科 技 成 果

科技成果

壓縮玻璃碳的基礎研究取得重要進展

據科技部網站2017年7月28日報道，我國燕山大學的亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室田永君教授、趙智勝教授等人與國內外科學家合作，以玻璃碳為初始原料，利用高壓配合較溫和的溫度條件合成了一種新型碳的同素異形體。其保留了玻璃碳的一些結構特征，故被命名為壓縮玻璃碳。壓縮玻璃碳是一種新型碳材料，具備石墨和金剛石的成鍵特征，密度和導電性與石墨相近，硬度與寶石相當，其壓縮強度明顯高于金屬和陶瓷材料，比強度是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上，其局部變形的壓入彈性恢復率在70%以上，明顯高于金屬和陶瓷材料，甚至高于形狀記憶合金和有機橡膠。壓縮玻璃碳集輕質、超強、高硬、高彈和良好導電性于一身，在軍事和航空航天等領域具有潛在的應用前景。

NASA蘭利研究中心制備高強度、熱穩定納米復合材料

據國防科技信息網2017年7月6日報道，NASA蘭利研究中心在石墨纖維復合材料的基礎上，制備了多功能、結構/熱穩定的石墨纖維碳納米管納米復合材料。石墨纖維復合材料是目前最先進的輕質、高強度復合材料，但它不具備導電和導熱特性，因此當用于高溫環境時，必須在石墨纖維復合材料的最外層加耐高溫涂層或導熱涂層，這無疑增加了最終結構件的重量，提高了成本。而蘭利研究中心在該納米復合材料中加入了碳納米管，制備出具備高強度、輕質、熱穩定且導電的石墨纖維復合材料。最終形成的納米復合材料結構呈細長拉長狀，其中碳納米管沿一維拉長方向規則排列。該材料在200℃時的粘性至少達100 000 Pa，其潛在應用包括運載器、先進航空航天飛行器和航天器。目前NASA正在積極尋求許可證持有者，計劃將此技術商業化。

NASA蘭利研究中心利用新工藝制備統一尺寸的碳納米管材料

據國防科技信息網2017年7月6日報道，NASA蘭利研究中心近期發明了一種新的制備工藝，制備了具有相同尺寸的碳納米管，其工藝最大的特點在于采用模板引導碳納米管的生長，最后得到的碳納米管全部呈相同尺寸。在此過程中，生長后的碳納米管即可均勻地分散在模板中，也可從模板中分離，形成單獨的碳納米管。此外，與以往工藝不同，此次碳納米管的原材料來源是日常生活中常見的蔗糖(為碳納米管提供碳源)，且制備過程無需真空條件，大大降低了制造成本，簡化了工藝。工藝采用的模板是介孔二氧化硅材料或氧化鋁材料。而原材料蔗糖則沉積在模板的介孔中，在高溫條件下分解后，蔗糖中的碳則逐漸形成單壁碳納米管，在模板的“引導”下，所有碳納米管都呈相同的尺寸。此時，碳納米管均勻分散、嵌入到模板中，當移開模板時則可得到獨立的碳納米管。利用此工藝制備的碳納米管可用于電子場發射源、平板，以及場發射顯示器，也可用于產生高強度、輕質、多功能復合結構的功能添加劑。目前NASA正在積極尋求許可證持有者，計劃將此技術商業化。

美能源部投資2.58億美元加速百億億次超算研發

據科技部網站2017年7月5日報道，美國能源部近日宣布，作為其新的“前路計劃”(Path Forward)的一部分，6家領先的美國科技公司將從能源部的“百億億次計算項目”獲得2.58億美元資金，以加快部署全美首臺百億億次超級計算機，目標是2021年前建成至少一百億億次超算系統，它的運算能力將比目前全美最強電腦快50倍。承擔研發合同的6家企業分別為先進微設備公司(AMD)、Cray公司(CRAY)、惠普公司(HPE)、國際商業機器公司(IBM)、英特爾公司(Intel)和英偉達公司(NVIDIA)。2.58億美元資金將在3年合同期內撥付，由公司提供額外的資金至少占項目總成本的40%，使得總投資至少達到4.3億美元。Path Forward計劃涉及硬件技術、軟件技術和應用開發三方面，擬解決并行性、內存和存儲、可靠性和能耗這四領域的挑戰，包括開發創新的內存架構、更高速的互連、改進的可靠性系統以及增加計算能力的方法。 超級計算機對國家安全、制造業、工業競爭力和能源與地球科學等領域的領先地位至關重要。超算領域的全球競爭十分激烈，雖然美國擁有世界上10臺最快的計算機中的5臺，但全美最強的泰坦系統僅排名全球第3位。

俄研發出熱電轉換新材料

據科技部網站2017年7月3日報道，俄羅斯莫斯科鋼鐵學院能效中心研發出熱電轉換新型材料，由于材料具有非常高的品質因數，可作為航天器長期供電用電池。中心所選用的原料為方鈷礦材料，其成分為銻與鈷的金屬間化合物(CoSb3)，當表面溫度差達到400～500 ℃時，所研發材料的品質因數最大，達到1.4。而已知的熱電轉換材料碲化鉍，當溫度差為100～150 ℃時其品質因子為1.2。熱能轉換電能效應是1821年發現的，但至今未能工業化應用，科研人員一直試圖研發熱電直接轉換材料，但所有的嘗試均處于實驗室階段。熱電轉換材料在航天領域已經得到應用，以核裂變作為熱源的熱電轉換裝置安裝在卡西尼號、新視野號探測器以及好奇號火星探測器上。

美科學家首次以納米精度檢測太陽能電池

據科技部網站2017年6月28日報道，美國家技術標準研究院(NIST)的研究人員利用兩種新技術，首次以納米級精度檢測了廣泛使用的太陽能電池的化學成分及缺陷的變化。新技術檢測了用碲化鎘半導體材料制造的常見太陽能電池，有望幫助科學家更好地了解太陽能電池的微觀結構，并可能提出進一步提高太陽能光電轉化效率的方法。相關成果發表在《Nanoscale》雜志上。實驗表明，材料晶體排列的缺陷與其化學構成中的雜質相關，新技術能檢測碲化鎘樣品中所謂的深層次缺陷的空間變化。這些缺陷引起碲化鎘與其它半導體中的電子和質子(帶正電荷的顆粒)重新組合而不是發電，這是導致太陽能電池無法取得理論成效的關鍵原因之一。

俄科學家研制出生產碳化鉿的新技術

據科技部網站2017年6月26日報道，俄羅斯科學院西伯利亞分院布德克爾核物理研究所與固體化學和力學化學研究所的研究人員聯合研制出了制造碳化鉿的新技術。這種新的制造技術高效、廉價，可生產出高質量的碳化鉿。碳化鉿具有高彈性系數、良好的電熱傳導性、較小的熱膨脹系數以及很好的耐沖擊性能，適用于制造火箭噴嘴和機翼前沿等重要部件，主要應用于航天航空、工業陶瓷等領域，在噴管、耐高溫內襯、電弧或電解用電極方面也有重要應用。

俄日科學家合成世界首例量子金屬

據科技部網站2017年6月23日報道，由俄羅斯遠東聯邦大學、俄羅斯科學院遠東分院的科學家與日本東京大學組成的國際研究團隊，近日合成了世界上首例量子金屬。遠東聯邦大學表示，這種新材料具有以多晶硅為襯底的雙層鉈原子結構，當溫度低于-272 ℃時，變為超導材料。30多年來，關于二維電子系統(二維金屬)溫度接近絕對零度時的行為一直存在學術爭論。通過觀察這種非正常的物質狀態，將使科學家對解決正常金屬存在于兩維度狀態的可能性這一基礎科學的根本問題產生興趣。實驗表明，二維系統在轉變為絕緣體或超導體的同時，仍可保持正常的金屬態。這種不尋常的狀態被稱為量子金屬或玻色金屬。研究人員將繼續對這種合成材料的電子特性進行深入研究。

韓國最先研發出水中可拆卸材料

據科技部網站2017年6月23日報道，韓國成均館大學研究團隊宣布，已找到章魚吸盤獨特的突起原理，并在世界上最先開發出了模仿章魚吸盤，在水中或潮濕的環境中不用粘合劑即可拆卸的補丁材料。相關研究成果刊登在《自然》雜志上。研究團隊表示，最近醫療和半導體材料市場正在互相融合，對清潔粘著材料的需求正在逐漸增大。期待應用章魚吸盤原理的補丁元件將為醫療用補丁、診斷治療用可穿戴設備或器官組織縫合等各領域提供劃時代的原創技術。