2020年上半年世界前沿科技發展態勢——新材料篇
美歐韓加快佈局，搶佔新材料產業發展制高點。美國多位議員推出《Endless Frontier Act》，擬投入千億美元發展十大關鍵技術，其中材料科學、半導體在列。韓國產業通商資源部發布旨在應對日本限貿的“百大核心貨品研發”扶持項目，將投資逾3000億韓元用於材料、零部件、設備領域研發，預計將有1000多家企業參與。歐盟委員會簽署一項價值1.5億歐元的資助協議，將繼續資助歐洲石墨烯旗艦計劃，致力於石墨烯及其相關材料方面的研究和創新。歐洲啟動“歐洲空間技術用合格碳纖維和預浸料”項目，旨在應對歐洲衛星子系統所需的高模量/超高模量碳纖維均為非歐洲公司生產的現狀，同時提升歐洲本土公司相關技術水平。
先進電子材料助力電子信息產業發展。瑞士洛桑聯邦理工學院設計出一種基於二維半導體材料的新型器件，可用於構建類似於大腦神經元的節能電子系統，未來有望在可穿戴設備和人工智能芯片領域得到應用。俄羅斯開發出世界上最緊湊的綠光半導體激光器，對構造光芯片、微傳感器和其他使用光作為信息傳輸和處理媒介的器件領域具有積極推動作用。美海軍研究實驗室開發出應用於5G技術的新型氮化鎵基電子器件，該電子器件打破了傳統器件的電流輸出與開關速率紀錄，能使應用程序獲取毫米波範圍內的電磁波以及太赫茲頻率。中國中科院金屬研究所在氧化物鐵電材料中發現半子拓撲疇以及週期性半子晶格，為探索基於鐵電材料的高密度信息存儲器件提供新思路。
智能自修復材料應用領域不斷擴展。日本東京大學開發出可自我修復的新複合材料，其具有機械和電氣自愈性，可應用於軍用裝備、電子產品、汽車、飛機、建築材料等領域。美國南密西西比大學研發出一種抗撕裂和室溫自癒合的半導體複合膜，可用於製造模擬人類皮膚的抗撕裂性和可癒合特性的新型彈性電子器件。以色列理工大學研究人員開發出一種在遭受刮擦、割傷或扭傷時能夠自癒合的柔性高分子材料，將其與傳感器相結合，有望獲得柔性具有自我修復能力的電子皮膚。中國科學家研發出“全天候自癒合材料”，可在嚴寒、深海和強酸鹼等極限條件下快速自癒合，有望成為機器人、深海探測器和極端條件下各類高科技設備的“超級電子皮膚”。
新能源材料推動電池行業創新發展。美國華盛頓州立大學開發出媲美鋰電池的鈉離子電池，其在1000次循環充電後仍能保持80％以上的電量，該項研究使利用豐富而廉價的材料開發一種可行的電池技術成為可能。澳大利亞昆士蘭大學開發出能量轉換效率高達16.6%的新型量子點太陽能電池，比此前世界紀錄高出近25％，有助於進一步研發柔性、透明太陽能電池。中國研究人員成功製備出高能量密度的全柔性鋰離子電池，使柔性鋰離子電池的商業化應用變得指日可待，或可為未來可穿戴電子產品和其他極端條件下的應用提供能源。韓國科學技術研究院開發出新型硅負極材料，採用該材料的電池可將容量提升4倍，並且支持快速充電，預計將使電動車續航里程翻倍。
前沿新材料研究成果競相湧現。納米材料方面，美國麻省理工學院開發出製造大片高質量、原子薄石墨烯的新方法，可以製造出超輕柔性太陽能電池和其他薄膜電子產品。3D打印材料方面，荷蘭Brightlands材料中心正開發具有自感知功能的3D打印複合材料，可應用於監控航空航天、建築和醫療保健等領域的關鍵結構狀態。仿生材料方面，中美研究人員合作研發出高阻尼、高吸能與形狀記憶兼得的鎂基仿生材料，有望成為精密儀器、航空航天等領域需求的新型阻尼減震材料。超材料方面，澳大利亞墨爾本斯威本科技大學制備出新型石墨烯太陽能加熱超材料，能夠在開放環境中以最小的熱損失快速加熱到83攝氏度。液態金屬方面，美國紐約州立大學制備出全球首款液態金屬晶格結構，有望在航空航天、機器人和可調諧超材料中實現應用。
作者簡介
武志星，國務院發展研究中心國際技術經濟研究所研究三室，研究助理
研究方向：海洋、新材料領域戰略、技術和產業前沿
聯繫方式：[email protected]
2020年上半年世界前沿科技發展態勢系列文章：
2020年上半年世界前沿科技發展態勢——航空篇
2020年上半年世界前沿科技發展態勢——航天篇
2020年上半年世界前沿科技發展態勢——先進製造篇
2020年上半年世界前沿科技發展態勢——能源篇
2020年上半年世界前沿科技發展態勢——生物篇
2020年上半年世界前沿科技發展態勢——信息篇
作者丨 武志星
編輯丨 劉 瑾
研究所簡介
國際技術經濟研究所（IITE）成立於1985年11月，是隸屬於國務院發展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究我國經濟、科技社會發展中的重大政策性、戰略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經濟發展態勢，為中央和有關部委提供決策諮詢服務。“全球技術地圖”為國際技術經濟研究所官方微信賬號，致力於向公眾傳遞前沿技術資訊和科技創新洞見。
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