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hulaotu金蟲 (正式寫手)
松原夢(mèng)空間心理咨詢室
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【討論】【轉(zhuǎn)載】師昌緒 徐堅(jiān)：材料科學(xué)成為人類進(jìn)步的強(qiáng)大“引擎”
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材料科技的進(jìn)展成為人類進(jìn)步的強(qiáng)大“引擎”�！督袢詹牧稀�2007年在評(píng)價(jià)材料科學(xué)時(shí)，將國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖、掃描式探針顯微鏡、巨磁電阻效應(yīng)、半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管、美國(guó)國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃、碳纖維復(fù)合材料、鋰離子電池材料、碳納米管、軟刻蝕、超材料等作為50年十大進(jìn)展。到2009年，這一評(píng)價(jià)依然具有戰(zhàn)略性的指導(dǎo)意義。 2009年最典型的材料技術(shù)進(jìn)展當(dāng)屬美國(guó)波音公司787型“夢(mèng)想”客機(jī)，12月15日在美國(guó)華盛頓州首次完成試飛。787項(xiàng)目于2004年4月啟動(dòng)，新型客機(jī)載客量最高可達(dá)250人，最大航程14000公里。飛機(jī)大量采用碳纖維等輕型復(fù)合材料，達(dá)到了史無(wú)前例的50%，新型客機(jī)具有排放量低，比同等大小的其他型號(hào)客機(jī)節(jié)省燃油20%，并能讓乘客享受到更舒適的旅行環(huán)境。波音787型“夢(mèng)想”客機(jī)成為材料技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的一個(gè)范例。 2009年材料科學(xué)最引人注目的事件莫過于瑞典皇家科學(xué)院因高錕等三人在“用于光學(xué)通信的光在纖維中傳輸?shù)耐黄菩猿删汀保瑢⒔衲曛Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了他們。10月6日諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)如此形容高錕等在光學(xué)通訊上取得的開創(chuàng)性成就：“光流動(dòng)在細(xì)小如線的玻璃絲中，它攜帶著各種信息數(shù)據(jù)傳遞向每一個(gè)方向，文本、音樂、圖片和視頻因此能在瞬間傳遍全球�！睂�(shí)際上，早在上世紀(jì)30年代，已有用于內(nèi)窺鏡傳導(dǎo)光線的光纖，但由于光線在傳輸過程中損耗率過高，傳輸光信號(hào)的光導(dǎo)纖維一直沒有取得進(jìn)展。1966年7月，高錕領(lǐng)導(dǎo)的課題小組在深入研究了玻璃介質(zhì)傳輸損耗后，在《英國(guó)電機(jī)工程師學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了研究論文——《介電波導(dǎo)管的光波傳送》，開創(chuàng)性地提出制造光導(dǎo)纖維主要材料的玻璃純度是減低光能損耗的關(guān)鍵，熔煉石英正是可以制造高純度玻璃的材料。 1971年首條1公里長(zhǎng)的光導(dǎo)纖維問世，第一個(gè)光纖通訊系統(tǒng)也在10年后投入應(yīng)用；在隨后短短幾十年間，全球光纖總長(zhǎng)度已超過10億公里，并以每小時(shí)增加數(shù)千公里的速度擴(kuò)展，這一技術(shù)發(fā)明標(biāo)志著通訊革命的晨曦，使人類真正地進(jìn)入了信息時(shí)代，從而改變了全球通訊的面貌。如今，人們可以在互聯(lián)網(wǎng)中暢游、欣賞高清晰電視轉(zhuǎn)播節(jié)目、與千里之外的友人通話，或者躺在病床上接受胃鏡檢查，這些徹底改變著人類的生活方式，主要?dú)w功于英籍華裔科學(xué)家高錕發(fā)明的“光導(dǎo)纖維”。 2009年的十大科技成就中，美國(guó)科學(xué)家用直線加速器相干光源在世界上首次制成超快X射線激光，這是一種強(qiáng)有力的研究工具，能對(duì)進(jìn)行中的化學(xué)反應(yīng)拍攝快照，改變材料的電子結(jié)構(gòu)。令人矚目的是，中國(guó)上海同步輻射光源在歷經(jīng)數(shù)年的建設(shè)后，2009年投入正式運(yùn)行，作為世界上第三代同步輻射裝置，為中國(guó)和世界材料科學(xué)和技術(shù)研究提供了強(qiáng)有力的手段和工具。 石墨烯（Graphene）被《科學(xué)》列為2009年十大科技進(jìn)展之一，這是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種新型碳材料，可成為構(gòu)建其他維度碳材料（如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨等）的基本單元。石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能，有望在高性能納電子器件、復(fù)合材料、場(chǎng)發(fā)射材料、氣體傳感器、能量?jī)?chǔ)存等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，石墨烯正迅速成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，其中包括制備大尺寸石墨烯薄膜、研制全新器件和石墨烯電子器件等。 隨著對(duì)其性質(zhì)研究的不斷深入，有可能成為電子行業(yè)硅材料升級(jí)換代的一類新材料。 美國(guó)得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校在甲烷和氫的混合氣中通過化學(xué)氣相沉積法在銅箔上制備出石墨烯，首次證明在平方厘米區(qū)域內(nèi)幾乎全被單層石墨烯覆蓋，開發(fā)出可以在一系列有機(jī)溶劑中制備分散的、化學(xué)改性的石墨烯薄片的新方法。美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校將氧化石墨紙置于純肼溶液中，將氧化石墨紙還原成單層石墨烯電導(dǎo)材料，面積達(dá)到20μm×40μm，產(chǎn)量是以前化學(xué)方法三倍以上。韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)在石墨烯層上規(guī)整排列ZnO納米棒，制備出一種新型的ZnO-石墨烯雜化結(jié)構(gòu)，光透過率達(dá)70%～80%。IBM Thomas J. Watson研究中心研發(fā)出速度最快的石墨烯晶體管，工作頻率為26 GHz。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)通過對(duì)石墨烯進(jìn)行可逆加氫制備出一種全新的石墨烷材料（graphane）。 2008年2月，日本東京工業(yè)大學(xué)Hideo Hosono教授的研究小組發(fā)現(xiàn)鐵基超導(dǎo)材料LaO1-xFxFeAs的臨界溫度可以達(dá)到26 K，這一突破性進(jìn)展開啟了科學(xué)界新一輪高溫超導(dǎo)研究的熱潮。隨后，科研人員在這一體系中展開了積極的實(shí)驗(yàn)和理論研究。中國(guó)的科研機(jī)構(gòu)，特別是中國(guó)科學(xué)院迅速開展了卓有成效的研究工作，在這一輪的高溫超導(dǎo)研究中占據(jù)了重要位置。有關(guān)鐵基超導(dǎo)材料在2009年更多是側(cè)重于其性質(zhì)的基礎(chǔ)理論解釋。隨著超導(dǎo)溫度的不斷提高，對(duì)其背后隱藏的科學(xué)原理的深入探究是超導(dǎo)材料領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)展的推動(dòng)力之一。 自1991年碳納米管（CNT）被日本學(xué)者Iijima發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于碳納米管具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，始終是材料研究的熱點(diǎn)，2009年碳納米管物理性質(zhì)研究，如載流能力得到翻倍，同時(shí)在醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域應(yīng)用研究不斷拓展，制備和產(chǎn)業(yè)化研究也取得了新進(jìn)展。美國(guó)麻省理工學(xué)院研究表明，可以在無(wú)金屬催化劑下制備碳納米管，碳納米管在細(xì)胞中含有DNA破壞物質(zhì)時(shí)，該物質(zhì)會(huì)與包裹CNT的DNA發(fā)生反應(yīng)，通過熒光狀態(tài)就可判斷出何種DNA破壞物質(zhì)。意大利里雅斯特大學(xué)和瑞士洛桑理工學(xué)院聯(lián)合研究表明，CNT是一種理想的智能大腦材料，可用做中樞神經(jīng)系統(tǒng)外傷性損傷治療的新型材料，碳納米電極還可以取代金屬用于帕金森氏癥等的大腦深度刺激治療。美國(guó)戴頓大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，氮摻雜的碳納米管將有可能替代燃料電池中價(jià)格昂貴的鉑催化劑，從而有可能解決鉑資源不足及降低燃料電池成本。美國(guó)、以色列聯(lián)合研究小組開發(fā)出碳納米管產(chǎn)業(yè)化加工的新方法。利用氯磺酸作為納米管的真正溶劑，能夠大批量加工納米管。 2009年由于全球氣候變化和能源緊缺，新能源材料在實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，其研究風(fēng)生水起，以硅半導(dǎo)體材料為代表的太陽(yáng)電池材料、以儲(chǔ)氫合金為代表的鎳氫電池材料、以電極材料為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料、相變儲(chǔ)能材料、受控?zé)岷朔磻?yīng)堆材料以及其他儲(chǔ)能電池材料等，尤以發(fā)電電池和儲(chǔ)能電池材料的研究最為突出。美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、德拉華大學(xué)和葉史瓦大學(xué)聯(lián)合研究小組將鉑和銠原子通過碳固載在SnO2納米顆粒上，研制出燃料電池的新催化劑，可將乙醇高效地氧化成CO2等主要產(chǎn)物。加拿大滑鐵盧大學(xué)開發(fā)出鋰硫電池，電化學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)異，容量高達(dá)理論容量80%，是鋰過渡金屬氧化物陰極能量密度的3倍，且循環(huán)穩(wěn)定性較好。德國(guó)弗朗霍夫電子納米系統(tǒng)研究所通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)研制出重量<1 g、厚度<1 mm新型電池。 在超材料研究領(lǐng)域，由于超材料的出現(xiàn)顛覆了一些基本的自然規(guī)律，這一新的觀念尚未被學(xué)術(shù)界，特別是材料學(xué)界完全接受，但作為一種材料設(shè)計(jì)理念，已開始為越來(lái)越多的學(xué)者所關(guān)注。美國(guó)杜克大學(xué)和東南大學(xué)開發(fā)出大小20英寸×4英寸、高度<1英寸、由一萬(wàn)多片用銅浸蝕玻璃纖維材料而制成的新裝置，幾乎能夠遮蔽全部波譜范圍內(nèi)的波。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)開發(fā)了世界上首個(gè)聲學(xué)超材料：“超級(jí)透鏡”，大幅度提高聲學(xué)成像的清晰度和精確度，對(duì)高分辨率超聲波成像、建筑和橋梁的無(wú)損結(jié)構(gòu)探傷以及水下隱蔽技術(shù)具有重要的應(yīng)用前景。加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校研制出 “記憶超材料”，其電磁性能可根據(jù)所施加電壓或光進(jìn)行暫時(shí)調(diào)整。 半導(dǎo)體材料與光電子材料、光子材料、新型元器件材料等構(gòu)成了信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。美國(guó)Polyera公司的研究人員開發(fā)了新型的基于萘二甲酰亞胺（naphthalene- dicarboximide）和苝二甲酰亞胺（perylenedicarboximide）的聚合物，可以輕易地接受低能電子，形成排列非常整齊的骨干結(jié)構(gòu)，使得電荷可以高效通過，該低成本、穩(wěn)定的有機(jī)半導(dǎo)體聚合物彌補(bǔ)了目前n型有機(jī)半導(dǎo)體材料的空白。美國(guó)羅徹斯特大學(xué)制備出一種能持續(xù)發(fā)光的納米晶體，有望用于研制更加廉價(jià)更多用途的激光、更加明亮的LED，同時(shí)能夠作為高精度跟蹤藥物與細(xì)胞的交互作用的生物標(biāo)記物。 多孔材料所具有的孔道大小均勻、排列有序、孔徑可調(diào)等特性，使其在分離提純、生物材料、催化、新型組裝材料等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。美國(guó)密歇根大學(xué)通過配位聚合技術(shù)，制備得到一種新的多孔材料UMCM-2，其比表面積超過5000 m2/g。新加坡生物工程與納米科技研究院以N，N-二甲基-L-苯基丙氨酸作為表面活性劑模板，通過自組裝過程合成出世界上第一種由三個(gè)交織但不互聯(lián)的通道組成的三維連續(xù)介孔SiO2材料，孔徑為2～50nm。 生物醫(yī)用材料是用于診斷、治療、修復(fù)或替換病損組織、器官或增進(jìn)功能的天然或人造高技術(shù)新材料，生物醫(yī)用材料迅猛發(fā)展的主要?jiǎng)恿?lái)自人口老齡化、中青年創(chuàng)傷的增多、疑難疾病患者的增加和高新技術(shù)的發(fā)展，盡管全球醫(yī)學(xué)材料應(yīng)用已達(dá)90多個(gè)品種、1800余種商品，但生物醫(yī)用仿生材料和人工器官設(shè)計(jì)與制造仍存在很多關(guān)鍵技術(shù)亟待突破，其材料與生物相容性研究將是一個(gè)永恒的主題。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)將可生物降解納米纖維進(jìn)行旋涂電紡，通過外科手術(shù)移植到受傷的部位，加速肌腱生長(zhǎng)和修復(fù)，可大大縮短愈合時(shí)間。日本早稻田大學(xué)、防衛(wèi)醫(yī)科大學(xué)從螃蟹殼和海帶中提取的殼聚糖、海藻酸鈉合成出一種手術(shù)用的納米薄膜，制成厚度在30～1500nm的醫(yī)用“膠布”，可以用于修補(bǔ)身體內(nèi)部的傷口之后在體內(nèi)降解，克服了現(xiàn)有醫(yī)用黏合劑黏接部位容易出現(xiàn)并發(fā)癥的弊端，并有助于縮短手術(shù)時(shí)間。 中國(guó)的材料科技進(jìn)展 湯姆森路透集團(tuán)2009年11月2日公布了一份關(guān)于中國(guó)科技論文位居世界第二的報(bào)告中指出，中國(guó)研究人員撰寫的科技論文增加了一倍以上，在數(shù)量上僅次于美國(guó)。報(bào)告說：“中國(guó)科技論文的相對(duì)增長(zhǎng)幅度非常驚人，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界其他地方�！敝袊�(guó)科研人員研究工作集中在自然科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域，特別是材料科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)方面。該報(bào)告指出，中國(guó)的研究活動(dòng)大多集中在材料及技術(shù)領(lǐng)域，可以看出中國(guó)擺好了在多個(gè)行業(yè)發(fā)揮主導(dǎo)作用的架勢(shì)。報(bào)告還指出：“中國(guó)牢牢控制創(chuàng)新材料領(lǐng)域，這可能會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。利用這些技術(shù)的工業(yè)領(lǐng)域大多直接或間接地依賴來(lái)自于中國(guó)的研究成果�！� 我們還應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，雖然我國(guó)論文數(shù)量增長(zhǎng)很快，但引用率不高；這些論文中也包括在國(guó)外留學(xué)和工作的中國(guó)籍公民；特別應(yīng)該指出的是我國(guó)還很少有世界影響的科學(xué)期刊，這些問題不解決，難以成為科學(xué)技術(shù)強(qiáng)國(guó)。 到2009年6月，中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)在《自然》上發(fā)表了81篇論文，《科學(xué)》上發(fā)表了59篇論文，《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上發(fā)表論文5篇。2009年在《自然》和《科學(xué)》上共計(jì)發(fā)表了5篇涉及材料科學(xué)技術(shù)的論文。 中科院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室早年發(fā)現(xiàn)銅的納米孿晶有奇異特性，2009年盧磊研究小組與盧柯、丹麥Ris?覬可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室黃曉旭又合作研究了具有不同孿晶層厚度的納米孿晶純銅的極值強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度隨孿晶層厚度下降而提高，在15nm時(shí)達(dá)到極值，隨后伴隨應(yīng)變硬化和拉伸塑性的增加而逐步軟化，研究表明，納米孿晶純銅極值強(qiáng)度的出現(xiàn)，是由于隨孿晶片層尺寸減小塑性變形機(jī)制從以位錯(cuò)孿晶界相互作用主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓪\晶片層結(jié)構(gòu)中預(yù)存位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)所致，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2009年1月30日《科學(xué)》上。 2009年3月12日《自然》上發(fā)表了鈉在高壓條件下可轉(zhuǎn)化為透明絕緣體的研究成果，吉林大學(xué)超硬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬琰銘研究小組與國(guó)外合作者實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在約200GPa壓力條件下，Na可以轉(zhuǎn)化成為一種光學(xué)透明狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果顯示這種新構(gòu)象是一種寬帶隙絕緣體，具有六配位的高度壓縮的雙六角密堆晶體結(jié)構(gòu)。 中科院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室申文杰研究小組與合作者，成功制備出了結(jié)構(gòu)規(guī)整的四氧化三鈷(Co3O4)納米棒，其中活性(110)晶面占納米棒表面的40%以上，即使在-77℃溫度及水汽存在的條件下仍然可以實(shí)現(xiàn)Co的完全氧化，其反應(yīng)速率是通常Co3O4納米粒子的10倍以上。該Co3O4納米棒在接近汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)條件下(大量水汽和二氧化碳存在，150℃~400℃)表現(xiàn)出非常好的Co氧化性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。相關(guān)研究論文發(fā)表在2009年4月9日《自然》上。 中科院物理所北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）周興江研究組和聞海虎研究組在高溫超導(dǎo)體母體欠摻雜區(qū)費(fèi)米面形狀以及超導(dǎo)機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。周興江研究組與中科院理化技術(shù)研究所陳創(chuàng)天等合作，利用自主研制的超高分辨率真空紫外激光角分辨光電子能譜儀，在欠摻雜高溫超導(dǎo)體Bi2201中第一次直接觀察到費(fèi)米口袋，在正常態(tài)還進(jìn)一步觀察到費(fèi)米口袋和費(fèi)米弧的共存，研究結(jié)果發(fā)表在2009年11月19日《自然》上。 |
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中科院化學(xué)所北京分子科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌)韓布興和姜濤研究組發(fā)現(xiàn)，兩種普通的商用催化劑——負(fù)載型納米顆粒鈀和路易斯酸(如AlCl3)可促進(jìn)苯酚加氫生成環(huán)己酮的反應(yīng)。在1GPa大氣壓和50℃條件下，反應(yīng)7小時(shí)苯酚轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99.9％，而環(huán)己酮選擇性可大于99.9%。進(jìn)一步研究顯示，雖然路易斯酸本身不能催化苯酚加氫生成環(huán)己酮的反應(yīng)，但可大幅度提高鈀催化此反應(yīng)速度，同時(shí)可有效地抑制產(chǎn)物環(huán)己酮被進(jìn)一步加氫生成副產(chǎn)物反應(yīng)。相關(guān)研究論文發(fā)表在2009年11月27日《科學(xué)》上。 中山大學(xué)通過在多孔金屬多氮唑框架（MAF）的孔道開口加入柔性側(cè)基，獲得了一個(gè)具有開關(guān)效應(yīng)的新型多孔材料(MAF-2)，在298K和1個(gè)大氣壓下具有高乙炔吸附能力（70cm3/g）和高乙炔／二氧化碳吸附比（3.7），對(duì)乙炔的飽和吸附能力可達(dá)到119cm3/g，這相當(dāng)于其體積的20倍和目前氣體鋼瓶?jī)?chǔ)存乙炔能力的40倍，研究論文發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。中科院大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室制備三元光催化劑Pt-PdS／CdS，利用犧牲試劑在可見光下取得了93%的產(chǎn)氫量子效率，研究論文發(fā)表在《催化》上。 中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所研發(fā)出一種具有高吸收系數(shù)的有機(jī)染料C217，實(shí)現(xiàn)了寬光譜吸收。在以乙腈為電解質(zhì)溶劑的器件中達(dá)到了9.8%光電轉(zhuǎn)換效率，結(jié)合無(wú)溶劑離子液體電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.1%的長(zhǎng)期光熱穩(wěn)定的染料敏化太陽(yáng)電池。這兩項(xiàng)指標(biāo)均為有機(jī)染料敏化太陽(yáng)電池的最好結(jié)果，研究論文發(fā)表在《化學(xué)通訊》上。 中科院上海硅酸鹽研究所對(duì)La、Sn摻雜的PZT95／5型鐵電陶瓷研究，發(fā)現(xiàn)了一種電場(chǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的亞穩(wěn)態(tài)鐵電相(FEIN)，該FEIN相隨溫度升高而失穩(wěn)，發(fā)生FEIN-AFE相變。該相變伴隨有較大的極化變化，可獲得較高熱釋電響應(yīng)，峰值熱釋電系數(shù)可高達(dá)160×10-8Ccm-2K-1，是目前國(guó)際商用鈦酸鍶鋇BST熱釋電陶瓷的4~5倍，研究論文發(fā)表《應(yīng)用物理快報(bào)》上。 中科院物理所北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與國(guó)家納米科學(xué)中心合作，通過CNT形成連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使CNT與聚合物鏈在分子水平耦合，具有網(wǎng)狀納米管結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，與短CNT隨機(jī)分布加固復(fù)合材料相比，其強(qiáng)度發(fā)生了數(shù)量級(jí)增強(qiáng)，研究論文發(fā)表在《納米快報(bào)》上。中國(guó)科技大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）研究了吸附在Cu(100)表面的單個(gè)三聚氰胺分子可以通過人工單分子操控被改造為具有顯著整流效應(yīng)和開關(guān)效應(yīng)的雙重功能分子，實(shí)現(xiàn)了單分子機(jī)械開關(guān)效應(yīng)，相關(guān)研究發(fā)表在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上。 中科院物理所北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）制備出系列摻雜的高質(zhì)量氧化物超導(dǎo)體Bi2Sr2-xLaxCuO6單晶，獲得了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變熵的變化，欠摻雜銅氧化物超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變前后存在熵變，不滿足BCS物理圖像；在正常態(tài)已經(jīng)有部分電子庫(kù)柏對(duì)存在，而超導(dǎo)轉(zhuǎn)變則對(duì)應(yīng)于相位相干特性的建立，相關(guān)研究論文發(fā)表在《物理綜述快報(bào)》上。 以上描述了從不同著名期刊上所看到國(guó)內(nèi)外部分基礎(chǔ)研究成果，足以說明材料研究仍在高速發(fā)展，正在醞釀著新的突破。下面只是我國(guó)在材料領(lǐng)域的一些宏觀情況，包括人才、設(shè)施與材料產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。從2004年到2009年7月，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界的材料發(fā)明專利受理數(shù)共計(jì)403萬(wàn)件，其中日本、美國(guó)分別占總量的26%和25%。中國(guó)占17%，排在第三位，共79萬(wàn)件；位于第四位的韓國(guó)為7%。特別值得指出的是，從2008年起，中國(guó)發(fā)明專利受理數(shù)已超過日本和美國(guó)，數(shù)量位居世界第一，達(dá)到了28.5萬(wàn)件。 新材料領(lǐng)域初步形成了較完整的材料研發(fā)體系，擁有國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室24個(gè)、國(guó)家工程研究中心材料33家（80多家）、國(guó)家工程技術(shù)研究中心材料43家（141家）、國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)化基地52個(gè)、火炬基地103個(gè)、發(fā)改委國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地7家。材料領(lǐng)域人才隊(duì)伍日益壯大，擁有高端人才590余人，其中中科院院士105人、工程院院士120人、入選“長(zhǎng)江學(xué)者”、“百人計(jì)劃”370余人；企業(yè)科技人員約100萬(wàn)，其中傳統(tǒng)材料49.4萬(wàn)（工程師28萬(wàn)）、新材料50.7萬(wàn)（大學(xué)及以上學(xué)歷34萬(wàn)，其中研究生3.5萬(wàn)）；每年材料類大學(xué)畢業(yè)生4萬(wàn)余人、碩士4200余人、博士1100余人。 從我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)總體來(lái)看，鋼鐵、水泥、玻璃、紡織品等基礎(chǔ)原材料的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)總量穩(wěn)居世界前列，基本滿足國(guó)內(nèi)需求，成為基礎(chǔ)原材料世界生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，在我國(guó)工業(yè)體系中占有較大比重。新材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展很快，新材料產(chǎn)業(yè)通過自主創(chuàng)新，在一些領(lǐng)域具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如非線性光學(xué)晶體、納米碳管、高溫合金和功能陶瓷的研究和開發(fā)等方面初步形成了自身特色，通過材料領(lǐng)域科技成果的產(chǎn)業(yè)化，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供了一批關(guān)鍵新材料，如集成電路用配套材料、超級(jí)鋼、稀土功能材料、鎂合金等已實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)。總體而言，新材料產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模還不大，多數(shù)處于發(fā)展初期，產(chǎn)業(yè)呈集聚發(fā)展趨勢(shì)、區(qū)域特色明顯，形成了各有優(yōu)勢(shì)、各具特色的發(fā)展格局。新材料的研究、開發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用是我國(guó)從材料大國(guó)走向材料強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)志之一，必須引起我們的高度重視。 材料領(lǐng)域未來(lái)展望 當(dāng)今材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要方向包括了：結(jié)構(gòu)功能一體化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備及應(yīng)用過程綠色化。主要體現(xiàn)在： （1）信息材料向超高集成電路、超低線寬、器件微型化、多功能化、模塊集成化發(fā)展。信息載體由電子向光子發(fā)展，光通信、光傳感、光存儲(chǔ)、光轉(zhuǎn)換技術(shù)成為發(fā)展重點(diǎn)方向。DNA結(jié)構(gòu)微型芯片、壓電材料、信息存儲(chǔ)材料等值得高度關(guān)注。 （2）結(jié)構(gòu)材料向輕質(zhì)、高強(qiáng)高韌、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、低成本、環(huán)境友好、復(fù)合化、多功能化發(fā)展。以高性能、低成本制造技術(shù)為發(fā)展重點(diǎn)，向材料設(shè)計(jì)—制造—評(píng)價(jià)一體化、功能化（智能化以功能材料為基礎(chǔ)）的方向發(fā)展。 （3）功能材料在新型電池材料和超級(jí)電容器材料、稀土永磁材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)藥與仿生材料、超導(dǎo)材料等重點(diǎn)方向取得新突破。仿人機(jī)器人、骨整合技術(shù)值得關(guān)注。 （4）在材料共性關(guān)鍵技術(shù)方面，納米技術(shù)已經(jīng)成為世界高度關(guān)注點(diǎn)，實(shí)用化進(jìn)程加快，包括在納米生物傳感材料、生物醫(yī)用材料、紡織材料等。材料設(shè)計(jì)、制備、加工與綜合性能評(píng)價(jià)新技術(shù)使得材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐步實(shí)用化。材料智能化制備技術(shù)將材料設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、材料的合成制備及組織性能的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、反饋控制融為一體。 （5）材料的綠色制備技術(shù)、高效利用共性技術(shù)和工程化關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)成為提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，形成大規(guī)模、低成本、環(huán)境友好材料產(chǎn)業(yè)的迫切需求。 中國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展經(jīng)過30年的改革開放站在了新的十字路口，在“產(chǎn)業(yè)立國(guó)”的新歷史階段，中國(guó)的工業(yè)化之路也面臨新的選擇，從一個(gè)經(jīng)濟(jì)大國(guó)到一個(gè)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，新能源、新材料、信息產(chǎn)業(yè)、新醫(yī)藥、生物育種、節(jié)能環(huán)保、電動(dòng)汽車等七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，將成為我國(guó)在本輪國(guó)際金融危機(jī)背景下繼4萬(wàn)億元投資和十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃之后的新一輪刺激經(jīng)濟(jì)的方案。針對(duì)新材料成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，基于占我國(guó)GDP 28%、城鎮(zhèn)就業(yè)人口近50%的材料領(lǐng)域現(xiàn)狀，充分發(fā)揮材料領(lǐng)域科研成果和專利技術(shù)居世界前列的優(yōu)勢(shì)，材料應(yīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)，不僅要應(yīng)對(duì)金融危機(jī)和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快發(fā)展，以促進(jìn)產(chǎn)品升級(jí)換代和節(jié)能減排；也要催生新技術(shù)革命和培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，以支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的根本轉(zhuǎn)變。 材料領(lǐng)域?qū)?jiān)持滿足當(dāng)前需求與實(shí)施長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略相結(jié)合，堅(jiān)持新興產(chǎn)業(yè)培育與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整相結(jié)合，堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)與市場(chǎng)需求帶動(dòng)相結(jié)合，堅(jiān)持市場(chǎng)機(jī)制運(yùn)作與宏觀政策引導(dǎo)相結(jié)合，是未來(lái)材料領(lǐng)域發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)和重點(diǎn)。 努力培育半導(dǎo)體照明、新型顯示系統(tǒng)、高性能電池、稀土功能材料、高性能纖維及復(fù)合材料、軍民兩用材料等高成長(zhǎng)、高帶動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)生長(zhǎng)點(diǎn)。切實(shí)促進(jìn)具有廣闊的市場(chǎng)前景、資源消耗低、帶動(dòng)系數(shù)大、就業(yè)機(jī)會(huì)多、綜合效益好的新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 奮力搶占微電子/光電子材料與器件、新型功能與智能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、納米材料和器件、先進(jìn)超導(dǎo)材料、高效能源材料、生態(tài)環(huán)境材料等新材料技術(shù)制高點(diǎn)；開展材料設(shè)計(jì)、制備加工與評(píng)價(jià)，材料高效利用，材料服役行為和工程化關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。 設(shè)計(jì)是機(jī)械制造業(yè)的靈魂，材料是基礎(chǔ)，機(jī)械的高精度、長(zhǎng)壽命、高度自動(dòng)化是機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)必由之路，為此，必須加強(qiáng)材料與零部件制造技術(shù)研究與開發(fā)。大力推進(jìn)鋼鐵、有色、石化、紡織、輕工、建材等量大面廣的基礎(chǔ)性原材料產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵共性技術(shù)的重點(diǎn)突破；提升能源利用效率，降低污染物排放，以應(yīng)對(duì)氣候變化，落實(shí)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)。 “十二五”材料領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展將實(shí)施前瞻部署策略，科學(xué)把握新技術(shù)的原創(chuàng)點(diǎn)；實(shí)施集成創(chuàng)新策略，重點(diǎn)搶占前沿技術(shù)制高點(diǎn)；實(shí)施引領(lǐng)發(fā)展策略，著重培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)生長(zhǎng)點(diǎn)；實(shí)施重點(diǎn)跨越策略，始終立足產(chǎn)業(yè)化的著力點(diǎn)。切實(shí)加強(qiáng)我國(guó)材料高技術(shù)領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力，切實(shí)推進(jìn)材料領(lǐng)域低碳化、高值化發(fā)展，切實(shí)提升產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與國(guó)防安全提供強(qiáng)有力的材料支撐。 摘自：中國(guó)科學(xué)器材網(wǎng) http://bbs.yahoo.cn/simple/?t622850.html |
2樓2010-03-01 15:07:13
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