俄羅斯

航空材料檢測(cè)修復(fù)取得進(jìn)展

利用三維打印研究永磁性能

科技日?qǐng)?bào)駐俄羅斯記者 董映璧

2024年，俄羅斯在材料缺陷檢測(cè)和修復(fù)領(lǐng)域取得多項(xiàng)成果，并探索使用3D打印永磁材料。

托木斯克理工大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種對(duì)航空航天工業(yè)中使用的復(fù)合材料進(jìn)行熱無(wú)損檢測(cè)的新方法，使材料的控制更可靠，并能防止內(nèi)部缺陷導(dǎo)致信號(hào)丟失。這種方法的本質(zhì)是利用強(qiáng)制冷卻與主加熱脈沖相結(jié)合，來(lái)檢測(cè)用于航空航天工業(yè)領(lǐng)域的碳纖維和玻璃纖維塑料中的缺陷。

莫斯科國(guó)立鋼鐵合金學(xué)院研究人員基于激光熱機(jī)械修復(fù)納米孔和納米裂紋的物理機(jī)制，開(kāi)發(fā)出一種新的激光加工方法，可使航空航天、核能和醫(yī)療行業(yè)的材料強(qiáng)度提高一倍以上。利用這種新方法可造出更堅(jiān)固、更可靠的材料，能抵抗各種類型的外部影響，可用于航空航天工業(yè)、核工業(yè)和醫(yī)學(xué)物理等領(lǐng)域。

烏拉爾聯(lián)邦大學(xué)科研人員利用三維（3D）打印技術(shù)，將釹、鐵和硼的納米晶體合金粉末制成任意形狀的磁鐵，在室溫條件下比其他類型磁鐵能儲(chǔ)存更多“磁性”能量，具有高矯頑力，且不含鈷。這種技術(shù)能使高科技設(shè)備的永磁材料更小、更輕便，成本更低。

美國(guó)

開(kāi)發(fā)高速芯片與納米晶體管

合成新型材料領(lǐng)域多點(diǎn)開(kāi)花

科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

2024年，美國(guó)在芯片材料領(lǐng)域展開(kāi)研究，助力信息與通信技術(shù)發(fā)展；在其他材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)創(chuàng)新，也有望帶來(lái)應(yīng)用層面的飛躍。

芯片初創(chuàng)企業(yè)Cerebras系統(tǒng)公司推出5納米“晶圓級(jí)引擎3”（WSE-3）芯片，將人工智能芯片的運(yùn)行速度紀(jì)錄提高了1倍。麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)利用超薄半導(dǎo)體材料，研制出一種全新的納米級(jí)3D晶體管，也是迄今最小的3D晶體管，其性能和功能可比肩甚至超越現(xiàn)有的硅基晶體管，有助于開(kāi)發(fā)高性能節(jié)能電子產(chǎn)品。

超導(dǎo)材料方面，加州大學(xué)河濱分校領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研制出一種新型非常規(guī)界面超導(dǎo)材料，可用于量子計(jì)算，是“拓?fù)涑瑢?dǎo)體”的候選材料。

哥倫比亞大學(xué)合成出第一個(gè)二維重費(fèi)米子材料。這種新材料是由鈰、硅和碘組成的層狀金屬間化合物晶體（CeSiI）。它具有比普通電子更重的電子，是探索量子現(xiàn)象的新平臺(tái)。

斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種緊湊的單晶鈦藍(lán)寶石—絕緣體光學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了鈦藍(lán)寶石技術(shù)顯著小型化、低成本且可擴(kuò)展。這種鈦藍(lán)寶石激光器成本和占地面積比原來(lái)降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)，功耗降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且能夠調(diào)整激光的波長(zhǎng)。

北卡羅來(lái)納州立大學(xué)創(chuàng)造出一種名為“玻璃凝膠”的新材料，含有超過(guò)50%的液體，非常堅(jiān)硬而且難以破碎。由于這種材料生產(chǎn)比較容易，有望應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

英國(guó)

超表面技術(shù)提升6G通信能力

特種光纖助力未來(lái)量子計(jì)算

科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

2024年，英國(guó)在材料領(lǐng)域碩果連連，特別是在超表面技術(shù)方面的進(jìn)步，為6G通信的發(fā)展賦予新動(dòng)能。

6G技術(shù)一直備受科學(xué)家關(guān)注。格拉斯哥大學(xué)科學(xué)家研制出一款超薄二維表面，能對(duì)衛(wèi)星最常用的電磁波進(jìn)行操縱和轉(zhuǎn)換，有望提升6G衛(wèi)星在通信、高速數(shù)據(jù)傳輸和遙感方面的能力。英國(guó)科學(xué)家還研制出一款創(chuàng)新性無(wú)線通信天線，這款數(shù)字編碼動(dòng)態(tài)超表面陣列（DMA）是全球首個(gè)在60吉赫茲毫米波波段下設(shè)計(jì)和演示的DMA，有望助力未來(lái)6G通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。

巴斯大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出新一代特種光纖，以應(yīng)對(duì)未來(lái)量子計(jì)算時(shí)代出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸挑戰(zhàn)。該成果有望推動(dòng)大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。曼徹斯特大學(xué)與澳大利亞墨爾本大學(xué)合作，研制出一種超純硅，可用于構(gòu)建高性能量子比特設(shè)備，為可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)鋪平道路。

英國(guó)和加拿大科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型單分子晶體管，利用量子干涉來(lái)控制電子流，有望催生比現(xiàn)有設(shè)備更小、更快、更節(jié)能的新型晶體管，以制造新一代電子設(shè)備。

曼徹斯特大學(xué)研究人員創(chuàng)造出新型一維超導(dǎo)體，為在量子霍爾體系中實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)提供了新路徑，有望解決凝聚態(tài)物理學(xué)中長(zhǎng)期存在的難題。此外，英國(guó)和日本科學(xué)家成功制造出世界上已知最強(qiáng)的鐵基超導(dǎo)磁體，有望促進(jìn)新一代磁共振成像技術(shù)和未來(lái)電氣化運(yùn)輸技術(shù)的發(fā)展。

在電池制造方面，利物浦大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種能快速傳導(dǎo)鋰離子的固體材料，有望用于研制可持續(xù)電池。劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)，利用鈣鈦礦創(chuàng)造了下一代卷對(duì)卷印制太陽(yáng)能電池能效新紀(jì)錄。

此外，在新型催化劑研究方面，諾丁漢大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，金屬屑的表面具有納米級(jí)的微小臺(tái)階和凹槽紋理，這些結(jié)構(gòu)可錨定鉑或鈷的原子，從而形成一種新型水電解制氫催化劑。

法國(guó)

非銥催化劑產(chǎn)氫創(chuàng)紀(jì)錄

發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬熱電效應(yīng)

科技日?qǐng)?bào)駐法國(guó)記者 李宏策

2024年，法國(guó)在材料科學(xué)領(lǐng)域深入研究，非銥產(chǎn)氫催化劑創(chuàng)造紀(jì)錄，并且首次在液體材料間發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)。

法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心團(tuán)隊(duì)利用鈷鎢氧化物，研制出一種新型非銥催化劑，能夠在與工業(yè)應(yīng)用相關(guān)的高電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)使用非銥催化劑在水解制氫中迄今最高的電流密度和最高穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究首次在不使用銥的工業(yè)條件下，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的質(zhì)子交換膜（PEM）水電解制造綠氫，是該領(lǐng)域的一個(gè)新里程碑。這種鈷基催化劑是銥基催化劑的可行替代品。

法國(guó)索邦大學(xué)物理學(xué)家在室溫下將兩種類型的液態(tài)金屬放在一起，并對(duì)其進(jìn)行熱梯度處理，首次觀測(cè)到兩種液體材料之間的熱電效應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，是溫度梯度導(dǎo)致兩種液態(tài)金屬在交界處產(chǎn)生了熱電效應(yīng)，電流可以從圓柱體的熱部分循環(huán)到冷部分，并且這種效應(yīng)在多處出現(xiàn)。此外，在兩種液體的交界處，有些地方并未產(chǎn)生電流，這與固體之間的熱電效應(yīng)不同。這一發(fā)現(xiàn)有望對(duì)新型電池的開(kāi)發(fā)產(chǎn)生影響。

波爾多大學(xué)和法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心研究人員開(kāi)發(fā)出一種螺旋屈光鏡片，可在不同光線條件下、不同距離處保持清晰的焦點(diǎn)。該鏡片的工作原理與視力矯正漸進(jìn)鏡片非常相似，但沒(méi)有這些鏡片通常出現(xiàn)的扭曲現(xiàn)象。這一成果有助于開(kāi)發(fā)隱形眼鏡技術(shù)、白內(nèi)障眼內(nèi)植入物和微型成像系統(tǒng)。這種鏡片可在不斷變化的照明條件下顯著改善人們的視野深度，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研發(fā)，未來(lái)有望用于帶來(lái)可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)和自動(dòng)駕駛汽車遙感系統(tǒng)，使這些設(shè)備更加可靠和高效。

德國(guó)

致力提高太陽(yáng)能電池效率

研發(fā)高強(qiáng)輕質(zhì)和生物材料

科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者 李山

2024年，德國(guó)在新材料領(lǐng)域取得諸多進(jìn)展，這些材料在能源、汽車、航空航天和醫(yī)療保健等各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

在能源材料領(lǐng)域，德國(guó)成功研發(fā)出效率達(dá)31.6%的鈣鈦礦硅基疊層太陽(yáng)能電池，并不斷改進(jìn)鈣鈦礦材料的制造工藝和穩(wěn)定性，希望早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。對(duì)下一代電池，特別是鋰硫電池和固態(tài)電池，德國(guó)科學(xué)家努力探索新的電解質(zhì)材料和納米結(jié)構(gòu)，以提高電池的效率、安全性和使用壽命。于利希研究中心成功研發(fā)出一種概念固態(tài)電池，可在一小時(shí)內(nèi)完成充電。

在輕質(zhì)材料方面，科學(xué)家專注于開(kāi)發(fā)碳纖維增強(qiáng)聚合物和其他具有高強(qiáng)度重量比的復(fù)合材料，積極推進(jìn)高性能金屬合金領(lǐng)域的研究，特別是用于航空航天的鋁合金和鈦合金。例如研究人員利用一種新的金屬材料制備方法，開(kāi)發(fā)出具有超高強(qiáng)度的輕質(zhì)新材料，其中80%以上是空隙，但強(qiáng)度極高，未來(lái)有望應(yīng)用于汽車、飛機(jī)等領(lǐng)域。此外，研究人員以最佳方式將銅、銀和氧化釔組合在一起，開(kāi)發(fā)出用于3D打印的新型復(fù)合粉末。

在生物材料方面，研究人員繼續(xù)探索能夠封裝藥物并以受控方式釋放藥物的納米材料，以及用于組織工程的可生物降解聚合物和水凝膠等。德累斯頓工業(yè)大學(xué)利用葉片的準(zhǔn)分形木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，制造出可生物降解的聚合物薄膜，這一成果有助于研發(fā)可生物降解的電路板。

其他方面，德國(guó)科學(xué)家還研發(fā)出基于石墨烯的生物傳感器，未來(lái)可用于醫(yī)學(xué)診斷；開(kāi)發(fā)出具有新穎拉伸特性的材料，可以在測(cè)量力或監(jiān)測(cè)靜力學(xué)方面得到應(yīng)用；研發(fā)出用于智能皮膚的扁平超表面天線，使機(jī)器人能夠更準(zhǔn)確地掃描近場(chǎng)環(huán)境；開(kāi)發(fā)出一種前所未有的二維材料鈹?shù)型诹孔蛹夹g(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用；研發(fā)出控制稀土材料磁性的新方法；制造出基于可再生原材料和生物殘留物的生物基黏合劑，以及利用農(nóng)業(yè)廢料生產(chǎn)的塑料替代材料。

韓國(guó)

合成高效析氧催化劑

研發(fā)新型太陽(yáng)能電池

科技日?qǐng)?bào)駐韓國(guó)記者 薛嚴(yán)

2024年，電池催化劑成為韓國(guó)材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，相關(guān)成果顯示出提升電池性能的較大潛力，部分甚至打破了國(guó)際紀(jì)錄。

通過(guò)水裂解反應(yīng)將水還原成氫分子，是應(yīng)對(duì)全球能源挑戰(zhàn)、解決化學(xué)儲(chǔ)能難題的關(guān)鍵方法之一。然而，低催化性能、緩慢的反應(yīng)速度以及催化劑解聚等問(wèn)題，是目前所面臨的主要挑戰(zhàn)。東國(guó)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將釕氧化物植入二維碳化鉬，合成了一種高效析氧反應(yīng)催化劑，可用于水裂解反應(yīng)，生產(chǎn)燃料電池所需氫。這種催化劑顯示出較高的活性、反應(yīng)速度和耐久性，為大規(guī)模低成本生產(chǎn)下一代催化劑提供了可能。

韓國(guó)能源技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)研發(fā)出具有高效率水平的半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池?？蒲袌F(tuán)隊(duì)通過(guò)向太陽(yáng)能電池中添加鋰離子來(lái)提高電池中空穴傳輸層的電導(dǎo)率，并通過(guò)優(yōu)化空穴傳輸層的鋰離子氧化時(shí)間，使其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氧化鋰，從而阻止鋰離子擴(kuò)散，提高器件穩(wěn)定性。該電池效率達(dá)到21.68%，創(chuàng)造了半透明太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的最高紀(jì)錄，且在運(yùn)行超過(guò)240小時(shí)后，與初始效率相比仍保持超99%的效率，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

韓國(guó)能源研究院氫氣聚合材料實(shí)驗(yàn)室與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院、釜山大學(xué)共同開(kāi)發(fā)出一種催化劑涂層技術(shù)。該技術(shù)可以快速大幅提高固體氧化物燃料電池的性能。研究團(tuán)隊(duì)闡明了涂層納米催化劑促進(jìn)表面氧交換和離子傳導(dǎo)的機(jī)理，為催化劑包覆法解決復(fù)合電極反應(yīng)速率低的問(wèn)題提供了基礎(chǔ)證據(jù)。

南非

推動(dòng)納米復(fù)合材料研究應(yīng)用

開(kāi)發(fā)可持續(xù)能源和儲(chǔ)能技術(shù)

科技日?qǐng)?bào)駐南非記者 馮志文

2024年，南非在新材料研究方面取得顯著進(jìn)步，尤其是在納米復(fù)合材料和能源應(yīng)用領(lǐng)域。

在新型納米材料方面，南非科學(xué)與工業(yè)研究委員會(huì)（CSIR）所屬的國(guó)家納米結(jié)構(gòu)材料中心推動(dòng)了聚合物納米復(fù)合材料的研發(fā)和使用。這些復(fù)合材料具有阻燃性、耐溫性和拉伸強(qiáng)度大等性能，適用于汽車、化妝品和制藥等多個(gè)行業(yè)。

南非先進(jìn)材料化學(xué)研究所專注于研究改進(jìn)聚合物電解質(zhì)膜水電解氧化銥（IrO2）催化劑，進(jìn)一步提高了析氧反應(yīng)的效率和穩(wěn)定性，這對(duì)于清潔能源系統(tǒng)制氫至關(guān)重要。優(yōu)化方法合成的高性能催化劑顯示出對(duì)擴(kuò)大生產(chǎn)的巨大潛力。

CSIR在電池材料開(kāi)發(fā)方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。他們的研究重點(diǎn)是優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的陰極和負(fù)極材料。利用南非豐富的礦產(chǎn)資源錳，CSIR正在開(kāi)發(fā)為移動(dòng)和固定應(yīng)用量身定制的先進(jìn)材料，為推動(dòng)全球可持續(xù)能源解決方案作出貢獻(xiàn)。