2008年世界科技发展回顾•新材料

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2008年世界科技发展回顾•新材料
   美国:纳米材料、超材料领域建树颇丰，在电能转换和低能耗产品方面有诸多进展，开发出多种纳米送药工具。
　　毛黎（本报驻美国记者）2008年1月，美国加州大学圣克鲁兹分校结合掺杂氮元素和利用能强吸收可见光的量子点的方法，成功研制出一种能将太阳能高效转换成电能的纳米薄膜材料，不仅可吸收广泛的光能，极大提高光电转化率，且可用于其他能源技术。   

　　美国赖斯大学开发出一种由直立排列的碳纳米管构成的纳米材料，其对可见光的吸收率超过99.9％，是目前已知的颜色最黑的材料，可用于国防或制造高效太阳能板，也有望用于改善一些光学天文观测仪器的观测质量。   

　　2月，美国佐治亚理工学院发明可利用人体运动产生电力的新型纳米纤维，这种比发丝还细1000倍的纤维材料可用来设计、织造“智能布”，每平方米织物输出功率可达80毫瓦，足以驱动iPod播放器或者为手机电池充电，生物医学领域以及环境监测使用的微型传感器也可靠它供电。   

　　3月，美国通用电气公司首次成功采用卷对卷的“旋涂”方式生产有机发光二极管（OLED），具有轻薄、可弯折及高效能的特点，这将大幅降低生产成本，实现照明方式和平面显示技术的飞跃。   

　　美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发出一种高功率纳米材料，可将核燃料及核反应产生的放射线直接转换成电能。这项工作具有创新性，可能会对核动力的前景产生重大影响。   

　　4月，美国科学家利用纳米重力计质量检测技术，发现含钛过渡金属乙烯复合物可吸附高达12%重量比的氢气，大大高于美能源部预定在2010年达到重量比为5.4%的储氢能力目标，使过渡金属乙烯复合物成为大有前景的储氢材料家族的最新成员。   

　　7月，美国麻省理工学院发明一种新颖的太阳能聚光器，利用一种混合涂料，可将每个太阳能电池收集的能量提高40倍以上，同时可大幅减少光传送损失，降低发电成本。   

　　美国伦斯勒理工学院开发出一种由碲化铋和硫化铋两种单晶材料组成的生长晶体纳米棒，并能通过控制温度、时间和生物分子表面活化剂的用量，来控制纳米棒的形状。这是大规模复合纳米材料合成的重要进展，这种结构有助于将电器产生的热能带走或利用热能发电，利用该技术有望获得更小更有效的散热泵和其他利用热能发电的装置。   

　　8月，美国加州大学伯克利分校在超材料领域获得两项重大突破，在世界上首次设计出能逆转可见光和近红外光的传播方向，折射物体周围可见光的3D材料，常在虚幻世界里出   

　　现的隐身衣将因这一突破而成为现实。这种材料还将有助于高清晰光学图像的成像基础研究，制造用于高性能电脑的超小型集成电路等。   

　　美国科学家8月19日宣布发明厚度不足0.5毫米，极具弹性的超轻薄膜，可保护飞行器免遭外太空极冷或极热气候条件的威胁，并能承受微小陨石的撞击。这种薄膜还有可能供气候条件变化剧烈的国家使用来建造房屋，更好地控制温度。   

　　10月，中美科学家宣称制出一种比传统碳纤维更轻更柔韧，介于碳纤维和碳纳米管之间的海绵式碳管，内侧仅厚1.4微米，具有很好的渗透性和导电性，可用来制造高强度物质，并有可能在纺织物电子学方面大展拳脚。   

　　美国佛罗里达州立大学正在开发一种神奇的纳米纸，由粗细只有人发直径5万分之一的管状碳分子制成，强度是钢的500倍，具有导电和散热性能，未来有望用来生产更轻、更节能的飞机和汽车、效能更强大的电脑、清晰度更好的电视等多种产品，从而有可能引发材料学和制造业的一场革命。   

　　11月，美国麻省理工学院在构成太阳能电池的超薄硅薄膜的正面增加了一种增透膜，在背面增加了由多层反射膜和衍射光栅组合成的精细结构，成功地使太阳能电池的电能输出提高了50%，并由此开发出了首款光学晶体薄膜太阳能电池模型，且转化效率还有35%%的提高空间。   

　　12月初，美国德克萨斯大学和休斯顿大学联手研制出纳米级压电材料，能将声波变成驱动低能耗电子产品的电能，而且发现厚度为21纳米的压电材料转化声波的能力最强，能将声波能量转化成电能的效率提高100%。该新发现将会对低能耗电子产品带来极大影响。   

　　12月8日，美国仁斯里尔工业学院宣布将直径为1纳米至10纳米的钴纳米结构团成功镶嵌于多层碳纳米管中，开发出一种检测纳米材料磁性特征的新方法。这不仅为基础和应用物理研究开创了新方法，而且有望帮助科学家利用磁性自由度，为增加碳纳米管电学功能铺平道路。   

　　12月中，美国科学家用碳纳米管制成细胞“嗅探器”，能够探测活细胞中的致癌毒素或追踪癌症药物的效用，可用于化疗监测。   

　　此外，美国科学家还开发出多种纳米送药工具，向治疗癌症迈出新步伐。加州大学洛杉矶分校设计出第一种由光驱动的“纳米机器”，麻省理工学院开发的“纳米背包”，加州大学圣迭戈分校和麻省理工学院联手研制出的“纳米蠕虫”等，在精确输送药物和癌症诊疗等领域有广泛应用前景。   
　　   

　　英国:在纳米微结构领域有多项进展，首次证实碳纳米管对生物体的伤害性。   

　　何屹（本报驻英国记者）英国兰卡斯特大学设计出一款纳米马达，由双壁碳纳米管构成，以电子或光子中的动量变化产生的电子“风”来驱动。这种新型驱动机制也许会对未来的纳米机电结构技术研发有所帮助。   

　　英国帝国理工学院通过对PFO塑料材质的分子结构进行改进，最终解决了塑料激光二极管的制造难题。这种新型材料可比原材料多传递200倍的电荷却不会损耗其发光效能，同时也提高了激光的产生能力，可产生从近紫外到近红外的更广泛的波长。   

　　苏格兰研究人员成功创建了只有1纳米厚的坚固和灵活的表面自组装结构，可在较大区域构筑出一个很容易进行修改的分子网络，从而在开发用于先进传感器、催化剂和纳米电子设备的微结构方面迈出关键一步。   

　　英、美等国科学家发现，如果吸入足够数量的石棉状碳纳米管，有可能引发罕见的恶性间皮瘤。此项研究首次显示碳纳米管可能会伤害生物的间皮细胞。   

　　英国科学家用目前世界最薄材料石墨烯，制出1个原子厚、10个原子宽的超小型晶体管，该技术朝着制造可靠纳米级超小型晶体管的方向迈出重要一步。   

　　英国剑桥大学科学家首次确定了室温超导的一个关键成因，证实在超导性中扮演重要角色的电荷“空穴”载体源于氧化铜超导体的   

　　内部电子结构。这项成果对于揭秘将空穴结合在一起的“胶”，并确定是什么使其能够超导至关重要。   

　　英国萨里大学发明一种制造超小纯碳晶体的方法，完全由球形碳“巴克球”分子（C60）即富勒烯构成。该方法通过将一种含有低温C60的液体与另一种液体相混合，从而快速获取宽度约80纳米的富勒烯菱形晶体，其形状还可经由溶剂、浓度与温度的变化而加以控制。这项新进展不仅能大幅提高纳米级富勒烯晶体的生产能力，还可增强有关纳米装置的理想特性。   
　　   

　　德国:试运行首个碳纤维废料回收再生装置。   

　　顾钢（本报驻德国记者）德国一家再生材料公司开发出一种新工艺，可以使碳纤维复合材料得到有效再生利用，首个试验装置已投入运行。再生后的碳纤维长度较短，强度有所降低，可以用于飞机内饰和其他要求不太苛刻的复合材料部件。仅欧洲每年的碳纤维废料就有约400吨至1000吨，因此碳纤维回收再生具有很大的市场前景。   
　　   

　　日本:制出可导电橡胶，朝可变形电路迈出重要一步。   

　　陈超（本报驻日本记者）2008年7月，山口大学教授合田公一等人开发出一种复合材料，其原料是生产衣服用的天然苎麻纤维和以玉米为原料生产的生物可降解塑料。综合测试显示，新材料的强度是玻璃纤维强化塑料的1.5倍，今后有望代替后者应用于汽车和飞机上。   

　　日本东京大学科学家将碳纳米管与氟化共聚物混合在一起，研制出可导电橡胶，朝制造可变形电路迈出重要一步。这种高技术材料首次解决了金属所面临的能导电但无法伸展的问题。该重要发明有助于实现将人体与电子装置和器件一体化的构想，将来可做成机器人   

　　的可伸缩电子皮肤、有弹性的集成电路等。   

　　11月，日本岛根大学中村守彦教授领导的研究小组开发出一种在光线照射下能发出荧光的氧化锌纳米粒子，其发光稳定且安全，生产成本不到绿色荧光蛋白的百分之一。由于氧化锌无毒，安全性高，人体不会产生排异反应，可应用于尖端医疗领域。   
　　   

　　法国:可自我修复的弹性材料进入实用化，研制出世界首颗移植式人造心脏。   

　　李钊（本报驻法国记者）2008年2月，法国一科研小组利用从植物中提炼出的脂肪酸合成了一种可以不借助任何黏合剂就能自我修复的弹性材料物质。目前，法国阿科玛集团正在对两大系列的这类新材料产品加以改进和完善，包括耐高温、不变形的超级沥青和对各种溶媒有强抵抗力的超大分子材料塑料制品，预计两年内即可正式投放市场。   

　　10月，巴黎庞比杜医院研制出世界第一颗可移植式人造心脏。它的大小与人类心脏相当，上面覆盖有经过特殊处理的组织以避免引起排异反应，尤其是血栓的形成，并且还能立即对血压的变化做出反应，根据情况以相应的心率进行搏动。这种将动物组织、金属钛和导弹技术完美融合在一起的人造心脏，可完全替代人类心脏，挽救等待心脏移植手术患者的生命。   

　　   
　　以色列:生产出高强度医用纳米纤维。   

　　郑晓春（本报驻以色列记者）以色列技术学院机械工程系和海法卢瑟贝瑞纳米技术研究所的科学家，利用从牛血中提取的天然蛋白，制成一种可用来生产新一代医用缝合线和绷带的纳米纤维，并且生物兼容性好，持久耐用。除应用于医疗外，这种纤维在电子、航空航天、服装等领域也具有广泛前景。   

　　   
　　乌克兰:异形蓝宝石加工、纳米级碳纤维材料制造等工艺获突破。   

　　程刚（本报驻乌克兰记者）蓝宝石因其独特的物理和化学特性，是制造光学设备、电子仪器的理想材料，在医学上也被广泛应用。乌克兰国家科学院单晶体研究所研发的异形蓝   

　　宝石加工工艺，可以确保从任意异形蓝宝石中得到形状样式各异的成品部件。   

　　乌克兰表面化学研究所研制出了一种制备纳米级复合材料的新方法，可在厚度为10纳米至100纳米之间的热扩散石墨鳞片边缘生成直径为10纳米至20纳米的含碳导管，及直径小于100纳米的含碳纤维，适用于机械制造、化工生产和医疗等领域。   

　　   
　　南非:开发出轻型结构材料铸造技术。   

　　李学华（本报驻南非记者）南非科技与工业研究会（CSIR）在利用钛、镁、铝等轻金属和复合材料制造轻型结构材料方面占据领先地位，现已开发出一种流变铸造专利技术，并完成了130吨和630吨高压铸造单元的安装，为该技术在汽车和航空零部件产业的工业化应用提供了试验条件。   

　　南非科技与工业研究会还发现龙舌兰不仅可以用来制造酒精饮料，该植物的各个部分都可以被成功地用于造纸、汽车工业用复合材料、医药及食品工业等多个不同领域，可以说是“零废物”利用。   

　　   
　　俄罗斯:制造出机身为完全复合材料的飞机。   

　　张浩（本报驻俄罗斯记者）2008年10月，俄罗斯“航空复合材料技术”企业向媒体透露，该企业研制成功一款机身完全用复合材料制作的飞机。这款两座轻型商用飞机代号“AKT-001”，装配了宝马公司生产的水平对置发动机，使用95号汽油而不是航空燃油。该飞机尾翼能够快速拆卸，在公路上可以用汽车拖拉牵引，并可停放在普通车库内。   


　　加拿大:发现介于二维和三维之间的物质。   

　　杜华斌（本报驻加拿大记者）加拿大麦吉尔大学的研究人员发现了一种被称为“准三维电晶体”的新的物质形态，它并非真正的三维物质，而是介于二维和三维之间的一种物质。研究人员认为应用这一发现将有可能制造出体积更小、存储量更大的计算机芯片，极大地延长摩尔定律的寿命。   
   
  (来源:科技日报)