2020年上半年世界前沿科技发展态势——新材料篇

美欧韩加快布局，抢占新材料产业发展制高点。美国多位议员推出《Endless Frontier Act》，拟投入千亿美元发展十大关键技术，其中材料科学、半导体在列。韩国产业通商资源部发布旨在应对日本限贸的“百大核心货品研发”扶持项目，将投资逾3000亿韩元用于材料、零部件、设备领域研发，预计将有1000多家企业参与。欧盟委员会签署一项价值1.5亿欧元的资助协议，将继续资助欧洲石墨烯旗舰计划，致力于石墨烯及其相关材料方面的研究和创新。欧洲启动“欧洲空间技术用合格碳纤维和预浸料”项目，旨在应对欧洲卫星子系统所需的高模量/超高模量碳纤维均为非欧洲公司生产的现状，同时提升欧洲本土公司相关技术水平。

先进电子材料助力电子信息产业发展。瑞士洛桑联邦理工学院设计出一种基于二维半导体材料的新型器件，可用于构建类似于大脑神经元的节能电子系统，未来有望在可穿戴设备和人工智能芯片领域得到应用。俄罗斯开发出世界上最紧凑的绿光半导体激光器，对构造光芯片、微传感器和其他使用光作为信息传输和处理媒介的器件领域具有积极推动作用。美海军研究实验室开发出应用于5G技术的新型氮化镓基电子器件，该电子器件打破了传统器件的电流输出与开关速率纪录，能使应用程序获取毫米波范围内的电磁波以及太赫兹频率。中国中科院金属研究所在氧化物铁电材料中发现半子拓扑畴以及周期性半子晶格，为探索基于铁电材料的高密度信息存储器件提供新思路。

智能自修复材料应用领域不断扩展。日本东京大学开发出可自我修复的新复合材料，其具有机械和电气自愈性，可应用于军用装备、电子产品、汽车、飞机、建筑材料等领域。美国南密西西比大学研发出一种抗撕裂和室温自愈合的半导体复合膜，可用于制造模拟人类皮肤的抗撕裂性和可愈合特性的新型弹性电子器件。以色列理工大学研究人员开发出一种在遭受刮擦、割伤或扭伤时能够自愈合的柔性高分子材料，将其与传感器相结合，有望获得柔性具有自我修复能力的电子皮肤。中国科学家研发出“全天候自愈合材料”，可在严寒、深海和强酸碱等极限条件下快速自愈合，有望成为机器人、深海探测器和极端条件下各类高科技设备的“超级电子皮肤”。

新能源材料推动电池行业创新发展。美国华盛顿州立大学开发出媲美锂电池的钠离子电池，其在1000次循环充电后仍能保持80％以上的电量，该项研究使利用丰富而廉价的材料开发一种可行的电池技术成为可能。澳大利亚昆士兰大学开发出能量转换效率高达16.6%的新型量子点太阳能电池，比此前世界纪录高出近25％，有助于进一步研发柔性、透明太阳能电池。中国研究人员成功制备出高能量密度的全柔性锂离子电池，使柔性锂离子电池的商业化应用变得指日可待，或可为未来可穿戴电子产品和其他极端条件下的应用提供能源。韩国科学技术研究院开发出新型硅负极材料，采用该材料的电池可将容量提升4倍，并且支持快速充电，预计将使电动车续航里程翻倍。

前沿新材料研究成果竞相涌现。纳米材料方面，美国麻省理工学院开发出制造大片高质量、原子薄石墨烯的新方法，可以制造出超轻柔性太阳能电池和其他薄膜电子产品。3D打印材料方面，荷兰Brightlands材料中心正开发具有自感知功能的3D打印复合材料，可应用于监控航空航天、建筑和医疗保健等领域的关键结构状态。仿生材料方面，中美研究人员合作研发出高阻尼、高吸能与形状记忆兼得的镁基仿生材料，有望成为精密仪器、航空航天等领域需求的新型阻尼减震材料。超材料方面，澳大利亚墨尔本斯威本科技大学制备出新型石墨烯太阳能加热超材料，能够在开放环境中以最小的热损失快速加热到83摄氏度。液态金属方面，美国纽约州立大学制备出全球首款液态金属晶格结构，有望在航空航天、机器人和可调谐超材料中实现应用。

作者简介

武志星，国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究三室，研究助理

研究方向：海洋、新材料领域战略、技术和产业前沿

联系方式：[e-mail]

2020年上半年世界前沿科技发展态势系列文章：

2020年上半年世界前沿科技发展态势——航空篇

2020年上半年世界前沿科技发展态势——航天篇

2020年上半年世界前沿科技发展态势——先进制造篇

2020年上半年世界前沿科技发展态势——能源篇

2020年上半年世界前沿科技发展态势——生物篇

2020年上半年世界前沿科技发展态势——信息篇

作者丨 武志星

编辑丨 刘 瑾

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。