俄羅斯

量產(chǎn)航空涂裝材料 制備新型石墨烯薄膜

本報(bào)駐俄羅斯記者 張浩

2025年，俄羅斯新材料研發(fā)呈現(xiàn)出“軍工優(yōu)勢(shì)向民用轉(zhuǎn)化、極端環(huán)境材料突破”的鮮明特征。

面對(duì)航空工業(yè)與北極開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略需求，俄羅斯在材料工程化應(yīng)用上取得實(shí)質(zhì)性突破。全俄航空材料研究院開(kāi)發(fā)的新一代氟聚氨酯瓷漆實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其自重較同類產(chǎn)品減輕35%，且涂裝周期縮短一半以上，顯著提升了國(guó)產(chǎn)航空裝備的維護(hù)效率。庫(kù)爾恰托夫研究所展示了專為極地科考設(shè)計(jì)的耐寒鋼及超低溫韌性材料，確保裝備在零下60℃的極端環(huán)境下仍能保持優(yōu)異的機(jī)械性能。

在催化劑定向合成方向，俄羅斯科學(xué)院庫(kù)爾恰托夫研究所研發(fā)出基于合成硅鋁酸鹽的新型催化劑，實(shí)現(xiàn)了木材廢料向高附加值醫(yī)藥及香料化合物的高效轉(zhuǎn)化。同時(shí)，針對(duì)能源存儲(chǔ)痛點(diǎn)，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)異相溶膠—凝膠法制備的高負(fù)載雙金屬鎳基催化劑，有效提升了液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫載體脫氫過(guò)程的選擇性與穩(wěn)定性，為清潔能源鏈條提供了核心技術(shù)支撐。

此外，尖端微觀調(diào)控技術(shù)與軍民融合體系的完善，進(jìn)一步拓寬了材料的應(yīng)用邊界。莫斯科鋼鐵與合金學(xué)院利用高能重離子轟擊技術(shù)，制備出嵌有金剛石納米結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜，在超硬涂層與精密電子器件領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大潛力。隨著“技術(shù)寶庫(kù)”計(jì)劃的推進(jìn)，原用于深海與戰(zhàn)略武器的高端材料正式轉(zhuǎn)向民用，開(kāi)始服務(wù)于小型核能設(shè)施、深空探測(cè)電源系統(tǒng)及月球空間站建設(shè)項(xiàng)目。這標(biāo)志著俄羅斯已構(gòu)建起一套以國(guó)家戰(zhàn)略為導(dǎo)向、具備全球競(jìng)爭(zhēng)力的特種材料研發(fā)體系。
　　
　　美國(guó)

打破銅導(dǎo)線物理瓶頸 3D打印高性能超導(dǎo)體

本報(bào)記者 劉霞

2025年，美國(guó)在微電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了關(guān)鍵材料突破，包括新型高導(dǎo)電薄膜、半導(dǎo)體兼容超導(dǎo)材料與高彈性合金，推動(dòng)芯片與量子器件發(fā)展；同時(shí)，復(fù)合材料、光電控制與3D打印技術(shù)取得革新，為散熱、能源、醫(yī)療植入等領(lǐng)域開(kāi)辟了新應(yīng)用路徑。

在微電子領(lǐng)域，斯坦福大學(xué)發(fā)明的非晶體磷化鈮薄膜突破了銅導(dǎo)線的物理瓶頸，在原子級(jí)厚度下的導(dǎo)電能力超越了銅，且能與現(xiàn)有芯片工藝低溫兼容。紐約大學(xué)領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)制備出具備超導(dǎo)特性的鍺材料，這一突破意味著未來(lái)量子器件有望在成熟的半導(dǎo)體工藝基礎(chǔ)上直接實(shí)現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)展。陸軍研究實(shí)驗(yàn)室與理海大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)出的納米結(jié)構(gòu)銅鉭鋰合金，成為迄今最具彈性的銅基材料，其機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性已足以媲美傳統(tǒng)高溫合金。

在功能性復(fù)合材料與光電控制方向，美國(guó)科研機(jī)構(gòu)同樣有所突破。東北大學(xué)與陸軍研究實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的塑料陶瓷復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了輕盈質(zhì)感與卓越導(dǎo)熱性的完美融合，解決了現(xiàn)代電子設(shè)備高功率密度下的散熱難題。賓夕法尼亞州立大學(xué)則通過(guò)多層超材料在強(qiáng)磁場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)了紅外光發(fā)射強(qiáng)度超過(guò)吸收強(qiáng)度的逆物理常識(shí)表現(xiàn)，為熱隱身技術(shù)與太陽(yáng)能高效收集提供了新路徑。羅格斯大學(xué)發(fā)現(xiàn)的“晶間”新型材料展現(xiàn)了前所未有的電子特性，而萊斯大學(xué)向二硫化鉭中摻入銦元素制備出的“克萊默節(jié)點(diǎn)線”金屬，為下一代高性能電子器件夯實(shí)了理論基礎(chǔ)。

此外，3D打印技術(shù)的革新正加速材料向高端應(yīng)用滲透。康奈爾大學(xué)研發(fā)的“一步式”3D打印法制造出性能創(chuàng)紀(jì)錄的超導(dǎo)體，極大地提高了醫(yī)學(xué)成像磁體與量子器件的制造效率。在生物醫(yī)療領(lǐng)域，萊斯大學(xué)開(kāi)發(fā)的可遠(yuǎn)程控制形變的柔軟高強(qiáng)度超材料，以及弗吉尼亞大學(xué)首創(chuàng)的與人體免疫系統(tǒng)高度兼容的3D打印材料，正共同推動(dòng)可植入醫(yī)療設(shè)備、人造器官移植以及精準(zhǔn)藥物遞送技術(shù)進(jìn)入臨床應(yīng)用的“快車道”。
　　
　　英國(guó)

合成“分子鎖鏈”碳結(jié)構(gòu) 提升催化劑轉(zhuǎn)化效能

本報(bào)記者 張佳欣

2025年，英國(guó)科研人員在探索新型碳結(jié)構(gòu)與高效催化材料領(lǐng)域取得了一系列標(biāo)志性突破，為電子、通信及綠色化工提供了關(guān)鍵支撐。

在基礎(chǔ)材料結(jié)構(gòu)研究上，牛津大學(xué)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)合成出一種形似“分子鎖鏈”的全新碳結(jié)構(gòu)，這一突破使科學(xué)家首次能在常溫環(huán)境下對(duì)環(huán)碳分子開(kāi)展細(xì)致研究，有望為電子器件和量子科技領(lǐng)域帶來(lái)革命性新材料。

在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出創(chuàng)新的“分子天線”技術(shù)，首次使絕緣納米顆粒實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光，并研制出超純近紅外發(fā)光二極管，這一進(jìn)展將有力推動(dòng)醫(yī)學(xué)診斷、光通信和傳感技術(shù)的跨代革新。

在綠色催化與生物技術(shù)領(lǐng)域，材料的轉(zhuǎn)化效率得到了質(zhì)的提升。諾丁漢大學(xué)與伯明翰大學(xué)合作研發(fā)出一種隨使用過(guò)程增強(qiáng)的活性可持續(xù)催化劑，能高效將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品。曼徹斯特大學(xué)與阿斯利康公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的DiBT-MS質(zhì)譜技術(shù)，將酶活性檢測(cè)效率提升至傳統(tǒng)方法的1000倍；此外，該校生物技術(shù)研究所通過(guò)將光敏分子嵌入酶結(jié)構(gòu)，研制出一系列在可見(jiàn)光下工作的特殊光驅(qū)動(dòng)酶。這些成果不僅提升了生產(chǎn)效能，更為藥物研發(fā)和綠色化學(xué)品生產(chǎn)提供了環(huán)保、高效的系統(tǒng)性解決方案。
　　
　　法國(guó)

開(kāi)發(fā)通用有機(jī)硅回收工藝 揭示水的極端“物性劇變”

本報(bào)記者 李宏策

2025年，法國(guó)開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)可無(wú)限循環(huán)的有機(jī)硅無(wú)損回收工藝，為高分子材料污染治理提供方案；同時(shí)，揭示了水生成類鉆石晶體的機(jī)制，為鉆石合成與高效煉油開(kāi)辟新路徑；并在分子級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)生物機(jī)制的人工再現(xiàn)，推動(dòng)靶向藥物與納米機(jī)器人發(fā)展。　

在循環(huán)經(jīng)濟(jì)方向，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)通用有機(jī)硅回收工藝。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了廢舊硅膠材料向生命周期早期狀態(tài)的“無(wú)損逆轉(zhuǎn)”，且支持無(wú)限次循環(huán)利用，無(wú)需添加任何原生硅膠原材料，為解決高分子材料的工業(yè)污染問(wèn)題提供了顛覆性方案。

在極端物理與工業(yè)合成領(lǐng)域，CNRS的另一研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬揭示了水的極端“物性劇變”。研究發(fā)現(xiàn)，在極端高溫高壓環(huán)境下（1727℃至2727℃，22至69千兆帕），普通水會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝猿搅蛩崛f(wàn)億倍的“超強(qiáng)酸”，其能將甲烷等碳?xì)浠衔锓纸獠⑥D(zhuǎn)化為類鉆石結(jié)構(gòu)的碳晶體，這不僅揭示了冰巨星內(nèi)部“鉆石雨”的形成奧秘，更為工業(yè)領(lǐng)域的鉆石合成及高效煉油技術(shù)開(kāi)辟了全新的物理路徑。

此外，法國(guó)在分子級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)上也實(shí)現(xiàn)了生物學(xué)與工程學(xué)的跨界融合。斯特拉斯堡大學(xué)與英國(guó)曼徹斯特大學(xué)合作，研發(fā)出一種模仿人體天然蛋白機(jī)制的人工微型電機(jī)。這一“驅(qū)動(dòng)生命”機(jī)制的人工再現(xiàn)，將為未來(lái)靶向藥物遞送、納米機(jī)器人構(gòu)建以及分子級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供核心動(dòng)力元件。
　　
　　德國(guó)

單原子催化劑研究獲進(jìn)展 增材制造實(shí)現(xiàn)多元化突破

本報(bào)記者 李山

2025年，德國(guó)新材料領(lǐng)域在國(guó)家“高科技戰(zhàn)略”和“綠色轉(zhuǎn)型”的雙重驅(qū)動(dòng)下，重點(diǎn)攻克能源、制造和信息技術(shù)所需的核心材料瓶頸，凸顯數(shù)字化、可持續(xù)化和功能復(fù)合化的趨勢(shì)。

馬普學(xué)會(huì)弗里茨·哈伯研究所在單原子催化劑研究上取得新進(jìn)展，通過(guò)精確調(diào)控活性位點(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化路徑的極高選擇性。卡爾斯魯厄理工學(xué)院針對(duì)綠氫生產(chǎn)成本痛點(diǎn)，研發(fā)出低銥?zāi)酥翢o(wú)銥的質(zhì)子交換膜電解槽催化劑，在保持貴金屬級(jí)活性的同時(shí)顯著提升了穩(wěn)定性。在碳中和領(lǐng)域，慕尼黑工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的新型多孔材料復(fù)合催化劑，在溫和條件下將捕集的二氧化碳轉(zhuǎn)化為液體燃料，為工業(yè)深度脫碳提供了高效方案。

在儲(chǔ)能與光伏技術(shù)迭代中，德國(guó)科研機(jī)構(gòu)展現(xiàn)了極強(qiáng)的工程化能力。卡爾斯魯厄理工學(xué)院與弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)通過(guò)摻雜和界面工程，大幅降低了硫化物固態(tài)電解質(zhì)與鋰負(fù)極間的阻抗，并同步攻克了固態(tài)電池在涂覆、堆疊過(guò)程中的規(guī)模化制造難題。在光伏領(lǐng)域，紐倫堡大學(xué)有效抑制了鈣鈦礦電池對(duì)濕氣與熱應(yīng)力的敏感性；馬普學(xué)會(huì)則通過(guò)鈣鈦礦與傳統(tǒng)硅電池的串聯(lián)技術(shù)，將光電轉(zhuǎn)換效率提升至創(chuàng)紀(jì)錄的34%，進(jìn)一步逼近物理極限。

此外，針對(duì)高端制造與生物醫(yī)療的需求，德國(guó)在增材制造材料上實(shí)現(xiàn)了多元化突破。亞琛工業(yè)大學(xué)與弗勞恩霍夫集群聯(lián)合開(kāi)發(fā)出耐高溫合金及陶瓷的特種粉末，極大拓寬了3D打印在極端工況下的應(yīng)用范圍。而在生物材料方向，柏林工業(yè)大學(xué)在可降解鎂合金增材制造上取得成功，為定制化醫(yī)療植入物提供了更具生物兼容性的選擇。同時(shí)，德累斯頓工業(yè)大學(xué)在拓?fù)洳牧吓c新型超導(dǎo)材料的表征上持續(xù)產(chǎn)出，為未來(lái)的信息技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
　　
　　韓國(guó)

攻克鋰電循環(huán)使用難題 量子技術(shù)賦能材料設(shè)計(jì)

本報(bào)駐韓國(guó)記者 薛嚴(yán)

2025年，韓國(guó)在新材料研發(fā)上展現(xiàn)出強(qiáng)烈的“效率革命”與“技術(shù)自守”色彩。

針對(duì)磷酸鐵鋰電池回收這一行業(yè)難題，韓國(guó)原子能研究院于2月開(kāi)發(fā)出一種顛覆性的環(huán)保提取技術(shù)。研究組通過(guò)將正極粉末與氯氣在200℃下反應(yīng)，以氯化鋰形式提取鋰，回收率高達(dá)99.8%。與傳統(tǒng)的酸處理方法不同，該工藝不僅不產(chǎn)生酸性廢水，還能使磷酸鐵結(jié)構(gòu)免受損傷，實(shí)現(xiàn)材料的無(wú)損閉環(huán)再利用。為確保技術(shù)可靠性，研究組動(dòng)用了韓國(guó)唯一的研究用核反應(yīng)堆“Hanaro”進(jìn)行中子衍射精密分析，證實(shí)了所提取鋰的高純度與結(jié)構(gòu)完整性。

在材料設(shè)計(jì)的范式轉(zhuǎn)移上，韓國(guó)正加速擁抱量子技術(shù)。9月，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院推出多組分多孔材料設(shè)計(jì)平臺(tái)。該平臺(tái)利用量子計(jì)算機(jī)模擬有機(jī)分子與金屬簇的組合，將設(shè)計(jì)高效儲(chǔ)能與碳捕獲材料的周期從數(shù)月縮短至數(shù)小時(shí)。團(tuán)隊(duì)將這種“樂(lè)高式”創(chuàng)新應(yīng)用于催化劑與分離膜領(lǐng)域，旨在通過(guò)量子算法篩選出數(shù)千種結(jié)構(gòu)中的最優(yōu)解，以應(yīng)對(duì)AI時(shí)代對(duì)綠色能源材料的爆發(fā)式需求。

韓國(guó)在下一代信息技術(shù)材料上也取得了底層突破。11月，韓國(guó)材料研究院開(kāi)發(fā)出一種具有超高存儲(chǔ)密度的范德華磁性材料。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了自旋半導(dǎo)體性能，其信息存儲(chǔ)能力較傳統(tǒng)材料提升了10倍。這一成果不僅有望推動(dòng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)密度的跨越式增長(zhǎng)，也為未來(lái)量子計(jì)算和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的硬件革新提供了關(guān)鍵支撐。

南非

初創(chuàng)企業(yè)加速成長(zhǎng) 綠色催化降本增效

本報(bào)駐南非記者 馮志文

2025年，南非在新材料領(lǐng)域取得了一系列科研進(jìn)展，主要集中在可持續(xù)發(fā)展、能源轉(zhuǎn)型、催化以及工業(yè)和社會(huì)應(yīng)用的功能性材料方面。

在政策層面，南非將先進(jìn)材料指定為“主權(quán)能力”，并實(shí)現(xiàn)了12億蘭特的撥款目標(biāo)。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新署的支持，14家專注于石墨烯復(fù)合材料及稀土磁鐵再生的初創(chuàng)企業(yè)正加速成長(zhǎng)，構(gòu)建起一套具有南非特色的新材料創(chuàng)新生態(tài)。

在清潔能源催化方向，開(kāi)普敦大學(xué)研發(fā)的鐵-氮-碳電催化劑，在性能達(dá)到鉑基系統(tǒng)90%的同時(shí)，成本大幅降低至10%以下，有效減輕了對(duì)貴金屬的依賴。同時(shí)，科學(xué)與工業(yè)研究理事會(huì)與Sasol合作，實(shí)現(xiàn)了利用雙金屬催化劑將捕集的二氧化碳與綠氫高效轉(zhuǎn)化為甲醇。而在光催化領(lǐng)域，斯坦陵布什大學(xué)合成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料創(chuàng)下了4.2%的太陽(yáng)能制氫效率地區(qū)紀(jì)錄。
在儲(chǔ)能與功能材料的工業(yè)應(yīng)用上，南非展現(xiàn)了極強(qiáng)的本土適配性。西開(kāi)普大學(xué)通過(guò)釩摻雜技術(shù)，使錳氧化鈉陰極材料的循環(huán)壽命突破4000次，為利用本地礦產(chǎn)進(jìn)行大規(guī)模塊網(wǎng)儲(chǔ)能奠定了基礎(chǔ)。茨瓦內(nèi)理工大學(xué)設(shè)計(jì)的生物礦化復(fù)合材料能自主修復(fù)混凝土裂縫，已在干旱地區(qū)通過(guò)實(shí)地測(cè)試。此外，科學(xué)與工業(yè)研究理事會(huì)引入的被動(dòng)日間輻射冷卻涂料，利用本地硅材料實(shí)現(xiàn)了建筑表面8℃的降溫效果。

日本

構(gòu)建三維范德華開(kāi)放框架 研制鈦鋁基超彈性合金

本報(bào)駐日本記者 李楊

2025年，日本文部科學(xué)省公布的戰(zhàn)略創(chuàng)新研究計(jì)劃中，將“量子材料研究”和“通過(guò)控制和利用波來(lái)創(chuàng)造新材料”列在前兩位。日本經(jīng)產(chǎn)省則持續(xù)將全固態(tài)電池等下一代電池技術(shù)列為重點(diǎn)，同步推進(jìn)材料體系研發(fā)、可靠性評(píng)估與回收利用的協(xié)同發(fā)展。

京都大學(xué)構(gòu)建出三維范德華開(kāi)放框架，其不僅具有高比表面積，還能在高達(dá)593K的溫度下保持穩(wěn)定，展現(xiàn)出在氣體儲(chǔ)存、碳捕獲、水處理和催化等領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。沖繩科學(xué)技術(shù)研究所聯(lián)合德俄科研團(tuán)隊(duì)合成出首個(gè)擁有20個(gè)電子的穩(wěn)定二茂鐵衍生物。這項(xiàng)突破有望為化學(xué)研究帶來(lái)新的可能性，并催生新型催化劑。

東北大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)研制出一種鈦鋁基超彈性合金。該研究不僅為超彈性合金材料樹(shù)立了新標(biāo)桿，還為合金材料設(shè)計(jì)引入了全新的理念和方法，有望激發(fā)材料科學(xué)的更多創(chuàng)新和突破。京都大學(xué)成功研發(fā)出一種兼具高強(qiáng)度與高延展性的新型合金，有望催生新一代高溫結(jié)構(gòu)材料——新型耐火金屬合金。

北海道大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)了一種由人工智能模型輔助設(shè)計(jì)的超黏水凝膠。這種膠以自然界存在的黏附蛋白為靈感，能修補(bǔ)水管漏洞并在水下黏住物體，具有一系列潛在應(yīng)用。