縱觀歷史(shi)，人(ren)類社會生(sheng)產(chan)(chan)力的提升、政(zheng)(zheng)(zheng)治軍事的變(bian)革，背(bei)后往往伴隨著新(xin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的誕(dan)生(sheng)。可以說，人(ren)類文明的變(bian)革史(shi)，也是一部新(xin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)發現與(yu)(yu)利用的歷史(shi)。近(jin)幾十年(nian)來，眾多高(gao)新(xin)技術(shu)產(chan)(chan)業(ye)(ye)和(he)新(xin)興(xing)產(chan)(chan)業(ye)(ye)的發展，都以新(xin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)技術(shu)的突破為前(qian)提和(he)基礎，尤其是電(dian)子信息材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、新(xin)能(neng)源材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、生(sheng)物醫用材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)等極大地改(gai)變(bian)了(le)(le)人(ren)們的生(sheng)產(chan)(chan)生(sheng)活(huo)方式(shi)。當前(qian)，在(zai)全球新(xin)一輪(lun)科(ke)技與(yu)(yu)產(chan)(chan)業(ye)(ye)革命(ming)的大背(bei)景下(xia)，世(shi)界(jie)主要(yao)國家都將(jiang)發展新(xin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)作為主要(yao)的科(ke)技政(zheng)(zheng)(zheng)策之一，旨在(zai)搶占科(ke)技與(yu)(yu)產(chan)(chan)業(ye)(ye)發展的制高(gao)點。2020年(nian)，全球政(zheng)(zheng)(zheng)治經(jing)濟形勢發生(sheng)了(le)(le)深刻復雜的變(bian)化(hua)，世(shi)界(jie)經(jing)濟重(zhong)心調(diao)整、國際(ji)政(zheng)(zheng)(zheng)治經(jing)濟格局加(jia)速變(bian)化(hua)及國際(ji)貿易摩擦持(chi)續(xu)上演，這些給中(zhong)國新(xin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)產(chan)(chan)業(ye)(ye)升級帶來巨大的挑戰(zhan)，同時(shi)也帶來了(le)(le)新(xin)的機遇(yu)。在(zai)可見的未來，新(xin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)與(yu)(yu)消費電(dian)子、新(xin)能(neng)源汽(qi)車、人(ren)工智能(neng)、5G、智慧城市、智能(neng)家居及數(shu)字經(jing)濟等新(xin)興(xing)產(chan)(chan)業(ye)(ye)的發展將(jiang)會高(gao)度(du)融(rong)合，新(xin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)創(chuang)新(xin)的步伐將(jiang)會持(chi)續(xu)加(jia)速。

一、世界新材料技術及產業發展重要動向

近年來，綠色(se)可(ke)持(chi)續(xu)發展(zhan)、生態環保(bao)(bao)意識的(de)(de)(de)增強對(dui)新(xin)(xin)材料(liao)發展(zhan)提出(chu)了更高要求，新(xin)(xin)材料(liao)產業(ye)加速向(xiang)(xiang)高端化(hua)(hua)、綠色(se)化(hua)(hua)及智能化(hua)(hua)方(fang)向(xiang)(xiang)轉型升級。2020年，在(zai)國(guo)(guo)家(jia)政策和(he)下游市(shi)場(chang)的(de)(de)(de)雙重推(tui)動(dong)下，中(zhong)國(guo)(guo)新(xin)(xin)材料(liao)產業(ye)持(chi)續(xu)保(bao)(bao)持(chi)穩定增長的(de)(de)(de)態勢。據(ju)中(zhong)商產業(ye)研究院整理的(de)(de)(de)數據(ju)顯示(shi)，2019年，中(zhong)國(guo)(guo)新(xin)(xin)材料(liao)產業(ye)總產值為4.5萬(wan)億(yi)元，初步估算2020年全國(guo)(guo)新(xin)(xin)材料(liao)產值超(chao)6萬(wan)億(yi)元。2020年，逆全球(qiu)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)陰霾依(yi)舊濃重，針對(dui)某些(xie)國(guo)(guo)家(jia)和(he)地(di)區(qu)的(de)(de)(de)科技遏制仍(reng)在(zai)不斷上演，極大限制了這些(xie)國(guo)(guo)家(jia)和(he)地(di)區(qu)的(de)(de)(de)高技術發展(zhan)。與(yu)此(ci)同(tong)時，新(xin)(xin)冠(guan)肺炎(yan)疫情的(de)(de)(de)爆發給全球(qiu)高技術供應鏈帶來極大威脅。在(zai)此(ci)背(bei)景下，世界各國(guo)(guo)繼續(xu)保(bao)(bao)持(chi)對(dui)新(xin)(xin)材料(liao)研發的(de)(de)(de)高度(du)關注(zhu)，旨在(zai)以此(ci)推(tui)動(dong)電子信(xin)息(xi)、5G通信(xin)、新(xin)(xin)能源和(he)生物醫療(liao)等產業(ye)的(de)(de)(de)發展(zhan)變(bian)革。

（一）發達國家針對新材料領域展開新一輪布局

當(dang)前(qian)，世界主要(yao)國(guo)(guo)家(jia)普遍面臨人口老齡化、環(huan)境(jing)資源惡(e)化及經濟(ji)發(fa)展(zhan)緩慢等(deng)諸多挑戰。從(cong)全(quan)球范圍來看，科(ke)技(ji)強(qiang)國(guo)(guo)無一不在(zai)積極部署(shu)人工智能(neng)、先進制(zhi)造、新(xin)(xin)能(neng)源和生物醫療等(deng)前(qian)沿技(ji)術領域，致力于(yu)通過科(ke)技(ji)發(fa)展(zhan)解(jie)決人口、環(huan)境(jing)和經濟(ji)等(deng)方面的難(nan)題(ti)。新(xin)(xin)材料作(zuo)為發(fa)展(zhan)前(qian)沿技(ji)術的基礎，更(geng)受到世界各國(guo)(guo)的廣泛(fan)重視(shi)。2020年，美歐(ou)日等(deng)科(ke)技(ji)強(qiang)國(guo)(guo)和地區出臺的科(ke)技(ji)戰略或規劃中，都(dou)將新(xin)(xin)材料作(zuo)為未來的優(you)先研(yan)發(fa)事(shi)項，以支(zhi)撐(cheng)新(xin)(xin)興(xing)產業發(fa)展(zhan)。

（1）美國圍繞材料、化學領域制定新研究計劃

2020年7月，美(mei)國(guo)國(guo)家科學(xue)基(ji)(ji)金會先后宣(xuan)布向(xiang)“材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)科學(xue)與工程(cheng)中(zhong)心”和(he)(he)(he)“化學(xue)創新(xin)中(zhong)心”合(he)計投入約2.6億(yi)美(mei)元，旨在(zai)通過(guo)與跨(kua)學(xue)科、多機(ji)構的(de)(de)(de)(de)團隊開展合(he)作，應對相關領(ling)(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)挑戰，推(tui)動新(xin)技(ji)術(shu)(shu)發展。其中(zhong)，材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)領(ling)(ling)域(yu)正在(zai)新(xin)建3個新(xin)的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)中(zhong)心，研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)方(fang)(fang)向(xiang)包括(kuo)三大方(fang)(fang)面：一是(shi)(shi)雜化、活性(xing)和(he)(he)(he)響(xiang)應材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，重(zhong)點(dian)是(shi)(shi)合(he)成(cheng)具(ju)(ju)有自組裝和(he)(he)(he)其他預設計特性(xing)的(de)(de)(de)(de)納米材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，主要(yao)方(fang)(fang)向(xiang)涉(she)及基(ji)(ji)于仿生(sheng)技(ji)術(shu)(shu)和(he)(he)(he)新(xin)型有機(ji)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)制(zhi)造的(de)(de)(de)(de)納米機(ji)器，以及使雜化無機(ji)量子(zi)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)用(yong)于新(xin)的(de)(de)(de)(de)光電電路或器件；二是(shi)(shi)極端(duan)環(huan)境材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，重(zhong)點(dian)是(shi)(shi)在(zai)生(sheng)物(wu)環(huan)境和(he)(he)(he)極端(duan)條件下研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)合(he)成(cheng)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，包括(kuo)研(yan)(yan)制(zhi)出(chu)能(neng)夠承受(shou)極端(duan)環(huan)境的(de)(de)(de)(de)具(ju)(ju)有空前物(wu)理性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)；三是(shi)(shi)生(sheng)物(wu)合(he)成(cheng)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，重(zhong)點(dian)是(shi)(shi)將工程(cheng)生(sheng)物(wu)與人(ren)造聚合(he)物(wu)結合(he)，主要(yao)方(fang)(fang)向(xiang)包括(kuo)通過(guo)強大的(de)(de)(de)(de)計算機(ji)系統來理解、預測并(bing)最終控制(zhi)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)性(xing)質（在(zai)僅(jin)大于分(fen)子(zi)的(de)(de)(de)(de)微觀尺(chi)度層面），以及利用(yong)革命(ming)性(xing)生(sheng)物(wu)技(ji)術(shu)(shu)工具(ju)(ju)來構建新(xin)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)類別，使其以有效的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式對周圍環(huan)境刺(ci)激做(zuo)出(chu)反(fan)應等。

此外(wai)，在化(hua)學(xue)領域將向(xiang)材(cai)料(liao)領域3個中心(xin)的(de)第2階段資助6000萬美元，研究方向(xiang)同(tong)樣包括三大方面(mian)：一是(shi)(shi)合(he)成有機電化(hua)學(xue)，通過新(xin)(xin)的(de)合(he)成化(hua)學(xue)、預測理論和(he)(he)表面(mian)化(hua)學(xue)，探索(suo)新(xin)(xin)型電化(hua)學(xue)反(fan)應在有機合(he)成和(he)(he)材(cai)料(liao)化(hua)學(xue)中的(de)應用；二是(shi)(shi)基因編(bian)碼(ma)材(cai)料(liao)，致力于合(he)成受自然“工程機械”核糖體啟發的(de)聚(ju)合(he)物(wu)(wu)，使其既具(ju)有預設(she)的(de)多(duo)樣化(hua)序列，又有特定的(de)長度；三是(shi)(shi)可持續納米技(ji)(ji)術，評估納米技(ji)(ji)術對環(huan)境和(he)(he)生物(wu)(wu)分子水平的(de)影響，范圍涉及電池(chi)、電子產品(pin)和(he)(he)靶向(xiang)藥(yao)物(wu)(wu)等。

（2）日本、英國持續關注新材料產業發展，致力于打造科技創新優勢

2020年(nian)(nian)5月(yue)，日(ri)本(ben)經(jing)濟(ji)產業省發布《2020年(nian)(nian)日(ri)本(ben)工業技術(shu)(shu)(shu)展望報告》，旨在(zai)重新(xin)評估(gu)日(ri)本(ben)技術(shu)(shu)(shu)創(chuang)新(xin)停(ting)滯的(de)基本(ben)問(wen)題(ti)，并(bing)提出2050年(nian)(nian)前重要技術(shu)(shu)(shu)的(de)研(yan)發方(fang)向。該報告指出，一(yi)(yi)方(fang)面，日(ri)本(ben)需要進一(yi)(yi)步提升創(chuang)新(xin)水(shui)平，向資(zi)源循環型經(jing)濟(ji)過渡，解決(jue)災害、傳染病等(deng)社會問(wen)題(ti)并(bing)增強工業競爭(zheng)力；另(ling)一(yi)(yi)方(fang)面，近年(nian)(nian)來日(ri)本(ben)技術(shu)(shu)(shu)創(chuang)新(xin)狀況并(bing)不理想，此(ci)次(ci)新(xin)冠肺炎疫情引(yin)起的(de)危機也凸顯出超智能社會（社會5.0）準備的(de)不足。為(wei)實現(xian)社會5.0，日(ri)本(ben)經(jing)濟(ji)產業省認為(wei)應將一(yi)(yi)定資(zi)源集中于作(zuo)為(wei)所有領域(yu)基礎的(de)材料技術(shu)(shu)(shu)領域(yu)。

2020年7月(yue)，英(ying)國商業、能(neng)(neng)源與產業戰略部(bu)正式啟動“可(ke)持續(xu)復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)計(ji)(ji)劃(hua)”（Sustainable Composites），著(zhu)眼于復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)全生(sheng)(sheng)命周(zhou)期，確保(bao)其(qi)滿足未(wei)來飛機(ji)、汽車與風電渦輪機(ji)等(deng)領(ling)域的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)需(xu)要。該計(ji)(ji)劃(hua)將(jiang)利用英(ying)國領(ling)先的(de)(de)(de)復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)領(ling)域的(de)(de)(de)研究成果(guo)和技(ji)術開(kai)(kai)發(fa)能(neng)(neng)力(li)，實現復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)回收再利用行(xing)業的(de)(de)(de)快速發(fa)展(zhan)，使(shi)英(ying)國在這一(yi)總價值超過20億英(ying)鎊的(de)(de)(de)市場中取(qu)得優勢。具體而(er)言，該計(ji)(ji)劃(hua)一(yi)方面(mian)將(jiang)致力(li)于加(jia)快英(ying)國創新(xin)復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)回收技(ji)術的(de)(de)(de)開(kai)(kai)發(fa)，解決當前復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)回收再利用難題；另一(yi)方面(mian)將(jiang)利用蔬菜(cai)廢料(liao)、堅果(guo)殼和藻類(lei)等(deng)生(sheng)(sheng)物基材(cai)(cai)(cai)料(liao)，制成新(xin)型可(ke)持續(xu)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)復(fu)(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)。

（3）對中國的影響與啟示

新(xin)(xin)(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)是(shi)社會(hui)進步、經濟發(fa)展(zhan)的(de)基(ji)礎(chu)，更是(shi)保障(zhang)國家(jia)(jia)科技(ji)(ji)安全的(de)關鍵所在，其發(fa)展(zhan)水平(ping)對(dui)一個國家(jia)(jia)而言意義重大。然而，中(zhong)(zhong)國關鍵基(ji)礎(chu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)受(shou)制于人的(de)狀況(kuang)尚(shang)未得到徹底改(gai)善(shan)，“卡(ka)脖子(zi)”的(de)風險(xian)依然突出(chu)。究其原(yuan)因，主要在于中(zhong)(zhong)國新(xin)(xin)(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)領域中(zhong)(zhong)存(cun)在創(chuang)新(xin)(xin)(xin)(xin)機(ji)制不合理(li)、產(chan)業(ye)轉(zhuan)化(hua)機(ji)制不完善(shan)、工程化(hua)周期長(chang)等問(wen)題。對(dui)此，中(zhong)(zhong)國應(ying)積極探(tan)索新(xin)(xin)(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)產(chan)業(ye)技(ji)(ji)術(shu)(shu)創(chuang)新(xin)(xin)(xin)(xin)模式，借鑒其他(ta)國家(jia)(jia)和地區在新(xin)(xin)(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)產(chan)業(ye)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)創(chuang)新(xin)(xin)(xin)(xin)機(ji)制、投資(zi)結(jie)構及模式、利(li)益分享機(ji)制等方面的(de)經驗，同時(shi)要充分結(jie)合國內具(ju)體現狀，加速建設具(ju)有(you)中(zhong)(zhong)國特色的(de)新(xin)(xin)(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)產(chan)業(ye)技(ji)(ji)術(shu)(shu)創(chuang)新(xin)(xin)(xin)(xin)范(fan)式。

此外，新(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料種類(lei)繁雜、涉及面極廣(guang)且各細分新(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料領(ling)域的(de)(de)(de)發(fa)展階(jie)段、社會價值也各不相同，因(yin)此在創(chuang)新(xin)(xin)模(mo)式的(de)(de)(de)探索上(shang)也要(yao)“因(yin)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)施策”。對于鋼鐵、有色、陶瓷、化工和建(jian)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)等基(ji)礎性、技術成熟度較(jiao)高的(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料，應充分發(fa)揮(hui)(hui)市場作(zuo)用(yong)(yong)，采(cai)(cai)取產(chan)學研合作(zuo)型、企(qi)(qi)業聯盟型模(mo)式，推動建(jian)立以(yi)應用(yong)(yong)企(qi)(qi)業投(tou)入(ru)為(wei)主的(de)(de)(de)研發(fa)機制(zhi)，圍繞實(shi)際需(xu)求開展創(chuang)新(xin)(xin)活動；對于特(te)種合金、特(te)種橡膠、碳纖維、半導體材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料和特(te)種玻璃等投(tou)入(ru)較(jiao)大、回報期較(jiao)長的(de)(de)(de)戰(zhan)略性材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料，通過政府采(cai)(cai)購(gou)、軍(jun)方采(cai)(cai)購(gou)等形式，整合政府、軍(jun)方、科研機構和企(qi)(qi)業資源，構建(jian)高效的(de)(de)(de)產(chan)用(yong)(yong)結合機制(zhi)，實(shi)現研發(fa)制(zhi)造與產(chan)品應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)反復迭代，破解(jie)“有材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)不敢(gan)用(yong)(yong)”的(de)(de)(de)難題(ti)；對于石墨烯、納米材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料和智(zhi)能材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料等前沿性材(cai)(cai)(cai)(cai)(cai)料，應強化高校院所的(de)(de)(de)主體作(zuo)用(yong)(yong)，發(fa)揮(hui)(hui)政府的(de)(de)(de)引(yin)導作(zuo)用(yong)(yong)，通過搭建(jian)平臺，吸(xi)引(yin)更多的(de)(de)(de)社會力量參與技術創(chuang)新(xin)(xin)及產(chan)業化。

（二）美歐韓高度關注原材料供應鏈安全問題

新(xin)材料(liao)在高技術(shu)(shu)發展中(zhong)具(ju)有支撐性(xing)、引領性(xing)和(he)顛覆性(xing)作用，在發展光電信息、新(xin)能源、生(sheng)物醫(yi)療和(he)節能環(huan)保等(deng)技術(shu)(shu)上具(ju)有至關重(zhong)要的(de)(de)作用，是高技術(shu)(shu)產業供應(ying)鏈中(zhong)的(de)(de)關鍵一環(huan)。2019年以來(lai)，逆全球(qiu)化(hua)浪潮、日韓半導(dao)體貿易摩(mo)擦及新(xin)冠(guan)肺炎疫(yi)情等(deng)事件相繼(ji)爆發，給(gei)全球(qiu)高技術(shu)(shu)產業供應(ying)鏈帶來(lai)巨大壓(ya)力(li)。在此背景下，歐(ou)、美、韓等(deng)發達經(jing)濟體日益重(zhong)視上游原材料(liao)的(de)(de)供應(ying)安全問題，開(kai)始(shi)致(zhi)力(li)于將關鍵材料(liao)的(de)(de)供應(ying)分(fen)散(san)化(hua)、本土化(hua)，以避(bi)免(mian)本國技術(shu)(shu)產業受制(zhi)于人，甚至受到毀滅性(xing)打擊。

（1）美國開展關鍵材料加工技術創新研究，以降低稀土材料對外依賴

2020年(nian)4月，美國(guo)(guo)(guo)能源(yuan)部宣布提供(gong)(gong)1800萬美元(yuan)(yuan)的基(ji)礎研(yan)究(jiu)資助，旨在推(tui)動關(guan)鍵(jian)礦物(wu)和(he)(he)稀土元(yuan)(yuan)素(su)供(gong)(gong)應鏈的研(yan)究(jiu)與(yu)開發，保障美國(guo)(guo)(guo)能源(yuan)和(he)(he)國(guo)(guo)(guo)家(jia)安(an)全。該(gai)研(yan)究(jiu)將尋求根(gen)本性突(tu)破方(fang)(fang)法，提高對(dui)美國(guo)(guo)(guo)經濟運轉(zhuan)至(zhi)關(guan)重要(yao)的稀土元(yuan)(yuan)素(su)的可(ke)獲得性或(huo)減少(shao)(shao)其(qi)使(shi)用(yong)量，確(que)保稀土元(yuan)(yuan)素(su)及其(qi)有(you)效替代品(pin)的持續供(gong)(gong)應。該(gai)研(yan)究(jiu)關(guan)注方(fang)(fang)向包括以下3點：一是(shi)開展稀土物(wu)理與(yu)化學(xue)的理論和(he)(he)實(shi)驗研(yan)究(jiu)，了解稀土元(yuan)(yuan)素(su)及其(qi)電(dian)子(zi)結構在決定材(cai)料(liao)和(he)(he)分子(zi)的物(wu)理與(yu)化學(xue)性質中(zhong)的作用(yong)，加(jia)速材(cai)料(liao)和(he)(he)分子(zi)設計及發現；二是(shi)通過假(jia)設驅動研(yan)究(jiu)，開發新的設計和(he)(he)合成方(fang)(fang)法，以改(gai)進功能，減少(shao)(shao)或(huo)消除(chu)稀土元(yuan)(yuan)素(su)的使(shi)用(yong)；三是(shi)利用(yong)新的分離(li)原理與(yu)方(fang)(fang)法提高從復雜混合物(wu)（如(ru)礦石加(jia)工、礦山尾礦或(huo)再生(sheng)材(cai)料(liao)）中(zhong)提取稀土的效率。

2020年5月，美(mei)國(guo)能源部(bu)宣布向(xiang)關(guan)鍵(jian)礦(kuang)(kuang)物與稀土研(yan)究(jiu)領(ling)域增(zeng)投3000萬美(mei)元，重(zhong)點資助下一(yi)代(dai)關(guan)鍵(jian)材(cai)(cai)料(liao)的(de)提取、分離(li)和(he)處理技(ji)術(shu)創新(xin)，旨(zhi)在(zai)促進(jin)關(guan)鍵(jian)礦(kuang)(kuang)物和(he)稀土元素(su)供應(ying)鏈研(yan)發(fa)，降(jiang)低美(mei)國(guo)關(guan)鍵(jian)原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)供應(ying)鏈中斷(duan)的(de)風險。美(mei)國(guo)能源部(bu)希望通(tong)過該(gai)投資推進(jin)關(guan)鍵(jian)原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)供應(ying)鏈的(de)研(yan)究(jiu)、開發(fa)和(he)部(bu)署(shu)，以增(zeng)強美(mei)國(guo)的(de)國(guo)防(fang)工業基礎。

（2）歐盟反思關鍵原材料供應問題，對關鍵原材料短缺發出警報

2020年9月，歐(ou)盟(meng)(meng)委(wei)員(yuan)會(hui)修訂了(le)(le)關(guan)(guan)(guan)鍵原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)清(qing)單(dan)（List of CRMs），將稀土等30種具有重大經濟和戰略價值的(de)(de)原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)納入(ru)清(qing)單(dan)，同時(shi)公布行動計劃(hua)，力求(qiu)擴大供(gong)應商網絡(luo)，減少(shao)對(dui)第(di)三(san)國的(de)(de)依賴。鑒于關(guan)(guan)(guan)鍵礦產(chan)對(dui)于歐(ou)盟(meng)(meng)制(zhi)造業的(de)(de)戰略重要(yao)性，歐(ou)盟(meng)(meng)于2008年就啟動了(le)(le)《原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)倡議(yi)》（The Raw Materials Initiative），關(guan)(guan)(guan)鍵原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)清(qing)單(dan)制(zhi)定就是該倡議(yi)的(de)(de)一(yi)項重要(yao)成果(guo)。自2011年起，歐(ou)盟(meng)(meng)每3年更新一(yi)次(ci)(ci)關(guan)(guan)(guan)鍵原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)清(qing)單(dan)。與2017年9月更新的(de)(de)名(ming)(ming)單(dan)（共計27種原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)）相比，此次(ci)(ci)更新的(de)(de)名(ming)(ming)單(dan)移除了(le)(le)氦(hai)，保留了(le)(le)其余26種原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)，新增了(le)(le)鋰、鍶(si)、鈦、鋁土礦4種原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)。

歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)委(wei)員會警(jing)告稱，歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)成(cheng)員國(guo)過度依賴關鍵原材(cai)料(liao)進(jin)口(kou)，如中國(guo)承擔了(le)歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)98%的(de)稀土(tu)供應(ying)(ying)，土(tu)耳(er)其承擔了(le)98%的(de)硼(peng)酸鹽(yan)供應(ying)(ying)，南非承擔了(le)71%的(de)鉑(bo)供應(ying)(ying)及比例(li)更高的(de)鉑(bo)族金屬供應(ying)(ying)。過度依賴原材(cai)料(liao)進(jin)口(kou)有可(ke)能(neng)威脅到歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)航空、汽車和新能(neng)源等關鍵行(xing)業，并使歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)面臨資源豐富國(guo)家供應(ying)(ying)鏈(lian)緊縮的(de)威脅。此外，歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)委(wei)員會提(ti)醒(xing)，用于制造電(dian)池和可(ke)再生能(neng)源設備的(de)原材(cai)料(liao)短缺，有可(ke)能(neng)威脅歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)到2050年實現“碳中和”的(de)政治目標(biao)。

為擴大(da)供應(ying)商網絡，歐(ou)(ou)盟委(wei)員會(hui)同(tong)時發(fa)布(bu)《提升關(guan)鍵原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)彈性(xing)：尋求(qiu)安全可(ke)持續的供給(gei)之路》（Critical Raw Materials Resilience: Charting a Path Towards GreaterSecurity and Sustainability）報告(gao)，擬采取(qu)10項具體措施，包(bao)括(kuo)組建(jian)“原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)聯盟”（European Raw Materials Alliance）。該聯盟的初步目標是為了增強歐(ou)(ou)盟在稀土和(he)磁(ci)鐵(tie)供應(ying)鏈中的抗風險(xian)能力(li)，未來還將擴展到(dao)其(qi)他原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)領(ling)域。此外(wai)，歐(ou)(ou)盟還計劃發(fa)展國(guo)際戰略合作(zuo)伙伴關(guan)系(xi)，擬于2021年與加拿大(da)、非洲相關(guan)國(guo)家展開合作(zuo)，促進當地采礦業可(ke)持續發(fa)展并承擔社(she)會(hui)責任(ren)，滿足歐(ou)(ou)盟對關(guan)鍵原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)的需求(qiu)。

（3）韓國發布材料、零組件和設備2.0戰略，以削弱對日依賴

2020年(nian)7月，韓國(guo)(guo)(guo)(guo)政府(fu)(fu)發(fa)布“材料、零組件和(he)設備2.0”（Materials，Parts andEquipment 2.0）戰(zhan)略(lve)，大(da)幅擴充戰(zhan)略(lve)產(chan)(chan)品的供應鏈管理名錄，促進“制造(zao)業(ye)(ye)回流”，意圖打造(zao)零部件產(chan)(chan)業(ye)(ye)強國(guo)(guo)(guo)(guo)和(he)尖端產(chan)(chan)業(ye)(ye)世(shi)界工(gong)廠。為(wei)此，韓國(guo)(guo)(guo)(guo)政府(fu)(fu)計劃在(zai)2022年(nian)前(qian)投資5萬(wan)億韓元，其中包(bao)括在(zai)2021年(nian)先對半(ban)導體(ti)、生(sheng)物和(he)未來汽車(che)三大(da)產(chan)(chan)業(ye)(ye)投入2萬(wan)億韓元。同時，韓國(guo)(guo)(guo)(guo)政府(fu)(fu)還(huan)將(jiang)選拔100家具(ju)有發(fa)展潛(qian)力(li)的核(he)心戰(zhan)略(lve)技(ji)術(shu)龍頭(tou)企(qi)業(ye)(ye)進行(xing)重點扶持，確(que)保其具(ju)有國(guo)(guo)(guo)(guo)際競爭力(li)。此外，韓國(guo)(guo)(guo)(guo)政府(fu)(fu)還(huan)將(jiang)與多家企(qi)業(ye)(ye)、研(yan)究(jiu)所簽署(shu)技(ji)術(shu)研(yan)發(fa)、招商(shang)引資的合作(zuo)協議，助力(li)新政策落地。

2019年，韓國(guo)政府為降低對(dui)日(ri)本進(jin)口(kou)(kou)產品的依賴，在半導體、顯示器等六(liu)大領域選定100種(zhong)關鍵戰略產品，希(xi)望通(tong)過進(jin)口(kou)(kou)來(lai)源(yuan)(yuan)多元化、提高國(guo)產化程度等方(fang)式，確保(bao)其(qi)供應鏈(lian)穩定。根據“材料(liao)、零組件(jian)和設備2.0”戰略，韓國(guo)在此(ci)前(qian)基(ji)礎(chu)上(shang)，增(zeng)加了與(yu)美國(guo)、歐(ou)洲、中國(guo)及(ji)印(yin)度等相關的戰略產品，總數增(zeng)至338種(zhong)，戰略產品的范疇也在此(ci)前(qian)的六(liu)大領域基(ji)礎(chu)上(shang)增(zeng)加了生物、能源(yuan)(yuan)和機器人等新(xin)興產業。

（4）對中國的影響與啟示

新(xin)(xin)材(cai)(cai)料(liao)幾乎是所有高(gao)(gao)科技產業鏈的上游(you)，新(xin)(xin)材(cai)(cai)料(liao)供(gong)應(ying)(ying)(ying)被“卡”住就相當于高(gao)(gao)科技產業從源(yuan)頭上被“卡脖(bo)子”，后果不堪設想。新(xin)(xin)材(cai)(cai)料(liao)供(gong)應(ying)(ying)(ying)問(wen)題主要包括(kuo)兩個方面(mian)：一是關(guan)鍵(jian)礦產供(gong)應(ying)(ying)(ying)安全問(wen)題，如(ru)鈷礦、稀土礦等(deng)戰略價值(zhi)高(gao)(gao)的原材(cai)(cai)料(liao)對新(xin)(xin)能源(yuan)汽車、電子信息等(deng)產業具有重要影響；二是高(gao)(gao)性能關(guan)鍵(jian)材(cai)(cai)料(liao)的供(gong)應(ying)(ying)(ying)安全問(wen)題，如(ru)半導體晶圓、高(gao)(gao)純靶材(cai)(cai)和碳(tan)纖(xian)維(wei)等(deng)涉及國(guo)計民生的關(guan)鍵(jian)材(cai)(cai)料(liao)，往往被國(guo)際上的少數科技巨頭把控。

近年來，美國(guo)(guo)(guo)對(dui)(dui)世界多國(guo)(guo)(guo)發起(qi)“貿易戰(zhan)”，相(xiang)繼在國(guo)(guo)(guo)際(ji)組織中(zhong)(zhong)(zhong)“退(tui)群(qun)”，并在西方大肆(si)渲染中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)威脅論(lun)。在此背景下(xia)，中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)原材(cai)料安(an)(an)全(quan)(quan)或將受到(dao)非常大的(de)挑(tiao)戰(zhan)：一是中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)獲(huo)取境(jing)外資(zi)源(yuan)(yuan)的(de)外部風險不斷(duan)增加(jia)，存(cun)在“源(yuan)(yuan)頭斷(duan)供”的(de)風險；二是美歐等國(guo)(guo)(guo)家(jia)和地區尋求建立(li)原材(cai)料產(chan)(chan)業聯盟，或給中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)原材(cai)料進出(chu)口帶來嚴峻(jun)挑(tiao)戰(zhan)。當前(qian)，新一輪(lun)科技(ji)(ji)革(ge)命(ming)孕(yun)育(yu)興起(qi)，正催生全(quan)(quan)球范圍(wei)內的(de)新一輪(lun)產(chan)(chan)業競爭。作為(wei)新一輪(lun)科技(ji)(ji)革(ge)命(ming)的(de)動力之源(yuan)(yuan)，關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)礦(kuang)產(chan)(chan)資(zi)源(yuan)(yuan)的(de)國(guo)(guo)(guo)際(ji)競爭將越發激烈，未來甚至可能會重塑國(guo)(guo)(guo)家(jia)的(de)科技(ji)(ji)競爭力。對(dui)(dui)此，中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)應從(cong)國(guo)(guo)(guo)家(jia)戰(zhan)略層面(mian)高度重視關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)礦(kuang)產(chan)(chan)安(an)(an)全(quan)(quan)問題，推動關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)礦(kuang)產(chan)(chan)資(zi)源(yuan)(yuan)安(an)(an)全(quan)(quan)與(yu)(yu)管理(li)研究，從(cong)加(jia)強礦(kuang)產(chan)(chan)資(zi)源(yuan)(yuan)勘探、提升(sheng)循環利用率(lv)、參與(yu)(yu)全(quan)(quan)球礦(kuang)產(chan)(chan)資(zi)源(yuan)(yuan)治(zhi)理(li)等環節，切(qie)實保障(zhang)中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)(guo)未來關(guan)(guan)鍵(jian)(jian)礦(kuang)產(chan)(chan)資(zi)源(yuan)(yuan)的(de)安(an)(an)全(quan)(quan)。

（三）先進信息材料研發進展迅猛，高功率與高效率成為發展重點

縱觀全球，信(xin)(xin)息產(chan)業(ye)已(yi)成為世(shi)界科技強國最重(zhong)要(yao)的(de)支柱(zhu)產(chan)業(ye)之一。近(jin)年來，人(ren)工智能、量子信(xin)(xin)息及(ji)大(da)數據等(deng)信(xin)(xin)息技術快速發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)，不(bu)斷引(yin)領(ling)著新興產(chan)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)方向。2020年，在市場(chang)的(de)強勁需(xu)求和(he)(he)科技政策(ce)的(de)強力推動下，先進信(xin)(xin)息材(cai)料不(bu)斷涌現(xian)，為人(ren)工智能、量子信(xin)(xin)息和(he)(he)大(da)數據等(deng)產(chan)業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)(zhan)(zhan)提(ti)供了物質基(ji)礎(chu)。

（1）發達國家研制出新型高功率電子器件，推動信息技術快速發展

2020年3月(yue)，瑞士(shi)洛(luo)桑聯(lian)邦理工學(xue)院(yuan)功(gong)(gong)率(lv)和(he)(he)寬帶間(jian)隙電(dian)子(zi)研究(jiu)實驗(yan)室研制出一種由間(jian)距20納米(mi)(mi)的(de)雙金(jin)屬(shu)片(pian)組成(cheng)的(de)高功(gong)(gong)率(lv)太赫茲器(qi)件。當施加10～100伏(fu)電(dian)壓時(shi)(shi)，該器(qi)件能夠在皮秒(miao)內激發高強度“電(dian)火花”（等(deng)離子(zi)體），從(cong)而(er)產生(sheng)高功(gong)(gong)率(lv)、高強度的(de)太赫茲電(dian)磁波(bo)。該技術結(jie)合了(le)納米(mi)(mi)制造(zao)技術和(he)(he)等(deng)離子(zi)體技術，成(cheng)功(gong)(gong)解決了(le)傳統器(qi)件無法同時(shi)(shi)兼(jian)顧高功(gong)(gong)率(lv)和(he)(he)納米(mi)(mi)尺寸的(de)問題。新型器(qi)件具(ju)有結(jie)構緊湊、成(cheng)本(ben)低(di)和(he)(he)易于(yu)(yu)制造(zao)等(deng)優(you)勢，未來有望廣泛(fan)應用于(yu)(yu)安防(fang)、醫療和(he)(he)通信等(deng)領(ling)域。

2020年(nian)5月，美國(guo)海軍研究(jiu)實驗室（United States Naval ResearchLaboratory，NRL）研發出(chu)一(yi)款名為“諧(xie)振(zhen)(zhen)隧(sui)穿(chuan)(chuan)二(er)極管(guan)”的(de)新型(xing)氮化鎵基電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)器件(jian)。氮化鎵基“諧(xie)振(zhen)(zhen)隧(sui)穿(chuan)(chuan)二(er)極管(guan)”比(bi)傳統(tong)材料“諧(xie)振(zhen)(zhen)隧(sui)穿(chuan)(chuan)二(er)極管(guan)”的(de)頻率(lv)和輸出(chu)功率(lv)都高，其速率(lv)快慢的(de)關鍵在于(yu)(yu)采用(yong)了氮化鎵材料。新型(xing)器件(jian)利用(yong)量子(zi)隧(sui)穿(chuan)(chuan)效應，使電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)以(yi)極快的(de)速度(du)傳輸。在隧(sui)穿(chuan)(chuan)過程(cheng)中，電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)會穿(chuan)(chuan)過物理壁壘，從而產生電(dian)(dian)(dian)(dian)流。此外，氮化鎵基“諧(xie)振(zhen)(zhen)隧(sui)穿(chuan)(chuan)二(er)極管(guan)”打破(po)了傳統(tong)器件(jian)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流輸出(chu)與(yu)開關速率(lv)紀錄，能使應用(yong)程(cheng)序獲取毫米波范圍(wei)內的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)波及太赫(he)茲頻率(lv)。目前(qian)，研究(jiu)團隊與(yu)俄(e)(e)亥俄(e)(e)州立大學、懷特州立大學（Wright State University）聯合致(zhi)力于(yu)(yu)繼續改進“諧(xie)振(zhen)(zhen)隧(sui)穿(chuan)(chuan)二(er)極管(guan)”設計，使其在不增加電(dian)(dian)(dian)(dian)能損耗的(de)同時繼續提升電(dian)(dian)(dian)(dian)流傳輸速率(lv)。

（2）新型半導體材料及器件研發取得突破性進展

2020年5月，北京大學(xue)制(zhi)備出高(gao)(gao)密(mi)度高(gao)(gao)純半導(dao)(dao)體(ti)(ti)陣列碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)材料，并在此基(ji)礎上首次(ci)實(shi)(shi)(shi)現(xian)了(le)性(xing)能超(chao)越同等(deng)柵長(chang)硅基(ji)互補(bu)金(jin)屬(shu)氧化物(wu)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)（CMOS）技術的(de)(de)(de)晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)路(lu)，展現(xian)出碳(tan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)電(dian)(dian)(dian)子學(xue)的(de)(de)(de)優勢。碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)集(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)批量(liang)化制(zhi)備的(de)(de)(de)前提是(shi)實(shi)(shi)(shi)現(xian)超(chao)高(gao)(gao)半導(dao)(dao)體(ti)(ti)純度、順排(pai)、高(gao)(gao)密(mi)度及大面(mian)積均勻的(de)(de)(de)碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)陣列薄膜。長(chang)期以來，材料問題的(de)(de)(de)制(zhi)約導(dao)(dao)致(zhi)碳(tan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)和(he)(he)集(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)(shi)際性(xing)能遠低于(yu)理論預(yu)期，甚至落后于(yu)相同節(jie)點的(de)(de)(de)硅基(ji)技術至少一個(ge)數量(liang)級，是(shi)碳(tan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)電(dian)(dian)(dian)子學(xue)領域面(mian)臨的(de)(de)(de)最大技術挑戰(zhan)。該項工(gong)作突(tu)破了(le)長(chang)期以來阻礙碳(tan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)電(dian)(dian)(dian)子學(xue)發展的(de)(de)(de)瓶頸，首次(ci)在實(shi)(shi)(shi)驗上顯示出碳(tan)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)器件和(he)(he)集(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)較傳統技術的(de)(de)(de)性(xing)能優勢，為(wei)推進碳(tan)基(ji)集(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)(shi)用(yong)化發展奠定了(le)基(ji)礎。

2020年6月，俄羅(luo)斯圣彼得堡國(guo)立信(xin)息(xi)技術、機(ji)械學(xue)(xue)與光(guang)學(xue)(xue)研究(jiu)(jiu)型(xing)大(da)學(xue)(xue)宣(xuan)布開發(fa)出世界上最緊湊的(de)綠(lv)光(guang)半導體激(ji)(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)。該半導體激(ji)(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)產(chan)生(sheng)的(de)綠(lv)色相(xiang)干(gan)激(ji)(ji)(ji)光(guang)可(ke)(ke)以很容易地被追蹤(zong)到，甚至在光(guang)學(xue)(xue)顯微鏡下用肉眼就能(neng)夠觀測到。新型(xing)半導體激(ji)(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)具(ju)有納(na)米(mi)粒子的(de)尺寸，僅為310納(na)米(mi)。此外，該激(ji)(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)納(na)米(mi)粒子的(de)新穎設(she)計還(huan)可(ke)(ke)有效囚(qiu)禁受激(ji)(ji)(ji)發(fa)射(she)的(de)能(neng)量，從而為產(chan)生(sheng)激(ji)(ji)(ji)光(guang)提(ti)供足夠高(gao)的(de)電磁場放大(da)率(lv)。該項研究(jiu)(jiu)對(dui)構造光(guang)芯(xin)片、微傳感(gan)器(qi)(qi)和其他使用光(guang)作為信(xin)息(xi)傳輸(shu)和處(chu)理媒介的(de)器(qi)(qi)件領域的(de)發(fa)展具(ju)有積極(ji)推動作用。

（3）對中國的影響與啟示

近(jin)年(nian)來(lai)，量(liang)子(zi)材料(liao)、二維材料(liao)及半導(dao)體材料(liao)等(deng)先進信息材料(liao)技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)突(tu)破使信息技術(shu)(shu)發(fa)展(zhan)進入了飛(fei)躍(yue)階段。這些(xie)材料(liao)的(de)(de)(de)應用將顛(dian)覆未來(lai)的(de)(de)(de)信息技術(shu)(shu)和器件，如(ru)量(liang)子(zi)計(ji)算機、微納型芯片、超級存儲器及新型圖(tu)像(xiang)傳感器等(deng)，在新能(neng)(neng)源、信息、生(sheng)物醫療、人工智能(neng)(neng)和航空(kong)航天等(deng)領(ling)域(yu)具有非常廣(guang)闊的(de)(de)(de)應用前景。中國信息材料(liao)雖然占領(ling)了中低端領(ling)域(yu)市(shi)場，但在高端領(ling)域(yu)依然無法與美日等(deng)發(fa)達(da)國家競爭。對此，中國應從三(san)個方面采取(qu)措(cuo)施：一是加(jia)大對高校、科研(yan)院所、企業(ye)(ye)(ye)及公(gong)共平(ping)臺的(de)(de)(de)引導(dao)和支持，不斷積(ji)累(lei)技術(shu)(shu)經驗，夯(hang)實基(ji)礎；二是提高自主(zhu)創新能(neng)(neng)力(li)和產業(ye)(ye)(ye)核心技術(shu)(shu)，如(ru)突(tu)破高端芯片制造技術(shu)(shu)，打破西方的(de)(de)(de)壟斷和封鎖；三(san)是加(jia)大基(ji)礎研(yan)究(jiu)，開(kai)發(fa)各種顛(dian)覆性(xing)應用技術(shu)(shu)，實現產業(ye)(ye)(ye)化突(tu)破。

（四）顛覆性新材料技術不斷涌現，帶來高技術產業新變革

新(xin)材料技術的(de)(de)發展與基礎科學理論的(de)(de)突破(po)息息相關。近年(nian)來，人工智能(neng)、機器(qi)學習(xi)及凝聚態(tai)物理等領域(yu)的(de)(de)發展，使(shi)得許多(duo)顛(dian)覆性新(xin)材料技術不斷涌現(xian)，未(wei)來有望帶來高(gao)技術產業(ye)的(de)(de)新(xin)變革。2020年(nian)，顛(dian)覆性新(xin)材料技術主(zhu)要進展如下。

（1）機器學習技術推動新材料研發新變革

2020年3月，美國能源部勞(lao)倫斯利弗莫爾國家實驗室開發(fa)出一(yi)(yi)種預(yu)測材料(liao)(liao)性(xing)能的(de)(de)(de)新(xin)(xin)方(fang)(fang)法(fa)。該方(fang)(fang)法(fa)旨在利用機(ji)(ji)器學(xue)習(xi)技術加速從新(xin)(xin)材料(liao)(liao)發(fa)現(xian)到(dao)大規(gui)模部署的(de)(de)(de)過程，減(jian)(jian)少(shao)了測試(shi)和(he)評(ping)估候選材料(liao)(liao)性(xing)能的(de)(de)(de)工作量，大幅減(jian)(jian)少(shao)了材料(liao)(liao)部署的(de)(de)(de)時間。以(yi)三氨基(ji)三硝基(ji)苯（TATB）為例，該材料(liao)(liao)是一(yi)(yi)種鈍感高能炸藥，合(he)成反應條件的(de)(de)(de)微(wei)小變化(hua)就可能引起(qi)較大的(de)(de)(de)性(xing)能變化(hua)。因(yin)此，測試(shi)和(he)評(ping)估TATB材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)性(xing)能需要做大量的(de)(de)(de)工作。新(xin)(xin)方(fang)(fang)法(fa)利用計算機(ji)(ji)視覺和(he)機(ji)(ji)器學(xue)習(xi)技術，可對TATB原材料(liao)(liao)粉末的(de)(de)(de)掃(sao)描(miao)電子顯微(wei)鏡圖像進行分析，從而避(bi)免繁(fan)多的(de)(de)(de)物理測試(shi)。研究結果表(biao)明，與專家評(ping)估和(he)儀器分析等(deng)常規(gui)方(fang)(fang)法(fa)相比，新(xin)(xin)方(fang)(fang)法(fa)可以(yi)減(jian)(jian)少(shao)約24%的(de)(de)(de)預(yu)測誤差。

2020年9月，日(ri)本(ben)國立材料科學(xue)研究(jiu)(jiu)所（National Institute for MaterialsScience，NIMS）研發(fa)了一(yi)(yi)種(zhong)機(ji)器學(xue)習工(gong)(gong)(gong)藝，可以(yi)(yi)(yi)制備具有(you)(you)特定(ding)及所需(xu)機(ji)械(xie)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)鋁合(he)金(jin)。鋁合(he)金(jin)是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)輕質節能(neng)(neng)材料，主要由鋁制成(cheng)，同時(shi)也含有(you)(you)鎂、錳(meng)、硅、鋅和銅等其他元(yuan)素(su)。各(ge)種(zhong)元(yuan)素(su)和制造工(gong)(gong)(gong)藝的(de)(de)(de)(de)組(zu)合(he)意(yi)味著鋁合(he)金(jin)面對各(ge)種(zhong)應力時(shi)的(de)(de)(de)(de)彈性不同。然而，在生(sheng)產(chan)(chan)鋁合(he)金(jin)時(shi)需(xu)要驗證各(ge)種(zhong)元(yuan)素(su)與制造工(gong)(gong)(gong)藝的(de)(de)(de)(de)組(zu)合(he)，這(zhe)一(yi)(yi)過程非(fei)常耗時(shi)且成(cheng)本(ben)昂(ang)貴(gui)。為解(jie)決該(gai)問(wen)題，研究(jiu)(jiu)人員將已知(zhi)的(de)(de)(de)(de)鋁合(he)金(jin)數(shu)據(ju)庫數(shu)據(ju)輸入(ru)到機(ji)器學(xue)習模型(xing)(xing)中(zhong)，從而訓(xun)練(lian)模型(xing)(xing)理解(jie)合(he)金(jin)不同機(ji)械(xie)性能(neng)(neng)與不同組(zu)成(cheng)元(yuan)素(su)之間的(de)(de)(de)(de)關系(xi)，以(yi)(yi)(yi)及與生(sheng)產(chan)(chan)過程中(zhong)應用的(de)(de)(de)(de)熱處理類型(xing)(xing)之間的(de)(de)(de)(de)關系(xi)。一(yi)(yi)旦(dan)具有(you)(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)數(shu)據(ju)，該(gai)模型(xing)(xing)就可以(yi)(yi)(yi)預(yu)測生(sheng)產(chan)(chan)具有(you)(you)特定(ding)機(ji)械(xie)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)新合(he)金(jin)需(xu)要何(he)種(zhong)元(yuan)素(su)和生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝，而且所有(you)(you)上(shang)述(shu)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)都(dou)無(wu)須人工(gong)(gong)(gong)監督。新工(gong)(gong)(gong)藝有(you)(you)助于加(jia)快鋁合(he)金(jin)等新材料的(de)(de)(de)(de)研發(fa)速率。

（2）前沿新材料技術不斷取得突破

超材料方面，2020年11月，中(zhong)(zhong)國香港(gang)城(cheng)(cheng)市(shi)大(da)學(xue)(xue)(xue)研究人(ren)員采用(yong)真(zhen)空液(ye)(ye)(ye)體填充(chong)技術(shu)在(zai)聚合物薄(bo)殼(ke)(ke)中(zhong)(zhong)注入液(ye)(ye)(ye)態(tai)(tai)(tai)金屬(shu)鎵（Ga），首(shou)次(ci)制備了(le)(le)液(ye)(ye)(ye)態(tai)(tai)(tai)金屬(shu)聚合物核殼(ke)(ke)結構的(de)(de)微(wei)點陣力(li)學(xue)(xue)(xue)超材料。目(mu)前的(de)(de)金屬(shu)微(wei)點陣力(li)學(xue)(xue)(xue)超材料具有(you)超輕(qing)、高比(bi)強度等特性(xing)，在(zai)無人(ren)機(ji)機(ji)翼、小微(wei)型電(dian)子(zi)器械等領域(yu)具有(you)很好的(de)(de)應(ying)用(yong)前景。但是，這類超材料的(de)(de)韌(ren)性(xing)較(jiao)差，在(zai)服(fu)役(yi)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)容易脆(cui)斷失效。中(zhong)(zhong)國香港(gang)城(cheng)(cheng)市(shi)大(da)學(xue)(xue)(xue)研發的(de)(de)新型超材料不僅具有(you)良好的(de)(de)韌(ren)性(xing)，而且充(chong)分(fen)利用(yong)低溫度范(fan)圍下液(ye)(ye)(ye)態(tai)(tai)(tai)金屬(shu)的(de)(de)特性(xing)，實現(xian)了(le)(le)類似(si)科幻電(dian)影中(zhong)(zhong)復(fu)雜形態(tai)(tai)(tai)液(ye)(ye)(ye)態(tai)(tai)(tai)金屬(shu)的(de)(de)自我修復(fu)功能，在(zai)生物醫療器械、微(wei)電(dian)子(zi)器件及微(wei)型機(ji)器人(ren)等領域(yu)有(you)巨大(da)應(ying)用(yong)潛力(li)。

二維材料方面，2020年9月，受美國DARPA和(he)美國空(kong)軍研(yan)究(jiu)(jiu)實驗室（Air ForceResearch Laboratory，AFRL）等(deng)資(zi)助，斯坦福(fu)大學研(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)員利用二維材料(liao)(liao)制備出超薄異質結(jie)構(gou)，并(bing)表(biao)現出優(you)異的隔熱(re)(re)性能。研(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)員以二氧化(hua)硅(gui)(gui)/硅(gui)(gui)為(wei)襯底，先后沉積原子層(ceng)厚度的單層(ceng)二硒(xi)化(hua)鎢(wu)、二硫化(hua)鉬(mu)、二硒(xi)化(hua)鉬(mu)和(he)石(shi)墨烯，形成多層(ceng)超薄異質結(jie)構(gou)，通過向(xiang)石(shi)墨烯層(ceng)施加電(dian)壓，加熱(re)(re)異質結(jie)構(gou)，并(bing)用拉曼光譜測量每層(ceng)材料(liao)(liao)的溫(wen)度。測試結(jie)果顯(xian)示，該二維材料(liao)(liao)異質結(jie)構(gou)的熱(re)(re)導率與290～360納米厚的二氧化(hua)硅(gui)(gui)相當。該項研(yan)究(jiu)(jiu)將促進二維材料(liao)(liao)在熱(re)(re)電(dian)器件(jian)領域的應用。該異質結(jie)構(gou)也有望(wang)用作電(dian)子器件(jian)的超輕隔熱(re)(re)罩(zhao)。

（3）對中國的影響與啟示

近(jin)年來(lai)，全(quan)球(qiu)前(qian)(qian)沿(yan)新(xin)材(cai)料(liao)研究(jiu)熱度持續上升(sheng)，新(xin)材(cai)料(liao)開始實現從(cong)基(ji)(ji)礎支(zhi)撐到前(qian)(qian)沿(yan)顛覆的(de)(de)跨越。一些(xie)對(dui)未(wei)來(lai)具有顛覆意(yi)義(yi)的(de)(de)前(qian)(qian)沿(yan)新(xin)材(cai)料(liao)，如(ru)石墨烯、量子點、超材(cai)料(liao)、仿生智能材(cai)料(liao)、超導(dao)材(cai)料(liao)、柔性材(cai)料(liao)及光(guang)催化材(cai)料(liao)等(deng)不斷得到開發(fa)和應(ying)用，產業(ye)化進程(cheng)也在加速。美、日(ri)、韓等(deng)科技強國(guo)為(wei)搶占新(xin)一輪工業(ye)革命(ming)制高點，紛紛制訂了相(xiang)應(ying)的(de)(de)發(fa)展計劃和預(yu)期(qi)目標，并實施相(xiang)應(ying)策略，推進前(qian)(qian)沿(yan)新(xin)材(cai)料(liao)跨越式(shi)發(fa)展。中國(guo)前(qian)(qian)沿(yan)新(xin)材(cai)料(liao)的(de)(de)發(fa)展基(ji)(ji)本與世界(jie)同(tong)步，特別是近(jin)年來(lai)中國(guo)在引(yin)領支(zhi)持、研發(fa)投入、人力(li)(li)資源配置及創(chuang)新(xin)體制改革等(deng)方面不斷加大力(li)(li)度，前(qian)(qian)沿(yan)新(xin)材(cai)料(liao)發(fa)展非常迅(xun)猛，某些(xie)領域已躋身全(quan)球(qiu)強國(guo)之列。

但(dan)同先進國(guo)(guo)家相比，中國(guo)(guo)前沿(yan)新(xin)(xin)材(cai)料(liao)(liao)在自主創(chuang)新(xin)(xin)、新(xin)(xin)產品(pin)開發應(ying)(ying)用(yong)、研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)范式變(bian)革(ge)和(he)(he)(he)高(gao)端產業(ye)(ye)化(hua)等方面還有(you)(you)(you)一定(ding)差距。對(dui)此，中國(guo)(guo)應(ying)(ying)對(dui)全球(qiu)前沿(yan)材(cai)料(liao)(liao)發展態勢(shi)有(you)(you)(you)更充分的(de)認(ren)識和(he)(he)(he)把握，并重點在以下四個方面實(shi)現標志性(xing)突(tu)破：一是加(jia)強材(cai)料(liao)(liao)科技前沿(yan)性(xing)基(ji)礎(chu)(chu)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)，國(guo)(guo)家在前沿(yan)基(ji)礎(chu)(chu)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)方面應(ying)(ying)發揮引領、支(zhi)(zhi)持和(he)(he)(he)協調的(de)重要(yao)作用(yong)，應(ying)(ying)確定(ding)部門職責，推(tui)進跨部門跨領域全面合(he)(he)作，保證研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)規范有(you)(you)(you)序及高(gao)效地運(yun)作，取得高(gao)質量、高(gao)水(shui)平、強時效性(xing)的(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)成果；二是加(jia)強創(chuang)新(xin)(xin)體系建設，強化(hua)戰(zhan)(zhan)略部署和(he)(he)(he)戰(zhan)(zhan)略管理，充分做好新(xin)(xin)材(cai)料(liao)(liao)研(yan)(yan)(yan)發的(de)頂層設計，培養(yang)和(he)(he)(he)打造一批具有(you)(you)(you)國(guo)(guo)際先進水(shui)平的(de)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)機構或高(gao)新(xin)(xin)企業(ye)(ye)，組(zu)合(he)(he)人(ren)才、資源和(he)(he)(he)研(yan)(yan)(yan)發基(ji)礎(chu)(chu)等優勢(shi)，努力實(shi)現一批前沿(yan)性(xing)新(xin)(xin)興技術的(de)突(tu)破；三是完善產學研(yan)(yan)(yan)機制，采(cai)取政(zheng)策(ce)導向和(he)(he)(he)財經支(zhi)(zhi)持，加(jia)速(su)新(xin)(xin)材(cai)料(liao)(liao)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)成果轉化(hua)和(he)(he)(he)產業(ye)(ye)化(hua)；四是提高(gao)自主創(chuang)新(xin)(xin)能力，推(tui)進研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)范式變(bian)革(ge)。

二、高性能結構材料

高(gao)性(xing)能結(jie)構(gou)材料(liao)(liao)是指具有高(gao)強度、高(gao)韌性(xing)、耐高(gao)溫、耐磨損及抗(kang)腐蝕等(deng)特殊(shu)性(xing)能的(de)材料(liao)(liao)，是支撐航空航天(tian)、交通運輸、能源動(dong)力(li)及國家(jia)重(zhong)大基(ji)礎工(gong)程建設等(deng)領(ling)域的(de)重(zhong)要(yao)物質(zhi)基(ji)礎。近年來，高(gao)性(xing)能結(jie)構(gou)材料(liao)(liao)的(de)發(fa)展(zhan)趨勢主(zhu)要(yao)有三點：一是輕量化(hua)，這與全球低(di)碳、可持(chi)續發(fa)展(zhan)思潮同步；二是結(jie)構(gou)功能一體化(hua)，如具備一定(ding)的(de)抗(kang)氧化(hua)、抗(kang)腐蝕和抗(kang)輻照等(deng)性(xing)能；三是高(gao)性(xing)能化(hua)，如具備高(gao)強度、高(gao)韌性(xing)。

（一）金屬結構材料

金屬(shu)結(jie)構材(cai)料(liao)是指與傳統結(jie)構材(cai)料(liao)相比(bi)具備(bei)更高(gao)(gao)的耐高(gao)(gao)溫性、抗腐蝕性和高(gao)(gao)延(yan)展(zhan)性等特性的新型材(cai)料(liao)，主要包括(kuo)鈦(tai)、鎂(mei)、鋯及(ji)其合金，鉭鈮，硬(ying)質(zhi)材(cai)料(liao)等，以(yi)及(ji)高(gao)(gao)端(duan)特殊鋼、新型鋁材(cai)等。2020年，高(gao)(gao)性能金屬(shu)結(jie)構材(cai)料(liao)領域取得以(yi)下幾個方面的進展(zhan)。

（1）鋁合金研究取得多項突破

2020年2月，美(mei)國電(dian)(dian)(dian)動車制(zhi)造(zao)(zao)商特斯(si)(si)拉（Tesla）研(yan)發出一(yi)種新(xin)型鋁(lv)合(he)(he)金，解決了傳統(tong)鋁(lv)合(he)(he)金強(qiang)(qiang)度與(yu)導(dao)(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性不能兼備的(de)(de)難題(ti)。商用(yong)鑄造(zao)(zao)鋁(lv)合(he)(he)金可(ke)(ke)(ke)分為兩類，一(yi)類具(ju)有(you)(you)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度，另一(yi)類具(ju)有(you)(you)高(gao)(gao)導(dao)(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性。對(dui)于(yu)某些應用(yong)場景，如電(dian)(dian)(dian)動汽車內部(bu)的(de)(de)部(bu)件，要求同(tong)時具(ju)有(you)(you)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度和(he)高(gao)(gao)導(dao)(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性。此(ci)外，由于(yu)需要通過鑄造(zao)(zao)工藝制(zhi)備這(zhe)些電(dian)(dian)(dian)動汽車部(bu)件，因此(ci)不能使用(yong)鍛(duan)造(zao)(zao)合(he)(he)金。此(ci)次特斯(si)(si)拉借鑒火箭用(yong)材的(de)(de)靈(ling)感(gan)，研(yan)發出的(de)(de)壓鑄電(dian)(dian)(dian)動汽車零部(bu)件新(xin)型鋁(lv)合(he)(he)金，屈服強(qiang)(qiang)度可(ke)(ke)(ke)達90～150兆帕，導(dao)(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性可(ke)(ke)(ke)以達到40% IACS（國際退火銅標(biao)準(zhun)）至60% IACS，兼具(ju)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度和(he)高(gao)(gao)導(dao)(dao)(dao)(dao)電(dian)(dian)(dian)性。從Model S和(he)Model X車身上采用(yong)的(de)(de)大量鋁(lv)材可(ke)(ke)(ke)以看出，新(xin)鋁(lv)合(he)(he)金材料未來或可(ke)(ke)(ke)應用(yong)到特斯(si)(si)拉旗下產品中(zhong)。

2020年10月，澳(ao)大利(li)亞莫納什大學（Monash University）提出一種(zhong)改進鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)疲(pi)勞(lao)強度的(de)(de)組織設計新概念——“疲(pi)勞(lao)失(shi)效”法，即(ji)通過修改鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)微觀結構使其能(neng)自行修復弱點。研究人(ren)員稱(cheng)，高強度鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)疲(pi)勞(lao)性能(neng)差的(de)(de)原因是存在“無沉淀區(qu)”薄弱環(huan)節。該環(huan)節中(zhong)交變應力(li)會導(dao)致材料(liao)微塑(su)化(hua)或(huo)局部塑(su)化(hua)。而塑(su)化(hua)會催生疲(pi)勞(lao)裂(lie)紋，這些裂(lie)紋逐漸擴(kuo)展，最終(zhong)導(dao)致材料(liao)斷(duan)裂(lie)。研究人(ren)員使用商(shang)用鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)，利(li)用在疲(pi)勞(lao)早期(qi)循環(huan)中(zhong)注入(ru)材料(liao)的(de)(de)機械能(neng)來修復“無沉淀區(qu)”中(zhong)的(de)(de)弱點，極大地延(yan)遲了疲(pi)勞(lao)裂(lie)紋的(de)(de)產生，使得高強度鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)疲(pi)勞(lao)壽(shou)命(ming)提高了25倍。

（2）美印共同開發高性能鎂合金，可替代鋼和鋁合金用作汽車、航空零部件

2020年6月(yue)，印(yin)度理(li)工學(xue)院馬(ma)德拉斯(si)分(fen)校（Indian Institute of TechnologyMadras）、美國(guo)北得克薩斯(si)大學(xue)（University of North Texas）和(he)(he)美國(guo)陸軍研究(jiu)實驗室的(de)研究(jiu)人員使用一(yi)種含有釓、釔和(he)(he)鋯等稀土(tu)元(yuan)素的(de)鎂合金(jin)(jin)，經過熱機械加工技(ji)術（嚴重塑(su)性(xing)變(bian)形和(he)(he)老化處理(li)），共(gong)同(tong)開發出一(yi)種工程鎂合金(jin)(jin)。該合金(jin)(jin)強度高(gao)、延展性(xing)好，可(ke)在較(jiao)高(gao)的(de)應變(bian)速(su)率下(xia)實現超塑(su)性(xing)，從總體上減少制(zhi)造(zao)時(shi)間、精力(li)和(he)(he)成本(ben)。同(tong)時(shi)，此類合金(jin)(jin)具有較(jiao)好的(de)輕量(liang)化特性(xing)，有助于(yu)汽(qi)車減重從而降低碳(tan)排放量(liang)。研究(jiu)人員表(biao)示，作為最輕的(de)節能型結構(gou)材料，鎂合金(jin)(jin)具有強大的(de)潛力(li)，可(ke)取(qu)代鋼和(he)(he)鋁合金(jin)(jin)，用于(yu)制(zhi)造(zao)汽(qi)車和(he)(he)航(hang)空航(hang)天零部件。

（3）中美研究人員合作研發“超級鋼”，可用于制造輕型汽車和軍用車輛等

2020年6月(yue)，中(zhong)(zhong)國香港大學（University of Hong Kong，HKU）和(he)美國勞倫(lun)斯伯克利(li)國家實驗(yan)室（Lawrence Berkeley National Lab，LBNL）的(de)研(yan)(yan)究(jiu)團隊通(tong)過(guo)增(zeng)加材料屈服(fu)強度(du)(du)，突破了超(chao)高(gao)(gao)強度(du)(du)鋼(gang)的(de)屈服(fu)強度(du)(du)-韌性(xing)組合(he)極限，成功研(yan)(yan)制(zhi)出具備極高(gao)(gao)的(de)屈服(fu)強度(du)(du)、極佳韌性(xing)和(he)良(liang)好延展性(xing)的(de)“超(chao)級(ji)(ji)鋼(gang)”。“超(chao)級(ji)(ji)鋼(gang)”比目前航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天(tian)用的(de)馬氏(shi)體鋼(gang)效能更高(gao)(gao)，而成本卻只有(you)其1/5。此外，研(yan)(yan)究(jiu)人員(yuan)還在“超(chao)級(ji)(ji)鋼(gang)”的(de)結構方面(mian)取得了重大發(fa)現(xian)。“超(chao)級(ji)(ji)鋼(gang)”通(tong)過(guo)一(yi)種新型“高(gao)(gao)強度(du)(du)誘導多層分層”增(zeng)韌機制(zhi)，具備了一(yi)種獨(du)特的(de)抗斷(duan)裂(lie)性(xing)特征，其中(zhong)(zhong)主斷(duan)裂(lie)表(biao)面(mian)下(xia)形成了多個微裂(lie)紋，而微裂(lie)紋能夠有(you)效吸收來自外部作(zuo)用力(li)的(de)能量，使“超(chao)級(ji)(ji)鋼(gang)”的(de)韌性(xing)高(gao)(gao)于(yu)(yu)現(xian)有(you)鋼(gang)材。該(gai)研(yan)(yan)究(jiu)成果為實現(xian)“超(chao)級(ji)(ji)鋼(gang)”的(de)工業化(hua)應(ying)用奠定了基礎，未來有(you)望應(ying)用于(yu)(yu)制(zhi)造(zao)高(gao)(gao)級(ji)(ji)防彈衣、高(gao)(gao)強橋梁(liang)纜(lan)索以(yi)及航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天(tian)領域、建(jian)筑領域的(de)高(gao)(gao)強螺栓和(he)螺母。

（4）美國利用形狀記憶合金打造火星車車輪

2020年5月，NASA格倫研(yan)究(jiu)中(zhong)心稱正在開發一(yi)種新(xin)型形(xing)狀記憶合金（SMA）輪(lun)(lun)(lun)胎，可(ke)滿(man)足(zu)未(wei)(wei)來(lai)火(huo)星(xing)巡(xun)(xun)視器探索火(huo)星(xing)表(biao)面復雜(za)地(di)(di)形(xing)的(de)(de)需(xu)求。該形(xing)狀記憶輪(lun)(lun)(lun)胎由網狀織物金屬制(zhi)成，能(neng)夠(gou)“記住”自己(ji)最理(li)想的(de)(de)形(xing)狀，可(ke)在火(huo)星(xing)惡劣的(de)(de)環境(jing)下實現可(ke)逆的(de)(de)材料變形(xing)，同(tong)時(shi)又不(bu)犧牲性(xing)能(neng)。測試結果表(biao)明(ming)，SMA輪(lun)(lun)(lun)胎的(de)(de)優越(yue)抓(zhua)地(di)(di)力滿(man)足(zu)或超過所有牽引性(xing)能(neng)的(de)(de)要求，并(bing)將(jiang)賦予巡(xun)(xun)視器驅動(dong)能(neng)力，以(yi)跨越(yue)不(bu)同(tong)的(de)(de)地(di)(di)形(xing)。未(wei)(wei)來(lai)，研(yan)究(jiu)人員將(jiang)繼續推進SMA技(ji)術的(de)(de)成熟以(yi)使(shi)其應(ying)用于(yu)火(huo)星(xing)車車輪(lun)(lun)(lun)上。

（5）中國研究人員研發出一種前所未有的輕質量液態金屬材料

2020年2月，中(zhong)國清(qing)華大學研究人員在(zai)全球范圍內(nei)首次提出(chu)“輕質(zhi)(zhi)液(ye)(ye)態(tai)(tai)金(jin)(jin)(jin)屬”概念，并發(fa)明了(le)一種前所未有的(de)輕質(zhi)(zhi)量液(ye)(ye)態(tai)(tai)金(jin)(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)。該(gai)材(cai)料(liao)(liao)可(ke)塑(su)性(xing)(xing)強、無(wu)害（良(liang)好的(de)生物(wu)安(an)全性(xing)(xing)）且(qie)密度輕，在(zai)溫度調節下(xia)能保持良(liang)好的(de)材(cai)料(liao)(liao)一致性(xing)(xing)和導電性(xing)(xing)，并可(ke)在(zai)完(wan)全柔軟和堅硬的(de)狀態(tai)(tai)之間(jian)自由切換，將(jiang)液(ye)(ye)態(tai)(tai)金(jin)(jin)(jin)屬的(de)特性(xing)(xing)發(fa)揮(hui)到極(ji)致。液(ye)(ye)態(tai)(tai)金(jin)(jin)(jin)屬是金(jin)(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)的(de)新貴(gui)，有可(ke)能逐漸替代現有的(de)材(cai)料(liao)(liao)，制(zhi)造出(chu)突破性(xing)(xing)產品(pin)，將(jiang)成為繼(ji)工程塑(su)料(liao)(liao)、輕合金(jin)(jin)(jin)之后(hou)的(de)第三(san)代新材(cai)料(liao)(liao)，未來可(ke)廣泛應(ying)用于(yu)消費(fei)電子產品(pin)、鋰電池、3D打印、柔性(xing)(xing)智(zhi)能機器和血管機器人等領域。

（二）無機非金屬材料

無機非金(jin)(jin)屬(shu)材料是以(yi)(yi)某些(xie)元(yuan)素的(de)(de)氧化(hua)物(wu)(wu)(wu)、碳化(hua)物(wu)(wu)(wu)、氮化(hua)物(wu)(wu)(wu)、鹵素化(hua)合物(wu)(wu)(wu)、硼(peng)化(hua)物(wu)(wu)(wu)，以(yi)(yi)及(ji)硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、鋁(lv)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、硼(peng)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)等(deng)物(wu)(wu)(wu)質組成的(de)(de)材料，常見種類包括二氧化(hua)硅(gui)氣(qi)凝膠、水泥、玻璃(li)和陶瓷等(deng)。無機非金(jin)(jin)屬(shu)材料是現(xian)代(dai)材料當中必(bi)不(bu)可(ke)少的(de)(de)，尤其在現(xian)代(dai)建(jian)筑中具有不(bu)可(ke)忽視的(de)(de)地位。2020年，無機非金(jin)(jin)屬(shu)材料領域取(qu)得以(yi)(yi)下幾個(ge)方(fang)面的(de)(de)進展。

（1）超輕、超薄、超硬玻璃的問世促進可折疊設備的發展

2020年1月，美(mei)國創(chuang)新公司Akhan Semiconductor利用金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)(de)(de)堅(jian)硬特性(xing)研發出(chu)一款名為Miraj的(de)(de)(de)金(jin)剛(gang)石(shi)玻(bo)(bo)璃(li)(li)，能(neng)為可折疊設備制(zhi)造(zao)超(chao)輕、超(chao)薄(bo)、超(chao)硬的(de)(de)(de)屏幕(mu)。該玻(bo)(bo)璃(li)(li)由(you)納米(mi)金(jin)剛(gang)石(shi)晶體(ti)材料涂裝(zhuang)到玻(bo)(bo)璃(li)(li)上(shang)制(zhi)成(cheng)，既可以(yi)(yi)被(bei)噴(pen)涂在塑料（聚合物）片(pian)上(shang)，也可以(yi)(yi)被(bei)噴(pen)涂在沒有(you)經過(guo)處理的(de)(de)(de)柔(rou)性(xing)玻(bo)(bo)璃(li)(li)上(shang)，且不會(hui)影響玻(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)可折疊性(xing)。此(ci)外，金(jin)剛(gang)石(shi)玻(bo)(bo)璃(li)(li)還(huan)具(ju)有(you)防水疏油屬性(xing)及良好的(de)(de)(de)散熱(re)性(xing)，可以(yi)(yi)讓(rang)手(shou)機(ji)(ji)保持較(jiao)低的(de)(de)(de)溫度，從而延(yan)長(chang)智能(neng)手(shou)機(ji)(ji)電池和(he)組件(jian)的(de)(de)(de)使用壽命。Akhan Semiconductor公司表(biao)示，在智能(neng)折疊屏手(shou)機(ji)(ji)上(shang)使用金(jin)剛(gang)石(shi)玻(bo)(bo)璃(li)(li)還(huan)有(you)很(hen)長(chang)的(de)(de)(de)路要走，Miraj玻(bo)(bo)璃(li)(li)要到下(xia)一代柔(rou)性(xing)玻(bo)(bo)璃(li)(li)問世(shi)之(zhi)后(hou)才(cai)會(hui)有(you)發揮的(de)(de)(de)空間。

2020年7月(yue)，日(ri)本電氣(qi)硝(xiao)子株(zhu)式(shi)會(hui)社（Nippon Electric Glass，NEG）成功研發出一款名為(wei)Dinorex UTGTM的(de)化(hua)學強(qiang)化(hua)專用玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)。該(gai)款玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)厚(hou)度僅為(wei)25微(wei)米（目前全球(qiu)最薄的(de)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)），表面平滑、厚(hou)度均(jun)勻，具有易(yi)彎(wan)曲的(de)特(te)性。Dinorex UTGTM玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)彎(wan)曲半(ban)徑可(ke)達1.5毫米，可(ke)用于制造折疊(die)顯示屏。長期以來，在生產較(jiao)薄的(de)化(hua)學強(qiang)化(hua)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)時，需要對原始(shi)厚(hou)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)板進行(xing)薄化(hua)處(chu)理，而Dinorex UTGTM在玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)成型工藝(yi)中直(zhi)接生產出較(jiao)薄的(de)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)板，省去了薄化(hua)處(chu)理環節，達到減少有害物(wu)質使用量(liang)、削(xue)減成本的(de)效(xiao)果。

（2）美國賓夕法尼亞大學開發出可在火星大氣中漂浮的輕薄納米氧化鋁板

2020年4月，美國賓夕法(fa)尼亞大學研(yan)究人員開發(fa)出可在(zai)火星(xing)稀薄大氣(qi)(qi)中漂(piao)浮的(de)(de)輕薄氧(yang)化鋁(lv)板(ban)。該氧(yang)化鋁(lv)板(ban)內部(bu)(bu)為中空結(jie)構，大量微小的(de)(de)縫隙孔(kong)洞分布其中，這些孔(kong)洞能夠防止(zhi)裂紋蔓延，從(cong)而提升氧(yang)化鋁(lv)板(ban)強(qiang)度。當(dang)暴露(lu)在(zai)強(qiang)光(guang)下時，氧(yang)化鋁(lv)板(ban)被(bei)加熱的(de)(de)頂部(bu)(bu)可與(yu)底部(bu)(bu)形成溫差，引導(dao)氣(qi)(qi)體從(cong)通道的(de)(de)開孔(kong)頂部(bu)(bu)吸入并從(cong)底部(bu)(bu)排(pai)出，形成類似氣(qi)(qi)墊的(de)(de)懸浮效(xiao)果(guo)。每(mei)塊納米氧(yang)化鋁(lv)板(ban)的(de)(de)重量僅與(yu)一只(zhi)果(guo)蠅(ying)相當(dang)，理(li)論上(shang)可承載(zai)10倍于自重的(de)(de)有(you)效(xiao)載(zai)荷。研(yan)究人員正(zheng)研(yan)究能夠安裝(zhuang)在(zai)飛板(ban)上(shang)的(de)(de)小型化學傳感器，進一步(bu)提高(gao)其載(zai)重量。

（3）美國空軍開發出一種可用于制造高溫陶瓷部件的雜化納米材料

2020年8月(yue)，美國萊特·帕(pa)特森(sen)空(kong)軍基地（Wright-Patterson Air Force Base）開發出一(yi)種(zhong)(zhong)用于(yu)制(zhi)造(zao)陶瓷基復(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)的(de)陶瓷先(xian)驅體(ti)(ti)聚(ju)(ju)合(he)物接枝納(na)米顆粒（或稱(cheng)毛(mao)狀納(na)米顆粒）。該顆粒是一(yi)種(zhong)(zhong)混雜(za)材(cai)(cai)料(liao)，由固體(ti)(ti)納(na)米顆粒內核和(he)(he)圍(wei)繞在其周圍(wei)像(xiang)毛(mao)發一(yi)樣(yang)的(de)聚(ju)(ju)合(he)物外殼組(zu)成，大小相當(dang)于(yu)一(yi)個小型(xing)病毒，可用于(yu)制(zhi)備適用于(yu)噴氣發動(dong)機和(he)(he)高超聲(sheng)速(su)飛(fei)行器高溫部件的(de)高性能陶瓷纖維(wei)和(he)(he)復(fu)(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)。新材(cai)(cai)料(liao)采用了一(yi)種(zhong)(zhong)含硅無機聚(ju)(ju)合(he)物，分(fen)子結構類(lei)似于(yu)硅樹脂，但卻是由硅和(he)(he)碳(tan)原子構成。當(dang)高溫加(jia)熱時，這種(zhong)(zhong)聚(ju)(ju)合(he)物中的(de)硅和(he)(he)碳(tan)可產生化學(xue)反應轉變(bian)成碳(tan)化硅陶瓷。以往(wang)即使采用最(zui)先(xian)進的(de)工藝，陶瓷也必(bi)須(xu)經過6～10次(ci)循環滲透才(cai)能達到(dao)所(suo)需密(mi)度，而(er)采用這種(zhong)(zhong)新型(xing)材(cai)(cai)料(liao)有望將滲透循環次(ci)數減少約一(yi)半，從而(er)實現(xian)更(geng)快的(de)生產速(su)度和(he)(he)更(geng)低的(de)生產成本(ben)。

（4）俄羅斯托木斯克理工大學開發出一種新工藝，可以在非真空環境下生產碳化鎢、碳化硼等超硬材料

2020年9月，俄(e)羅斯托木斯克(ke)理工(gong)大學（Tomsk Polytechnic University，TPU）研究人員(yuan)開發出一種(zhong)新工(gong)藝，可以在非真空環(huan)境下生產(chan)碳(tan)化(hua)鎢、碳(tan)化(hua)鈦、碳(tan)化(hua)硅和(he)碳(tan)化(hua)硼等(deng)超(chao)硬材料。新工(gong)藝為(wei)一種(zhong)合成(cheng)碳(tan)化(hua)鎢納(na)米粉的(de)電(dian)弧(hu)法，由于在電(dian)弧(hu)等(deng)離子體(ti)的(de)產(chan)生中(zhong)使(shi)用了特殊形狀的(de)石墨(mo)電(dian)極(ji)，從而能夠(gou)在非真空情況下生成(cheng)自(zi)發自(zi)絕緣(yuan)氣態介質，這極(ji)大地簡(jian)化(hua)了工(gong)藝過程，并降(jiang)低了能源(yuan)消耗。該(gai)技(ji)(ji)術(shu)的(de)另(ling)一個(ge)優(you)點是可以使(shi)用磨損的(de)鉆頭(tou)、用過的(de)刀具零件和(he)其他(ta)含有碳(tan)化(hua)鎢的(de)廢料作為(wei)合成(cheng)原料。研究人員(yuan)表示，目前在生產(chan)效率和(he)經(jing)濟性上(shang)尚(shang)無同(tong)類的(de)生產(chan)技(ji)(ji)術(shu)。未(wei)來(lai)，研究人員(yuan)計劃進一步優(you)化(hua)技(ji)(ji)術(shu)工(gong)藝，將(jiang)該(gai)方法運用到(dao)廢物處理方面。

（三）高分子材料

高分(fen)(fen)子(zi)(zi)材(cai)料(liao)是(shi)由相對(dui)分(fen)(fen)子(zi)(zi)質量較高的(de)化合物構成的(de)材(cai)料(liao)，包括橡膠、塑料(liao)、纖維、涂料(liao)、膠黏劑和高分(fen)(fen)子(zi)(zi)基復合材(cai)料(liao)。高分(fen)(fen)子(zi)(zi)材(cai)料(liao)因質量輕、強度高、耐溫(wen)和耐腐蝕等(deng)(deng)優異的(de)性(xing)能，廣(guang)泛應(ying)用于航空(kong)航天(tian)、交通運輸、醫療和消費電子(zi)(zi)等(deng)(deng)領(ling)域。2020年，高分(fen)(fen)子(zi)(zi)材(cai)料(liao)領(ling)域取得以下幾(ji)個方面(mian)的(de)進(jin)展(zhan).

（1）美國陸軍開發出先進的雙聚合物3D打印材料

2020年2月，美國(guo)陸(lu)軍(jun)研(yan)究(jiu)實驗室研(yan)究(jiu)人員采(cai)用(yong)無模熱(re)拉拔(ba)工藝研(yan)制出一種(zhong)由丙(bing)烯(xi)腈-丁二(er)烯(xi)-苯乙(yi)烯(xi)與聚(ju)(ju)(ju)碳酸(suan)酯兩種(zhong)不同的(de)(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)合物組成的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)聚(ju)(ju)(ju)合物長(chang)(chang)絲(si)(si)。利(li)用(yong)該種(zhong)雙(shuang)聚(ju)(ju)(ju)合物長(chang)(chang)絲(si)(si)可在現有(you)的(de)(de)(de)(de)低(di)成本3D打印(yin)(yin)(yin)機(ji)上生產出適用(yong)于(yu)戰場使用(yong)的(de)(de)(de)(de)堅固零(ling)部(bu)(bu)件(jian)，以便于(yu)士兵快速(su)利(li)用(yong)耐(nai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)3D打印(yin)(yin)(yin)零(ling)部(bu)(bu)件(jian)替換損壞(huai)的(de)(de)(de)(de)塑料零(ling)部(bu)(bu)件(jian)。此外，因材料和工藝問題，當前普遍使用(yong)的(de)(de)(de)(de)3D打印(yin)(yin)(yin)會出現零(ling)部(bu)(bu)件(jian)易碎、機(ji)械性能(neng)較差、退(tui)火(huo)過程中發生過度變形(xing)等問題。但(dan)是(shi)，雙(shuang)聚(ju)(ju)(ju)合物長(chang)(chang)絲(si)(si)因含有(you)兩種(zhong)不同熔融(rong)溫度的(de)(de)(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)合物，被用(yong)于(yu)打印(yin)(yin)(yin)出固體(ti)零(ling)部(bu)(bu)件(jian)后可放入(ru)烤箱烘烤以提升零(ling)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)強度。

（2）德國研發出一種仿生纖維黏合材料，在保持黏合性的同時具有超疏液性

2020年4月，德(de)國(guo)馬克斯·普朗克研究(jiu)所（Max Planck Institute，MPI）受壁虎啟發開發出(chu)一種彈(dan)性纖(xian)(xian)維膠黏(nian)(nian)劑(ji)(ji)。該(gai)(gai)膠黏(nian)(nian)劑(ji)(ji)結合了蘑(mo)菇狀纖(xian)(xian)維的(de)強黏(nian)(nian)附(fu)性和(he)纖(xian)(xian)維尖(jian)端雙(shuang)凹角幾何形狀的(de)疏水(shui)性，不僅對(dui)低(di)表(biao)面張(zhang)力液體表(biao)現出(chu)超強的(de)疏液性，同時又(you)保持了超強的(de)黏(nian)(nian)合性能。研究(jiu)人(ren)員表(biao)示，強疏液性使(shi)該(gai)(gai)纖(xian)(xian)維膠黏(nian)(nian)劑(ji)(ji)能夠有效地黏(nian)(nian)附(fu)到水(shui)、油或其他液體表(biao)面而不會損失(shi)黏(nian)(nian)合力，如攀爬機器人(ren)或可使(shi)用(yong)這種黏(nian)(nian)合材料來攀爬濕玻璃板。此外，該(gai)(gai)彈(dan)性纖(xian)(xian)維膠黏(nian)(nian)劑(ji)(ji)還(huan)具有高度可變形性和(he)拉伸性，能夠抵抗較(jiao)強程度的(de)物理作(zuo)用(yong)，大大擴(kuo)展了實際應用(yong)范圍。

（3）中國研制出一種新型納米纖維素仿生結構材料，綜合性能突出

2020年5月(yue)，中國科學技(ji)術大學研究人員成(cheng)功研制出一類天然納(na)(na)米纖(xian)維(wei)素仿生結構(gou)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，解決了(le)傳統結構(gou)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)難(nan)以兼具(ju)高(gao)(gao)(gao)強度與高(gao)(gao)(gao)韌性(xing)(xing)(xing)的問題。該材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)具(ju)有輕(qing)質高(gao)(gao)(gao)強韌的優(you)異性(xing)(xing)(xing)能，性(xing)(xing)(xing)能超越航空鋁合金(jin)和鋼，且密度僅為鋼的1/6、鋁合金(jin)的1/2。新材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的輕(qing)質高(gao)(gao)(gao)強韌性(xing)(xing)(xing)主(zhu)要(yao)來(lai)自材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)微米級層狀結構(gou)和納(na)(na)米三維(wei)網絡(luo)結構(gou)設計。纖(xian)維(wei)素納(na)(na)米纖(xian)維(wei)內(nei)部高(gao)(gao)(gao)度結晶可以提供(gong)極高(gao)(gao)(gao)的強度，纖(xian)維(wei)之間通過大量氫(qing)鍵等可逆(ni)相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)網絡(luo)進行結合，在(zai)(zai)外力作(zuo)(zuo)用(yong)下這種高(gao)(gao)(gao)密度的可逆(ni)相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)網絡(luo)可以迅速解離(li)和重構(gou)，吸收大量能量，使(shi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)在(zai)(zai)具(ju)有高(gao)(gao)(gao)強度的同時實現(xian)高(gao)(gao)(gao)韌性(xing)(xing)(xing)。此(ci)外，該材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)還(huan)具(ju)有高(gao)(gao)(gao)尺寸穩定性(xing)(xing)(xing)、抗(kang)熱震、抗(kang)沖(chong)擊及(ji)高(gao)(gao)(gao)損傷容限等多種優(you)異性(xing)(xing)(xing)能，在(zai)(zai)輕(qing)量化抗(kang)沖(chong)擊防護(hu)及(ji)緩沖(chong)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、空間材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、精密儀器結構(gou)件等領域具(ju)有廣闊(kuo)的應用(yong)前景(jing)。

（4）以色列開發出柔性高分子材料，有望用于制造機器人、假肢及可穿戴設備

2020年6月，以色列(lie)理(li)工(gong)學院研(yan)究人員(yuan)開發(fa)出一種柔性(xing)高(gao)(gao)分子材料。該(gai)材料在(zai)遭受刮擦(ca)、割傷(shang)(shang)或扭傷(shang)(shang)時能(neng)(neng)(neng)(neng)夠“自(zi)愈”，將其與(yu)傳感(gan)器(qi)相結合，有望獲得具有柔性(xing)和自(zi)我修(xiu)復(fu)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)的(de)電子皮膚，未來可用(yong)(yong)于制造機器(qi)人、假肢和可穿戴設(she)備(bei)。在(zai)該(gai)項研(yan)究中(zhong)，研(yan)究人員(yuan)首先研(yan)發(fa)出柔性(xing)高(gao)(gao)分子材料和彈性(xing)體(ti)(ti)，該(gai)彈性(xing)體(ti)(ti)被拉伸(shen)至(zhi)原(yuan)長度的(de)11倍也不會斷裂(lie)。隨后研(yan)究人員(yuan)利用(yong)(yong)彈性(xing)體(ti)(ti)開發(fa)電子皮膚，并(bing)將選擇性(xing)感(gan)應(ying)、防水、自(zi)我監控和自(zi)我修(xiu)復(fu)等多種功能(neng)(neng)(neng)(neng)融入電子皮膚中(zhong)。利用(yong)(yong)電子皮膚組成的(de)傳感(gan)系統(tong)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠監控環(huan)境變量，如壓力(li)、溫度和酸度。同時，該(gai)系統(tong)還(huan)包含能(neng)(neng)(neng)(neng)監視系統(tong)電子部(bu)件損(sun)壞的(de)類神經(jing)元組件，以及讓受損(sun)部(bu)位加速自(zi)我修(xiu)復(fu)過程的(de)其他組件。

（5）韓國科學技術研究院開發出高透高導塑料新材料

2020年6月，韓國科學技術(shu)研究(jiu)院成功研制出適用(yong)于透(tou)(tou)明(ming)(ming)電(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)高(gao)(gao)導電(dian)(dian)(dian)、高(gao)(gao)透(tou)(tou)明(ming)(ming)性(xing)高(gao)(gao)分(fen)子(zi)塑料新材(cai)料。當(dang)前(qian)，透(tou)(tou)明(ming)(ming)電(dian)(dian)(dian)極中的(de)(de)導電(dian)(dian)(dian)高(gao)(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料存在(zai)厚(hou)度(du)(du)增加不透(tou)(tou)明(ming)(ming)度(du)(du)也(ye)增加的(de)(de)問題。此(ci)次研究(jiu)人員(yuan)開發出與傳統高(gao)(gao)分(fen)子(zi)材(cai)料具有不同化學結構的(de)(de)“自(zi)由基高(gao)(gao)分(fen)子(zi)”材(cai)料，由此(ci)制成的(de)(de)導電(dian)(dian)(dian)高(gao)(gao)分(fen)子(zi)膜厚(hou)度(du)(du)在(zai)1微米時透(tou)(tou)明(ming)(ming)度(du)(du)達96%，相比傳統的(de)(de)10%透(tou)(tou)明(ming)(ming)度(du)(du)提(ti)升了近10倍。“自(zi)由基高(gao)(gao)分(fen)子(zi)”材(cai)料有望應用(yong)于未來新一代儲能(neng)材(cai)料、透(tou)(tou)明(ming)(ming)顯示材(cai)料、柔性(xing)電(dian)(dian)(dian)池和生物電(dian)(dian)(dian)化學等領(ling)域。

（6）日本三菱化學研發出可在海水中降解的塑料袋

2020年8月，日本三菱(ling)化(hua)學（Mitsubishi Chemical Holdings）研發出可(ke)在海水中降(jiang)解的塑(su)(su)(su)料(liao)袋(dai)。新塑(su)(su)(su)料(liao)袋(dai)是(shi)根據(ju)微生物分解土壤中垃(la)圾(ji)的相同機理研發，采(cai)用(yong)(yong)甘蔗等植物性成分制成，僅需1年左右的時間即可(ke)被海水完全分解，而(er)普通塑(su)(su)(su)料(liao)袋(dai)的自然分解通常需20～1000年不等。三菱(ling)化(hua)學希望通過推廣使(shi)用(yong)(yong)這種塑(su)(su)(su)料(liao)袋(dai)來幫助解決海洋塑(su)(su)(su)料(liao)垃(la)圾(ji)問題。但是(shi)，由于制造技術尚未普及，該(gai)種塑(su)(su)(su)料(liao)袋(dai)的價格(ge)是(shi)普通塑(su)(su)(su)料(liao)袋(dai)的6倍以上(shang)。

（四）復合材料

復合(he)材(cai)(cai)料(liao)是指由(you)兩種(zhong)或兩種(zhong)以(yi)上(shang)不同(tong)物質以(yi)不同(tong)方(fang)式組合(he)而(er)成的材(cai)(cai)料(liao)，具有重量輕、強(qiang)度高、加工成型方(fang)便、彈性優良和耐(nai)化學腐蝕等(deng)優點(dian)，已逐(zhu)步取代木(mu)材(cai)(cai)及(ji)金(jin)屬合(he)金(jin)，廣(guang)泛應用(yong)于航空航天、汽(qi)車、電子電氣及(ji)建(jian)筑等(deng)領(ling)域(yu)。隨著全球(qiu)低碳經濟(ji)、綠(lv)色經濟(ji)的發展(zhan)，復合(he)材(cai)(cai)料(liao)呈現出低成本(ben)化、高性能化、可循環(huan)利用(yong)的發展(zhan)趨勢。2020年，復合(he)材(cai)(cai)料(liao)領(ling)域(yu)取得(de)以(yi)下幾個方(fang)面的進展(zhan)。

（1）瑞典皇家理工學院開發出“變形”碳纖維復合材料

2020年5月，瑞典皇家理(li)工學院（KTH Royal Institute of Technology，KTH）開(kai)發出一種(zhong)由兩片摻(chan)雜鋰(li)離(li)子的(de)(de)(de)碳纖(xian)維(wei)和一塊固體(ti)電解質薄片組成的(de)(de)(de)碳纖(xian)維(wei)復(fu)合材料(liao)(liao)。當接入低壓(ya)直流(liu)電時，鋰(li)離(li)子會從(cong)碳纖(xian)維(wei)的(de)(de)(de)一層遷(qian)移到另(ling)一層（通過(guo)電解液(ye)），從(cong)而(er)使碳纖(xian)維(wei)的(de)(de)(de)放電層收縮，充電層膨脹，因此整(zheng)塊材料(liao)(liao)會向(xiang)一側(ce)彎(wan)曲。即使電流(liu)被移除后(hou)，材料(liao)(liao)仍然保持(chi)這(zhe)種(zhong)形(xing)狀。但是，如果隨(sui)后(hou)接入反向(xiang)電流(liu)，鋰(li)離(li)子就會向(xiang)相反的(de)(de)(de)方向(xiang)遷(qian)移，且不同的(de)(de)(de)電壓(ya)將決定復(fu)合材料(liao)(liao)是恢復(fu)到中性的(de)(de)(de)平(ping)面形(xing)狀，還是向(xiang)另(ling)一側(ce)彎(wan)曲。該復(fu)合材料(liao)(liao)質量雖輕，但硬(ying)度高于鋁，進一步開(kai)發后(hou)或可(ke)應用于制造(zao)不需要副翼的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)飛機(ji)機(ji)翼，或是在不同風速下(xia)改變(bian)形(xing)狀以實現最大(da)效率的(de)(de)(de)風力渦輪(lun)機(ji)葉片。

（2）中美研發出高阻尼、高吸能與形狀記憶兼得的鎂基仿生復合材料

2020年5月，中國科學(xue)(xue)院金(jin)屬研究(jiu)所與(yu)(yu)美國加州(zhou)大學(xue)(xue)伯克(ke)利分校(xiao)、中國工程物理研究(jiu)院展開合(he)作，借(jie)鑒天然生(sheng)(sheng)物材料(liao)(liao)三維互穿微觀結(jie)構的原理，將鎂(mei)(mei)熔融浸滲至(zhi)增材制造的鎳鈦(tai)合(he)金(jin)骨架，構筑成輕質、高(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)阻尼(ni)(ni)、高(gao)吸能鎂(mei)(mei)-鎳鈦(tai)仿(fang)生(sheng)(sheng)復合(he)材料(liao)(liao)。微觀三維互穿仿(fang)生(sheng)(sheng)結(jie)構不僅實現了鎳鈦(tai)增強(qiang)相與(yu)(yu)鎂(mei)(mei)基體在(zai)性能優勢(shi)上的互補與(yu)(yu)結(jie)合(he)，而(er)且賦(fu)予(yu)材料(liao)(liao)形狀(zhuang)記憶與(yu)(yu)自修復功能。新型仿(fang)生(sheng)(sheng)復合(he)材料(liao)(liao)突(tu)破了強(qiang)度(du)和阻尼(ni)(ni)性能之間的相互制約(yue)關系(xi)，實現了鎂(mei)(mei)合(he)金(jin)的強(qiang)度(du)、阻尼(ni)(ni)和能量(liang)吸收效(xiao)率等(deng)多種性能的良(liang)好結(jie)合(he)，綜合(he)性能優于目(mu)前(qian)已知的工程材料(liao)(liao)，有望成為精(jing)密(mi)儀器、航空航天等(deng)領域(yu)的新型阻尼(ni)(ni)減(jian)震材料(liao)(liao)。

（3）荷蘭開發可用于航空航天結構件損傷檢測的3D打印復合材料

2020年5月，荷蘭Brightlands材(cai)(cai)料中心(xin)開(kai)始(shi)研(yan)發具有自感(gan)知功能的(de)(de)3D打印復(fu)合材(cai)(cai)料，以用于監控(kong)航空航天、建筑和醫療(liao)保健等(deng)領域(yu)(yu)的(de)(de)關鍵結構(gou)狀態。該(gai)材(cai)(cai)料是一(yi)種(zhong)碳纖維增(zeng)強的(de)(de)聚合物基復(fu)合材(cai)(cai)料，可根(gen)據連續(xu)纖維電阻感(gan)應(ying)(ying)變化，提供自感(gan)應(ying)(ying)功能。目前該(gai)材(cai)(cai)料還在研(yan)發過(guo)程(cheng)中，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)(yuan)將首先驗證(zheng)其在飛機和建筑領域(yu)(yu)提供結構(gou)健康監測（SHM）的(de)(de)可行性(xing)。同(tong)時，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)(yuan)還在將連續(xu)碳纖維的(de)(de)自感(gan)知能力與增(zeng)材(cai)(cai)制造技術相(xiang)結合，擬(ni)使SHM應(ying)(ying)用更(geng)具成本(ben)效益，從而(er)能夠(gou)更(geng)廣泛地擴展到新應(ying)(ying)用中。

（4）美國北卡羅來納州立大學研發出具有優異輻射屏蔽性能的復合材料

2020年5月，美國北(bei)卡(ka)羅來納(na)州立大學（North Carolina State University，NCSU）的(de)一項新研究(jiu)(jiu)表(biao)明(ming)，一種由嵌入三(san)氧化(hua)(hua)二(er)鉍顆粒的(de)高(gao)分子化(hua)(hua)合物組成的(de)復合材(cai)料(liao)具有巨大的(de)潛力，可以(yi)替(ti)代傳(chuan)統的(de)輻(fu)(fu)射屏(ping)(ping)(ping)蔽材(cai)料(liao)，應用(yong)于太空探索、醫學成像和放(fang)射治療(liao)等領域(yu)。鉛(qian)等傳(chuan)統的(de)輻(fu)(fu)射屏(ping)(ping)(ping)蔽材(cai)料(liao)通常(chang)價(jia)格昂貴、重(zhong)量(liang)大且(qie)對人(ren)(ren)(ren)體(ti)健(jian)康和環境有害。在該(gai)(gai)項研究(jiu)(jiu)中，研究(jiu)(jiu)人(ren)(ren)(ren)員使(shi)用(yong)紫外線(xian)固(gu)化(hua)(hua)方法(fa)而非耗(hao)時的(de)高(gao)溫固(gu)化(hua)(hua)法(fa)創建(jian)了(le)高(gao)分子化(hua)(hua)合物樣品，其中三(san)氧化(hua)(hua)二(er)鉍含量(liang)高(gao)達44%。隨后，研究(jiu)(jiu)人(ren)(ren)(ren)員對樣品進行了(le)測試，結果表(biao)明(ming)該(gai)(gai)化(hua)(hua)合物重(zhong)量(liang)輕、強(qiang)度高(gao)，能有效屏(ping)(ping)(ping)蔽諸如伽馬射線(xian)等電離輻(fu)(fu)射，并(bing)且(qie)可以(yi)快速(su)生產(chan)。

（5）瑞士研發出新型磁致感應形狀記憶復合材料

2020年8月(yue)，瑞士保羅謝(xie)爾(er)研(yan)究所(suo)（Paul Scherrer Institute，PSI）和(he)蘇黎世聯邦理工學(xue)院（Eidgen?ssische Technische Hochschule Zürich，ETHZ）合(he)作研(yan)發(fa)出(chu)一(yi)種由(you)磁流(liu)(liu)變(bian)液(ye)和(he)聚(ju)二甲基(ji)硅氧烷（PDMS）組成(cheng)的(de)(de)新型復(fu)(fu)合(he)材(cai)料，該(gai)材(cai)料可(ke)(ke)以在(zai)(zai)磁場下表現出(chu)形(xing)狀記憶(yi)特性。研(yan)究人員(yuan)利(li)用水滴、甘油和(he)羰基(ji)鐵顆粒組成(cheng)磁流(liu)(liu)變(bian)液(ye)，以不同的(de)(de)體積(ji)分數（10%和(he)40%）分散在(zai)(zai)PDMS中制成(cheng)軟磁性形(xing)狀記憶(yi)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料。實驗結果(guo)表明，添(tian)加體積(ji)分數為40%的(de)(de)磁流(liu)(liu)變(bian)液(ye)使PDMS的(de)(de)儲(chu)能(neng)模量提(ti)高近(jin)30倍，無須加熱即可(ke)(ke)實現快(kuai)速(su)可(ke)(ke)逆的(de)(de)形(xing)狀記憶(yi)。該(gai)磁性形(xing)狀記憶(yi)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料在(zai)(zai)生物醫(yi)學(xue)、航(hang)空航(hang)天、電(dian)子(zi)和(he)機器人等領(ling)域(yu)有顯著的(de)(de)應用潛力，如在(zai)(zai)醫(yi)學(xue)領(ling)域(yu)進行(xing)血(xue)栓微創手術時可(ke)(ke)改變(bian)導管的(de)(de)硬度，減輕副作用；在(zai)(zai)太(tai)空探索領(ling)域(yu)可(ke)(ke)作為自行(xing)充氣或折疊的(de)(de)輪胎(tai)安裝在(zai)(zai)探測漫(man)游車上；在(zai)(zai)電(dian)子(zi)設備領(ling)域(yu)可(ke)(ke)用于制造(zao)柔性電(dian)源、數據(ju)電(dian)纜或可(ke)(ke)穿戴設備。

三、先進功能材料

功(gong)(gong)能材料(liao)(liao)(liao)(liao)是指通(tong)過光、電、磁、熱、化(hua)學和生(sheng)化(hua)等(deng)(deng)作用(yong)后具有特定功(gong)(gong)能的材料(liao)(liao)(liao)(liao)。進(jin)入21世紀以來，功(gong)(gong)能材料(liao)(liao)(liao)(liao)成為新(xin)(xin)材料(liao)(liao)(liao)(liao)領域(yu)研究的重(zhong)點，是國民經濟、社會(hui)發(fa)(fa)(fa)(fa)展及國防建設的基礎和先導，推動信息通(tong)信、能源、航空航天、生(sheng)物醫療和國防等(deng)(deng)領域(yu)的發(fa)(fa)(fa)(fa)展。近年(nian)來，先進(jin)信息材料(liao)(liao)(liao)(liao)、新(xin)(xin)能源材料(liao)(liao)(liao)(liao)、生(sheng)物醫用(yong)材料(liao)(liao)(liao)(liao)和節能環保材料(liao)(liao)(liao)(liao)等(deng)(deng)先進(jin)功(gong)(gong)能材料(liao)(liao)(liao)(liao)發(fa)(fa)(fa)(fa)展迅猛，前沿、顛覆性(xing)技術不斷涌(yong)現，給全球(qiu)可持(chi)續發(fa)(fa)(fa)(fa)展、產業升級與變革等(deng)(deng)帶來了深(shen)刻影響。

（一）先進信息材料

先進(jin)信(xin)息(xi)(xi)材料是(shi)為實現(xian)信(xin)息(xi)(xi)探測、傳(chuan)輸、存儲、顯示和處理等(deng)功(gong)能(neng)使用的材料，是(shi)人類社(she)會(hui)步入信(xin)息(xi)(xi)時代(dai)的物質(zhi)基礎，也(ye)是(shi)科技創新(xin)和國(guo)際競爭最為激烈的技術領(ling)域。近(jin)年來，隨著人工(gong)智(zhi)能(neng)、量子(zi)信(xin)息(xi)(xi)和大數據等(deng)技術的發展(zhan)(zhan)，新(xin)型信(xin)息(xi)(xi)器件(jian)不斷(duan)涌(yong)現(xian)，信(xin)息(xi)(xi)材料正加速(su)向(xiang)(xiang)多功(gong)能(neng)化(hua)、薄膜化(hua)、高性(xing)能(neng)和低功(gong)耗(hao)方向(xiang)(xiang)發展(zhan)(zhan)。2020年，先進(jin)信(xin)息(xi)(xi)材料領(ling)域取(qu)得以下(xia)幾(ji)個方面的進(jin)展(zhan)(zhan)。

（1）美國北卡羅來納州立大學研制出超薄可拉伸電子材料，具有氣體滲透性

2020年5月，美(mei)國北卡羅來納州立大學(xue)研(yan)制出(chu)(chu)一種(zhong)超薄、可拉伸(shen)、可透(tou)氣的(de)(de)電(dian)子材(cai)(cai)料。研(yan)究人員使用了一種(zhong)稱為(wei)呼吸圖(tu)法的(de)(de)技術來制造(zao)具有均勻(yun)孔分布的(de)(de)可拉伸(shen)聚合物(wu)薄膜，通(tong)過將(jiang)薄膜浸入(ru)含有銀納米(mi)(mi)線(xian)的(de)(de)溶液中進(jin)行(xing)涂層(ceng)，然后對材(cai)(cai)料進(jin)行(xing)熱壓，將(jiang)納米(mi)(mi)線(xian)封住(zhu)。由于銀納米(mi)(mi)線(xian)正好嵌入(ru)到聚合物(wu)表面正下方(fang)(fang)，因此在(zai)出(chu)(chu)汗和長(chang)期磨損的(de)(de)情況下，該材(cai)(cai)料也表現出(chu)(chu)出(chu)(chu)色的(de)(de)穩定性。研(yan)究人員表示，這種(zhong)薄膜在(zai)導電(dian)性、光(guang)學(xue)透(tou)光(guang)性和水(shui)蒸(zheng)氣滲(shen)透(tou)性方(fang)(fang)面表現出(chu)(chu)良好的(de)(de)組合特性。研(yan)究團隊創建的(de)(de)第一個原型是可安裝在(zai)皮膚(fu)上用作電(dian)生理傳感器(qi)的(de)(de)干電(dian)極。

（2）韓國開發出新型導電黏合劑，可將集成電路密度提高逾20倍

2020年5月，韓國成(cheng)均館大(da)學（Sungkyunkwan University，SKKU）和三星電(dian)子(zi)(zi)合作開發(fa)出一種(zhong)導(dao)電(dian)黏(nian)合劑，可以將集成(cheng)電(dian)路密度提高20倍以上。該黏(nian)合劑由納(na)米金屬顆粒(li)制成(cheng)，用(yong)(yong)于在(zai)(zai)電(dian)路板(ban)(ban)上集成(cheng)微(wei)型(xing)的(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)設(she)備。通過這項研究，研究人員已成(cheng)功將數千個比頭發(fa)還細的(de)(de)30微(wei)米×60微(wei)米微(wei)型(xing)LED組裝在(zai)(zai)低(di)(di)溫低(di)(di)壓的(de)(de)柔性板(ban)(ban)上。此外，該項技(ji)術可以實現(xian)在(zai)(zai)比信(xin)用(yong)(yong)卡更(geng)小的(de)(de)基板(ban)(ban)上排列60萬個相(xiang)距(ju)100微(wei)米的(de)(de)微(wei)型(xing)LED。與目(mu)前市(shi)場上的(de)(de)其他黏(nian)合劑不同，該導(dao)電(dian)黏(nian)合劑能夠應用(yong)(yong)于可彎(wan)曲(qu)和展開的(de)(de)柔性基板(ban)(ban)上，這意味著其將為生物醫學設(she)備的(de)(de)進一步小型(xing)化鋪(pu)平道(dao)路。

（3）韓國三星宣布發現新型半導體材料非晶氮化硼

2020年7月，韓國(guo)(guo)三星(xing)電(dian)(dian)子宣(xuan)布，三星(xing)高(gao)級(ji)技(ji)(ji)術學院（Samsung AdvancedInstitute of Technology，SAIT）與蔚山(shan)國(guo)(guo)家(jia)科學技(ji)(ji)術學院（UlsanNational Institute of Science and Technology，UNIST）、劍橋大(da)學兩家(jia)高(gao)校(xiao)合作(zuo)，成功制備出(chu)一種3納米(mi)厚的無定(ding)(ding)型(xing)氮(dan)化硼薄(bo)膜(mo)（a-BN）。該薄(bo)膜(mo)在100千赫茲和1兆赫茲的工作(zuo)頻率下分別展(zhan)示(shi)了(le)1.78和1.16的超(chao)低介電(dian)(dian)性質，極度接近于空氣的介電(dian)(dian)值1，并(bing)且表(biao)現(xian)出(chu)優(you)異的機械、高(gao)壓(ya)穩定(ding)(ding)性。研究人員(yuan)表(biao)示(shi)，無定(ding)(ding)型(xing)氮(dan)化硼薄(bo)膜(mo)具有極低的介電(dian)(dian)常數、高(gao)擊穿電(dian)(dian)壓(ya)和出(chu)色(se)的金(jin)屬(shu)阻擋性能，可(ke)實現(xian)更小(xiao)巧、更緊湊的電(dian)(dian)子解(jie)決方(fang)案，推動器件進(jin)一步小(xiao)型(xing)化發展(zhan)。

（4）俄羅斯南烏拉爾州立大學研發出環保且可應用于多種傳感器的材料

2020年7月(yue)，俄羅(luo)斯南烏(wu)拉爾州立(li)大學(xue)（South Ural State University）的(de)研究(jiu)人(ren)員合成(cheng)了適用(yong)于制(zhi)(zhi)造壓力、溫度(du)、電場(chang)和磁場(chang)傳(chuan)感(gan)器的(de)陶瓷(ci)材(cai)料(liao)(liao)。當(dang)前，許(xu)多用(yong)于制(zhi)(zhi)造傳(chuan)感(gan)器的(de)現(xian)代材(cai)料(liao)(liao)都含有鉛(qian)，其(qi)廣泛(fan)使用(yong)會造成(cheng)環境(jing)污染(ran)并(bing)對(dui)人(ren)體健康產生負(fu)面影響，無法大規模生產。而南烏(wu)拉爾州立(li)大學(xue)研究(jiu)人(ren)員通過研究(jiu)基于鉍(bi)鐵氧體的(de)陶瓷(ci)材(cai)料(liao)(liao)的(de)相(xiang)變結構，發現(xian)該種材(cai)料(liao)(liao)對(dui)外部因素（溫度(du)、電勢(shi)、磁場(chang)、壓力）高度(du)敏感(gan)，不僅(jin)可以(yi)被(bei)用(yong)于制(zhi)(zhi)造傳(chuan)感(gan)器，而且該材(cai)料(liao)(liao)屬于多鐵性合金，對(dui)環境(jing)更加友好(hao)，可能(neng)成(cheng)為未來傳(chuan)感(gan)器材(cai)料(liao)(liao)的(de)發展方向。

（5）日本東京大學開發出一種磁性材料，可提供更高的存儲密度

2020年10月，日本東京大學(xue)（The University of Tokyo）研究(jiu)人員(yuan)開(kai)發出一種磁(ci)(ci)性(xing)材料——ε氧化鐵。該磁(ci)(ci)性(xing)材料加上(shang)特殊的(de)訪(fang)問方(fang)法，可(ke)(ke)以提供比(bi)(bi)以往(wang)更高的(de)存(cun)儲(chu)(chu)密(mi)度。研究(jiu)人員(yuan)稱，當施加外(wai)部磁(ci)(ci)場時，ε氧化鐵會在(zai)(zai)高頻波情況(kuang)下發生磁(ci)(ci)方(fang)向翻轉，隨后數(shu)據就(jiu)被(bei)鎖定在(zai)(zai)磁(ci)(ci)帶存(cun)儲(chu)(chu)器(qi)中。此外(wai)，ε氧化鐵材料的(de)魯棒性(xing)意味著數(shu)據存(cun)儲(chu)(chu)時間將比(bi)(bi)其他介質(zhi)更長(chang)，并且可(ke)(ke)以在(zai)(zai)低功耗下運行，未來有(you)望應用于需要進行長(chang)期存(cun)儲(chu)(chu)的(de)應用中。研究(jiu)人員(yuan)希望能在(zai)(zai)未來5～10年內開(kai)發出基于新磁(ci)(ci)性(xing)材料的(de)磁(ci)(ci)帶存(cun)儲(chu)(chu)器(qi)，其數(shu)據容(rong)量可(ke)(ke)達當前容(rong)量的(de)10倍。

（6）麻省理工學院研究表明“金屬化”金剛石可制備新型量子探測器和傳感器

2020年10月，美(mei)國(guo)麻省理工(gong)學(xue)院和(he)新(xin)加(jia)(jia)坡南洋(yang)理工(gong)大學(xue)（NanyangTechnological University，NTU）利用量(liang)(liang)子(zi)力(li)學(xue)和(he)機械變形的(de)計算機模(mo)擬發(fa)現，使金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)納(na)米針(zhen)變形，會使其(qi)導(dao)電(dian)(dian)性(xing)從絕緣(yuan)體(ti)變為(wei)半導(dao)體(ti)，再變為(wei)高導(dao)電(dian)(dian)性(xing)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)。電(dian)(dian)子(zi)在材(cai)料中移動的(de)難易程度(du)是(shi)以(yi)(yi)材(cai)料的(de)帶隙來(lai)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)，帶隙越大，電(dian)(dian)子(zi)越難通(tong)過。在5.6電(dian)(dian)子(zi)伏特(te)下，金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)通(tong)常具有超(chao)寬(kuan)的(de)帶隙，是(shi)絕緣(yuan)體(ti)。但(dan)是(shi)，當對金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)納(na)米針(zhen)施(shi)加(jia)(jia)外(wai)力(li)時，可(ke)以(yi)(yi)使其(qi)產生應變。施(shi)加(jia)(jia)的(de)外(wai)力(li)越大，應變越大，帶隙就越窄，從而使金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)轉(zhuan)化成優良的(de)導(dao)電(dian)(dian)體(ti)。研(yan)究人員稱，“金(jin)(jin)(jin)屬(shu)化”后的(de)金(jin)(jin)(jin)剛(gang)石(shi)可(ke)以(yi)(yi)制造新(xin)型量(liang)(liang)子(zi)探測器和(he)傳感器。

（二）新能源材料

新能(neng)(neng)源(yuan)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)是指(zhi)支撐新能(neng)(neng)源(yuan)發展，具有能(neng)(neng)量(liang)存儲和能(neng)(neng)量(liang)轉(zhuan)換功能(neng)(neng)的材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，主要包括燃料(liao)(liao)(liao)(liao)電(dian)池材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、鋰離子電(dian)池材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、太陽能(neng)(neng)電(dian)池材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、相變(bian)儲能(neng)(neng)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)、金(jin)屬氫(qing)化物鎳電(dian)池材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)和半導體照明發光材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)等。近年來，隨著氣候變(bian)化、能(neng)(neng)源(yuan)危機等全球性(xing)問題(ti)進一(yi)步凸(tu)顯，新能(neng)(neng)源(yuan)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)成為(wei)世界各國重點關注的技術領域之一(yi)，政策扶持(chi)與資金(jin)支持(chi)不斷(duan)加碼。2020年，新能(neng)(neng)源(yuan)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)領域取得以下(xia)進展。

（1）澳大利亞昆士蘭大學在量子點太陽能電池效率方面取得重大突破

2020年2月，澳大(da)利(li)亞昆士蘭大(da)學(xue)研(yan)究(jiu)人員開發(fa)出(chu)能量轉換(huan)(huan)效(xiao)率(lv)高達16.6%的(de)新型(xing)量子(zi)點太(tai)陽(yang)能電(dian)池(chi)，比此前世界紀錄高出(chu)近25%。該電(dian)池(chi)采用(yong)了(le)銫和甲酰胺鉛三碘鈣鈦礦體系，并用(yong)油酸配體輔助陽(yang)離子(zi)交換(huan)(huan)策略(lve)，提供了(le)穩定的(de)基于鈣鈦礦的(de)光伏和光電(dian)子(zi)學(xue)的(de)途(tu)徑。研(yan)究(jiu)團隊通(tong)(tong)過控制量子(zi)點上的(de)表(biao)面功能化學(xue)物質，開發(fa)出(chu)一種新的(de)表(biao)面工程方法，不僅可以穩定量子(zi)點，還可以保持電(dian)子(zi)通(tong)(tong)過的(de)路徑平滑(hua)，使量子(zi)點將太(tai)陽(yang)能轉換(huan)(huan)為(wei)電(dian)能的(de)效(xiao)率(lv)大(da)大(da)提高。此外，由于這些量子(zi)點具有柔韌(ren)性，并且能夠以較低成本大(da)規模打印(yin)，因此可將其用(yong)作透明皮膚(fu)，為(wei)汽(qi)車、飛(fei)機、房屋和可穿戴設(she)備提供動力。

（2）美國西北太平洋國家實驗室設計出一種新型納米結構，可用于制造高性能鋰離子電池陽極

2020年4月，美國能(neng)源部(bu)西(xi)北太平洋國家實驗室（Pacific NorthwestNational Laboratory，PNNL）研究(jiu)人(ren)員設計出一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)納(na)米結構(gou)(gou)(gou)，能(neng)夠(gou)賦予硅(gui)(gui)非凡(fan)的(de)強度，使其有望成(cheng)為(wei)鋰離(li)子電池(chi)的(de)陽(yang)極材(cai)料。近年來，隨著對(dui)更高(gao)能(neng)量密度電池(chi)的(de)需求不(bu)斷(duan)增加，石墨基電極亟待升(sheng)級，而硅(gui)(gui)被認為(wei)是一(yi)種(zhong)很好(hao)的(de)升(sheng)級版材(cai)料。但硅(gui)(gui)在遇到鋰時會大幅膨(peng)脹(zhang)，可(ke)(ke)能(neng)會導致(zhi)鋰電池(chi)陽(yang)極破裂(lie)粉化。為(wei)解決(jue)這(zhe)一(yi)難題，研究(jiu)人(ren)員將細(xi)小的(de)硅(gui)(gui)顆粒(li)聚集到直(zhi)徑約8微米的(de)微球中，形成(cheng)一(yi)種(zhong)相當于紅細(xi)胞大小的(de)分(fen)層多孔硅(gui)(gui)結構(gou)(gou)(gou)。這(zhe)種(zhong)結構(gou)(gou)(gou)就像海綿一(yi)樣(yang)，內部(bu)有空間吸收(shou)膨(peng)脹(zhang)壓力。研究(jiu)表明(ming)，這(zhe)種(zhong)分(fen)層多孔結構(gou)(gou)(gou)具有出色的(de)電化學性能(neng)、機械強度和結構(gou)(gou)(gou)完(wan)整性，可(ke)(ke)用于制造(zao)高(gao)性能(neng)鋰離(li)子電池(chi)陽(yang)極，其可(ke)(ke)容納(na)的(de)電荷(he)也是典型(xing)石墨基陽(yang)極的(de)兩倍。

（3）瑞典林雪平大學研發出穩定的鈣鈦礦——有機分子復合薄膜，可用于開發高效發光二極管

2020年4月，瑞(rui)典(dian)林雪平大(da)學（Link?ping University，LiU）與中(zhong)國、英國和(he)(he)捷克組成(cheng)的(de)國際團(tuan)隊合作研(yan)制出一種效(xiao)率高、穩(wen)定(ding)性(xing)強的(de)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)發(fa)光二極管（Light Emitting Diode，LED）。鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)是(shi)(shi)當今熱(re)門的(de)半導(dao)體(ti)材(cai)料之一，其(qi)獨特的(de)晶體(ti)結構使(shi)其(qi)具(ju)有(you)(you)卓越(yue)的(de)光學及電子(zi)(zi)特性(xing)，并(bing)(bing)且制造起來(lai)難度小、成(cheng)本低(di)。然而，當前大(da)多數鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)LED并(bing)(bing)不是(shi)(shi)特別穩(wen)定(ding)，無(wu)法投入實(shi)際應用。此次(ci)研(yan)究團(tuan)隊采用鉛(qian)、碘和(he)(he)有(you)(you)機(ji)物(wu)質甲脒(mi)制備了新型鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)料，并(bing)(bing)將鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)料嵌入到有(you)(you)機(ji)分子(zi)(zi)基(ji)(ji)體(ti)中(zhong)，最終形(xing)成(cheng)一種復合薄膜(mo)。其(qi)中(zhong)，末端有(you)(you)兩個氨基(ji)(ji)的(de)有(you)(you)機(ji)分子(zi)(zi)有(you)(you)助于(yu)穩(wen)定(ding)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)的(de)結構，鉛(qian)和(he)(he)碘有(you)(you)助于(yu)提升(sheng)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)的(de)發(fa)光性(xing)能(neng)。測(ce)試結果表明，新型鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)(kuang)LED的(de)效(xiao)率為17.3%，服役壽命超過100小時。

（4）美國愛達荷國家實驗室研發出新型氧電極材料，可使電化學電池實現“三重傳導”

2020年5月，美國愛達荷國家實驗室（Idaho National Laboratory，INL）研(yan)(yan)發出(chu)一款可(ke)用作電(dian)(dian)(dian)化學電(dian)(dian)(dian)池的新(xin)(xin)型氧電(dian)(dian)(dian)極(ji)材料。該(gai)(gai)材料是一種(zhong)鈣鈦礦化合物，此前(qian)氧電(dian)(dian)(dian)極(ji)只傳(chuan)導電(dian)(dian)(dian)子(zi)和(he)氧離(li)子(zi)，而新(xin)(xin)型鈣鈦礦能(neng)夠(gou)進行(xing)“三重(zhong)傳(chuan)導”，即可(ke)傳(chuan)導電(dian)(dian)(dian)子(zi)、氧離(li)子(zi)和(he)質子(zi)。在實際應(ying)用中(zhong)，能(neng)夠(gou)進行(xing)“三重(zhong)傳(chuan)導”的電(dian)(dian)(dian)極(ji)會更快、更高(gao)效(xiao)地發生反應(ying)，因(yin)而可(ke)以(yi)在保持良好性能(neng)的同時，降低操作溫度。研(yan)(yan)究人員表示(shi)，使用該(gai)(gai)材料的電(dian)(dian)(dian)池能(neng)夠(gou)高(gao)效(xiao)地將多余的電(dian)(dian)(dian)力和(he)水(shui)轉(zhuan)化為氫，當電(dian)(dian)(dian)力需(xu)求(qiu)增加時，該(gai)(gai)電(dian)(dian)(dian)池能(neng)夠(gou)反過來(lai)將氫轉(zhuan)換成電(dian)(dian)(dian)，用于電(dian)(dian)(dian)網供電(dian)(dian)(dian)。未來(lai)，研(yan)(yan)究人員希望繼續將創新(xin)(xin)材料與前(qian)沿制造工藝相結合，繼續改進該(gai)(gai)款電(dian)(dian)(dian)化學電(dian)(dian)(dian)池，以(yi)使其(qi)可(ke)以(yi)應(ying)用于工業化生產。

（5）英國研發石墨烯基催化劑，可制成使用壽命更長的氫燃料電池

2020年8月，英(ying)國倫(lun)敦瑪(ma)麗(li)女王大(da)(da)(da)學（Queen Mary University ofLondon）和倫(lun)敦大(da)(da)(da)學學院（University College London）的(de)(de)研究(jiu)(jiu)團隊(dui)通過一(yi)鍋合成法，生(sheng)產出(chu)包裹著鉑納米(mi)顆粒的(de)(de)高(gao)質量石墨(mo)(mo)烯(xi)，并(bing)將其(qi)用(yong)(yong)于研發氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)。氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)在(zai)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)作用(yong)(yong)下使(shi)氫(qing)(qing)(qing)和氧結合，將化(hua)(hua)(hua)(hua)學能(neng)(neng)轉化(hua)(hua)(hua)(hua)為(wei)電能(neng)(neng)，是一(yi)種高(gao)效且(qie)(qie)環(huan)保(bao)的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)。在(zai)氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)中，鉑是使(shi)用(yong)(yong)最廣(guang)泛的(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)，但成本高(gao)昂，這也(ye)是阻止氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)實(shi)現(xian)商(shang)業化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)一(yi)大(da)(da)(da)難題。為(wei)解決該問題，商(shang)用(yong)(yong)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)通常是在(zai)較便宜的(de)(de)碳載體(ti)上裹上微小的(de)(de)鉑納米(mi)顆粒，不過此種材(cai)(cai)料(liao)(liao)耐用(yong)(yong)性很差(cha)，大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)縮(suo)短了當前燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命。研究(jiu)(jiu)表明，石墨(mo)(mo)烯(xi)具有(you)耐腐蝕性、表面積大(da)(da)(da)且(qie)(qie)導電性高(gao)等優點(dian)，可能(neng)(neng)是氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)料(liao)(liao)電池(chi)(chi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)理(li)想支撐材(cai)(cai)料(liao)(liao)。與(yu)現(xian)有(you)的(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)相比，石墨(mo)(mo)烯(xi)基(ji)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)更耐用(yong)(yong)且(qie)(qie)性能(neng)(neng)相當，可用(yong)(yong)于大(da)(da)(da)規(gui)模生(sheng)產，有(you)望在(zai)能(neng)(neng)源(yuan)領域得到廣(guang)泛應(ying)用(yong)(yong)。

（6）美國用回收塑料制備儲能納米材料，可用于制備電動汽車超級電容器

2020年9月，美國(guo)加(jia)州大學河濱(bin)分(fen)校研發了一種(zhong)方法，以回收蘇打(da)水瓶(ping)等塑(su)料(liao)(liao)，并(bing)將此類塑(su)料(liao)(liao)制備成可以用來存儲(chu)能(neng)源的(de)(de)(de)納米材(cai)料(liao)(liao)。研究人員(yuan)首先(xian)將塑(su)料(liao)(liao)瓶(ping)的(de)(de)(de)碎片溶(rong)解在溶(rong)劑中，然(ran)后采用靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)紡絲(si)工藝，用聚合物制出微(wei)小的(de)(de)(de)纖維，并(bing)在熔爐中將塑(su)料(liao)(liao)絲(si)碳(tan)化。在與黏(nian)結(jie)劑和(he)導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)劑混合后，該(gai)材(cai)料(liao)(liao)被(bei)干燥，并(bing)被(bei)組裝成硬(ying)幣電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)芯類型的(de)(de)(de)雙層超級電(dian)(dian)(dian)(dian)容器。當在超級電(dian)(dian)(dian)(dian)容器中測試(shi)該(gai)材(cai)料(liao)(liao)時，該(gai)材(cai)料(liao)(liao)包含了由分(fen)散離(li)子電(dian)(dian)(dian)(dian)荷和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)子電(dian)(dian)(dian)(dian)荷形成的(de)(de)(de)雙層電(dian)(dian)(dian)(dian)容器，以及當離(li)子被(bei)電(dian)(dian)(dian)(dian)化學反應吸收到(dao)材(cai)料(liao)(liao)表面時產生的(de)(de)(de)氧化還原反應偽電(dian)(dian)(dian)(dian)容的(de)(de)(de)特性。雖然(ran)此電(dian)(dian)(dian)(dian)容器存儲(chu)的(de)(de)(de)能(neng)量不如鋰離(li)子電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)多(duo)(duo)，但(dan)充電(dian)(dian)(dian)(dian)速(su)度要快得多(duo)(duo)，可以讓很(hen)多(duo)(duo)基于(yu)塑(su)料(liao)(liao)廢料(liao)(liao)制成的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)應用到(dao)更多(duo)(duo)領域。

（7）英國發現可將太陽能存儲數月乃至數年的特殊材料

2020年12月，英國蘭(lan)開斯特大(da)(da)學研(yan)究人員發現(xian)(xian)一(yi)種(zhong)可將(jiang)(jiang)太陽能(neng)存(cun)(cun)儲數月乃至(zhi)數年的(de)(de)(de)(de)特殊材(cai)(cai)料(liao)(liao)——金屬(shu)有(you)機框架（Metal-Organic Framework，MOF）材(cai)(cai)料(liao)(liao)。MOF材(cai)(cai)料(liao)(liao)是多(duo)孔的(de)(de)(de)(de)，因此可與其他小分子(zi)形成(cheng)復合材(cai)(cai)料(liao)(liao)。MOF材(cai)(cai)料(liao)(liao)通過添加吸(xi)收光的(de)(de)(de)(de)化(hua)合物偶氮苯分子(zi)，最終(zhong)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)復合材(cai)(cai)料(liao)(liao)能(neng)在(zai)室溫下將(jiang)(jiang)吸(xi)收的(de)(de)(de)(de)紫外線能(neng)量(liang)儲存(cun)(cun)至(zhi)少(shao)4個月，然后(hou)再釋放出來。目前大(da)(da)多(duo)數光響應材(cai)(cai)料(liao)(liao)僅能(neng)存(cun)(cun)儲幾天或幾周能(neng)量(liang)，而MOF材(cai)(cai)料(liao)(liao)成(cheng)為(wei)該(gai)領(ling)域的(de)(de)(de)(de)重大(da)(da)突破。研(yan)究人員稱，該(gai)材(cai)(cai)料(liao)(liao)仍需要做一(yi)些改進才能(neng)實現(xian)(xian)商業化(hua)，未來有(you)望用于為(wei)汽(qi)車風窗玻璃除冰(bing)或為(wei)家庭(ting)和辦公室提供額外的(de)(de)(de)(de)熱量(liang)。

（8）德國研發出當前全球最高轉換效率的鈣鈦礦電池

2020年12月，德國海姆霍茲柏林材料(liao)所研(yan)發(fa)出目前全球最(zui)高(gao)轉換效率(lv)的(de)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)—硅(gui)疊(die)層(ceng)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)，轉換效率(lv)高(gao)達29.15%。此外，該電(dian)(dian)池(chi)(chi)即使在(zai)沒有封(feng)裝(zhuang)的(de)情況下也能(neng)提供300小時的(de)穩定(ding)電(dian)(dian)量。在(zai)該項研(yan)究(jiu)中(zhong)(zhong)，研(yan)究(jiu)人員為鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)—硅(gui)疊(die)層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)開發(fa)了(le)一種特(te)殊的(de)電(dian)(dian)極接觸層(ceng)，用于光(guang)(guang)學耦(ou)合頂部(bu)(bu)和底部(bu)(bu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)，同(tong)時還改進了(le)界面層(ceng)。在(zai)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)—硅(gui)疊(die)層(ceng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)(zhong)，硅(gui)將大(da)(da)部(bu)(bu)分(fen)太陽光(guang)(guang)的(de)紅外/近紅外轉化為電(dian)(dian)能(neng)，而鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)化合物則主要(yao)利(li)用光(guang)(guang)譜的(de)可見光(guang)(guang)部(bu)(bu)分(fen)。因此，由(you)硅(gui)和鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)制成的(de)疊(die)層(ceng)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)可比(bi)單個電(dian)(dian)池(chi)(chi)實現更高(gao)的(de)效率(lv)。當前，該太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)在(zai)1平方厘(li)米的(de)樣(yang)品中(zhong)(zhong)測試成功。研(yan)究(jiu)人員希(xi)望未來將其擴(kuo)大(da)(da)到更貼合實際應用的(de)尺寸。

（三）生物醫用材料

生(sheng)物(wu)醫(yi)(yi)用(yong)材(cai)(cai)(cai)料是(shi)指以(yi)醫(yi)(yi)療(liao)為(wei)目的(de)，用(yong)于(yu)診斷(duan)、治療(liao)、修復、替換人體組織(zhi)器官(guan)或增進其功能的(de)新型高技術(shu)材(cai)(cai)(cai)料，是(shi)材(cai)(cai)(cai)料科學技術(shu)中(zhong)一個高速發(fa)(fa)展的(de)新領域(yu)。近年來，隨著生(sheng)物(wu)技術(shu)的(de)蓬勃(bo)發(fa)(fa)展和(he)重大突破，生(sheng)物(wu)醫(yi)(yi)用(yong)材(cai)(cai)(cai)料已成(cheng)為(wei)各國研究和(he)開發(fa)(fa)的(de)熱點(dian)。2020年，生(sheng)物(wu)醫(yi)(yi)用(yong)材(cai)(cai)(cai)料領域(yu)取得以(yi)下幾(ji)個方(fang)面的(de)進展。

（1）瑞典隆德大學開發出一種可治愈傷口的非抗生素凝膠

2020年1月，瑞典(dian)隆德大(da)學（Lund University）研(yan)究人員(yuan)開發(fa)出一(yi)種(zhong)用于愈合傷口(kou)的(de)(de)(de)(de)(de)凝(ning)膠。該(gai)(gai)凝(ning)膠不僅可(ke)以(yi)殺死(si)對抗生(sheng)素(su)產生(sheng)耐藥(yao)性的(de)(de)(de)(de)(de)細菌(jun)，還可(ke)以(yi)減輕(qing)傷口(kou)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)炎癥。該(gai)(gai)凝(ning)膠含有一(yi)種(zhong)名為TCP-25的(de)(de)(de)(de)(de)肽(tai)，可(ke)通過(guo)殺死(si)傷口(kou)部位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)有害細菌(jun)來幫助預防(fang)感(gan)染。在(zai)(zai)對大(da)鼠和(he)豬進(jin)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)室測試中(zhong)發(fa)現，該(gai)(gai)凝(ning)膠可(ke)在(zai)(zai)使用后24小時內(nei)減少傷口(kou)發(fa)炎，并(bing)(bing)在(zai)(zai)隨后3～4天內(nei)顯著(zhu)減少細菌(jun)數量。隆德大(da)學正在(zai)(zai)與瑞典(dian)生(sheng)物醫學初(chu)創(chuang)公司in2cure AB進(jin)行(xing)合作，使該(gai)(gai)技(ji)術商(shang)業化，并(bing)(bing)希望該(gai)(gai)技(ji)術能很(hen)快(kuai)應(ying)用于燒傷患者(zhe)的(de)(de)(de)(de)(de)臨床試驗(yan)中(zhong)。下一(yi)步，研(yan)究人員(yuan)計劃開發(fa)用于治(zhi)療眼部感(gan)染和(he)其他內(nei)部器官(guan)感(gan)染的(de)(de)(de)(de)(de)新型肽(tai)基藥(yao)物。

（2）中國天津大學開發出可追蹤癌細胞位置的新型水凝膠材料

2020年(nian)2月，天津大學研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員成功(gong)研(yan)(yan)發(fa)出新型長余(yu)輝(hui)水凝膠。該(gai)水凝膠由腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)(liu)特(te)異靶(ba)向性的(de)“長余(yu)輝(hui)納米(mi)探針(zhen)”和(he)“海藻酸鈉水凝膠”構成，通(tong)過表面修飾腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)(liu)特(te)異性配體，能夠靶(ba)向識(shi)別(bie)、持(chi)續(xu)標記(ji)不同腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)(liu)細胞(bao)，其進入活體后(hou)，能夠在(zai)腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)(liu)細胞(bao)上長時間標記(ji)并發(fa)出近紅(hong)外光，使腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)(liu)細胞(bao)的(de)轉移活動形成一幅發(fa)光的(de)“實時位置軌跡(ji)圖”。試驗結果顯示，新型水凝膠有很(hen)高的(de)靈敏度且生物相容性好，無毒無副作用(yong)，不影(ying)響腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)(liu)的(de)轉移和(he)侵襲。研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員表示，該(gai)水凝膠可以針(zhen)對各種類型的(de)癌細胞(bao)進行定制化設計，從(cong)而為各種腫(zhong)(zhong)瘤(liu)(liu)(liu)轉移研(yan)(yan)究(jiu)提供通(tong)用(yong)檢測平臺，在(zai)癌癥治療領域具有廣闊前(qian)景。

（3）瑞典查爾默斯理工大學開發出無毒柔性材料，可用于藥物精準治療

2020年3月，瑞典(dian)查爾默斯理(li)工大學（Chalmers Tekniska H?gskola，CTH）研究(jiu)人(ren)員開發(fa)出一(yi)種柔(rou)軟(ruan)、呈橡膠(jiao)狀的生物(wu)(wu)相容性材(cai)料。該材(cai)料內(nei)部充(chong)斥著納(na)米孔(kong)洞(dong)，是一(yi)種三維(wei)網絡結(jie)構，其成分類似于(yu)有(you)機玻璃，但(dan)柔(rou)韌(ren)性、彈性要優(you)于(yu)有(you)機玻璃。研究(jiu)人(ren)員表示，未來可(ke)(ke)(ke)以將(jiang)(jiang)一(yi)塊載有(you)藥物(wu)(wu)的材(cai)料植(zhi)入(ru)(ru)體內(nei)，以精確(que)地(di)將(jiang)(jiang)藥物(wu)(wu)輸送到需(xu)(xu)要的地(di)方，從而最大限度地(di)減少(shao)了(le)口服同一(yi)藥物(wu)(wu)所帶來的副作用。此外，該材(cai)料還(huan)可(ke)(ke)(ke)用于(yu)替換(huan)體內(nei)軟(ruan)骨(gu)或其他軟(ruan)組織，但(dan)這可(ke)(ke)(ke)能需(xu)(xu)要提前(qian)3D打印替換(huan)零件，然(ran)后通過傳(chuan)統(tong)手術方式將(jiang)(jiang)其植(zhi)入(ru)(ru)。

（4）美國哈佛大學醫學院制備出一種可以直接打印成具有多級孔結構的水凝膠生物墨水

2020年(nian)9月，美國哈佛大學醫(yi)學院（Harvard Medical School，HMS）報道了(le)一種基于甲基丙烯酰化明膠(jiao)的(de)(de)生(sheng)物墨水的(de)(de)制備方法(fa)，實現了(le)具(ju)有納米孔—微(wei)孔—大孔多(duo)級孔的(de)(de)細胞負載(zai)水凝膠(jiao)結構(gou)的(de)(de)3D生(sheng)物打(da)印，并(bing)且證(zheng)明這種多(duo)孔級水凝膠(jiao)在(zai)微(wei)創組織(zhi)再(zai)生(sheng)和細胞治(zhi)療(liao)方面的(de)(de)應用前景(jing)。多(duo)孔水凝膠(jiao)由于內部(bu)存在(zai)著(zhu)大量孔結構(gou)，可(ke)在(zai)注射前后具(ju)有形狀記(ji)憶功能(neng)，利用該(gai)(gai)功能(neng)可(ke)以將其(qi)直接注射到(dao)(dao)組織(zhi)缺損空(kong)間內并(bing)與周圍的(de)(de)宿(su)主(zhu)組織(zhi)結合，實現組織(zhi)再(zai)生(sheng)修復。同(tong)時(shi)，該(gai)(gai)方法(fa)避免了(le)侵入性外科(ke)手術，能(neng)極大地減輕患(huan)者的(de)(de)痛苦，有望在(zai)組織(zhi)工程、再(zai)生(sheng)醫(yi)學和個性化治(zhi)療(liao)方面得到(dao)(dao)應用。

（5）俄羅斯合成一種新材料，可有效止血還具明顯的抗菌活性

2020年(nian)9月，俄羅斯門捷列夫化工大學（Mendeleev University ofChemical Technology of Russia，MUCTR）研究(jiu)人員用(yong)殼(ke)聚(ju)(ju)糖(tang)、藻酸鹽兩種生(sheng)物聚(ju)(ju)合(he)(he)物和銀納(na)米(mi)顆粒合(he)(he)成一種新(xin)材料(liao)，形如一塊5厘米(mi)厚的(de)多孔海綿，可用(yong)于開放性(xing)傷口快速止(zhi)(zhi)血(xue)，同時防(fang)止(zhi)(zhi)感染。當前，市面上的(de)各(ge)種止(zhi)(zhi)血(xue)材料(liao)大部分只注重快速止(zhi)(zhi)血(xue)，不適(shi)合(he)(he)更長期(qi)的(de)治療。而此次研發的(de)新(xin)材料(liao)中，殼(ke)聚(ju)(ju)糖(tang)與藻酸鹽結合(he)(he)形成的(de)凝膠(jiao)，在浸(jin)入溶液(ye)時可以(yi)保持(chi)穩(wen)定。同時，殼(ke)聚(ju)(ju)糖(tang)具有抗菌(jun)(jun)作(zuo)用(yong)，可促使(shi)血(xue)液(ye)成分結合(he)(he)，使(shi)傷口愈合(he)(he)，而銀納(na)米(mi)顆粒可增強凝膠(jiao)的(de)抗菌(jun)(jun)作(zuo)用(yong)。

（6）德國開發出將藥物和銀結合起來的植入物涂層，可防止術后感染

2020年11月，德(de)國(guo)弗(fu)勞恩(en)霍(huo)夫制造(zao)技術(shu)和先(xian)進(jin)(jin)材料研究所(suo)（FraunhoferInstitute For Manufacturing Technology And Advanced Material）與柏林大(da)學(xue)醫學(xue)院(yuan)（Universit?t zu Berlin）合(he)作開發出將藥物和銀結合(he)起來(lai)的植(zhi)入(ru)物涂層。研究人員利用激(ji)光(guang)對浸過抗生(sheng)素溶液(ye)的鈦合(he)金髖關(guan)節(jie)表(biao)面進(jin)(jin)行結構化處理，使金屬(shu)表(biao)面充滿含(han)有抗生(sheng)素溶液(ye)的微(wei)孔(kong)，然后(hou)再使用物理氣(qi)相沉積(ji)技術(shu)在金屬(shu)上涂一(yi)層具(ju)有抗菌性的銀。植(zhi)入(ru)髖關(guan)節(jie)后(hou)，抗生(sheng)素能從微(wei)孔(kong)中流入(ru)周(zhou)圍組織(zhi)，有助于(yu)防(fang)止(zhi)術(shu)后(hou)立即(ji)出現任何感(gan)染(ran)，而銀會在幾(ji)周(zhou)內釋放殺(sha)菌離子，為(wei)愈合(he)階段提供(gong)防(fang)感(gan)染(ran)保護。此外(wai)，植(zhi)入(ru)物髖關(guan)節(jie)表(biao)面的微(wei)孔(kong)使其能夠更好地(di)與鄰近的骨融合(he)。

（四）節能環保材料

節(jie)能(neng)環保(bao)(bao)材(cai)料廣義上是指應(ying)用(yong)于(yu)節(jie)能(neng)環保(bao)(bao)產(chan)業(ye)的(de)(de)相關(guan)材(cai)料。近(jin)年來，隨(sui)著世界各國加強對節(jie)能(neng)環保(bao)(bao)產(chan)業(ye)的(de)(de)扶持(chi)力(li)度，節(jie)能(neng)環保(bao)(bao)產(chan)業(ye)技(ji)術水平顯著提(ti)升，節(jie)能(neng)環保(bao)(bao)材(cai)料的(de)(de)發展(zhan)勢如破竹。2020年，節(jie)能(neng)環保(bao)(bao)材(cai)料領域取得以(yi)下(xia)幾個方面的(de)(de)進展(zhan)。

（1）日本神戶大學研發出一種能夠有效分離油和水、可重復使用的薄膜

2020年(nian)1月，日本神戶(hu)大學（Kobe University）薄(bo)膜(mo)(mo)技術研究(jiu)中心在(zai)多(duo)孔(kong)聚(ju)酮（Porous polyketone，PK）薄(bo)膜(mo)(mo)上涂(tu)(tu)覆10納(na)米(mi)厚的(de)二(er)氧(yang)化硅涂(tu)(tu)層(ceng)，成(cheng)功開發(fa)出能(neng)夠有(you)(you)效分離(li)(li)油(you)和水(shui)且能(neng)夠重(zhong)復(fu)使用的(de)薄(bo)膜(mo)(mo)。其中，PK薄(bo)膜(mo)(mo)具有(you)(you)大孔(kong)徑和高(gao)孔(kong)隙率，水(shui)滲透性良好；硅化過(guo)程（在(zai)PK纖維(wei)上添加二(er)氧(yang)化硅）提供了堅(jian)固(gu)的(de)拒油(you)涂(tu)(tu)層(ceng)，可(ke)(ke)保護表(biao)面改(gai)性膜(mo)(mo)免(mian)受污(wu)染，從而實現可(ke)(ke)重(zhong)復(fu)使用。該薄(bo)膜(mo)(mo)的(de)另一(yi)個優(you)點是不(bu)需要很大的(de)壓力(li)即可(ke)(ke)實現高(gao)透水(shui)性，即使用低(di)至10厘(li)米(mi)（約0.01個標(biao)準大氣壓）的(de)水(shui)位也(ye)表(biao)現出了重(zhong)力(li)滲透性。研究(jiu)人員(yuan)稱，每平方米(mi)薄(bo)膜(mo)(mo)可(ke)(ke)在(zai)1小時內處理6000升廢水(shui)，也(ye)可(ke)(ke)有(you)(you)效地從各種不(bu)同的(de)油(you)性乳液中分離(li)(li)出水(shui)。

（2）美國萊斯大學研發出可將塑料等垃圾變成石墨烯的新技術

2020年(nian)2月，美(mei)國萊斯大學研(yan)發出一種新工藝(yi)(yi)，可將(jiang)廢棄(qi)食品、塑(su)料(liao)廢料(liao)、石(shi)(shi)油焦(jiao)、煤、木屑和(he)生物炭等(deng)(deng)垃圾(ji)快速轉化成有價值的(de)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)薄片。新工藝(yi)(yi)名為“閃(shan)蒸(zheng)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)”技術，可在10毫秒內將(jiang)碳源(yuan)加(jia)熱至3000開爾文（2727攝(she)氏度）以制得石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)薄片，其(qi)成本(ben)低于(yu)(yu)其(qi)他(ta)的(de)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)生產方法。這類石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)的(de)潛在應用(yong)包(bao)括將(jiang)其(qi)混入用(yong)作黏結(jie)混凝土(tu)的(de)水泥中(zhong)，可將(jiang)混凝土(tu)對(dui)環境的(de)影響降低1/3。研(yan)究人員表示，新技術可將(jiang)固體碳基(ji)物質(zhi)和(he)橡膠等(deng)(deng)塑(su)料(liao)廢料(liao)轉化為石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)，有助于(yu)(yu)解決食物浪費、白色污染等(deng)(deng)全球問題。

（3）新加坡國立大學研發出新工藝將廢舊輪胎橡膠轉換為多用途氣凝膠

2020年3月，新加(jia)坡國(guo)立大學(xue)研究人員開發出一(yi)種(zhong)將(jiang)舊輪胎橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)轉(zhuan)換為(wei)(wei)高價值氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的方(fang)法。研究團隊首(shou)先將(jiang)廢棄的汽車輪胎切(qie)成(cheng)(cheng)細橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)纖維，然后(hou)(hou)將(jiang)纖維浸(jin)入(ru)由水和(he)少量“生態友(you)好(hao)型(xing)”溶(rong)劑組(zu)成(cheng)(cheng)的溶(rong)液(ye)中，使纖維彼(bi)此交聯。機(ji)械攪拌20分鐘(zhong)后(hou)(hou)，該(gai)混合(he)物形成(cheng)(cheng)液(ye)體凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，交聯纖維均(jun)勻懸(xuan)浮其中。最后(hou)(hou)將(jiang)該(gai)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)倒(dao)入(ru)模具，并在(zai)零下50攝(she)氏(shi)度(du)(du)下冷凍干燥(zao)12個小(xiao)時后(hou)(hou)，得到固體橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。該(gai)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)具有隔(ge)熱、隔(ge)聲(sheng)和(he)吸收性(xing)強等(deng)優點，制造(zao)過程簡單、經(jing)濟高效(xiao)且(qie)環保，生產一(yi)塊面(mian)積為(wei)(wei)1平(ping)方(fang)米且(qie)厚(hou)度(du)(du)為(wei)(wei)1厘米的橡(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)氣(qi)(qi)凝(ning)(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的成(cheng)(cheng)本不(bu)到10新幣，具有良好(hao)的應用前景。

（4）美國科羅拉多大學利用細菌生產礦物質和聚合物，打造環保的建筑材料

2020年(nian)3月，美國科羅拉多大(da)學(xue)博爾(er)德(de)分(fen)校（University of ColoradoBoulder）利用細菌來(lai)生(sheng)(sheng)產(chan)礦物質(zhi)和(he)聚合(he)物，以打造(zao)環保的建(jian)(jian)筑材料(liao)。研究團隊對大(da)腸(chang)桿菌進(jin)行編程，成功生(sheng)(sheng)產(chan)出不同尺寸、形狀和(he)剛度的石灰(hui)巖顆(ke)粒，以及用于(yu)(yu)(yu)制(zhi)造(zao)聚苯乙(yi)烯泡沫(mo)的苯乙(yi)烯單體。石灰(hui)巖顆(ke)粒與聚苯乙(yi)烯復合(he)后(hou)，可用于(yu)(yu)(yu)開發環保、低碳的生(sheng)(sheng)物建(jian)(jian)筑材料(liao)。研究人員表示(shi)，基于(yu)(yu)(yu)合(he)成生(sheng)(sheng)物學(xue)和(he)基因(yin)編輯等技術，細菌還可用于(yu)(yu)(yu)生(sheng)(sheng)產(chan)自愈材料(liao)、環境(jing)感(gan)知材料(liao)和(he)發光(guang)材料(liao)等，應用前景(jing)十分(fen)廣泛。

（5）澳大利亞莫納什大學利用特殊材料快速將海水轉化成飲用水

2020年8月，澳(ao)大利亞莫(mo)納什大學（Monash University）開(kai)發出(chu)一(yi)種新(xin)型海水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術(shu)。研究團隊將聚(ju)螺吡(bi)喃丙烯酸(suan)酯加(jia)入一(yi)種金(jin)屬有(you)機框架材(cai)(cai)(cai)料的(de)孔隙中，獲得(de)一(yi)種名為PSP-MIL-53的(de)材(cai)(cai)(cai)料。據介紹，該材(cai)(cai)(cai)料可以在30分鐘內將海水(shui)等咸水(shui)中的(de)鹽分及有(you)害顆(ke)粒(li)吸附出(chu)來，并使(shi)水(shui)質達到(dao)世界衛生組織規(gui)定的(de)飲(yin)用水(shui)安全標準(zhun)。隨后，只要經過陽光照射，材(cai)(cai)(cai)料就會很快釋放出(chu)吸附的(de)鹽分等顆(ke)粒(li)，從而實現重復使(shi)用。據實驗數(shu)據表明，每千克特殊材(cai)(cai)(cai)料可以過濾(lv)139.5升的(de)飲(yin)用水(shui)，并且使(shi)用特殊材(cai)(cai)(cai)料所耗費的(de)成本遠低于現在的(de)海水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術(shu)。新(xin)型技(ji)術(shu)利用陽光實現可持續(xu)(xu)的(de)咸水(shui)淡(dan)化(hua)，為發展低耗能(neng)、具有(you)可持續(xu)(xu)性的(de)海水(shui)淡(dan)化(hua)技(ji)術(shu)開(kai)辟出(chu)一(yi)條全新(xin)的(de)道路。

（6）國際研究團隊研發出可反復利用、無限循環的塑料

2020年8月，美國科羅拉(la)多州立大學、中(zhong)國北京大學和沙(sha)特阿(a)拉(la)伯阿(a)卜杜(du)拉(la)國王科技大學（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）的研(yan)究團(tuan)隊通過從(cong)生物基烯烴羧酸中(zhong)制備(bei)橋聯雙環硫內酯單(dan)(dan)體(ti)，制備(bei)出(chu)一種新(xin)型塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)PBTL。該塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)可以很容易(yi)地分(fen)解(jie)并重新(xin)組合成(cheng)(cheng)高質量的產品，并且這(zhe)個過程可以無(wu)限重復(fu)。研(yan)究人員首先用(yong)催化劑在(zai)100攝(she)氏度下(xia)進行(xing)整(zheng)體(ti)解(jie)聚來(lai)測試(shi)塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)，測試(shi)結果表明(ming)PBTL已(yi)被分(fen)解(jie)成(cheng)(cheng)原來(lai)的單(dan)(dan)體(ti)。隨后(hou)，在(zai)室溫下(xia)分(fen)解(jie)PBTL樣品（使用(yong)催化劑），再次檢測到樣品已(yi)經分(fen)解(jie)成(cheng)(cheng)原來(lai)的單(dan)(dan)體(ti)。最后(hou)，利(li)用(yong)以上(shang)制得的單(dan)(dan)體(ti)仍可以再制造出(chu)PBTL。一系列(lie)性能測試(shi)表明(ming)，PBTL具有(you)優異的強度、韌性和穩(wen)定(ding)性，可用(yong)于制造塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)包(bao)裝、運動器材、汽車零部件、建筑材料(liao)(liao)和其他產品。

四、前沿新材料

前(qian)沿新材(cai)料(liao)是具有(you)戰略性(xing)、前(qian)瞻(zhan)性(xing)和顛(dian)覆性(xing)的(de)(de)新材(cai)料(liao)，是未來(lai)產業發展(zhan)的(de)(de)制高(gao)(gao)點，具有(you)重要(yao)的(de)(de)引領作(zuo)用(yong)和重大的(de)(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。近年來(lai)，在世界各國的(de)(de)積極推動下，二(er)維材(cai)料(liao)、智能材(cai)料(liao)和超(chao)材(cai)料(liao)等前(qian)沿材(cai)料(liao)發展(zhan)迅猛，前(qian)沿、顛(dian)覆性(xing)技(ji)術不斷涌(yong)現，支撐(cheng)著一大批高(gao)(gao)新技(ji)術產業的(de)(de)發展(zhan)。

（一）二維材料

二(er)維材料是厚(hou)度為幾納米或更小的(de)(de)(de)由(you)單(dan)層原子組成的(de)(de)(de)結晶材料，具有特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)電(dian)學、熱學、光(guang)學和力學等性能(neng)，在高端電(dian)子和光(guang)電(dian)子器件(jian)、能(neng)源轉化(hua)與存儲及復合(he)材料等領域(yu)有著廣(guang)闊的(de)(de)(de)應用前景。2020年，二(er)維材料領域(yu)取得以(yi)下幾個方面的(de)(de)(de)進展。

（1）芬蘭阿爾托大學實現了厘米級尺寸的二維材料扭曲

2020年5月(yue)，芬(fen)蘭阿爾(er)(er)托大(da)學（Aalto University）基于外延生長法(fa)和(he)水助(zhu)劑轉移法(fa)，開發出一種可(ke)將(jiang)(jiang)(jiang)大(da)尺(chi)(chi)寸二(er)(er)(er)維(wei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)層(ceng)進(jin)行扭(niu)(niu)曲(qu)(qu)的(de)新方法(fa)。近年來，單層(ceng)原(yuan)子組成的(de)二(er)(er)(er)維(wei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)憑借(jie)著獨特的(de)電(dian)、光(guang)和(he)機械特性，被廣泛(fan)應用于激光(guang)、光(guang)電(dian)、傳感器和(he)醫療等領域。研究(jiu)(jiu)人(ren)員(yuan)發現將(jiang)(jiang)(jiang)二(er)(er)(er)維(wei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)放在另(ling)一材(cai)(cai)料(liao)(liao)上并(bing)稍做旋轉時(shi)，扭(niu)(niu)曲(qu)(qu)會從根本上改變雙(shuang)層(ceng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)性能，如高溫超導性、非線性光(guang)學及超潤滑(hua)性，這(zhe)促(cu)使了(le)扭(niu)(niu)曲(qu)(qu)與電(dian)子學的(de)結合。芬(fen)蘭阿爾(er)(er)托大(da)學以(yi)二(er)(er)(er)硫化鉬材(cai)(cai)料(liao)(liao)為主要研究(jiu)(jiu)對象，不(bu)僅可(ke)以(yi)精確控制(zhi)單原(yuan)子層(ceng)之間(jian)的(de)扭(niu)(niu)曲(qu)(qu)角，還(huan)可(ke)將(jiang)(jiang)(jiang)扭(niu)(niu)曲(qu)(qu)層(ceng)的(de)尺(chi)(chi)寸由以(yi)前(qian)的(de)微米(mi)級擴展至厘米(mi)級，實現了(le)大(da)尺(chi)(chi)寸二(er)(er)(er)維(wei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)扭(niu)(niu)曲(qu)(qu)。未來，研究(jiu)(jiu)人(ren)員(yuan)計劃將(jiang)(jiang)(jiang)該扭(niu)(niu)曲(qu)(qu)方法(fa)應用于其他二(er)(er)(er)維(wei)分層(ceng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)上。

（2）瑞士洛桑聯邦理工學院設計出一種基于二維半導體材料的新型器件

2020年6月(yue)，瑞(rui)士洛(luo)桑聯邦(bang)理工(gong)學(xue)院納米電(dian)(dian)子器(qi)(qi)件實驗室設(she)計并論證(zheng)了一種(zhong)基于(yu)(yu)二(er)維(wei)(wei)半(ban)導體(ti)(ti)材料的(de)(de)(de)新型器(qi)(qi)件，其效能(neng)(neng)(neng)(neng)幾乎與(yu)人(ren)類神(shen)經元相當。研(yan)(yan)究人(ren)員利用(yong)二(er)硒化鎢和(he)二(er)硒化錫柵(zha)極結的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)帶對(dui)準機制，開發(fa)出(chu)被稱(cheng)為(wei)二(er)維(wei)(wei)隧(sui)穿晶體(ti)(ti)管(guan)的(de)(de)(de)高能(neng)(neng)(neng)(neng)效二(er)維(wei)(wei)晶體(ti)(ti)管(guan)。二(er)維(wei)(wei)隧(sui)穿晶體(ti)(ti)管(guan)工(gong)作(zuo)原理類似于(yu)(yu)“山中開鑿(zao)隧(sui)道(dao)”，能(neng)(neng)(neng)(neng)夠以更低(di)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)耗實現開關的(de)(de)(de)接通和(he)關斷操作(zuo)。研(yan)(yan)究人(ren)員通過原子模擬(ni)測試驗證(zheng)了二(er)維(wei)(wei)隧(sui)穿晶體(ti)(ti)管(guan)的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)(neng)(neng)，其比(bi)類似的(de)(de)(de)二(er)維(wei)(wei)半(ban)導體(ti)(ti)材料制成的(de)(de)(de)晶體(ti)(ti)管(guan)性能(neng)(neng)(neng)(neng)更高，且電(dian)(dian)源電(dian)(dian)壓非常(chang)低(di)。二(er)維(wei)(wei)隧(sui)穿晶體(ti)(ti)管(guan)可(ke)用(yong)于(yu)(yu)構建類似于(yu)(yu)大腦神(shen)經元的(de)(de)(de)節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)子系統，未來有望在(zai)可(ke)穿戴設(she)備和(he)人(ren)工(gong)智能(neng)(neng)(neng)(neng)芯片領(ling)域得到應(ying)用(yong)。

（3）美國研發出厚度僅三個原子的二維金屬芯片，可使芯片存儲速度提高100倍

2020年7月，美國斯坦福大(da)(da)學(xue)、加州大(da)(da)學(xue)伯克利(li)(li)分(fen)校和得克薩斯農(nong)工大(da)(da)學(xue)（Texas A&M University，TAMU）的(de)(de)(de)研(yan)究人員利(li)(li)用層(ceng)(ceng)(ceng)狀(zhuang)二(er)(er)碲化鎢制成了(le)二(er)(er)維金屬芯片(pian)，其厚度(du)僅(jin)為三個原子(zi)。研(yan)究人員對二(er)(er)碲化鎢薄層(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構施加微小(xiao)電流，使其奇數(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)相對于(yu)偶數(shu)(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)發生穩定(ding)且快(kuai)速的(de)(de)(de)偏移(yi)，并利(li)(li)用奇偶層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)排(pai)列來存儲二(er)(er)進(jin)(jin)制數(shu)(shu)據(ju)。數(shu)(shu)據(ju)寫入(ru)后，再通過一種稱為貝利(li)(li)曲率的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)特性(xing)，在不(bu)干擾排(pai)列的(de)(de)(de)情況下(xia)讀(du)取數(shu)(shu)據(ju)。與現(xian)有的(de)(de)(de)基于(yu)硅的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)存儲系統相比，新芯片(pian)可以(yi)將更多的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)填充到極小(xiao)的(de)(de)(de)物理空間(jian)中，非常節能(neng)。此外，二(er)(er)碲化鎢薄層(ceng)(ceng)(ceng)結(jie)構奇偶層(ceng)(ceng)(ceng)偏移(yi)速度(du)很快(kuai)，可以(yi)使數(shu)(shu)據(ju)寫入(ru)速度(du)比現(xian)有技術快(kuai)100倍(bei)。目前(qian)，團隊已為該設計申請了(le)專利(li)(li)，并繼續研(yan)究下(xia)一步(bu)改進(jin)(jin)方法，如(ru)尋找除二(er)(er)碲化鎢之外的(de)(de)(de)其他二(er)(er)維材(cai)料。

（4）中國制備出一種不存在已知母體材料的全新二維層狀材料

2020年8月，沈陽(yang)材(cai)料(liao)(liao)科學(xue)國家(jia)研(yan)究(jiu)中心先進炭材(cai)料(liao)(liao)研(yan)究(jiu)部在(zai)化(hua)學(xue)氣(qi)相沉(chen)積法生長非層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)狀(zhuang)二(er)(er)(er)維(wei)(wei)(wei)氮化(hua)鉬(mu)的過程(cheng)中，引(yin)入硅元素(su)鈍化(hua)其表面懸鍵(jian)，制備出一種(zhong)不存(cun)在(zai)已知母體材(cai)料(liao)(liao)的全新二(er)(er)(er)維(wei)(wei)(wei)范德華層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)狀(zhuang)材(cai)料(liao)(liao)MoSi2N4，并獲得了厘米級單(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)薄膜(mo)。研(yan)究(jiu)發現(xian)(xian)，單(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)MoSi2N4具有半(ban)導(dao)體性(xing)(xing)質和(he)優于(yu)二(er)(er)(er)硫(liu)(liu)化(hua)鉬(mu)的理論載流子(zi)遷移率，表現(xian)(xian)出優于(yu)二(er)(er)(er)硫(liu)(liu)化(hua)鉬(mu)等單(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)半(ban)導(dao)體材(cai)料(liao)(liao)的力學(xue)強度和(he)穩定性(xing)(xing)。此外，研(yan)究(jiu)人(ren)員通過理論計算(suan)預測出了十幾種(zhong)與單(dan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)MoSi2N4具有相同結構(gou)的二(er)(er)(er)維(wei)(wei)(wei)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)狀(zhuang)材(cai)料(liao)(liao)，包含(han)不同帶隙的半(ban)導(dao)體、金(jin)屬和(he)磁性(xing)(xing)半(ban)金(jin)屬等。探索不存(cun)在(zai)已知三(san)維(wei)(wei)(wei)母體材(cai)料(liao)(liao)的新型(xing)二(er)(er)(er)維(wei)(wei)(wei)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)狀(zhuang)材(cai)料(liao)(liao)，可極大拓展二(er)(er)(er)維(wei)(wei)(wei)材(cai)料(liao)(liao)的物性(xing)(xing)和(he)應用，具有重(zhong)要的科學(xue)意(yi)義和(he)實用價值。

（5）美國德雷克塞爾大學開發出一種可阻擋電磁波和其他輻射的二維材料

2020年12月，美國德雷克塞爾(er)大學(xue)（Drexel University）研究人員開(kai)發出一種(zhong)稱為MXene的(de)(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)和相關(guan)新型織物(wu)。MXene涂(tu)層(ceng)(ceng)是一種(zhong)二維(wei)材料，具有(you)導電性，已被證明在阻擋(dang)電磁波和有(you)害(hai)輻射方(fang)面非常有(you)效。此(ci)外(wai)，MXene可以(yi)(yi)穩定地制成(cheng)噴(pen)霧(wu)涂(tu)層(ceng)(ceng)、墨水或油漆，使其可以(yi)(yi)應(ying)用(yong)于紡(fang)織品(pin)中(zhong)。研究表明，如果將普通的(de)(de)棉(mian)布(bu)或麻布(bu)浸涂(tu)在MXene溶液中(zhong)，可以(yi)(yi)阻擋(dang)電磁干(gan)擾，效果大于99.9%。而使用(yong)這種(zhong)工藝涂(tu)覆的(de)(de)織物(wu)在正常條件下存放兩年后，其屏蔽效率只損失(shi)了大約(yue)10%。

（二）智能材料

智(zhi)能(neng)材(cai)料(liao)是(shi)(shi)指具有感(gan)知環境刺激能(neng)力，可以進行分析、處(chu)理、判斷(duan)，并采取一定的(de)(de)(de)措施進行適度響應的(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)特征的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)，是(shi)(shi)繼(ji)天然材(cai)料(liao)、合(he)(he)成(cheng)高(gao)分子(zi)材(cai)料(liao)、人工設(she)計材(cai)料(liao)之后的(de)(de)(de)第四代(dai)材(cai)料(liao)。自20世(shi)紀90年(nian)代(dai)起(qi)(qi)，智(zhi)能(neng)材(cai)料(liao)迅速(su)發(fa)(fa)展(zhan)起(qi)(qi)來，成(cheng)為一種全(quan)新的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)分支學(xue)科(ke)，并朝著(zhu)更(geng)加高(gao)性能(neng)化(hua)(hua)、多功能(neng)化(hua)(hua)、復(fu)合(he)(he)化(hua)(hua)、精細化(hua)(hua)和智(zhi)能(neng)化(hua)(hua)方向(xiang)發(fa)(fa)展(zhan)。2020年(nian)，智(zhi)能(neng)材(cai)料(liao)領域取得(de)以下幾個方面(mian)的(de)(de)(de)進展(zhan)。

（1）美國加州大學圣迭戈分校研發出全新熱偽裝材料，可自行適應環境溫度

2020年3月，美(mei)國加州大學圣迭戈分校（University of California，SanDiego）研究人(ren)員開發出一(yi)種(zhong)可適應環(huan)境(jing)溫度(du)(du)的新型熱(re)偽裝材料(liao)(liao)。該材料(liao)(liao)為一(yi)種(zhong)柔(rou)性材料(liao)(liao)，由蠟狀相(xiang)變(bian)物質及熱(re)電(dian)合金(jin)組成，由集成電(dian)池(chi)供電(dian)，并(bing)由佩(pei)戴者通過(guo)無線電(dian)路(lu)板控(kong)制。施加電(dian)流時(shi)(shi)，材料(liao)(liao)能(neng)夠在(zai)不到(dao)一(yi)分鐘的時(shi)(shi)間內在(zai)10攝氏(shi)度(du)(du)到(dao)38攝氏(shi)度(du)(du)范圍內改變(bian)溫度(du)(du)。當環(huan)境(jing)溫度(du)(du)高于(yu)30攝氏(shi)度(du)(du)時(shi)(shi)，材料(liao)(liao)會(hui)通過(guo)相(xiang)變(bian)吸收熱(re)量；當環(huan)境(jing)溫度(du)(du)低(di)于(yu)30攝氏(shi)度(du)(du)時(shi)(shi)，材料(liao)(liao)會(hui)固化并(bing)起到(dao)隔熱(re)作(zuo)用(yong)。該材料(liao)(liao)已被合并(bing)到(dao)迷彩服的臂章中。研究人(ren)員希望最終可以(yi)打(da)造出完整(zheng)、貼身(shen)的夾克。

（2）中國天津大學研發出“全天候自愈合材料”，可在嚴寒、深海和強酸堿等極限條件下快速自愈合

2020年6月(yue)，中(zhong)國天津大學成功研發出(chu)“全天候(hou)自(zi)愈合材料(liao)”，該材料(liao)能(neng)(neng)(neng)在(zai)(zai)嚴寒、深海和強(qiang)酸(suan)堿等極限條(tiao)件下快(kuai)速(su)自(zi)愈合，有望(wang)成為機(ji)器人、深海探(tan)測器和極端條(tiao)件下各類高科技設備的“超(chao)級電子(zi)(zi)皮(pi)膚(fu)(fu)”。研究人員充分利用了不同(tong)動態鍵的相(xiang)互(hu)協同(tong)作用，使材料(liao)在(zai)(zai)不借助任(ren)何外界能(neng)(neng)(neng)源的條(tiao)件下，同(tong)時實(shi)現高彈(dan)性(xing)、高拉伸性(xing)和快(kuai)速(su)修復(fu)損傷的功能(neng)(neng)(neng)。實(shi)驗結果顯示，新型自(zi)愈合材料(liao)在(zai)(zai)室溫(wen)下可實(shi)現10分鐘內(nei)快(kuai)速(su)愈合，愈合后可承受超(chao)過自(zi)身(shen)重量(liang)500倍的重物(wu)，并在(zai)(zai)零下40攝氏(shi)度(du)的低溫(wen)、過冷高濃度(du)鹽(yan)水(shui)(shui)下甚至在(zai)(zai)強(qiang)酸(suan)強(qiang)堿性(xing)環(huan)境(jing)中(zhong)都表(biao)現出(chu)了高效的自(zi)愈合性(xing)能(neng)(neng)(neng)。下一(yi)步，研究人員計劃將材料(liao)應用于電子(zi)(zi)皮(pi)膚(fu)(fu)傳感(gan)器，從(cong)而使極限環(huan)境(jing)下的機(ji)器人能(neng)(neng)(neng)夠(gou)感(gan)知體表(biao)的壓力、水(shui)(shui)流和溫(wen)度(du)等，為先進電子(zi)(zi)設備打造(zao)真正的“智能(neng)(neng)(neng)皮(pi)膚(fu)(fu)”。

（3）日本東京大學開發出可自我修復的新復合材料

2020年6月，日本(ben)東京(jing)大學與美國(guo)卡耐基梅隆大學研究(jiu)人員聯合(he)開發出具有(you)(you)自我修(xiu)復能(neng)(neng)力的(de)新復合(he)材(cai)料(liao)“MWCNTs-PBS”。該材(cai)料(liao)由聚硅氧烷（PBS）和(he)(he)(he)多層(ceng)碳納(na)米管（MWCNTs）復合(he)而成，具有(you)(you)機(ji)(ji)械(xie)和(he)(he)(he)電氣自愈性。研究(jiu)人員將PBS、MWCNTs-PBS和(he)(he)(he)其他常見的(de)軟材(cai)料(liao)結(jie)合(he)在(zai)一起(qi)，構建出具有(you)(you)自愈合(he)、傳感和(he)(he)(he)驅動(dong)能(neng)(neng)力的(de)接口(kou)設(she)備(bei)(bei)。自修(xiu)復材(cai)料(liao)的(de)應用(yong)范圍極為廣泛(fan)，包括軍(jun)用(yong)裝備(bei)(bei)、電子產品(pin)、汽車、飛機(ji)(ji)和(he)(he)(he)建筑(zhu)材(cai)料(liao)等領域(yu)，其中在(zai)智(zhi)能(neng)(neng)手(shou)機(ji)(ji)和(he)(he)(he)平板電腦屏幕上(shang)的(de)應用(yong)最受關(guan)注，此(ci)次研究(jiu)人員使自修(xiu)復材(cai)料(liao)向實用(yong)化方向又邁進(jin)了一步(bu)。

（4）英國劍橋大學研發出由納米顆粒制成的光熱驅動變色皮膚

2020年6月，英國劍橋大學研(yan)發出一(yi)種人(ren)造變(bian)色(se)皮膚(fu)，在光(guang)照(zhao)或(huo)加熱(re)時(shi)會(hui)變(bian)色(se)。該皮膚(fu)變(bian)色(se)機理源(yuan)于其中的(de)納(na)米(mi)顆(ke)粒(li)。研(yan)究人(ren)員先(xian)將14納(na)米(mi)的(de)金顆(ke)粒(li)（Au）包裹(guo)在聚(ju)（N-異丙(bing)基(ji)丙(bing)烯酰(xian)胺(an)）（pNIPAM）外殼中，制(zhi)成(cheng)Au@pNIPAM芯—殼結構納(na)米(mi)顆(ke)粒(li)，再(zai)用流動聚(ju)焦微流體裝置(zhi)和碳氟油產(chan)生含納(na)米(mi)顆(ke)粒(li)的(de)水(shui)滴(di)，最后(hou)將水(shui)滴(di)轉移至油中以防蒸(zheng)發。當(dang)光(guang)照(zhao)或(huo)加熱(re)至32攝氏度(du)以上時(shi)，納(na)米(mi)顆(ke)粒(li)會(hui)聚(ju)集在油水(shui)界(jie)面處，并沉積到(dao)水(shui)滴(di)底部，材(cai)料(liao)(liao)呈深藍色(se)；當(dang)溫(wen)度(du)降低(di)后(hou)，納(na)米(mi)顆(ke)粒(li)通過(guo)布朗(lang)運動重新(xin)分散，材(cai)料(liao)(liao)呈紅色(se)。用這(zhe)種機理可研(yan)制(zhi)光(guang)隱身(shen)皮膚(fu)、光(guang)/熱(re)敏感變(bian)色(se)材(cai)料(liao)(liao)等，甚至通過(guo)激光(guang)照(zhao)射構建(jian)可編程(cheng)控制(zhi)顏色(se)的(de)材(cai)料(liao)(liao)。

（5）美、德研究人員研發聚合物材料，可使軟機器人實現自我修復

2020年7月，美國賓夕法尼(ni)亞州立大(da)學(xue)和(he)德(de)國馬克斯·普朗(lang)克研究所研究人(ren)員受烏(wu)賊圓環(huan)齒啟發，聯合(he)(he)開發出(chu)一種(zhong)能(neng)夠實(shi)(shi)現(xian)自我修復的(de)聚(ju)合(he)(he)物材料。研究人(ren)員通過(guo)研究烏(wu)賊圓齒軟硬(ying)混合(he)(he)蛋白質的(de)序(xu)列，在(zai)細菌(jun)生物反應器(qi)中創造(zao)出(chu)具(ju)有重復氨(an)基酸序(xu)列的(de)聚(ju)合(he)(he)物材料，其能(neng)夠在(zai)水和(he)熱量的(de)作(zuo)用(yong)下快速(su)實(shi)(shi)現(xian)自我愈(yu)合(he)(he)，且(qie)愈(yu)合(he)(he)時間小于同類型材料。該材料可完(wan)全(quan)生物降解，將有利(li)于構建堅(jian)固且(qie)可自我修復的(de)軟機器(qi)人(ren)和(he)執行器(qi)，幫(bang)助其延(yan)長使用(yong)壽命。

（6）美國開發出可回收、可自愈的聚合物3D打印材料

2020年8月，美(mei)國得克薩斯農(nong)工大學(xue)和(he)(he)美(mei)國陸軍研究實驗室聯合(he)(he)開(kai)發出一種可回收、自愈合(he)(he)的聚(ju)合(he)(he)物(wu)3D打印材(cai)料(liao)。研究人員利用低聚(ju)物(wu)線(xian)性(xing)預聚(ju)物(wu)和(he)(he)交聯劑二苯甲烷雙馬(ma)來酰亞胺的混合(he)(he)物(wu)制(zhi)(zhi)(zhi)成新(xin)型樹脂材(cai)料(liao)，通過(guo)增加該(gai)材(cai)料(liao)內部交聯分子的數(shu)量，可以(yi)控制(zhi)(zhi)(zhi)該(gai)材(cai)料(liao)的強度水平(ping)，使(shi)其能夠(gou)像橡膠般柔軟(ruan)或(huo)具(ju)備塑料(liao)般的強度。該(gai)聚(ju)合(he)(he)物(wu)材(cai)料(liao)暴(bao)露在高溫(wen)下時，化(hua)學(xue)鏈接會脫離或(huo)重連，因(yin)此可經(jing)過(guo)簡單加熱來實現修復。該(gai)材(cai)料(liao)能夠(gou)在幾秒鐘(zhong)內自愈，并且(qie)可以(yi)進行(xing)3D打印，在假肢、柔性(xing)機器(qi)人及航(hang)空航(hang)天部件制(zhi)(zhi)(zhi)造領域具(ju)有應用潛力。

（7）美國研制出可作為軟體機器人的仿生材料

2020年12月，美國西北大(da)(da)學（Northwestern University，UN）研究人員(yuan)研制(zhi)出(chu)一種仿生(sheng)材料，其本身可以作為一種軟(ruan)體(ti)機(ji)器(qi)人，不僅能夠在液態環(huan)境中(zhong)(zhong)行動自如地完成拾取和運輸(shu)物體(ti)等(deng)任(ren)務，而且前進速(su)度達到了每秒一步，甚至與人類步伐速(su)度相當。該仿生(sheng)材料軟(ruan)體(ti)機(ji)器(qi)人大(da)(da)小只(zhi)有(you)幾厘米長，形狀像(xiang)帶有(you)四條腿(tui)的(de)章(zhang)魚，內嵌的(de)鎳制(zhi)骨架(jia)使其能夠響應(ying)外部磁場，由于(yu)沒有(you)任(ren)何復(fu)雜的(de)硬件(jian)或是液壓、電力組(zu)件(jian)，因此(ci)可以不受(shou)體(ti)積(ji)限制(zhi)在水(shui)下或地下的(de)微小空(kong)間中(zhong)(zhong)執行重要任(ren)務。該類仿生(sheng)軟(ruan)體(ti)機(ji)器(qi)人在生(sheng)產燃料和藥物、海(hai)洋環(huan)境清(qing)理(li)或變革(ge)性醫療的(de)“智(zhi)能”微觀系統中(zhong)(zhong)具有(you)應(ying)用(yong)前景(jing)。

超材(cai)(cai)料是21世紀以來出現的(de)一類人工復合材(cai)(cai)料，具(ju)備(bei)天然材(cai)(cai)料所(suo)不具(ju)備(bei)的(de)特殊物理性質(zhi)。作為最熱門(men)的(de)新興技術之一，超材(cai)(cai)料正持續引(yin)發信息技術、國防(fang)工業、新能(neng)源及微細加(jia)工的(de)重大(da)變革。2020年(nian)，超材(cai)(cai)料領(ling)域取(qu)得以下(xia)幾個(ge)方面的(de)進展。

（三）超材料

超(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)是21世紀以來出現的一類人工(gong)復合材(cai)(cai)料(liao)(liao)，具(ju)備天然材(cai)(cai)料(liao)(liao)所不(bu)具(ju)備的特殊物理性(xing)質。作為(wei)最熱門的新興技(ji)術之一，超(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)正持續引(yin)發信息技(ji)術、國防工(gong)業、新能源及微細加工(gong)的重大變革(ge)。2020年，超(chao)材(cai)(cai)料(liao)(liao)領域取得以下(xia)幾個方面的進展。

（1）美國南加州大學開發出新型智能聲學超材料，可控制聲波的傳播方式

2020年(nian)3月(yue)，美國南加州(zhou)大學(xue)(xue)(xue)研(yan)(yan)究人(ren)員受鯊魚(yu)皮(pi)膚啟(qi)發，研(yan)(yan)發出(chu)(chu)可控制聲(sheng)(sheng)波(bo)傳播方式的新型智(zhi)(zhi)能(neng)聲(sheng)(sheng)學(xue)(xue)(xue)超材料(liao)(liao)。傳統聲(sheng)(sheng)學(xue)(xue)(xue)超材料(liao)(liao)通常由金(jin)屬或塑料(liao)(liao)制成，聲(sheng)(sheng)學(xue)(xue)(xue)特性(xing)單一，難以(yi)對不同聲(sheng)(sheng)波(bo)信(xin)號進行(xing)處理。此次研(yan)(yan)究人(ren)員利用(yong)鯊魚(yu)皮(pi)膚具(ju)有雙重(zhong)聲(sheng)(sheng)學(xue)(xue)(xue)特性(xing)的原理，采用(yong)橡膠(jiao)和鐵納米顆(ke)粒制備出(chu)(chu)智(zhi)(zhi)能(neng)聲(sheng)(sheng)學(xue)(xue)(xue)超材料(liao)(liao)，利用(yong)了橡膠(jiao)易于彎曲和拉(la)伸(shen)、鐵納米顆(ke)粒可響應(ying)磁場(chang)變化的特性(xing)。該(gai)聲(sheng)(sheng)學(xue)(xue)(xue)超材料(liao)(liao)構成的柱狀陣列通過分開或靠(kao)近即可實(shi)(shi)現聲(sheng)(sheng)波(bo)的傳播或阻斷(duan)，目前尚處于實(shi)(shi)驗室(shi)測試階段(duan)，未(wei)來研(yan)(yan)究人(ren)員還將對其(qi)進行(xing)水下測試。

（2）英國和土耳其合作設計出模塊化超材料，可用于數據加密和可逆解密

2020年7月，土(tu)耳其(qi)畢(bi)爾肯大(da)學(xue)（?hsan Do?ramac?-Bilkent University）與英國曼(man)徹斯特大(da)學(xue)（University of Manchester）合(he)作設計出一種模塊化(hua)超材(cai)料，可用于數(shu)據加密(mi)和可逆(ni)解(jie)密(mi)。該(gai)材(cai)料由(you)(you)(you)兩部(bu)(bu)(bu)分組成，頂(ding)部(bu)(bu)(bu)是透明的(de)彈性襯底(di)，其(qi)上(shang)涂覆約10納米(mi)厚的(de)金(jin)屬(shu)(shu)層(ceng)；底(di)部(bu)(bu)(bu)是120納米(mi)厚的(de)銀膜(mo)，其(qi)上(shang)涂覆介電(dian)層(ceng)，以反射大(da)部(bu)(bu)(bu)分入射光(guang)。當頂(ding)部(bu)(bu)(bu)和底(di)部(bu)(bu)(bu)放(fang)在一起時，頂(ding)部(bu)(bu)(bu)的(de)金(jin)屬(shu)(shu)層(ceng)與底(di)部(bu)(bu)(bu)的(de)銀膜(mo)形成光(guang)學(xue)腔(qiang)，腔(qiang)的(de)顏色(se)(se)等性質由(you)(you)(you)介電(dian)層(ceng)厚度決定(ding)。此時，在介電(dian)層(ceng)上(shang)制(zhi)作的(de)圖(tu)案(an)即可由(you)(you)(you)不(bu)同顏色(se)(se)顯示(shi)。除去(qu)頂(ding)部(bu)(bu)(bu)后，圖(tu)案(an)就會消(xiao)失，從而實現一次加密(mi)多(duo)次重(zhong)復解(jie)密(mi)。該(gai)項研究為光(guang)學(xue)加密(mi)提供了(le)一種更實用的(de)途徑(jing)，可用于秘密(mi)信息傳(chuan)遞...