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行業動態

2015年世界科技發展回顧:新材料篇

2016-01-12   閱讀 2528次

    美國在超導材料、碳納米管、石墨烯等領域取得重大突破。

  超導材料方面:麻省理工學院的科學家發現,所有超導材料的超導性與薄膜厚度、臨界溫度和薄膜電阻成比例。這一發現有望帶來設計更好的超導線路,用在量子計算和超低能耗計算設備中。

  碳納米管研究方面:威斯康星大學研究人員開發出新型高性能碳納米管晶體管[email protected]%FwG122*其開關速度比普通硅晶體管快1000倍、比目前最快碳納米管晶體管快100倍,且性能遠勝目前工業用薄膜晶體管,使碳納米管晶體管取代硅芯片成為可能;斯坦福大學的科學家使用碳納米管替代硅為原料,讓存儲器和處理器采用時髦的三維方式堆疊在一起,降低了數據在兩者之間的傳輸時間,從而大幅提高了計算機芯片的處理速度,運用此方法研制出的3D芯片的運行速度有望比目前芯片高出1000倍。

  石墨烯研究方面:美、中、日科學家發現了一種碳的新結構——五邊石墨烯,計算機模擬顯示,這種半導體具有超高機械強度,能耐727攝氏度左右的高溫;加州大學河濱分校的研究團隊用新方法,讓石墨烯擁有磁性的同時獲得新的電學性能,能產生新的量子現象;康奈爾大學的物理學家將只有10微米厚的石墨烯裁剪、折疊、扭轉和彎曲成多種造型,剪出可能是迄今世界上最小的機器,為納米級彈性器件的研發提供了新思路。

  超材料研究方面:哈佛大學首次設計出一種折射率為零、能整合在芯片上的“超材料”,光在其中的速度可達到“無限大”,為探索零折射率物理學及其在集成光學中的應用打開了大門。

  美國科學家在新材料領域的成果還包括:意大利和美國科學家首次創建出基于硅烯材質的晶體管,其在真空中能穩定工作;賓夕法尼亞州立大學的科學家研制出一種新型高分子介電質,不但能存儲能量,還能耐250攝氏度左右的高溫,在混合動力和純動力汽車以及航天器的制造中應用前景廣泛。

  斯坦福大學利用導熱材料,開發出一種非常輕的新型納米線網狀面料,比傳統面料能鎖住更多熱量,連通電源后還能主動發熱,用它織成的衣服,讓一個人每年能節省大約1000千瓦時的能量,這相當于一個普通美國家庭一個月的用電量。

  麗羅伊·拉斯穆森和能源部普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)科學家攜手研制出一種新型合成肌肉,其擁有極強的抗輻射能力,且能附著在金屬上,有望用于制造更好的義肢以及反應更靈敏的機器人,在深空探索尤其是火星探索領域具有很大用途。

  弗吉尼亞聯邦大學的研究小組用鐵納米顆粒、具有磁性的鈷和碳納米顆粒合成出一種磁性可與稀土制傳統永磁材料相媲美的新型磁性材料。

  英國  石墨烯研究精彩紛呈:用石墨烯墨水打印出射頻天線;找到能大量生產石墨烯薄膜的新方法。

  5月,曼徹斯特大學的研究人員與石墨烯生產商BGT材料有限公司合作,用壓縮石墨烯墨水打印出射頻天線。這種天線靈活、環保,可廉價大批量生產,能應用在無線射頻識別標簽和無線傳感器上。

  6月,來自近40個國家的650多名科學家和產業界人士,出席了在曼徹斯特大學舉辦的“2015石墨烯周”,會議涵蓋了石墨烯及相關二維材料和異質結構等15個主題。

  11月,格拉斯哥大學研究人員發現一種能大量生產石墨烯薄膜的新方法,據稱可使基板成本大幅降低到約為先前使用材料的1/100。

  法國  繼續在量子計算機、新型電池等應用領域,開展相關新材料研究。

  10月,法國和俄羅斯科學家在二維超導材料上發現一種特殊的磁場擾動,就像一個個微小的振蕩星,這些激發態由摻入超導材料的磁性原子產生,這意味著“于淥—芝巴—魯西諾夫”狀態(YSR態)鏈不只是理論,在實驗中也可以觀察到。這一成果或為制造量子計算機開辟新途徑。

  12月,研究團隊開發出了新款18650鈉離子電池,其借助鈉離子轉移(而不是鋰離子)來存儲和釋放電能,與普遍鋰電池相比儲量更高、造價更低;其能量密度可與磷酸鐵鋰等鋰離子電池相媲美。

  德國  研制出新型鎳鈦銅記憶合金,找到生產白色發光二極管低廉而環保的方法。

  基爾大學的研究人員新發明了一種鎳鈦銅記憶合金,其可變形千萬次不斷裂,而普通合金材料變形幾千次就會斷裂,有望在微電子和光學器件、傳感器、醫療器件等眾多領域大顯身手。

  紐倫堡-埃朗根大學的研究人員將熒光蛋白涂在一種橡膠材料上,嵌入到發光二極管中,發明了一種既簡單又廉價的生產工藝,使生產白色發光二極管既低廉又環保。

  馬普固體物理研究所和慕尼黑大學合作開發出了一種納米結構材料,可用于制造無觸摸的感應屏幕,只要手指接近屏幕,就能瀏覽頁面和敲打文字,避免手指接觸屏幕傳染細菌。

  加拿大  新一代光電材料鈣鈦礦研究取得突破,研發出超韌聚合物纖維,首次完成石墨烯超導性實驗。

  2月,工程師利用新技術生長出大塊鈣鈦礦純晶體,為開發出更便宜高效的太陽能電池和發光二極管打下基礎。

  5月,科技公司Ocumetics研發出一種高科技仿生鏡片。用戶戴上后,只需10秒就可讓視力快速恢復。

  6月,蒙特利爾理工學院的研究人員從蜘蛛絲獲取靈感,研制出一種由堅韌纖維編織而成的超韌聚合物纖維。這種復合材料未來可用于制造更安全輕便的飛機引擎,也將在手術設備、防彈衣、汽車零件等其他應用領域大顯身手。

  7月,不列顛哥倫比亞大學研究小組通過在石墨烯中摻雜鋰離子并將其冷卻到5.9開氏度,證明了石墨烯具有超導性的無限可能,并制造出首個超導石墨烯樣品,最新突破有望迎來石墨烯電子學和納米量子器件的新時代。

  以色列  發明自愈傳感器,使用超導材料觀測“上帝粒子”。

  以色列理工學院科研人員發明了自愈傳感器,為人類未來制造真正意義上的電子皮膚開辟了道路。該技術的關鍵是一種新型的合成聚合物,其含有高導電性電極和金納米粒子,當受到損害時,會膨脹以填補空隙,以防電流中斷,影響設備的正常運行。

  巴依蘭大學的科學家宣布,首次用超導材料在普通實驗室以較低成本觀測到“上帝粒子”。

  俄羅斯  開發出納米纖維素制備新方法,研發出建筑及結構材料用納米改性劑,研制出基于石墨烯和納米金剛石的新型復合材料。

  亓科偉(本報駐俄羅斯記者)彼爾姆大學的科學家研發出納米纖維素制備新方法,將納米纖維素的生產成本降低了三分之二。納米纖維素具有很高強度,可用于生產新型超強紙張、機器部件以及超柔韌屏幕和防彈背心。

  伊爾庫茨克國立技術大學開發出建筑及結構材料用納米改性劑,可使金屬性能提高30%,也可用于涂料生產,能使墻面堅固耐久。

  尼古拉耶夫無機化學研究所和生物物理研究所的科學家成功將石墨烯碳納米管和納米金剛石粉結合,得到了具有獨特性質、在微弱電流刺激下可發光的復合材料,這一結構既可用于制造新型顯示屏,也可用于醫療診斷。

  日本  開發出新的低成本金屬合成方法,合成世界最強的分子磁石。

  北海道大學研究人員開發出一種新的低成本金屬合成方法,可以合成含有對生物友好的輕金屬離子(比重為4至5的較輕金屬)的多孔性輕金屬合金,為開發新一代材料開辟了道路。

  群馬大學研究人員開發出一種從不適于食用的生物質資源中生產出對苯二甲酸的簡便方法。對苯二甲酸是PET樹脂的原料,而PET樹脂主要用于生產聚酯纖維和塑料瓶等與我們生活關系密切的塑料制品。

  九州大學研究人員首次證明塑料高分子半導體中分子鎖的運動性會對電荷分離產生影響,該研究對于提高有機薄膜太陽能電池的性能具有積極意義。該?;鉤曬ι杓坪銑閃聳瀾繾釙康姆腫喲攀?,為開發使用磁力的高性能記憶體等新技術打開了突破口。

  韓國  重點放在納米研究上,參與石墨烯研究,制成圓形石墨烯微粒。

  1月,韓國材料學家通過將氧化石墨烯噴入高溫溶劑,制成了一種類似絨球的圓形石墨烯微粒。這一技術為制造電池和超級電容器上的電極材料提供了一種簡單、通用的方法,并有可能提高蓄電設備的能效和功率密度。

  2月,韓國科學技術院推出了使用CMOS與碳納米管制成的醫療用傳感器。該傳感器在利用0.35微米工藝制造的CMOS晶圓上配置碳納米管電極制成。這種傳感器的特點是不使用金屬電極連接導線,優點是無需防止短路的后處理和表面加工,因此成本更低。

  巴西  加強納米領域的研發工作,在健康、交通、安全和通訊等重點領域促進納米技術的研究和技術轉讓。

  巴西國家科技發展委員會宣布設立專項基金,用于資助納米技術科研單位購置或更新設備,開發新產品和新的工藝流程。該委員會稱,納米技術應用廣泛且前景無限,設立這項基金有助于促進巴西納米技術的發展以及納米產品的推廣應用。

  科研人員利用納米生物復合材料研制出一種新型電子設備,可像測血糖一樣快速診斷白血病,這種新設備可在一個小時之內檢測出患者是否攜帶癌細胞,而現行的診斷方法最長要三個星期才能有結果。

 

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