第一情报 ---材料工业

2006年上海新材料领域研究进展综述

供稿人:马春  供稿时间:2007-5-14   关键字:2006年  上海  新材料  研究  
随着电子信息、生物医药、航空航天、核技术等高新技术产业的发展和传统材料的高技术化,近年来新材料产业发展迅速,前景乐观。据保守估算,现今全球新材料产业市场规模已超过4000亿美元。新材料技术作为21世纪三大关键技术之一,是发展信息、航天、能源、生物等高新技术的重要基础和先导,2006年上海在新材料领域的研究继续保持欣欣向荣的局面,取得了一系列令人振奋的成就。纳米材料、信息材料、新型结构材料、新能源材料等方面均有不少高水平的发现与发明诞生,引起世界轰动,绝大多数研究成果都被《科学》、《自然》等国际权威刊物刊登报道。可以断言,这些新成果必将吸引科技界、产业界和政府机构的关注,并成为今后相当一段时期的研究、开发和产业化的热点。本文对此进行综合评述。

一、纳米材料屡屡出新

自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,至今已有30多年的历史,纳米材料已成为当前最热门的材料研究领域之一。近年来,纳米材料的研究主要聚焦在以下领域:以纳米颗粒、C60、碳纳米管为代表的方向;以从微电子向纳电子转化为代表的方向;以微光、机、电集成系统向纳光、机、电集成系统为代表的方向(MEMS—NEMS);以纳米生物学、系统为代表的方向;以纳米物理化学性质、制备、表征等为代表的方向。
 
2006年,上海科学家在纳米材料研究领域捷报频传。据不完全统计,2006年全市纳米科技核心期刊发表论文934篇,申请发明专利202篇,获“863”高科技专项支持项目15项,获省部级以上奖项20个,年产值达到20亿元。
 
1、碳纳米管研究取得重大进展
 
碳纳米管具有特殊的电学、机械和化学性能,可制成具有导体、半导体或绝缘体特性的高强度纤维,在传感器、锂离子电池、场发射显示、大规模集成电路等领域有广泛应用前景,是纳米材料研究的重点之一。2006年,中科院上海硅酸盐所和上海交通大学在碳纳米管研究领域均取得了重大进展。
 
中科院上海硅酸盐所高濂研究员课题组开展对纳米微粒和碳纳米管进行表面改性的科学研究,研制出多种功能性碳纳米管复合材料,首创将俄歇电子能谱用于表征分散剂在纳米微粒表面的吸附;原创性地利用分形理论定量揭示了沉积物形貌分维值与浆料分散状态的内在关系;成功解决了碳纳米管的分散及与基体材料的界面结合问题。研究成果曾获2005年度上海市科学技术进步一等奖;共发表论文89篇,他引185篇次;出版专著1本;申请发明专利7项;为纳米微粒和碳纳米管的广泛应用奠定了基础。
 
上海交通大学张亚非教授在制备出高质量碳纳米管材料的基础上,通过化学修饰获得了可用于定向排布技术的碳纳米管乳液,并对碳纳米管乳液体系的电学特性和导电机制进行了一定的研究;研制出具有自己特色的碳纳米管的定向排布技术和碳纳米管构筑纳电子器件技术;成功制作了碳纳米管场效应晶体管、反相器、与非门和或非门等原型器件。研究取得了多项重要成果和自主知识产权,发表科研论文14篇(其中包括SCI期刊论文8篇),申请发明专利5项。
 
2、介孔纳米材料频频出彩
 
介孔材料是20世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料,它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视,并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。其中,有序介孔材料具有孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2~50nm范围内连续调节等特性,在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力。
 
复旦大学赵东元课题组围绕介孔分子筛的合成技术,开展了一系列研究工作,制备了16种以复旦大学命名的新型介孔分子筛结构,包括三维孔穴结构的、大孔径的立方相介孔分子筛FDU-1,大窗口孔穴结构的介孔氧化硅FDU-12,酸性条件下合成的立方双连续螺旋结构的大孔径的FDU-5,以及通过溶剂挥发诱导自组装的方法合成的高度有序、高比表面积和孔容的介孔高分子材料和介孔碳材料FDU-15,FDU-16等,为进一步开发介孔材料在光催化、传感器、半导体、电磁材料等方面应用奠定了基础。研究结果分别发表在《Nature》、《Nature Materials》等世界权威杂志并作为当期的封面。
 
中科院上海硅酸盐所施剑林研究员等人在国际上率先开展了纳米粒子负载介孔薄膜的非线性光学性质研究,成功获得纳米粒子均匀负载的介孔薄膜复合材料,发现该材料具有较传统材料明显的光学非显现效应,并创新性地将介孔主客体复合材料应用于生物医药领域。相关研究成果陆续发表在《先进材料》、《应用化学》和《美国化学会志》等国际顶级学术期刊上。
 
另外,中科院上海硅酸盐所高秋明课题组通过利用无机介孔和树枝状高分子复合体系来稳定和制备纳米催化材料,使复合体系中纳米催化剂的催化活性和稳定性得到大大提高,纳米催化剂的催化活性是均相纳米催化体系的1.5倍,可以多次循环并在室温储存一个月后仍可使用。研究论文发表在《美国化学会志》上,国际顶尖杂志《科学》编委也对该成果的精髓进行了重点评述。
 
3、纳米生物学获多项突破
 
纳米技术和生物技术的迅猛发展与交互融合催生出了纳米生物学的新兴学科,当前纳米生物学主要包含两个方面:一是利用新兴的纳米技术来解决研究和生物学问题;二是利用生物大分子制造分子器件,模仿和制造类似生物大分子的分子机器。2006年代表性的研究成果有DNA纳米生物传感器的研究和“纳米探测器”的开发等。
 
中科院上海应用物理所樊春海研究小组通过对电极界面纳米尺度的精细调控,并引入金纳米粒子进行电化学信号放大,研制出具有高灵敏度和高特异性的电化学DNA纳米生物传感器。该传感器可在1~2小时内快速检测到约2万多个DNA分子,检测灵敏度达到10飞摩尔/升(10fM)的DNA,超出常规荧光DNA检测方法约3个数量级。科研成果发表在国际核心期刊《美国化学会志》上。
 
上海交通大学古宏晨教授课题组成功开发出一种被称为“纳米探测器”的多功能生物医学工具——纳米磁性微球。这类微球可根据应用需要,表面包上一种特殊的壳,从而可以连接上特异性的生物分子,实现在临床诊断、靶向药物、细胞标记、核酸提取、蛋白分离与纯化等方面的应用。“纳米探测器”的研制成功,实现了30年来含磁颗粒总量的突破性进展,也是功能纳米材料可控制备技术的重大突破。相关成果发表在《美国化学会志》上。

二、信息材料成果喜人

信息材料是最活跃的新材料领域之一,微电子材料在未来10~15年仍是最基本的信息材料,集成电路及半导体材料将以硅材料为主体,化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展。光电子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料,主要集中在激光材料、高亮度发光二极管材料、液晶显示材料、光纤材料等领域。
 
1、高端硅基SOI材料研发和产业化项目获国家科技进步一等奖
 
绝缘体上硅(SOI)技术具有抗辐射独特优越性,被国际上公认为“21世纪的硅集成电路技术”。中科院上海微系统所王曦课题组历经20余年的努力,在关键技术上取得一系列重大创新:突破了离子注入、高温退火等SOI材料制备成套的关键技术,自主开发了低成本、高质量的超低剂量离子注入SOI技术;在国际上独创了将键合和注氧隔离技术相结合的注氧键合(Simbond)SOI新技术,极大提高了SOI材料的厚度均匀性;创造性的对常规SOI材料进行改性,使SOI材料抗总剂量加固水平跃上了新的台阶等。项目共申请国家发明专利32项(已授权16项),拥有SOI核心自主知识产权,形成我国首部SOI技术企业标准,并获得了2006年度国家科技进步奖一等奖。
 
2、太阳能级多晶硅生产技术取得突破
 
2006年3月,中科院上海技术物理所协助地方企业实现了99.9999%准高纯度多晶硅规模化生产,并少量试产出99.999999%以上纯度的硅体,此前这两个纯度等级都还是国产空白,使得我国太阳能电池原材料提纯加工能力取得重大突破。上海技术物理所产研合作生产的高纯硅,通过太阳能电池制造所有工艺流程的试验,已满足目前商用太阳能电池技术指标,替代进口后可大大降低生产成本。

三、新型结构材料进展显著

从全球结构材料的发展趋势看,钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展;高性能结构陶瓷在保持原有耐高温、高强度的前提下向强韧化、易成形加工方向发展;高分子材料向材料的微观设计、多层次结构调控、集成化、智能化、多功能化方向发展。
 
1、金属合金科研取得进展
 
中科院上海硅酸所张文清研究员等在复杂的氧化物—金属合金界面的研究方面取得进展,课题组发展了研究复杂界面结构稳定性的系统方法,通过将热力学概念、偏离化学配比的金属合金A_(1-x)B_x系统的原子化学势的变化规律、第一原理电子结构计算所给出的界面能等有效结合,给出了合金化学组分的变化等对界面结构及结合性能的影响规律。这一结果将通常的基于第一原理计算的界面研究的原子级热力学方法向前推进了一步,对理解氧化物—金属合金界面的稳定性及如何改善热障涂层等研究领域的界面结合性能具有重要科学意义。研究成果发表在《物理评论快报》上。
 
中科院上海微系统与信息技术研究所陈秋荣课题组通过在镁合金中添加稀土、钙、锰等多种元素促其合金化和降低杂质元素的含量(如将铁含量降至千分之五以下),开发出一种高耐蚀新型铸造镁合金,并已经试生产成功。该镁合金的耐蚀性能较原先提高了10倍,其它机械性能也略有提高。目前该课题组正进一步提高镁合金强度,以在更多场合取代铝合金和其它钢铁材料,推动其产业化。
 
2、激光陶瓷研究进入国际前列
 
激光材料是激光技术发展的核心和基础, 1995年日本科学家运用LD端泵使Nd:YAG激光透明陶瓷首次获得了激光输出以后,激光透明陶瓷受到各国科学界的重视。2006年5月,中科院上海硅酸盐所的潘裕柏研究员课题组成功制备了高质量的Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)透明陶瓷,经中科院上海光机所测试,在国内首次实现了Nd:YAG透明陶瓷的激光输出。这一在激光陶瓷领域取得的重大突破,使中国成为少数几个掌握Nd:YAG透明陶瓷的制备工艺并成功实现激光输出的国家之一。
 
3、超高分子量聚乙烯纤维研发打破荷美垄断
 
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。东华大学“高强高模聚乙烯纤维产业化”课题组从1985年开始理论研究,逐步攻克冻胶纺丝技术、萃取技术及萃取装备、纳米颗粒使用技术、超倍拉伸技术等一系列技术难题,取得了一批专利,并在一些关键技术上走在了世界的最前列。同时根据工艺需要研制了全套纺丝、拉伸装备,包括公用工程装备和回收装备的研究,完成了包括溶剂回收、萃取剂的回收和再生等工艺优化工作,形成了完整的生产技术软、硬件,并建成了年产250吨的高强高模聚乙烯纤维产业化生产线,打破荷兰、美国两个国家的技术垄断。项目成果获得了2006年度上海市科学技术进步一等奖。

四、新能源材料聚焦燃料电池

新能源材料是发展新能源的核心和基础,发展方向是开发绿色二次电池、氢能、燃料电池、太阳能电池和核能的关键材料。当前的研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。这些材料的大部分已形成或正在形成相当大的产业。
 
2006年上海新能源材料的研发聚焦燃料电池,从LiBH4/MgH2混合体系储氢性能的前沿研究,到固体氧化物燃料电池的研制开发,可以说在新能源材料基础研究和开发应用方面,均取得了可喜进展。
 
中科院上海微系统所能源室余学斌博士与英国诺丁汉大学科学家开展的LiBH4/MgH2混合体系储氢性能研究,使得该体系的吸放氢温度得到明显降低。首次发现了该体系吸放氢过程中Li-Mg合金的形成,提出了Mg金属的催化机制。这对开发新型复合轻金属氢化物提供了有效途径,并有效改善了吸放氢条件,研究成果发表于权威化学期刊《化学通讯》上。
 
中科院上海硅酸盐所固体氧化物燃料电池小组在国内率先取得突破进展,成功开发出陶瓷电池单片。其关键夹层是一片以氧化锆为主要成分的特种陶瓷,厚度为0.015毫米,比纸还薄。如果有能力将300片“陶瓷电池”层叠串联,功率可满足一户普通家庭用电需求。
 
在现阶段,各国重视新材料在国民经济中的基础地位和支撑作用,在制定国家科技与产业发展计划时,将新材料列为21世纪的优先发展的关键技术领域之一。面对世界新材料研究大发展的浪潮,对于中国这样一个大国,上海的创新型城市建设目标,大力发展新材料研究是必须迎接的挑战,也是一次机遇。可喜的是,近年来上海持之以恒地加快发展新材料产业,注重对新材料研发的投入力度,上海先后出台的一些重大科技开发和产业化计划(上海中长期科技发展规划、上海科教兴市重大产业科技攻关项目、“登山行动计划”等)中,均把新材料列为重点支持的领域之一。近年来上海新材料研究的发展已有了坚实的基础,不断取得的高水平研究成果就是明证。
 
 
 
 
参考资料:
http://www.sic.ac.cn/list/science/keylab/dongtai/18_3.htm
http://mnri.sjtu.edu.cn/science/enmnd/breakthrough.html
www.cas.ac.cn/html/Dir/2006/01/18/13/75/54.htm
http://www.cas.cn/html/Dir/2006/06/22/14/15/43.htm
www.sjtu.edu.cn/newsnet/newsdisplay.php?id=11063
http://www.sim.ac.cn/fabu/display.asp?id=380
http://www.materialsone.com/materials/class/news_show.php?news_id=1821
www.sic.ac.cn/list/science/keylab/dongtai/18_5.htm
http://www.chinainfo.gov.cn/data/200702/1_20070215_151760.html
http://210.72.9.5:8081/info_www/news/detailnewsb.asp?infoNo=5916
http://zs.dhu.edu.cn/inqs/upfile/3/gqxw.htm
http://www.cas.ac.cn/html/Dir/2006/09/13/14/31/59.htm

万方数字化期刊中相关文章
2006年我国工业机器人市场统计分析
作者:艳涛|
刊名:机器人技术与应用
年:2007
卷:
期:5
摘要:
2006年国际生物-纳米-信息融合大会暨2006年国际生物芯片技术论坛
作者:叶慧|
刊名:中国医疗器械信息
年:2006
卷:12
期:11
摘要:
脊灰野病毒和疫苗衍生病毒的实验室监测(2006年1月至2007年6月)
作者:屠宇平|杨小平|
刊名:疾病监测
年:2007
卷:22
期:11
摘要:
全球2006年1月~2007年6月脊髓灰质炎野病毒和疫苗衍生脊髓灰质炎病毒的实验室监测
作者:严冬梅|
刊名:中国计划免疫
年:2007
卷:13
期:6
摘要:
2000-2003及2005-2006年世界卫生组织公布的国际非专利药名
作者:宁保明|张启明|
刊名:中国新药杂志
年:2007
卷:16
期:21
摘要:

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)