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2018年上半年世界前沿科技態勢——新材料篇

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美韓歐加強新材料研發部署。美國制造業前瞻聯盟發布報告《超材料制造——通向工業競爭力之路》,推動超材料制造技術研發及推廣,旨在為美國創新和經濟增長提供新機遇。韓國未來創造科學部發布《創新增長引擎》計劃,旨在通過創新引擎的發展為第四次產業革命做好準備,其中將先進材料列為產業基礎類的創新增長引擎,計劃至2022年成為世界第四大先進材料出口國,全球份額位列第五。歐盟委員會為其第九框架計劃確定新的六大關鍵使能技術,其中先進材料和納米技術作為一類關鍵使能技術,涉及高性能材料、智能材料、可持續材料、納米材料、生物材料和二維材料等。

人工智能技術助力新材料發現。瑞士洛桑聯邦理工學院研究人員采用人工智能算法,對10萬多種三維材料進行篩選后,發現大約2000種可以被剝離成二維結構的材料。美國西北大學研究人員利用人工智能算法加速發現新型金屬玻璃材料,將新材料的發現過程提速200倍。美國麻省理工學院研究人員利用人工智能算法自主從大量科技文獻中搜集新材料的“配方”,檢索包含“配方”段落的準確率高達99%,針對某個特定詞語的檢索準確率可以達到86%。

新能源材料加速實現突破。德國于利希研究中心成功研發出一種適用于鋰電池電極的新型納米復合材料,不僅能顯著增加電池的存儲容量和壽命,還可明顯提高電池充電速度。美國西北大學采用摻有鉻和釩元素的鋰鎂氧化物開發出新型正極材料,可大幅提高鋰離子電池容量,并且性能穩定,不容易退化。英國布里斯托爾大學和劍橋大學利用聚合物開發出高度有序的晶體半導體結構,可用于開發高效太陽能電池和光電探測器。

智能材料不斷取得新進展。美國卡內基梅隆大學人員開發出一種新型自我修復復合材料,可在極端機械損傷下實現自行修復,并可用于生產自修復電路。美國加利福尼亞大學通過模仿章魚皮膚,開發出一款可以通過改變紅外光的反射率來逃過紅外相機監測的“動態偽裝皮膚”。日本東京大學利用聚醚硫脲開發出一種可自愈的聚合物玻璃,可用作智能手機、電視機、平板電腦等電子設備的屏幕材料,其僅需在21攝氏度的室溫下稍加壓力30秒,即可形成牢固的連接。

復合材料制備技術出現新變革。美國麻省理工學院采用自主設計的“凝膠靜電紡絲”超細纖維生產工藝,開發出具有超常強度和韌性的聚乙烯納米纖維,成為防護裝甲和納米復合材料的新選擇。美國國家可再生能源實驗室利用玉米秸稈和小麥秸稈等植物廢棄部分,成功制造出碳纖維生產原料丙烯腈,能夠有效降低生產成本與污染。美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校開發出一種新型聚合物固化工藝,可從聚合物化學反應中獲得驅動能源,推動聚合物的固化過程,進而大幅降低生產能耗和生產時間。

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