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（1）新型超材料實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)光發(fā)射和捕捉光
據(jù)美國科學(xué)日報(bào)1月16日報(bào)道，美國紐約市立大學(xué)的一支科研小組成功地展示了如何提高光發(fā)射和捕捉嵌有納米發(fā)光晶體的超材料發(fā)出的光。由物理學(xué)家維羅德•曼諾（Vinod Menon）博士帶領(lǐng)的這項(xiàng)研究或引領(lǐng)包括超快LED、納米級(jí)激光和高效單光子源在內(nèi)的一系列應(yīng)用。
在演示中，研究小組使用了具有雙曲線分散的超材料以提高納米晶體的光發(fā)射性能，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)有效的提取光的方案。“在光學(xué)領(lǐng)域，按照人們的意愿控制光在媒介中的行為是使用超材料的意義。”光子學(xué)專家曼諾教授這樣說道，他專攻納米級(jí)別的光-物質(zhì)相互作用的控制。
“我們的研究既實(shí)現(xiàn)了光發(fā)射的增強(qiáng)，也能夠提取光”,曼諾補(bǔ)充說道。這項(xiàng)研究發(fā)表在期刊Optica上（Optica, 2015, 2, 1, 62-65, DOI: 10.1364/OPTICA.2.000062）。
（2）日本開發(fā)出反復(fù)蓄熱的新陶瓷
日本筑波大學(xué)5月13日發(fā)表的一份公報(bào)稱，該校與東京大學(xué)合作，開發(fā)出了一種能反復(fù)蓄熱散熱的新型陶瓷，有望用于太陽能發(fā)電和工廠排熱系統(tǒng)。
筑波大學(xué)副教授所裕子和東京大學(xué)研究生院教授大越慎一領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，利用特殊條件燒結(jié)用于制造白色顏料的二氧化鈦，制作出一種名為“λ-五氧化三鈦”的陶瓷。當(dāng)這種陶瓷受到光照或有電流通過時(shí)，它就能積蓄熱能。此后若向這種蓄滿熱能的陶瓷施加一定的壓力，其結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變成“β-五氧化三鈦”。這時(shí)，其內(nèi)部積累的熱能也會(huì)隨之散發(fā)出來。反之，如果加熱“β-五氧化三鈦”，它就會(huì)在一定溫度下又恢復(fù)為“λ-五氧化三鈦”且繼續(xù)吸熱。由于這種轉(zhuǎn)變能反復(fù)發(fā)生，因此可以反復(fù)蓄熱和散熱。
在利用太陽能熱量驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的發(fā)電中，為了在夜間穩(wěn)定發(fā)電，蓄熱材料的作用非常關(guān)鍵。雖然很多科研人員在嘗試用蓄熱效率很高的熔鹽，但難以解決熔鹽腐蝕管道等難題。研制上述新陶瓷的專家認(rèn)為，這種新材料很廉價(jià)，散熱條件不高，因此有望將其開發(fā)成太陽能發(fā)電所需的蓄熱材料或用于收集工廠排放的廢熱。
這一研究小組還準(zhǔn)備繼續(xù)改良工藝，以增大新陶瓷的蓄熱量。有關(guān)這一研究成果的論文已刊登在最新一期英國《自然·通訊》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。
（3）德美科學(xué)家發(fā)明超強(qiáng)記憶新材料
德國基爾大學(xué)的Eckhard Quandt 和美國馬里蘭大學(xué)的Manfred Wuttig 組成的聯(lián)合研究小組新發(fā)明了一種鎳鈦銅記憶合金，其變形次數(shù)可以達(dá)到千萬次不會(huì)斷裂，而通常合金材料變形幾千次就會(huì)斷裂。這一新材料在微電子和光學(xué)器件、傳感器、醫(yī)療器件等眾多領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表在5月29日的《科學(xué)》雜志上（Science, 2015, 348, 1004, DOI: 10.1126/science.1261164）。
科學(xué)家早在上世紀(jì)60年代就發(fā)明了鎳鈦記憶合金，這種合金在受熱和冷卻時(shí)會(huì)變形，并很快會(huì)恢復(fù)到最初機(jī)械加工時(shí)確定的形狀。我們熟悉的大多數(shù)合金在兩種晶格狀態(tài)下轉(zhuǎn)變幾千次，就會(huì)出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，《科學(xué)》上刊登的這篇新論文解釋說，這是因?yàn)樵诮饘俑邷叵啵▕W氏體）會(huì)出現(xiàn)越來越多的低溫相（馬氏體）晶體結(jié)構(gòu)，兩相之間的轉(zhuǎn)換不完全會(huì)導(dǎo)致合金斷裂。
《科學(xué)》雜志評(píng)價(jià)認(rèn)為，德國基爾大學(xué)的這項(xiàng)發(fā)明大大拓寬了記憶合金的應(yīng)用領(lǐng)域，電磁耦合器、溫度傳感器、微電子和光學(xué)器件、信息存儲(chǔ)介質(zhì)，以及醫(yī)療領(lǐng)域中的人工心臟瓣膜等都有廣泛應(yīng)用潛力。另外，還可以利用這種記憶合金將外界和環(huán)境中的熱能轉(zhuǎn)化為電能，或開發(fā)新的冷卻單元。
（4）美合成可替代稀土的磁性納米材料
美國弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的一個(gè)研究小組宣稱，他們合成出一種新型磁性材料，在磁性方面可媲美稀土制傳統(tǒng)永磁材料，有望降低工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)稀土資源的依賴。負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究的弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)物理和人文學(xué)院教授希夫·卡納說，該發(fā)現(xiàn)開辟了一條人工新材料趕超傳統(tǒng)永磁材料的全新路徑。相關(guān)論文發(fā)表在近期的《應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)》上（Applied Physics Letters, 2015, 106, 213109）。
這種新材料由鐵納米顆粒以及具有磁性的鈷和碳納米顆粒構(gòu)成，后兩者的尺寸大約為5納米左右。實(shí)驗(yàn)顯示，這種材料在磁性方面完全能夠媲美那些由稀土制成的、傳統(tǒng)的永磁材料。此外，這種材料還能在516.85 ℃的高溫下存儲(chǔ)信息，具有良好的耐熱性和穩(wěn)定性，并具備長程有序的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
稀土具有“工業(yè)維生素”的美譽(yù)，如今是極其重要的戰(zhàn)略資源，在石油、化工、冶金、紡織等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。特別是那些用稀土制成的永磁材料，對(duì)通訊、電子以及汽車制造等行業(yè)而言更是必不可少。此外，隨著綠色科技市場的出現(xiàn)和快速發(fā)展，純電動(dòng)以及混合電動(dòng)汽車、直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的市場越來越大，永磁材料及稀土資源的需求量也隨之增加，資源短缺問題日益凸顯。
論文第一作者、弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)博士后艾哈邁德·埃爾—詹蒂（Ahmed A. El-Gendy）說，對(duì)解決稀土資源短缺而言這是一項(xiàng)重要的發(fā)現(xiàn)。該校納米科學(xué)與納米科技項(xiàng)目負(fù)責(zé)人埃弗雷特·卡彭特（Everett E. Carpenter）教授表示，這種新材料已經(jīng)顯示出了很多出色的特性，有些方面甚至超過了傳統(tǒng)永磁材料。
（5）比紙還薄比鋼強(qiáng)的新材料
賓夕法尼亞大學(xué)研究室的科研人員開發(fā)出一種新型的材料，這是一種由氧化鋁原子通過特殊的技術(shù)加工合成出的新型納米材料，超薄（它的厚度僅有 25~100納米），重量輕，但是堅(jiān)固耐用。
通常在人們的概念當(dāng)中，氧化鋁是一種較為脆弱的材料。但是現(xiàn)在，通過這種最新的納米工藝將它進(jìn)行過加工之后，不論彎曲到怎樣的程度它都能夠很好的恢復(fù)原樣。并且，它有著超強(qiáng)的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
這種材料將被用來開發(fā)許多最新的高科技產(chǎn)物，比如已經(jīng)在構(gòu)想當(dāng)中的機(jī)器昆蟲，類似于機(jī)器蜜蜂或是機(jī)器蒼蠅這種，那么這樣的材料將會(huì)是用來制作翅膀的首選。當(dāng)然，它的作用還不只于此，基于這種材料的各種特性，科研人員將能夠開發(fā)出各種新的用途。
（6）NASA發(fā)明可自動(dòng)修復(fù)新材料
美國航空航天局（NASA）發(fā)明一種新材料，可以在2秒鐘內(nèi)，自動(dòng)修補(bǔ)損壞的部位。該材料可能用于宇宙飛船及軍用飛機(jī)和坦克外殼的自動(dòng)修補(bǔ)。科學(xué)家在試驗(yàn)中演示，帶有一個(gè)或兩個(gè)聚酯層的金屬被洞穿后，因?yàn)檠鯕膺M(jìn)入并與之混合，含有三丁基硼烷（tributylborane）的聚酯液體膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，很快變硬，最后修復(fù)金屬的破損部位。
研究者人員表示：“這種液體膠和空氣接觸幾秒鐘，即從液態(tài)變成固態(tài)。”目前，該材料仍需進(jìn)一步的研究，檢測其應(yīng)用特性。該材料非常可能用于修補(bǔ)宇宙飛船上的破損洞，以及用于軍事設(shè)備，如飛機(jī)或坦克。
美國航空航天局和密西根大學(xué)的科學(xué)家合作研制的。密西根大學(xué)的吉姆 - 斯哥特（Timothy Scott）解釋，這種材料不能作為組成成分單獨(dú)使用，而是需要和其他材料混合應(yīng)用。斯哥特說：“我們的目的是迅速修補(bǔ)（破損洞）。”而且，這種材料的特點(diǎn)是，越薄起效越快。試驗(yàn)中，材料板的厚度是1毫米。實(shí)際產(chǎn)品中，材料板會(huì)更薄，可能厚度為一毫米的幾十之一或幾百分之一。
（7）中國制造超級(jí)材料，堅(jiān)如金屬輕如氣球
11月4日消息，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的研究人員利用細(xì)小的管狀石墨烯構(gòu)成一個(gè)擁有與鉆石同等穩(wěn)定性的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，從而創(chuàng)造出了這種泡沫狀材料。
一個(gè)這種石墨烯泡沫承受了力度超過每平方英寸1.45萬磅的外力的重?fù)簟獛缀跸喈?dāng)于在世界海洋最深處——約10.9千米深——位于美國關(guān)島沿海的馬里亞納海溝，即所謂的“挑戰(zhàn)者”號(hào)海淵——的壓力。這個(gè)上海的研究小組稱，他們新創(chuàng)造出的這種材料能夠承受較之以往報(bào)道的石墨烯材料更大的沖擊。
報(bào)道稱，這種材料還可以被擠壓成其原始大小的約5%，而且依然能夠恢復(fù)其原來的形態(tài)，而且即使這一過程重復(fù)1000次還能保持完好無損。這種新材料的特性意味著其可以用在防彈衣的內(nèi)部和坦克的表面作為緩沖墊，以吸收來自射彈（如子彈、炮彈、火箭彈等）的沖擊力。
（8）南開陳永勝教授團(tuán)隊(duì)首發(fā)現(xiàn)“光驅(qū)動(dòng)”新材料
南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授及其團(tuán)隊(duì)6月公布了一項(xiàng)研究成果——新型石墨烯材料，可以在太陽光等各種光源照射下驅(qū)動(dòng)飛行。作為世界首個(gè)“光驅(qū)動(dòng)”新材料，該成果被發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)刊物《自然-光學(xué)》上。
陳永勝教授表示，“我們在3年多前切割一種特殊三維石墨烯材料時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)光可以對(duì)其產(chǎn)生推動(dòng)效果。此后‘光是否不僅能推動(dòng)細(xì)胞還可以推動(dòng)宏觀物體’就成了我們最重要的研究課題。”后來，陳教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合該校物理學(xué)院田建國教授共同研制出了這種能用光進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的石墨烯材料。
據(jù)該成果的視頻資料顯示，在幾十厘米的真空管里，在一束光的瞬間照射下，幾毫克的新型石墨烯材料能一次前進(jìn)幾厘米到十幾厘米，最遠(yuǎn)時(shí)可以運(yùn)動(dòng)40厘米。目前對(duì)這種新型材料的整體研究還處在實(shí)驗(yàn)室起步階段，但隨著研究的進(jìn)一步深入，或許未來在三維石墨烯的助力下，宇宙飛船也能利用“光驅(qū)動(dòng)”穿梭太空。
（9）德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)巨磁電阻新材料磷化鈮
德國馬普固體化學(xué)物理研究所和亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心（HZDR）及荷蘭拉德堡大學(xué)（Radboud）的科學(xué)家共同發(fā)現(xiàn)了一種具有超快速電子的新型巨磁電阻材料——磷化鈮（NbP）。在研究該材料時(shí)，科研人員首次在單一材料上觀察到電阻增加近萬倍。該材料可用于生產(chǎn)電子元件，在信息技術(shù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)磷化鈮施加強(qiáng)磁場時(shí)，其電阻急劇增強(qiáng)。研究人員還發(fā)現(xiàn)了電子非常快速、靈活的原因。在磷化鈮中，這一特殊屬性是由特定的電子態(tài)負(fù)責(zé)的：在所謂的Weyl金屬中有一些電子，他們好像是無質(zhì)量的，從而可以移動(dòng)得非常快。研究人員認(rèn)為，磷化鈮的巨磁電阻效應(yīng)可以通過巧妙的材料設(shè)計(jì)進(jìn)一步得到改進(jìn)。馬普固體化學(xué)物理研究所和亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心的專家們希望將來繼續(xù)合作，共同開發(fā)Weyl金屬。
該研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然物理》上。
（10）最輕材料，99.99%是空氣，硬度可調(diào)節(jié)
據(jù)國外媒體報(bào)道，美國加州HRL實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們研發(fā)出一種名為“microlattice”的材料，這種材料的制造技術(shù)由波音公司和通用汽車公司共同擁有。這種新材料是由微型空心管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，它大約比泡沫聚苯乙烯還要輕百倍。
為了節(jié)省燃料，波音公司和通用公司不斷嘗試在不犧牲結(jié)構(gòu)完整性的前提下盡可能的減輕材料重量。研究人員稱，構(gòu)建這種新材料的過程是完全可行的，這種材料不僅極輕而且非常牢固。
HRL實(shí)驗(yàn)室的一位化學(xué)家Sophia Yang稱：“這種材料事實(shí)上是由很常見的鎳磷材料打造的，但是我們必須計(jì)算出材料的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，這樣才能創(chuàng)造出一種能夠獨(dú)立支撐的材料，它非常輕盈以至于能夠站立在蒲公英花朵的頂部而且不會(huì)壓碎它。”
研究人員稱，這種材料空心管連接網(wǎng)絡(luò)模擬的是橋梁支撐的結(jié)構(gòu)。但是在這個(gè)項(xiàng)目中，空心管的壁厚僅有100納米，大約只有人類頭發(fā)的千分之一，這就意味著這種材料99.99%的成分是空氣。
這種材料構(gòu)造借助了一種革命性的添加制造過程，有點(diǎn)類似于3D打印技術(shù)。但是3D打印技術(shù)是一層一層的進(jìn)行構(gòu)建，而HRL實(shí)驗(yàn)室使用了能夠?qū)庾龀龇磻?yīng)的特殊聚合物，而且是一次成型。
研究人員不僅能夠調(diào)整這種結(jié)構(gòu)的硬度，而且能夠調(diào)整它的構(gòu)造。這就意味著他們不僅能夠創(chuàng)造出高度靈活的填充結(jié)構(gòu)，而且也能夠創(chuàng)造出用于提供結(jié)構(gòu)支撐的牢固構(gòu)造。
（11）中國科學(xué)家研制出超強(qiáng)電動(dòng)車電池
中科院上海硅酸鹽所科學(xué)家已研制出一種高性能超級(jí)電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料具有極佳的電化學(xué)儲(chǔ)能特性，可用作電動(dòng)車的“超強(qiáng)電池”：充電只需7秒鐘，即可續(xù)航35公里。相關(guān)研究成果已于12月18日發(fā)表在世界頂級(jí)期刊《科學(xué)》上。
超級(jí)電容器，是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。由于具有功率密度高、循環(huán)壽命長、安全可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于混合電動(dòng)汽車、大功率輸出設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。如何讓超級(jí)電容器兼具高功率、高能量，長期以來科學(xué)家并沒有找到理想材料。
為破解這一難題，中科院上海硅酸鹽所聯(lián)合北京大學(xué)、美國賓夕法尼亞大學(xué)展開持續(xù)攻關(guān)。黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)最終發(fā)現(xiàn)，石墨烯是超級(jí)電容器電極的最佳選擇。通過反復(fù)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、合成，黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氮摻雜有序介孔石墨烯的性能表現(xiàn)最佳。不僅能實(shí)現(xiàn)高能量密度、高功率密度，而且還可以通過使用水基電解液，做到無毒、環(huán)保、價(jià)格低廉、安全可靠。
據(jù)介紹，該新型石墨烯超級(jí)電容器體積輕巧、不易燃也不易爆，可采用低成本制備，實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。因性能較鉛酸、鎳氫等電池有明顯的競爭優(yōu)勢，且在快速充放方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋰電池，因此該“超級(jí)電池”可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有混合電動(dòng)汽車、大功率輸出設(shè)備的更新?lián)Q代。
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