《新材料周刊》第45期：推动关键核心技术突破，科技部等印发基础研究工作方案

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内容摘要：

推动关键核心技术突破，科技部等印发基础研究工作方案

日开发新型太赫兹波雷达

新技术防止钙钛矿太阳能电池铅泄漏

美开发超薄超灵敏光电晶体管和光子突触

高容量电池材料使电动汽车行驶里程增加一倍

有助于探测复合材料早期损坏的预警系统

使用多晶衬底降低石墨烯生产成本

推动关键核心技术突破，科技部等印发基础研究工作方案

3月3日，科技部、发展改革委、教育部、中科院、自然科学基金委等五部门印发《加强“从0到1”基础研究工作方案》。方案指出，国家科技计划突出支持关键核心技术中的重大科学问题。面向国家重大需求，对关键核心技术中的重大科学问题给予长期支持。

《方案》要求，建立有利于原始创新的评价制度，支持高校、科研院所自主布局基础研究，改革重大基础研究项目形成机制，深化国际合作与交流。

《方案》指出，要强化国家科技计划原创导向，坚持全球视野，把握世界科技前沿发展态势，在关系长远发展的基础前沿领域前瞻部署。在重大专项和重点研发计划中突出支持基础研究重点领域原创方向，持续支持量子科学、脑科学、纳米科学、干细胞、合成生物学、发育编程、全球变化及应对、蛋白质机器、大科学装置前沿研究等重点领域，针对重点领域、重大工程等国家重大战略需求中的关键数学问题，加强应用数学和交叉研究，加强引力波、极端制造、催化科学、物态调控、地球系统科学、人类疾病动物模型等领域部署，抢占前沿科学研究制高点。创新“变革性技术关键科学问题重点专项”的组织模式和机制，加强变革性技术关键科学问题研究，支持我国科学家取得原创突破、应用前景明确、有望产出具有变革性影响的技术原型，加大对经济社会发展产生重大影响的前瞻性、原创性的基础研究和前沿交叉研究的支持，推动颠覆性创新成果的产生。

《方案》强调，面向国家重大需求，对关键核心技术中的重大科学问题给予长期支持。重点支持人工智能、网络协同制造、3D打印和激光制造、重点基础材料、先进电子材料、结构与功能材料、制造技术与关键部件、云计算和大数据、高性能计算、宽带通信和新型网络、地球观测与导航、光电子器件及集成、生物育种、高端医疗器械、集成电路和微波器件、重大科学仪器设备等重大领域，推动关键核心技术突破。

《方案》明确要求，加强基础研究人才培养，创新科学研究方法手段。实施青年科学家长期项目，聚焦重点研究方向，瞄准重大原创性基础前沿和关键核心技术的科学问题，在数学、物理、生命科学、空间科学、深海科学、纳米科学等基础前沿领域和农业、能源、材料、信息、生物、医药、制造与工程等应用基础领域开展基础研究；聚焦空间和天文、粒子物理和核物理、能源、生命、地球系统与环境、新材料、工程技术等世界科技前沿和国家战略急需领域，布局建设一批重大科技基础设施。依托重大科技基础设施开展科学前沿研究，解决经济社会发展重大科技问题。充分发挥设施的集聚作用，吸引国内外创新资源，形成国际顶尖科研队伍。培育具有原创性学术思想的探索性科学仪器设备研制，聚焦高端通用和专业重大科学仪器设备研发、工程化和产业化研究，推动高端科学仪器设备产业快速发展。（科技部网站2020年3月3日消息）

日开发新型太赫兹波雷达 近年来，在智能和自动驾驶汽车的开发中，雷达（特别是毫米波雷达）的使用已大大增加。日本庆应义塾大学和国立信息与通信技术研究所（NICT）开发了一种基于漏波相干层析成像技术的新型太赫兹波雷达，可以帮助解决现有雷达波的一些局限性。研究人员设计了一种多功能波导，它可以在一个封装中实现雷达系统。该方法结合了两种对称性，一种是中心馈送波导的激励模式，另一种是漏波的定向耦合。以这种方式集成的太赫兹雷达系统可以同时进行波束控制和零差检测。该设计可不使用移相器、循环器、透镜或机械扫描仪来创建紧凑且高分辨率的太赫兹波雷达。（日本国立信息与通信技术研究所网站2月13日消息）

新技术防止钙钛矿太阳能电池铅泄漏 高效率、高分辨率的钙钛矿太阳能电池近年备受关注，但铅毒性问题一直阻碍着它的商业化进程。美国北伊利诺伊大学和美国能源部（DOE）国家可再生能源实验室（NREL）研究人员共同开发出一种新技术，在太阳能电池的正面和背面应用铅吸收膜来隔离制造钙钛矿型太阳能电池所用的铅。研究结果表明，铅吸收膜可以隔离96％的铅泄漏，并且铅吸收层不会对电池性能或长期运行稳定性产生影响。研究人员新开发的“表面复合方法”，可以很容易地与目前的钙钛矿太阳能电池结合使用。复合到太阳能电池正面导电玻璃上的透明铅吸收膜包含能与铅“强结合”的磷酸基团，不会阻塞细胞捕获光。电池的背面金属电极采用与铅螯合剂混合的不透明低成本聚合物薄膜。该方法也适用于其他基于钙钛矿的技术，例如固态照明、显示器和传感器应用。（美国北伊利诺大学网站2月19日消息）

美开发超薄超灵敏的光电晶体管和光子突触 美国中佛罗里达大学研究人员使用缺陷介导的晶体生长技术在石墨烯晶格中生长有机-无机卤化物钙钛矿量子点（PQDs）超结构，利用石墨烯-钙钛矿量子点超结构（G-QPDs）开发了超薄光子晶体管和光子突触。由于PQDπ电子云和石墨烯的相互结合，由它们制成的光电晶体管表现出良好的响应度和高灵敏度。超结构的光辅助记忆效应使光子突触行为可用于神经形态计算，研究团队已通过面部识别应用程序，在机器帮助下演示了此功能。研究团队计划将他们的方法扩展到其他二维材料，包括过渡金属二卤化物和其他异质结构。这项工作极有希望开发出用于高速通信、传感、超灵敏照相机、高分辨率成像和显示器的高效光电材料，为适用于多种电子和光电应用的新型高性能超结构材料打开一扇大门。（phys.org网站2月26日消息）

高容量电池材料使电动汽车行驶里程增加一倍 硅能量存储能力比石墨大十倍，但硅材料体积容易迅速膨胀且存储容量会随充放电循环显着衰减，限制了它的商业化。韩国科学技术研究院储能研究中心宣布开发出电池容量是石墨阳极（360mAh/g）四倍且电池容量可在500个循环内保持稳定的碳硅复合阳极极材料（1,530mAh/g）。该材料由硅与水、油和淀粉混合加热而成，并采用简单热处理工艺固定碳和硅，碳球可防止硅阳极材料在充放电循环中的体积膨胀，增强硅材料的稳定性。新材料制成的电池仅需五分钟即可快充80％以上容量，当用于电动汽车时，可将续航里程提高一倍以上。首席研究员Jung博士表示使用普通日常材料和简单的混合和热工艺开发的碳硅复合材料具有优异性能，极有可能商业化并批量生产，可用于电动汽车和储能系统的锂离子电池。（newatlas.com网站2月21日消息）

有助于探测复合材料早期损坏的预警系统 美国国家标准技术研究院（NIST）研究团队开发出一种工具，用于监视广泛使用的复合材料（纤维增强聚合物（FRPs））的变化。新工具可以帮助评估随时间推移发生的复合材料损坏情况，有助于开发出应用于航空航天、基础设施、风力涡轮机等领域的更好、更耐疲劳的复合材料。通过在复合材料中添加受机械力影响会改变颜色或变亮的小分子——mechanophores（机械响应聚合物），研究人员可以使用特殊的显微镜成像技术来测量FRP损伤，识别纤维与树脂之间的纳米级微小开口或裂缝。该方法结合了微量（小于0.1％）称为“罗丹明”的荧光染料，不会引起复合材料物理性能的明显变化。研究人员发现复合材料损坏发生在距离光纤断裂点很远的地方，还发现现有测试方法会破坏材料的强度。该方法可用于低成本且定期地对材料的疲劳情况进行现场测试，如对架设数年的风力涡轮机进行内部裂缝的扫描。（美国国家标准技术研究院网站2月19日消息）

使用多晶衬底降低石墨烯生产成本　过去20年，石墨烯生产成本大幅下降，但高质量电子级石墨烯价格仍然很高。韩国成均馆大学高级纳米技术研究所和韩国亚洲大学研究人员，开发出一种可以低成本生产大面积电子级石墨烯的方法。研究人员将单晶石墨烯的生长转移到多晶衬底上，而后将它们结合在一起。因为它们都是从同一个样品中转移的，所以每片晶格都朝着相同的方向。研究人员表示如果假设合成温度、所用气体等相似，则可以将热预算和基板价格降低到原来的四分之一。研究人员从原始的单晶石墨烯样品中切出10微米宽的石墨烯“种子”，并将其转移到相距50微米的多晶铂中。在此生长出的单晶石墨烯，可覆盖2厘米×2厘米的面积。研究人员表示该方法还可应用于大型催化剂基材。多晶铂衬底不仅价格便宜，而且可以在不损害所得单晶石墨烯质量的情况下回收衬底，这样每平方厘米衬底的价格仅约为原来价格的5%。如果是在多晶铜或铝箔上种植转移的石墨烯种子，则可进一步的削减成本。（phys.org网站2月24日消息

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