2018年世界新材料科技发展回顾

发布时间:2019-01-07 文章来源:网络转载    浏览次数:

   美国

       半导/超导材料有突破,功能性材料应用前景广

       2018年,在半导/超导材料研发方面,美国科学家不仅开发出提升富勒烯材料导电性能的新方法,提高了有机材料应用于半导体制造的潜力,还发现两层石墨烯以特定角度缠扭可表现出非常规超导电性,并开发出通过压缩来操纵石墨烯电导率的新技术,大大拓宽了石墨烯在半导体和超导材料领域的应用前景。

       科学家还开发出利用分子束外延的方法生长氮化铌基超导体的技术,并成功将该超导体材料与具有宽带隙的半导体材料相整合,为整合超导体和半导体材料奠定了基础。

       一些特殊功能新材料陆续出现。如一种被称为“无规则杂聚合物”的合成高分子材料,让蛋白质能够清除化学污染,有望在环保领域建功立业;一种可生物兼容的人造橡胶,不仅具有生物组织的力学性能,还可在变形时改变颜色,或可在生物医学领域大显身手。

       此外,美科学家设计的一种掺有铬和钒元素的锂镁氧化物,能大幅提高锂离子电池容量;而能够在不同波长光线照射下改变结构,在刚柔两种状态间转换的新型聚合物,因自愈特性及拓扑结构转换能力而具有广阔的应用前景。

       日本

       材料合成新方法层出,黑色涂层新材料面世

       纳米颗粒是当前纳米技术的基础材料组之一,一般需要在金属离子浓度稀薄的溶液内合成,并大量排放废液,给环境造成巨大负担。山形大学设计并合成了适用于合成纳米颗粒、由有机配体和金属离子构成的金属络合物,还尝试开发了环境负荷较低的纳米颗粒合成法。

       由京都大学、筑波大学、东海大学和产业技术综合研究所组成的研究小组发现,向相变材料GeSbTe化合物(GST)照射高强度太赫兹脉冲后,该材料会以纳米尺寸从非晶状态生长出晶体。

       理化学研究所新开发了“原子混合法”,能在极微小的纳米颗粒中,以不同的比例和组合混合多种金属元素。利用这种方法,首次成功合成了分别混合5种和6种金属的多元合金纳米颗粒。该方法有助形成新的物质群和开拓新领域,开发出目前尚未发现的新型功能材料。

       东北大学与美国华盛顿大学以及日本电气硝子公司通过共同研究,开发出了能以均等强度强烈吸收所有可见光(波长400—700纳米)的黑色涂层材料。如此一来,被视为液晶显示屏缺点的暗色显示将变得更加美观。而且,该涂层材料还能提高包括有机EL显示屏在内的所有显示屏的可设计性。

       以色列

       双层涂料能吸热制冷,太空材料可造人工骨骼

       以色列初创公司发明了双层涂料,它能吸收太阳热能,同时将吸收的热能用来制冷。太阳光能越强,涂层制冷能力越高。该涂层材料几乎可以用于商场、公寓楼、交通工具、卫星等任何一个物体的表面,且对环境无害,使用寿命为10—15年。

       科学家发现卤化物钙钛矿等材料内部存在着自我修复功能,该发现不仅可以促进卤化物钙钛矿的使用(如获取太阳能),而且可以帮助寻找用于制造电子设备的其他自愈材料。

       医务人员将由高分子聚合物构成的太空新材料MP1制造成人工骨骼,用于矫形外科手术中代替人体关节,从而开创了关节替代新疗法。

       俄罗斯

       尖端领域用新材料成果迭出,石墨烯改性助力量子计算机研发

       2018年,俄科学家在新材料领域取得了一系列新成果:

       托木斯克工业大学科学家利用聚合物纤维和亚麻纤维研发出高强度复合材料,具有重量轻、强度高的特性,未来可广泛应用于航空、航天和汽车工业等领域;

       远东联邦大学和俄科学院远东分院学者在极端条件下,合成出粉末混合物材料,主要成分是铪的碳化物和氮化物,熔点达到4400开尔文,超过世界上最难熔材料五碳化四钽铪(Ta4HfC5)的熔点4200开尔文纪录,该材料将主要应用在国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等尖端领域;

       俄远东联邦大学自然科学学院的科研团队研制出新型Nd:YAG光学纳米陶瓷材料,含有高达4%钕离子活性添加剂,具有优良的物理机械性能,可作为地面及空间光学通讯设备材料,用于制造高精度距离测量及污染监测的仪器,以及开发新型激光加工、信息记录与存储方式等。

       在石墨烯改性处理方面,莫斯科罗蒙诺索夫国立大学化学家合成出了一种外形酷似水母的特殊类型石墨烯纳米粒子,这些粒子的结构使其可被用于催化过程及制造导电聚合物,可用来制造超级电容器和电池的电极;

       圣彼得堡国立大学和托木斯克国立大学的俄科学家参与的国际研究团队对石墨烯进行了改性处理,赋予了其钴和金磁性和自旋轨道耦合的特性,有助于改善量子计算机。

       德国

       首测二维材料力学性能,优化利用稀土和永磁体

       萨尔州大学的物理学家哈特曼和莱布尼茨新材料研究所的研究人员合作,通过对石墨烯进行扫描隧道显微镜测量,首次能够表征原子级薄膜材料的二维力学性能,为其从传感器、处理器到燃料电池等广泛应用开辟了新的途径。

       德国弗劳恩霍夫协会下属的8家研究所联合开发出了优化稀土使用的解决方案。一种是采用新的解决方案可使稀土材料用量减少五分之一;另一种是将电动机、风力涡轮机或汽车上回收的永磁体重新再利用,通过纯氢处理将永磁体分解成微小颗粒,然后重新浇注或烧结,再生磁铁可达到新磁铁容量的96%。

       此外,德国尤利希研究中心专家开发出了一种新的固态电池,其充放电过程的充电率比文献记载的固态电池高出10倍。新电池组件由磷酸盐化合物制成,材料经过化学和机械性能的最佳匹配,实现电池持续良好的可通性。一般固态电池再次充满需要约10—12个小时,新型电池不到一个小时就能充足电,有望用于电动汽车、航空航天、智能住宅和医疗器械等众多领域。

       韩国

       升级表面活性剂材料,低温合成大面积石墨烯

       韩国研究团队成功开发出利用基因工程改造过的大肠杆菌和葡萄糖制造芳香族聚酯塑料的技术;利用纳米粒子研制出新一代表面活性剂;使用钨硒二维纳米膜与一维氧化锌纳米线研发出新一代宽光谱二极管感光元件;成功开发出以新型纳米复合体(氟化锡SnF2)和碳素为基础的钠离子电池用负极材料,成功将钠离子电池容量提高约两倍。

       此外,韩国大学利用二氧化硅纳米材料制造出高灵敏度、透明且柔软的压力传感器,在无源工况下利用离子的移动传输外部刺激信号,对血压、心电、物体表面特性等具有精密感应能力;利用钛金属开发成功高品质的大面积石墨烯低温合成技术;模拟电鳗发电原理和结构开发出微型高电压能量发生器,利用数千个能量发生器集群产生600伏电压。


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