國際技術經濟研究所全體同仁祝各位讀者朋友新年快樂、幸福安康。感謝大家長久以來的關注和支援，也期待未來我們能一直有你相伴。我們將在春節期間連續九天獻上專題文章“年度科技發展態勢總結與展望”，希望能為讀者朋友們提供些許參考。本文為專題文章之新材料篇。
世界新材料領域2021年態勢總結
人工智慧、機器學習等技術助力新材料研發。美國西北大學和麻省理工學院使用人工智慧技術構建了一種新的、易於使用的工具，透過識別材料的新特徵，加快科學家發現可發生金屬-絕緣體轉變材料的速度。美國麻省理工學院透過機器學習最佳化具有多種特性（如韌性和抗壓強度）的新型3D列印材料，將加速新材料的研發程序。美國西北大學和豐田研究所成功應用機器學習指導新奈米材料的合成，消除與材料發現相關的障礙。德國亞琛工業大學和芬蘭于韋斯屈萊大學開發基於機器學習和計算得出的描述符的系統，可用於尋找特殊種類的催化劑且準確性極高。
各國關注材料回收、二氧化碳轉化製取清潔能源的技術，推動相關催化劑和低碳足跡材料研發。日本東京大學聯合其他機構開發了一種工藝，透過回收廢棄混凝土並將其與捕獲的二氧化碳結合來製造新的碳酸鈣混凝土。美國勞倫斯·伯克利國家實驗室利用新技術改進用於輔助反應的銅催化劑的表面，提高了二氧化碳向液體燃料的轉化效率。澳大利亞新南威爾士大學在室溫下使用液態鎵將二氧化碳轉化為氧氣和高價值的固體碳產品，未來可用於電池、建築或飛機制造。
前沿新材料領域取得新進展，推動高技術產業變革。美國南阿拉巴馬大學研發出一種富含奈米顆粒的新型碳纖維增強複合材料ZT-CFRP，其不僅比傳統鋁製結構輕，比鋼更堅固，且與傳統的碳纖維增強複合材料相比，不容易受到機械衝擊破壞的影響。中國浙江大學、香港城市大學和韓國IBS低維碳材料中心共同開發了一種冷縮法制備大面積獨立支撐超薄石墨烯奈米膜的方法，可以實現從基片上分離大面積（橫向尺寸達4.2釐米）氧化石墨烯組裝薄膜（奈米級厚度）。韓國首爾國立大學受自然界變色龍的“偽裝”啟發，將熱致變色液晶層與垂直堆疊的、圖案化的銀奈米線加熱器整合在多層結構中，製造出“人造變色龍面板”，並製作了一個軟體機器人進行演示實驗。
世界新材料領域2022年趨勢展望
關鍵原材料供應安全受到全球關注，美西方欲構建關鍵原材料“國際聯盟”。美國能源部宣佈將在2022-2024年出資3000萬美元，用於開發新技術，以確保構建清潔能源技術所需的關鍵材料供給，旨在使稀土和鉑族元素的供應多元化，開發替代品並改善其回收與再利用。英國極地研究與政策倡議組織釋出《五眼關鍵礦產聯盟：關注格陵蘭島》報告，指出“五眼聯盟”國家應加強與格陵蘭島的戰略合作，增加對盟國關鍵礦產資源的供應，並減少對“稀土壟斷大國”中國的依賴。美國、加拿大、澳大利亞共同啟動“關鍵礦物測繪倡議”，旨在幫助各國政府及企業獲得“多樣化的鈷、鋰、稀土元素等關鍵礦物採購來源”，從而在全球向清潔能源時代轉型過程中，弱化中國在全球稀土供應鏈的領導地位。為此，美國稀土公司致力於開發在哈德斯佩思縣的“圓頂”（Round Top）礦區專案，該專案將於2022-2023年投入運營，採礦率估計為每天2萬噸，而所有的礦物加工將在現場進行。
各國繼續加強新材料佈局，推出多項新材料研發計劃，以支撐未來新興產業發展。美國國家科學基金會發布2021年版“透過材料設計以變革我們的未來”（DMREF）計劃，擬強化跨領域、跨機構間合作，並向25個研究專案資助4000萬美元。此外，美國國家科學基金會還啟動了“新興量子材料與技術”（EQUATE）5年期研究計劃，資助額度為2000萬美元。美國白宮科技政策辦公室和國家奈米技術協調辦公室釋出《2021年國家奈米技術倡議（NNI）戰略計劃》，提出未來5年具體目標和行動，以吸引全美各界參與，確保美國在奈米材料發現、轉化、相關產品製造方面繼續處於世界領先地位。日本內閣府公開發布《材料創新力強化戰略》，提出到2030年應重點推進4項具體舉措，即整合以資料為基礎的材料研發平臺、重要材料技術和應用領域的戰略性推進、構建材料創新生態系統、積極培養並留住能夠支撐材料創新力的人才。巴西釋出了“先進材料的科學、技術和創新政策”，並設立先進材料指導委員會，就先進材料相關問題向政府提出有關政策和方案的制定和修訂建議，確立目標和優先事項。
各國加快推動新能源材料產業發展，電池材料領域的競爭日益激烈。美國能源部發布《國家鋰電池藍圖2021-2030》報告，提出未來10年打造美國本土鋰電池供應鏈的五大主要目標和關鍵行動。荷蘭特溫特大學使用全新材料鈮酸鎳作為鋰離子電池的陽極，將充電速度提高10倍，且不會導致電池損壞或縮短其使用壽命，預計2022年將進一步改進陽極，使其能夠應用於能源電網、需要快速充放電的電動機器或電動重型運輸領域。美國得克薩斯大學奧斯汀分校開發了一種高度穩定、能快速充電、可防止形成枝晶或表面腐蝕的新型鈉基電池材料，並計劃在2022年測試其是否可用於電動汽車以及儲存風能、太陽能等可再生資源。日本東北大學多元物質科學研究所首次創造出不含有毒元素的N型硫化錫薄膜，預計將比P型硫化錫薄膜表現出更高的轉換效率，計劃在2022年開展相關驗證實驗。
作者簡介
李維科國務院發展研究中心國際技術經濟研究所研究二室，研究助理
研究方向：新材料及先進製造領域戰略、技術和產業前沿
聯絡方式：[email protected]
2021年世界前沿科技發展態勢及2022年趨勢展望——綜述篇
2021年世界前沿科技發展態勢總結及2022年趨勢展望——資訊篇
2021年世界前沿科技發展態勢總結及2022年趨勢展望——生物篇
2021年世界前沿科技發展態勢總結及2022年趨勢展望——能源篇
2021年世界前沿科技發展態勢總結及2022年趨勢展望——海洋篇
2021年世界前沿科技發展態勢總結及2022年趨勢展望——航空篇
2021年世界前沿科技發展態勢總結及2022年趨勢展望——航天篇
作者丨 李維科
編輯丨 鄭實
研究所簡介
國際技術經濟研究所（IITE）成立於1985年11月，是隸屬於國務院發展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究我國經濟、科技社會發展中的重大政策性、戰略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經濟發展態勢，為中央和有關部委提供決策諮詢服務。“全球技術地圖”為國際技術經濟研究所官方微信賬號，致力於向公眾傳遞前沿技術資訊和科技創新洞見。
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