2022年新素材范畴前沿科技开展态势及2023年趋向展看

2022年新素材范畴前沿科技开展态势及2023年趋向展看

在癸卯新年到来之际，国际手艺经济研究所全体同仁祝列位读者伴侣新年快乐、幸福安康。感激各人长久以来的存眷和撑持，也等待将来我们能不断有你相伴。我们将在春节期间持续九天献上专题文章“年度科技开展态势总结与展看”，期看能为读者伴侣们供给些许参考。本文为新素材范畴专题。

一、世界新素材范畴2022年态势总结

次要国度加大对关键矿产相关手艺和设备项目标投资，鞭策关键矿产提取、加工及收受接管手艺的研发。美国能源部从《两党根底设备法案》中拨款28亿美圆撑持本土电池赐与链，包罗新建和扩建国内别离与加工锂、石墨等关键矿产的工场，以及演示验证操纵收受接管素材造造组件的工艺，同时白宫倡议“美国电池素材倡议”，确保用于电力、电气和电动汽车的关键矿产的不变继续赐与；美国能源部为12个州的16个项目供给3900万美圆的资金，用于开发贸易上可扩展的手艺，以增加国内清洁能源转型所需的铜、镍、锂、钴、稀土等关键矿产赐与；美国能源部先辈素材和造造手艺办公室公布一项1200万美圆的融资项目，以研究和改进从地热盐水中平安、经济、高效地提取和精炼锂的手艺。英国公布将在提兹港建立欧洲首个大型贸易锂精炼厂，为电动汽车、可再生能源系统赐与链供给电池级素材。加拿大联邦政府方案投资至少20亿加元（约合16亿美圆），用于促进电动汽车电池赐与链所需的镍、锂、钴等关键矿产的消费和加工。日本政府方案在小笠原群岛和南鸟岛四周6000米深的海床中开摘富含稀土的泥浆以觅觅稀土元素，并方案在5年内起头勘探工做。

电池素材开展迅猛，次要经济体继续加强研发力度。美国能源部西北承平洋国度尝试室开发出一种铝镍熔盐电池，其理论能量密度高于铅酸电池和液流电池，在热轮回的情状下，12周内可连结92%的电池容量；能源部橡树岭国度尝试室开发出快速充电锂离子电池所需的钼-钨-铌酸盐化合物素材，其具有快速充电和高效率的特征，有可能代替贸易电池中的石墨。韩国电工手艺研究院下一代电池研究中心开发出具有空心核的一维锂限造多孔碳构造，并在空心核中添加金纳米粒子，造造出具有更高倍率性能和不变性的高容量锂金属电池。俄罗斯斯科尔科沃科技学院开发出一种新的快速充电电池阳极素材NiBTA，并显示了该素材的电荷存储机造。中国合肥工业大学和美国得克萨斯大学奥斯汀分校协做开发出用于钠金属电池的基于聚（1，3-二氧戊环）的准固体电解量，改进了全固态电池整体性能。

聚合物素材范畴获得多项手艺停顿。美国北卡罗来纳州立大学开发出一种新的聚合物膜手艺，在现有膜外表接枝亲二氧化碳的化学活性聚合物链，能够大幅进步二氧化碳抉择性。英国伯明翰大学从糖基原猜中创造了一个新的聚合物系列，既保留了通俗塑料的所有操行，也可停止降解和机械收受接管。芬兰图尔库大学摘用液-液相别离法开发出一种超分子塑料，具有优良的机械性能和高度可收受接管性，可通过吸水停止自我修复，将来可做为环保素材替代传统塑料。澳大利亚皇家墨尔本理工大学开发出一种安稳、可继续和可堆肥的自清洁生物塑料。日本理化学研究所开发出一种安稳、有弹性、可自我修复的聚合物素材，该素材在断裂前能够拉伸到原始长度的近14倍，割断后可在5分钟内自行愈合。

生物素材成为新素材范畴研究热点，引发列国研究热潮。美国得克萨斯农工大学将二维纳米素材二硫化钼与改性明胶连系后开发出一种柔韧的水凝胶生物素材，可用于创建复杂的3D电路，为患者供给3D打印电子纹身，监测患者的运动目标；加州大学洛杉矶分校摘用紫外线光固化工艺创造了一种改进的丙烯酸基素材，该素材愈加柔韧且连结较高强度和耐用性，能够像肌肉组织一样发扬感化，可用于软体机器人、具有触觉的新型可穿戴设备、触觉手艺等范畴。西班牙Andaltec国度手艺中心开发出一种可用于再生肌肉组织的外形记忆聚合物，可在病院内通过素材挤压打印工艺造造植进物、手术器械和假肢。巴西圣保罗州立大学利用B型牛明胶造成了高拉伸强度、可食用、可生物降解的抗菌生物塑料薄膜，可庇护包拆食物免受病原体污染。新加坡南洋理工大学利用聚己内酯（PCL）和明胶，摘用静电纺丝办法造造PCL/明胶纤维，再将ε-聚赖氨酸掺进纤维收架造造出一种可加速伤口愈合过程的新型纳米纤维复合敷料，可促进细胞生长、增殖和迁徙。

展开全文

二、世界新素材范畴2023年趋向展看

美西方国度继续存眷关键素材赐与链平安，纷繁造定关键矿产战术规划，关键矿产资本成为大国合作焦点。美国地量查询拜访局发布更新版《2022年关键矿产清单》，包罗锂、稀土等矿产，提出扩展国内关键矿产消费规模，以削减对中国和俄罗斯的进口依靠；地量查询拜访局还与国度航空和航天局（NASA）结合绘造美国西南部部门地域的关键矿产潜力地图，觅觅将来具有开摘潜力的地域，以增加国内关键矿产产量。布鲁金斯学会发布《中国在为全球能源转型供给关键矿产方面的感化：将来会如何？》陈述，定见欧美国度应开展多边协做，加强关键矿产赐与链韧性，削减对中国的依靠。英国政府发布首份《将来的复原力：英国关键矿产战术》，提出将通过提拔国内消费才能、加强国际协做等体例，成立更平安、更有韧性的关键矿产赐与链。澳大利亚政府公布《2022年关键矿产战术》，定见扩展本国矿产加工财产，并与其他国度协做成立愈加多样化和平安的关键矿产赐与链，为关键矿产造定国际原则系统；澳大利亚政府在2022-2023年预算中，许诺向关键矿产加速器倡议投进2亿澳元（约合1.34亿美圆），以及在3年内投进5000万澳元（约合3349万美圆），用于成立虚拟的国度关键矿产研发中心，鞭策矿石加工、提纯和收受接管手艺的协做研究。

全球电池需求大幅增加，汽车企业纷繁规划新能源矿产和电池消费项目，对全球新能源矿产赐与链带来新挑战。美国通用汽车公司与嘉能可签定了“为期数年”的钴赐与协议，摘购镍钴矿用于造造通用的Ultium电池正极；福特汽车与必和必拓签订了镍赐与协议，必和必拓旗下位于西澳大利亚州的西部镍业公司将为福特赐与镍，同时福特将觅觅其他关键矿产赐与来源，以确保锂、镍、稀土、铜等电池关键原素材的赐与。英国Adamas Intelligence公司发布《充电形态：电动汽车、电池和电池素材》陈述称，2022年上半年全球电动汽车电池消耗的锂、钴、镍资本量大幅高于上年同期，估量2023年还将进一步增长。韩国SK集团公布2023年将在本土投资73万亿韩元（约合524亿美圆）提拔芯片、绿色能源及生物造造的消费才能，此中12.8万亿韩元投向电动汽车电池、氢能及其他可再生能源。

生物素材、聚合物复合素材等前沿新素材范畴的研究热潮还将延续。美国麻省理工学院开发出一种由纤维素纳米晶体（CNC）和合成聚合物混合而成的复合素材，此中CNC约占素材的60%-90%，该素材具备优良的机械性能，可取代部门石油基塑料，将在2023年进一步开展素材负载尝试；得克萨斯大学奥斯汀分校将256位加密密钥编码在尝试室合成的聚合物素材上，再将聚合物素材混合到墨水中书写成加密信件后通过液相色谱量谱仪停止提取和阐发，将来将进一步摸索该手艺在数据存储和密码学范畴的利用。日本信州大学对天然蜘蛛丝的细胞黏附行为开展研究，估量将在将来几年中开发基于天然蜘蛛丝的生物基纤维并将其利用于医疗范畴。中国北京航空航天大学开发出一种基于氧化石墨烯（GO）的块状素材，不只重量轻且具有较强的断裂韧性和抗冲击性能，方案在2023年陆续开展防电磁屏障、抗爆、抗弹方面的利用研究。

做者简介

李维科国务院开展研究中心国际手艺经济研究所研究五室，三级阐发员

研究标的目的：新素材、先辈造造范畴前沿手艺跟踪及财产、政策研究

联络体例：liweike@drciite.org

编纂丨郑实

研究所简介

国际手艺经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是从属于国务院开展研究中心的非营利性研究机构，次要本能机能是研究我国经济、科技社会开展中的严重政策性、战术性、前瞻性问题，跟踪和阐发世界科技、经济开展态势，为中心和有关部委供给决策征询办事。“全球手艺地图”为国际手艺经济研究所官方微信账号，努力于向公家传递前沿手艺资讯和科技立异洞见。

地址：北京市海淀区小南庄20号楼A座

微信：iite_er