纳米酶

摘要:纳米酶(Nanozymes)是由我国科学家首次提出的新概念,它是一类具有生物催化功能的纳米材料,能够基于特定的纳米结构催化天然酶的底物并作为酶的代替品。自2007年首次报道以来,全球已有来自于55个国家的420多个研究机构证实了纳米酶的普遍规律。纳米酶的发现第一次揭示纳米材料蕴含一种独特的纳米效应——类酶催化效应。纳米酶作为一种新材料,既有纳米材料本身的理化性质,又有类似酶的催化功能,兼具天然酶与人工酶的优势于一身。其中,纳米结构不仅赋予纳米酶高效催化功能,而且使纳米酶比天然酶稳定,易于规模化生产。另外,纳米酶独特的多酶活性将为设计廉价、稳定、各种各样全新的催化级联反应提供功能分子。纳米酶是多学科交叉融合的典范, 2022年被IUPAC评为十大化学新兴技术。在全球从事化学、酶学、材料学、生物学、医学、理论计算等多领域科学家的共同推进下,如今纳米酶已经成为新的研究热点。我国科学家在这一新兴领域一直发挥着引领作用,解析了纳米酶的构-效关系,将其催化活性提高了约1万倍,实现了超越天然酶的理性设计,创造了全球首个纳米酶产品,出版了纳米酶学英文专著,发布纳米酶术语及中国/国际标准化。更可喜的是,纳米酶新领域汇集了一大批多学科交叉融合的优秀青年科学家,推动纳米酶进入高速发展阶段,纳米酶的种类已经超过1200多种,其催化机制研究也更加深入,应用研究也从当初的检测逐步拓展到纳米酶催化医学、传感检测、绿色合成、新能源、环境治理等多个领域。本文向读者介绍纳米酶自发现以来的主要进展,包括最近发现的天然纳米酶,期待纳米酶从新概念、新材料衍生出新技术、新产品、新商品,服务人类健康,并带动新学科发展。

电子材料新奇物性研究中的关键科学问题

摘要:基于国家自然科学基金委员会第298期“双清论坛”,本文介绍了5d电子相关材料的新奇物性以及相关材料体系的研究意义,从理论、制备、表征、器件四个主要方向回顾了这一研究领域的研究现状以及面临的主要挑战,并进一步提出了亟需关注和解决的重要基础科学问题和重点研究方向。

面向新兴产业和未来产业的新材料发展战略研究

摘要:新材料是新兴产业和未来产业发展的根基,是抢占科技和经济发展制高点的重要领域,也是我国推进新型工业化的重要驱动力。本文梳理了新材料在信息、能源、生物、深空与深海探测等领域的发展趋势,发现新材料联用或与其他学科、领域的深度融合正在成为新材料发展的重要特点;系统分析了我国新材料产业在规模、技术创新能力、企业和集群等方面的发展现状,总结了新材料产业发展存在的关键原材料依赖进口、核心装备尚未实现自主可控、高端产品自给率不高、部分重点产品缺乏应用迭代、标准和评价体系不完善等问题;提出了面向新兴产业亟需发展的9 个重点方向以及面向未来产业亟需布局的7 个重要方向。为推动新材料产业的高质量发展,研究建议:着力筑牢新材料产业发展根基,扎实提升新材料产业链水平,营造良好的产业发展生态环境,完善产业发展配套政策。

力学超构材料的结构设计与增材制造的研究进展

摘要:力学超构材料可以被定义为一类结构材料,它前所未有的力学性能源自人工结构设计而非其组成材料。虽然宏观尺度和简单设计的结构可以通过传统的自上而下方式来制备,但许多不同尺度下的复杂设计仍然难以实现。增材制造(AM)的最新进展导致了许多新的超构材料理念的实现。AM方法能够制造具有高精度、极其复杂和高特征保真度的微尺度结构,使力学超构材料的快速发展成为可能,并大大降低了设计计算和实验验证周期。本文首先基于所需的力学性能详细地回顾了各种拓扑结构,包括刚度、强度和负泊松比超构材料,然后讨论了能够制造这些超构材料的AM技术。最后,我们讨论了目前面临的挑战,并提出了AM和力学超构材料的未来发展方向。

用于新型冠状病毒检测的纳米材料及生物传感技术

摘 要: 新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019, COVID-19)疫情大流行引起全球对此重大突发公共卫生事件 的高度关注。新型冠状病毒(SARS-CoV-2)经过多次突变, 出现传染速度加快、免疫逃逸、隐匿性传播等特性, 令防 控形势至今仍异常严峻。对患者的早发现、早隔离仍然是目前最有效的防控措施。

金属材料激光增材制造路径规划研究现状与展望

摘要:激光增材制造技术可成形任意复杂形状零件,广泛应用于航空航天、汽车、船舶、医疗器具等领域。激光增材制造技术根据粉末提供方式的差异可分为粉末床预置铺粉的选区激光熔化技术和送粉器同步送粉的激光定向能量沉积技术。路径规划是激光增材制造过程中的重要步骤,当采用不同的路径策略时,即使硬件设备和工艺参数保持一致,零件的成形质量以及力学性能也会存在较大差异。目前,众多学者针对不同目标的路径规划策略展开了广泛的研究。本文总结了激光增材制造技术路径规划的研究现状,分析了两类目标的路径规划策略,即提高成形质量以及力学性能。最后对未来激光增材制造路径规划的研究进行了展望,为其进一步研究提供了方向。

高熵合金材料研究进展与展望

摘要:随着世界科技水平的不断提升以及国民经济建设对高性能合金材料需求的不断增加,传统单一主元合金越来越不能满足人们与日俱增的使役需求。高熵合金因其独特的物理、化学以及力学性能,极大地拓展了金属材料成分设计范围,有望在国防、航空、航天、海洋、核能、医疗、新能源等重大工程领域发挥重要作用。本文结合各领域对先进高熵合金材料的具体需求,梳理了高熵合金材料的特征和内涵,分析了高熵合金材料发展的整体形势与前景,厘清了国内外高熵合金的发展现状。在此基础上,指出了我国高熵合金领域存在的差距和不足,高熵合金部分基础原材料依赖进口,严重威胁产业链安全;高熵合金“产学研用”体系尚未健全,工业化应用方面的研发投入有待提高。研究建议,加强高熵合金材料研发的顶层设计,完善产业政策;加强企业和科研机构的对接和沟通;完善高熵合金材料标准、测试、表征、评价体系;推进人才队伍建设;降低材料成本,打造高附加值产品,促进我国先进高熵合金材料产业朝着体系化、绿色化、高端化、智能化方向发展。

金属纤维多孔材料的应用和研究现状

摘要:金属纤维多孔材料是近年来受到广泛关注和研究的一种复合的结构功能一体化材料,具有良好的导电性、导热性、孔形稳定、可加工、可焊接、容尘量大等优势。综述了金属纤维多孔材料的制备方法,主要介绍了不锈钢、钛及钛合金金属纤维多孔材料在过滤分离、吸声降噪、生物医学、氢能装置等领域的应用和研究现状。

浅析高温超导直流电力电缆在海上风电场的应用前景

摘要:针对海上风电场中海底电力电缆如何提高传输距离和容量、降低导体损耗、减少通道占地面积等问题,结合国内外对高温超导电力电缆的研究与应用成果,与传统海底电力电缆进行了对比。分析了高温超导直流电力电缆的应用优势,阐述了高温超导电力电缆失超对整个系统造成的影响及失超监测和保护的措施。展望了高温超导直流电力电缆在海上风电场中的应用前景。

超晶格结构在二维转角异质结中产生的新奇物态

摘要:二维量子材料由于其展现出的许多新奇特质而受到了普遍关注。当二维量子材料组成同质结或异质结时,晶格常数和层间旋转角度会使体系产生新的超晶格结构,从而导致一系列电子能带结构和物理性质的变化。文章首先围绕着超晶格结构所带来的晶格空间结构以及能带结构的变化展开讨论,主要介绍了由此产生的超晶格狄拉克点、莫尔激子和原子重构等新奇物性。除此之外,超晶格结构会使电子的费米速度在一组特定的旋转角度下消失,产生平带。这会导致该区域的物理性质由电子之间的相互作用能主导,从而产生显著地改变。这些由电子之间强关联现象所引起的新奇物性,成为了近些年凝聚态物理等研究领域的前沿课题之一。在这里,文章主要围绕着关联绝缘态、超导、电子晶体和轨道磁性等介绍了与电子之间强关联现象有关的内容,并在最后对超晶格结构未来的发展方向进行了展望。