23名院士专家聚首鹏城研讨新材料前沿技术
学术研讨会现场
学术研讨会现场
南方网讯 7月17-18日，由广东院士联谊会和南方科技大学共同主办的中国科学院学部学科发展战略项目研讨会在深圳举行，23名新材料领域院士专家围绕“低维度人工微结构及其界面和表面科学”议题进行学术研究讨论。
用温差进行发电，受损肌体通过组织再生被修复……这些与人们生活息息相关技术的实现，都离不开一种特殊的材料——低维度人工微结构材料（简称：低维材料）。何为“低维材料”？区别于人们日常所见的拥有相当大维度条、面、块的材料，当材料逐渐地变薄、变细、变小，在长、宽、高等某些维度或全部维度上的尺寸足够小时，就会成为“低维材料”。此时，材料本身的性能，如电学、力学、光学、磁学以及化学性质便产生奇异的变化。低维材料的制备、微结构及其性能的研究一直是材料领域、凝聚态物理和材料化学等领域的前沿课题和研究热点。
低维材料将大幅提高能源转换效率
用温差进行发电或将实现
提到新能源，许多人第一时间想到了太阳能。太阳能作为一种新型能源，具有清洁、储蓄量大的特点，而转换效率较低是制约其走向实用化的关键因素。
中国科学院院士、南京大学邹志刚教授指出，光催化材料领域正孕育着重大突破，光催化技术正处于迈向大规模应用的关键阶段。高效光催化材料的研发有利于大幅提高太阳能转换效率。南京大学环境材料与再生能源研究中心李朝升教授则提出，光电催化分解水将太阳能转换为氢能，具有巨大的应用潜力，因而受到广泛关注。目前限制光电催化分解水应用的瓶颈是缺乏高效稳定的光阳极，而他的课题组近几年通过对半导体光电极材料的研究，正在叩开提高光电极太阳能转换效率的大门。
用温差进行发电，实现电制冷和电加热。这是中国科学院大连化学物理研究所姜鹏研究员在会议中提到的热电材料在新能源中利用前景。其中，二维热电材料相比于普通的热电材料具有更高的能量转换效率，能满足当今世界大功率功能器材发展的需求。
低维材料为医学提供更多可能
骨植入材料细菌感染或可杜绝
低维材料的研究不仅在能源方面贡献颇丰，在医疗方面也起着重要的作用。由于创伤、疾病、遗传、衰老等原因，组织、器官会缺损，导致功能障碍，生物学领域的科学家研制出了具有诱导组织再生能力的智能生物材料，能主动对机体的修复和再生过程产生影响。华东理工大学教育部医用生物材料工程研究中心刘昌胜教授指出，高活性和功能化表界面是决定组织修复质量的关键。他表示，材料表面、界面特性对体内微环境中细胞行为影响的研究是提高生物材料临床治疗水平的技术核心和科学基础，有助于突破性地提升组织再生材料的性能。
中国科学院上海硅酸盐研究所研究员刘宣勇则对钛合金进行了研究。钛及其合金具有低模量、良好生物相容性和抗腐蚀性等优点，是人工关节、种植牙和矫形器械等骨植入器械首选材料。然而，钛合金骨植入材料本身不具备抗菌性能，植入人体后容易发生细菌感染。因此，刘宣勇提出采用等离子体浸没离子注入技术将纳米银“镶嵌”于钛表面的做法，能起到显著抑制细菌的作用。
除了钛，其他金属元素也能在人体内发挥不同的生物功能。如果人体中缺失哪种金属元素，可能就会引发某种疾病。中国科学院金属研究所主任杨柯教授针对医用金属材料在人体环境中都会发生不同程度腐蚀的特性，提出可以利用这些特性，在现有医用金属材料中添加某种具有生物医学功能的特定金属元素，让这种特定金属元素像胶囊一样被包裹起来，进入人体后，外壳腐蚀，这些具有生物医学功能的金属释放并发挥其功能。这是一个极富挑战性的创新设想，具有重要的临床应用价值。
献计深圳新材料产业跨越式发展
解决低维材料重大科学问题与关键技术
由于低维材料可人为地控制其构型，创造超性能、多功能与智能化的重要新材料，低维度人工微结构迅速成为国际科学研究的热点，各国不惜投巨资加快其在能源环境、卫生健康、智能生活等领域的研发和应用。
今年年初，深圳市出台的战略性新兴产业发展“十三五”规划中，新材料被列为深圳五大重点发展方向。并明确指出，到2020年，深圳要努力构建具有国际竞争力的新材料产业集群，产业规模达到2300亿元。具体而言，将提升电子信息材料竞争能力，推动绿色低碳材料的创新发展，促进生物材料的应用示范，提升新材料基础支撑能力。
“这些都必须解决人工低维结构材料的表面、界面性质及其应用等重大科学问题与关键技术。”中国科学院院士、“低维度人工微结构及其界面和表面科学”战略研究项目负责人香港中文大学（深圳）研究生院院长、会议主席唐叔贤院士表示，项目将通过深入调研和学术研讨为低维材料领域的技术创新提供科学积累，促成我国新一代信息技术和环保能源技术的跨越式发展。
研讨会持续两天，中国科学院院士叶恒强、都有为、邹志刚等23位院士专家通过专题报告和讨论形式，分享交流自己的最新研究成果，并建言新材料前沿技术和产业发展。此次研讨会是广东院士联谊会构建“一家园（广东院士家园）两中心（院士专家科技成果转化服务中心、院士专家战略咨询服务中心）”工作格局的实践和探索。其中，院士专家战略咨询服务中心将为会员院士团队承担的重大咨询研究以及中国科学院、中国工程院战略咨询提供专业支撑和服务，不定期根据党委、政府部门需求，组织院士专家开展专题调研并形成咨询报告供党委、政府决策作参考。
院士观点：纳米技术将迎接第四次产业革命
低维材料产学研建设助推产业转型升级
“第四次产业革命以纳米科技为主导，其中包括纳米磁性材料。”中国科学院院士都有为说，低维材料发展使得材料跟器件将“不分家”，通过对低维材料的不同组合将产生不同功能，构建出绚丽多彩的材料世界。例如，将磁与半导体“邂逅”，一种称为“半导体自旋电子技术”很可能引起信息技术革命性变革，使得未来运算、存储、通信三个功能都将集成在单个芯片上，从而形成功能强大、超高速、低功耗、抗辐射的全新的芯片。“这就意味着以后可以把磁盘与芯片合二为一，不需要有磁盘了，一个芯片里面可以有很大的容量。”都有为还表示，多学科交叉会为低维材料的研究和应用注入活力，当前抓住产业革命，重视纳米科技，做好低维材料产学研建设，将为国家发展增添强大动力。
中国科学院院士叶恒强说，相比于一般的基础材料，低维材料是高新技术产业和先进制造业的“基础”，是衡量一个国家或地区经济、科技实力的重要标志，“当前，低维材料在国内研究迎来了蓬勃发展期，在纳米尺度上‘做文章’，低维材料的研究为人们的认知推开了神奇的大门。”叶恒强介绍，以纳米碳管为例，其作为微电子导线，可以大大降低发热量，导电效率大大提升。他还认为，新材料研发属于产业链的上游，科研投入大、周期长，需要以市场为导向，强调产学研合作。“政府需要注重前期投入，可设立产业发展专项资金，用于低维材料核心技术攻关及产业链关键环节培养。同时也要平衡好前期基础研究与应用研究的关系，最终促进科研成果转化落地。“全球围绕低维材料的科技竞争越来越激烈，不过，它的研究出发点和最终目的是造福社会大众，改善人们生活，实现对生命健康、智能生活等领域的升级变革。”
中国科学院院士邹志刚谈到，不同时代能源成就了不同国家的大国梦。煤炭时代造就了“日不落帝国”，石油时代造就了美国。“新能源能不能助力实现中国梦？这是我们一直在思考和在努力的。” 据了解，美国发布的蓝皮书计划提出，到2030年转到氢能社会。而且计划书给出了非常清晰的路线图，目标是实现太阳能10%的转换率，氢的价格降至2-4美金/公斤。目前的日本氢能源汽车百公里只需要一公斤氢。利用地球上丰富的太阳光分解海水将是一个重要的途径。“将来有一天太阳能加上海水，利用光催化技术可以产生清洁能源，这对我们来说是非常重要并且有意义的一件事。”他透露，运用光催化技术将二氧化碳转换成碳氢燃料也是新能源材料发展的重要方向。“军方对该项技术特别关注，因为技术一旦实现，二氧化碳就不是有害气体。”
编辑： 邹长森