，又能實現將氫轉化為電的逆反應的酶，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，可以催化兩個方向的反應，即系統既可以作為燃料電池使用，也可以進行相反的化學反應，通過電解水產生氫氣。

納米材料方面，法國國家科學研究中心聯合麻省理工學院混凝土可持續性中心成功利用納米炭黑讓水泥具備導電性。研究人員通過將便宜且易于大規模生產的納米碳材料引入到混合物中并驗證其導電性。通過在水泥混合物中加入體積為4%的納米炭黑顆粒，得到的樣品具有導電性。當施加低至5伏的電壓時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，這為室內地板采暖提供了可能，可以替代傳統的輻射采暖系統。此外其還可用于道路路面除冰。

韓國：納米研究投入大，經費保障靠計劃

根據《2021年度納米技術發展實施計劃》和《第七次產業技術創新計劃（2019-2023）2021年度實施計劃》，韓國政府提供的納米研究經費連續三年高速增長。

韓國成均館大學研究展示了在富鎳氧化物上涂布石墨烯涂層，從而在不使用傳統導電劑的情況下制備包含高導電活性陰極的新方向，進一步揭示了Gr納米技術的應用可行性。

韓國研究團隊開發了一種使用二硫化鈦作為活性材料且不使用固體電解質的目前性能最好的納米薄膜正極。韓國科學技術研究院利用半導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技術。制造過程中使用特殊基板以避免金屬沉積為薄膜。

韓國一項共同研究打造線寬4.3埃的導電通道獲得成功。該研究使用了透明的單原子厚度的二維黑磷作為導電材料。該材料有望成為代替石墨烯的新一代半導體器件。研究成果通過原子分辨率的透射電子顯微鏡進行了驗證。韓國科學技術研究院研發的超快脈沖激光器，將包含石墨烯的附加諧振器插入到工作在飛秒范圍內的光纖脈沖激光振蕩器，將現有激光器的脈沖頻率提升了1萬倍。

德國：電池效率創紀錄，人工合成鈇元素

德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心用X射線顯微技術在1秒鐘內拍攝了1000張斷層圖像，刷新了材料研究領域的世界紀錄。該中心發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定性，并創造了鈣鈦-硅串聯太陽能電池效率的世界紀錄。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撲絕緣體。奧格斯堡大學根據量子效應阻礙磁序原理研發一種穩定化合物，可以替代順磁鹽實現超低溫。

馬克斯普朗克膠體和界面研究所研發一種氮化碳納米管膜，能以高轉化率催化各種光化學反應。這些碳納米管充當空間隔離的納米反應器可將污水轉化為清水。德國電子同步輻射加速器使用高強度的X射線來觀察單個催化劑納米粒子的工作情況，向更好地理解真正的工業催化材料邁出了重要一步。利用位于德國達姆施塔特的粒子加速器設施，德國科學家成功對114號元素鈇進行了人工合成和研究，結果表明鈇核并不是所謂的“穩定島”。

弗里茨·哈伯研究所發現，通過用激光照射半導體氧化鋅，半導體表面可以變成金屬，然后又變回來。慕尼黑工業大學等發現，固態電池界面涂覆納米涂層可讓電池穩定。卡爾斯魯厄理工學院發現，同時涂覆和干燥兩層電極，可以將干燥時間縮短至不到20秒，可使鋰離子電池的生產速度提高至少三分之一。

（本欄目文章、觀點、數據等摘編自《財經》、安邦智庫、中國科學院院刊、新材料在線等）