化工新型材料

陽光降解聚苯乙烯速度遠快于科學家預期

據報道，美國伍茲霍爾海洋學研究所一項研究表明，聚苯乙烯暴露于陽光下，可能會在幾十年到幾百年內降解，而不是像以前科學家設想的能在環境中持續存在數千年。

聚苯乙烯是一種無色透明的熱塑性塑料，廣泛用于許多消費品和工業產品中，是世界上使用最廣泛的塑料之一。聚苯乙烯的化學結構復雜，普通微生物無法降解，因此科學家估計其可在環境中持續存在數千年甚至更長時間。早在20世紀70年代，科學家就在海洋中檢測到了聚苯乙烯，因其使用廣泛，難于降解，這種聚合物如今已成為全球生態環境中的一個重要污染源。

為了驗證聚苯乙烯是否真的可以存續數千年甚至永久存在，伍茲霍爾海洋學研究所研究人員進行了一個專項實驗。他們將5個市售的聚苯乙烯樣品放在水中，然后將它們暴露在比赤道陽光強烈3倍的模擬陽光下，結果發現，模擬陽光將所有5個樣品部分氧化成了溶解的有機碳。研究人員計算后得出結論，在北緯0°—50°范圍的自然環境中，也就是從赤道延伸到加拿大南部邊界這一廣闊區域內，完成此部分氧化過程只需要數十年；而要將聚苯乙烯完全氧化為二氧化碳，則需要幾百年的時間。也就是說，陽光可將聚苯乙烯在幾十至數百年間部分或完全降解，其速度遠快于此前科學家的預期。

此外，研究人員還發現，添加劑會改變聚苯乙烯光化學氧化的相對敏感性，影響其降解的速度；而相對于日光暴露來說，溫度對聚苯乙烯光化學氧化的影響有限，并非其氧化速率的主要驅動因素。

研究人員指出，許多國際機構都認為，聚苯乙烯在環境中可持續存在數千年，并以此為依據制定相關政策。他們的研究成果對這一政策依據提出了挑戰，將有助于完善塑料環境壽命估算方法，增進對陸地和海洋中塑料數量的了解，提高與塑料污染相關的風險評估的準確性，進而幫助有關機構制定更科學的應對策略。（科技日報）

新型“人造皮膚”可用于智能設備

據報道，英國布里斯托爾大學10月20日發布一項研究成果表明，研究人員開發出一種仿人類皮膚的薄膜，基于這種薄膜的交互界面可用于智能手機、可穿戴設備或者電腦上，提供更好的操作體驗。

該校研究人員與巴黎索邦大學等法國高校合作開展了這個研發項目。據介紹，這種硅膠薄膜模仿人類皮膚采用了多層結構，包括表面的紋理層、電極層以及一個類似人體皮膚皮下組織的內層。這種新型薄膜能夠提供更加細致、自然的互動體驗，感知使用者的多種手勢動作，比如輕撫、撓、擰、掐等。

團隊將這種薄膜配置在手機外殼、電腦觸控板以及智能手表上，展示了“人造皮膚”如何讓使用者更充分地與計算機虛擬人物進行互動，比如通過觸覺傳遞情緒等信息。

參與這個項目的布里斯托爾大學學者安妮·魯多說，這項研究探討了人與機器之間的互動，有助于“讓我們每天使用的設備表現得更像我們自身”。（新華網）

中美科學家研獲新型柔性制冷方法 “扭熱冰箱”

據報道，10月11日在線出版的《科學》雜志刊文，報道了南開大學與美國得克薩斯大學達拉斯分校的一支國際聯合研究團隊研獲的一種柔性制冷新策略——“扭熱制冷”。

研究發現，改變纖維內部的拈度可以實現降溫。由于制冷效率更高、體積更小、環境友好且適用于天然橡膠、釣魚線以及鎳鈦合金等多種普通材料，基于這種方法制成的“扭熱冰箱”也變得前景可期。

這項發現來自于南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室、藥學院、功能高分子教育部重點實驗室劉遵峰教授團隊與美國得克薩斯大學達拉斯分校教授、南開大學楊石先講座教授雷·鮑曼（Ray H. Baughman）團隊的合作研究。

“初步實驗證實，‘扭熱制冷技術的卡諾效率可以達到67%。這意味著，通過使用橡膠、釣魚線等普通材料進行制冷，有望獲得更高卡諾效率，從而節省更多電能，降低制冷成本。”劉遵峰說。

研究人員利用橡膠、釣魚線、紡織線以及強度更大、傳熱更快的鎳鈦形狀記憶合金測試“扭熱制冷”，發現可以實現更小體積、更大強度、更高效率的制冷效果。他們還制作了一個基于“扭熱制冷”技術的冰箱模型，使用3根鎳鈦合金絲作為制冷材料，可以使流動的水獲得7.7℃的降溫。

“這些初步的發現距離‘扭熱冰箱的商業化依然有很長的路要走，也存在很多機遇與挑戰”，雷·鮑曼說，“這些挑戰包括，開發新型的器件與材料以提高循環使用壽命，合理利用輸入功以提高效率。潛在的機遇包括，除使用商業化的現有材料，進一步優化‘扭熱制冷材料，獲得最佳的性能”。

劉遵峰認為，該研究發現的這種新型制冷技術，為制冷領域擴充了一個新的板塊，將為降低制冷領域能源損耗提供一種新的途徑。（新華網）

青島能源所開發出新型陶瓷膜材料及高效制氫技術

近年來，氫能得到了日益廣泛的關注和重視。通過天然氣重整可以制取氫氣，但是所獲得的氫氣含有一氧化碳（CO），容易引起燃料電池電催化劑中毒。繁瑣的CO脫除工藝成為該制氫技術的必要環節，顯著增加了設備投資和運行成本。如何穩定高效且低成本地制取不含CO的潔凈氫氣成為氫能發展的一個重要研究方向。

據報道，青島能源所江河清研究員與德國合作者早期利用陶瓷透氧膜反應器將水分解反應與烷烴氧化反應耦合在透氧膜的兩側，促進水分解制氫。近日，膜分離與催化研究組提出在致密陶瓷透氫膜反應器進行甲烷水蒸汽重整反應，可以原位分離氫氣。不同于常見的聚合物膜和分子篩膜，致密陶瓷透氫膜對氫氣的分離選擇性達到100%，在膜的另一側獲得完全不含CO的氫氣。該工作利用陶瓷透氫膜將天然氣重整反應和氫氣分離過程進行耦合，一步獲得費托合成所需的合成氣和不含CO的氫氣，簡化了制氫工藝，為潔凈氫氣的高效低成本制備提供了一種全新思路。（中科院青島生物能源與過程研究所）

干勇建言化工新材料補短方向

據報道，10月24日，在第二十二屆中國北京國際科技產業博覽會在北京舉行主題報告會暨中國科技創新論壇上，中國工程院院士、國家新材料產業發展專家咨詢委員會主任干勇表示，要實現我國新材料領域的突破，必須完成搶占未來新材料發展制高點以及突破新材料發展瓶頸制約2大任務，他還特別強調了新一代信息技術產業需要重點補短板的化工新材料。

干勇介紹，工業和信息化部對全國30多家大型企業的130多種關鍵基礎材料進行了調研。結果顯示，仍有32%的關鍵材料在中國為空白，52%的材料依賴進口。此外，高端材料都被跨國集團所壟斷，如東麗、帝人壟斷了高性能碳纖維及其復合材料，杜邦、帝人控制了對位芳綸纖維90%的產能，信越、瓦克、住友、三菱等占據國際半導體硅材料80%的市場份額，科銳的碳化硅單晶占據的全球市場份額也超過70%。

“新材料研發的任務很重，有2個任務要馬上著手。一是搶占未來新材料發展的制高點，特別是在支撐新一代信息技術、新能源、智能制造等關鍵領域的新材料技術上，努力趕超縮小差距，形成比較優勢；二是在農業、能源、國防等關系到國際民生的領域，通過創新突破瓶頸制約，實現現有材料的升級，滿足重大工程和高端裝備的需求。”干勇強調。

具體看來，發展新一代信息技術產業急需的是第3代半導體材料和顯示材料，其中顯示材料到2030年的需求量將達到3.5億m2；實現水資源高效利用急需的高性能分離膜材料，在2020年的年需求量是1億m2；治理燃煤鍋爐相關大氣污染需要的高性能催化劑、磨蝕及除塵材料，2017年總需求量是400萬t。而這些新材料目前的自主保障率均不足15%。

他還特別強調了新一代信息技術產業需要重點補短板的化工新材料，如新型顯示材料光刻膠、極紫外光刻膠和電子束光刻膠，高光敏性有機光導材料，超大規模集成電路和化合物半導體用外延氣，特種液晶高分子材料，特種光學共聚環烯烴蠟等。此外，還有交通和醫療衛生用聚烯烴材料、食品安全用鈦系催化環保型聚醚、車輛用特種密封橡膠等新型高分子材料，高性能纖維與復合材料，稀土新材料等也亟待突破。

“實現這些新材料領域的突破，我建議要以云計算、大數據、互聯網為基礎，分領域構建制造業創新中心，重點開展行業基礎和共性關鍵技術研發、成果產業化、人才培訓等工作，搭建橫向和縱向全過程創新鏈。”干勇表示，創新鏈條上相關領域的科研院所和科技型企業需要協同攻關，從生產、中間試驗提煉共性技術和科學問題，再綜合為成套技術，以達到生產高品質新材料的目的。目前，動力電池國家制造業創新中心、印刷及柔性顯示創新中心等一批國家級制造業中心已經開始建設。（中國化工報）

材料科技助力“飛越”天安門的紅旗迎風飄揚

10月1日上午，新中國成立70周年閱兵式上，9架直-8直升機分別懸掛黨旗、國旗、軍旗飛過天安門廣場。巨幅黨旗和國旗長9米、寬6m，軍旗長7.5m、寬6m，在高空中經受著每小時160～180km飛行速度的考驗。

一般來說，在如此高速下，巨幅旗幟尾部會產生劇烈抖動，沖擊會使旗幟邊緣局部受損，進而在集中載荷作用下整個旗幟會被撕裂。然而閱兵紅旗卻能平整展開，在藍天映襯下絢麗多姿。記者從承擔國慶閱兵紅旗攻關任務的中國航天科技集團五院508所（以下簡稱“508所”）了解到了其中的奧秘。

一般來說，在如此高速下，巨幅旗幟尾部會產生劇烈抖動，沖擊會使旗幟邊緣局部受損，進而在集中載荷作用下整個旗幟會被撕裂。然而閱兵紅旗卻能平整展開，在藍天映襯下絢麗多姿。記者從承擔國慶閱兵紅旗攻關任務的中國航天科技集團五院508所（以下簡稱508所）了解到了其中的奧秘。

在盛大慶典活動中進行國旗飛行展示，是國際慣例。要解決旗面破損問題，通常是將飛行時速降至100km以內，或縮小旗面尺寸。但在國慶閱兵中，這2種方法都不適用。懸掛紅旗的直-8直升機是空中受閱方隊的排頭兵，如果飛行速度過低，會給其后的固定翼飛機飛行帶來安全隱患。如果將旗面尺寸縮小，又會影響飛行展示效果。

研制團隊采用了航天器降落傘同性質材料，該材料所用高強錦絲長絲的線密度極小，粗細僅有頭發直徑的1/3，但強度可達普通民用錦絲強度的2倍。最終選取的高強錦絲綢，比神舟飛船降落傘材料強度高17%，質量降低了15%。但對于掛飛紅旗來說，這種輕薄柔軟的錦絲綢材料自身剛度并不夠。研制團隊結合真實飛行試驗數據，參照降落傘流固耦合仿真分析軟件計算結果，對旗面尾部結構進行了改進優化設計。他們借鑒降落傘設計技術，在旗面尾部兩側增加了2塊梯形“風兜”設計。風兜的存在可以大大提高旗面尾部的受力拒變能力，減輕風力對旗面尾部的壓迫，既減小旗面變形，又保護旗面。

此時的閱兵紅旗已經達到了飛行要求，但在高空飛行中透光度太強，展示效果還不完美。508所又邀請專業的材料研制單位開展研究，在布料上增加了一層特制涂料，不僅改善了外觀，還讓紅旗具備了很好的防雨能力，即使閱兵時下雨，旗面上的雨水也會迅速滑落，紅旗依舊能迎風飄揚。（科技日報）

廣安市玄武巖纖維原料均質化控制技術工程實驗室獲批

據報道，近日，四川省發展和改革委員會（以下簡稱“四川省發改委”）批復廣安市建設四川省玄武巖纖維原料均質化控制技術工程實驗室，這標志著廣安市玄武巖產業制品制造向高端升級邁進。

據了解，該工程實驗室將由四川帕沃可公司建設，聚焦玄武巖纖維原料礦石優選、粉碎、成分控制、均質化控制等關鍵共性技術，突破玄武巖纖維礦物原料成分含量變化大、產品性能波動大、產量低成本高等瓶頸制約，帶動玄武巖纖維材料產業創新發展。目前，正有序推進相關后續工作。此外，該工程實驗室還將承擔完成國家、省和行業下達的科技研發和工程化研究任務，為行業發展提供技術開發及成果工程化的試驗、驗證和服務，推進自主創新成果產業化，促進產業轉型升級發展，為廣安市申報創建國家產業創新中心奠定基礎。

近年來，廣安市依托境內的玄武巖資源和良好的產業基礎，編制完成全國首個應用型玄武巖纖維產業發展規劃，在華鎣市布局產業功能區，集原料制備、原絲加工、創新示范等功能于一體的玄武巖纖維新材料產業園，形成了以四川帕沃可公司為龍頭的“1+4”產業架構體系，已成為四川省3大玄武巖纖維生產基地之一，走在全國前列。為推動玄武巖產業快速發展，廣安市借勢借力，不斷爭取國家有關部委、科研院所以及高等院校的支持，推進玄武巖纖維產業工程中心、產業創新中心建設。今年初，廣安市發展和改革委員會組織編制了四川省玄武巖纖維原料均質化控制技術工程實驗室申請報告，得到了四川省發改委的大力支持。（廣安日報）