2011年世界新材料发展回顾：隐身衣+隐声衣

　　美 国

　　不仅有了可见光隐身衣，还找到了隐声衣；自组装纳米绳不逊自然材料；储氢、捕光、最强吸光和最轻材料也相继研制成功。

　　毛黎(本报驻美国记者)1月，研究人员开发出一种声呐探测不到的隐声衣，它是由超介质材料制造的声音线路，能在一个设计好的空间内，通过弯曲或扭转来控制声波。同月，科学家利用原子之间能反复形成共价键的原理，研制出一种具有超强自修复能力的、由三硫代碳酸盐交叉连接而成的聚合物材料，它们在破碎后，只需紫外线照射，便能重新长在一起。

　　2月，科学家在加热和低压下让普通蔗糖接触流动的氢气和氩气，10分钟即制造出了纯净的单层石墨烯，其厚度可通过调整气体的流动加以控制。同年，其他科学家找到量产石墨烯的简单方法：通过在干冰中燃烧纯金属镁，就能够直接将二氧化碳转化成多层石墨烯。

　　3月，科学家研制出高效存储氢的纳米复合材料，该材料由金属镁和聚合物组成，能在常温下快速吸收和释放氢气。

　　6月，科学家设计出具有可变折射率的材料，并将其转化为全新超材料，开发出的首个可见光隐身斗篷，能使高300纳米和宽6微米的物体从可见光中消失。同月，科学家在研制具备天然材料复杂性和功能的自组装纳米材料道路上取得进展，他们诱导聚合物拟肽链自我组装成纳米绳子，其复杂性和功能接近天然生物材料，且非常坚固，足以应付受热和干燥等恶劣环境。

　　9月，美日科学家以镱为基础材料研制出奇特的新型超导体。它在自然状态就能达到量子临界点，此发现突破了理论物理的限制。此外，科学家将两块不具有磁性的绝缘体黏合在一起，该研究首次证实磁性和超导性可共处。

　　11月，科学家新研发的超黑材料简直堪称吸光之最，它能吸收几乎所有照射在其上的光(从紫外线到远红外线)，吸收率超过99%；同月，科学家新研发的世界上最轻的材料密，能量吸收性能与人造橡胶相仿，却比聚苯乙烯泡沫塑料还要轻100倍。

　　英 国

　　石墨烯研究不断取得进步，未来应用前景一片大好；新技术与新材料结合产生新成果。

　　刘海英(本报驻英国记者)2月，由英国、美国和韩国研究人员组成的一国际研究小组宣称，他们发明了一种新方法，利用超声波脉冲，可在几个小时之内高效地将多种特殊层状材料制成只有一个原子厚的石墨烯样纳米微片。该方法成本低廉，并可进行规模化工业生产；7月，英国曼彻斯特大学的科学家观察发现石墨烯内电子间相互作用，其电子运动速度是硅中的数十倍，该发现进一步揭示了石墨烯的电学性能；8月，英国科学家发现，让石墨烯与金属纳米结构结合，可将石墨烯的聚光能力提高20倍，从而一改石墨烯因聚光效率低下(仅能吸收照射于其上的3%的光线来产生电力)而难以运用于下一代光电设备的弊端；10月，英国曼彻斯特大学科学家用两块硝酸硼和两块石墨烯组装成一多层结构，使科学家们能够观察到石墨烯不受环境影响时的所作所为，进而能摒除周围环境带来的负面影响并控制石墨烯的电性；11月，英国剑桥大学科学家们首次使用普通的家用打印机打印出由石墨烯制成的柔性电路，使得大规模廉价制造可穿戴的电子设备成为可能，石墨烯的应用空间进一步拓展。

　　除石墨烯外，2011年英国科学家在新材料领域的研究成果还包括：2月，英国科学家发现，球形碳分子富勒烯在一定条件下能形成单一成分的胶体。这种完全由碳元素组成的拐点态胶体的存在，让科学家能够从整体上更好地掌握富勒烯的性质，使对富勒烯的开发应用朝前又迈进了一步。7月，英、美、新加坡国际科研团队研制出了一种构建出零折射率的超材料。新的光纳米结构能使科学家操纵光的折射率并完全控制光在空气中的传播。

　　德 国

　　开发出新型高温超导材料和防止材料表面结冰的技术，制成智能防晒玻璃和低成本血管支架。

　　李山(本报驻德国记者)1月，慕尼黑大学的科学家研发了一种新的方法，通过荧光偏振显微镜，在一个特殊的共聚焦激光扫描显微镜和长度适合于放在纳米管内的荧光染料分子的帮助下，直接观察硅纳米管的成长过程及其结构。同月，汉堡大学马克斯-普朗克结构动力学研究小组的科学家成功利用强红外激光脉冲照射，在零下263摄氏度时将含稀土的铜氧化物陶瓷材料转变为高温超导体，持续时间约一皮秒。

　　2月，德国弗劳恩霍夫界面和生物工程技术研究所(IGB)的科学家与其合作伙伴一起公布了一种针对合成材料的防冰材料。这种利用等离子技术在真空箱中将耐冲击聚氨酯沉淀在塑料薄膜上的微纳结构层，由于表面上没有可供结冰的核，所以可以防止结冰和冰黏附。

　　3月，德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的科学家用激光直接写入法(DLS)制成一个特殊的带方形蛋白质连接材料的抗蛋白聚合物支架，并成功用来培养目标细胞。这是首次实现在三维结构中对细胞附着与细胞形态的精确控制。

　　6月，中国科学院金属研究所和德国汉堡-哈尔堡工业大学的科学家合作研制出一种杂化材料。该材料由纳米多孔金、溶液以及金属-溶液的界面构成，其强度和塑性变形能力可通过施加电信号来进行快速、大幅度、往复调节。

　　9月，德国弗劳恩霍夫聚合物应用研究所的科学家们研发出一种智能防晒玻璃。这种玻璃由两层玻璃夹一层含有聚合物微胶囊的树脂膜组成，当温度达到一定高度时，玻璃从透明变为模糊，将30%到50%的太阳热量隔离在外，温度下降后，玻璃会重新变得透明光亮。

　　11月，波鸿鲁尔大学和亚琛工业大学的科学家使用一种特殊的编织技术研发出新的血管植入支架的生产方法，使这种用现代形状记忆合金制成的支架可以经济地直接由钛镍合金丝编织而成，由于不需要使用昂贵的激光切割工艺，这种支架的成本得以降低。

　　日 本

　　开发出制造纳米管和提高光电池效率的新方法。

　　葛进(本报驻日本记者)京都大学与高辉度光科学研究中心的联合研究小组开发出新的纳米管制造方法。纳米管主要应用在新感应材料和电子驱动器等领域，以往制造纳米管需要1000度以上的高温，形状也比较单一。此次的新方法突破了这些限制，因此有着广阔的应用前景。

　　京都大学的研究人员开发出一种新制造方法，可以大大提高色素增感高分子光电池的效率。色素增感高分子光电池作为廉价的下一代有机系光电池一直被人们寄予厚望，但其发电效率一直低于目前普及的硅质光电池。此次新制造方法的成功将其发电效率提高了50%，有利于有机系光电池的逐步普及。

　　产业技术综合研究所的研究人员开发出一种新型光热发电素子，该素子利用碳纳米管的特性，即使埋入体内也能够发电。这个研究成果将为未来体内埋入式医疗机器的电力供给提供新手段。

　　巴 西

　　开发出用植物废料制造超级塑料的方法和能用于鞋和纺织品的纳米技术。

　　张新生 (本报驻巴西记者)今年4月，圣保罗州立大学农艺学系科研人员从植物废料中提取纤维制造出新一代超级塑料，这种塑料较传统的聚乙烯具有重量轻、强度高、符合生态要求等特点。用这种纤维制造的产品比传统产品轻30倍，强度增加3到4倍。

　　巴西Dublauto公司开发出一种用于鞋和纺织品的纳米技术，鞋内的棕榈等物质可有助于吸收运动中产生的气味，使运动鞋更加舒适。这种技术采用了带有纳米颗粒的棕榈及其他填充物，不仅可以防止异味，还能够起到滋润皮肤的作用。

　　俄罗斯

　　重点发展纳米材料，开发出生产纳米多孔氧化铝的新方法。

　　张浩(本报驻俄罗斯记者)纳米技术是俄罗斯近年来颇为重视的科技产业。10月，第四届俄罗斯纳米国际论坛在莫斯科举行，俄总统梅德韦杰夫出席并指出，俄罗斯将进一步扩大基础研究领域政府支持计划，其中包括对作为基础研究优先领域的纳米技术研发的支持，预计到2014年基础研究领域国家投入将达到80亿美元。此外为促进纳米技术的产业化，俄罗斯还设立了专项基金，制定了优惠信贷政策，其中仅外经银行的专项贷款额度就超过了100亿美元。

　　在纳米技术领域俄罗斯科学家也在本年度取得成就。2011年11月，《俄罗斯纳米技术》杂志刊登了俄罗斯科学家以硅片为基材，采用磁控溅法生产纳米多孔氧化铝的消息。

　　韩 国

　　韩国在新材料燃料电池领域加强投入，从其取得的成果看，其研发方向主要面对企业的实际应用。

　　薛严(本报驻韩国记者)5月，韩国核能研究院(KAERI)和韩国能源技术研究院(KIER)经共同研究，成功开发出可提高燃料电池能效的新材料。此次研制成果有两种：一种为可使固体氧化物燃料电池(SOFC)在低温状态下运作的碳素薄膜银纳米粉末催化剂；另一种为不仅可大幅缩小甲醇燃料电池(DMFC)体积，而且还能提高能效的放射线照射高分子燃料电子膜。

　　8月，韩国蔚山科学技术大学和LG化学技术研究院电池研究所开发出2分钟内完成充电或者放电的新型电极材料。手机或电动车用电池不仅能大举缩短充电时间，而且可以在短时间内通过大量放电，较好地提高电动车的输出功率。实验结果显示这种电池比现有充电电池的电流流量快了200倍，仅2分钟就能结束充电。进行400次的反复充电放电后，电池的容量仍维持在98%左右。

　　10月，韩国汉阳大学金善廷教授领导的研究小组与澳大利亚研究人员共同研究，利用下一代新材料碳纳米管，成功开发出可旋转的人工肌肉纤维。据研究小组介绍，长度1毫米的纤维可旋转250度，因此可用于微型机器人的驱动装置中。

　　南 非

　　研发出适合航空器件要求的天然纤维复合材料和聚合物纳米复合材料。

　　李学华(本报驻南非记者)南非科技与工业研究院(CSIR)在与空中客车公司合作的NATFIBIO生物复合材料项目的基础上，针对天然纤维复合材料进行重点研发，以研制并生产符合航空要求的、可生物降解的面板，用于制造飞机内部非承重的部件。CSIR已经利用酚醛树脂和天然纤维生产出生物复合材料，其性能表现适合航空器件要求。目前正集中研究100%的生物复合塑料(如利用聚糠醇作为替代树脂)，并计划扩展应用到电子、汽车制造等行业。聚糠醇可以从当地大量甘蔗废渣中获得，而且价格便宜。

　　加拿大

　　开发出新一代纳米捕光天线和新型玻璃防水雾涂层材料。

　　杜华斌(本报驻加拿大记者)7月，加拿大科学家从植物的光合作用中汲取灵感，研制出新一代纳米捕光天线，它能控制和引导从光中吸收的能量。加科学家结合自己在DNA和半导体研究方面的先进成果，让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，并将这种由量子点自我组装而成的材料命名为人造分子。最新研究填补了可以使用多种不同类型的纳米量子点构建出复合物这项空白。

　　同月，加拿大科学家研制出一种新型玻璃防水雾涂层材料，他们认为该材料可以最终解决汽车玻璃、眼镜片以及光学镜头的防水雾难题。涂层不会对玻璃的光学性质产生任何影响。

　　法 国

　　开发出新型吸碳材料，有望为温室气体减排提供新思路。

　　李钊(本报驻法国记者)5月，法国国家科研中心研制出一种名为MIL-101的新型材料，能够大量吸附二氧化碳气体，体积为1立方米的MIL-101在25摄氏度的温度下可以储藏400立方米的二氧化碳，而现在通用的吸附材料在同等条件下的储藏量不过200立方米。这种材料有望提升对抗全球变暖的能力，为温室气体减排提供新思路。

　　乌克兰

　　在焊接研究领域获得多项进展。

　　程刚 (本报驻乌克兰记者)乌克兰国家科学院的研究人员，开发出可用于高频率焊接的新型电源装置，及一种基于立方氮化硼的焊接技术。提出了一种用于评价摩擦电偶元件的接触耐力的新方法，这种方法可将铁碳合金和炼钢炉渣中的铬和钒、精矿以及热电厂的灰渣直接混合，从而能将氧化物熔融物的铬和钒分别降低95%和90%。

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