一層碳原子，厚度僅有0.334納米，卻是世界上已知最薄、強(qiáng)度最高的材料。保鮮膜厚的石墨烯，可以承受一頭大象立于鉛筆之上產(chǎn)生的壓力。它的強(qiáng)度是鋼的200倍，導(dǎo)電率是銀的1.6倍，導(dǎo)熱系數(shù)是銅的13倍，它是完美的柔性透明材料。自2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，石墨烯備受推崇，被公認(rèn)為是可以改變世界的“新材料之王”。

2004年，英國(guó)兩位科學(xué)家用透明膠帶粘住石墨，然后對(duì)折撕開，這樣石墨一分為二又薄了一層，一遍又一遍地重復(fù)這個(gè)過(guò)程。石墨片越來(lái)越薄，最終得到了只有一層碳原子的石墨烯。

高品質(zhì)石墨烯晶圓，是引領(lǐng)未來(lái)的戰(zhàn)略材料，在集成電路、微機(jī)電系統(tǒng)和傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2020年，劉忠范團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了石墨烯晶圓的量產(chǎn)。不僅如此，他們還突破了石墨烯從銅基底往金剛石、硅基等不同基底上的無(wú)損轉(zhuǎn)移。

檢測(cè)結(jié)果表明，新制備的石墨烯晶圓良品率超過(guò)95%。這意味著，他們?yōu)樾乱淮咝阅茈娮优c光電子芯片，奠定了堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。

一幅石墨烯電暖畫，可以為一間20平方米的房屋供暖；石墨烯異常的強(qiáng)韌性可以防彈；添加了石墨烯的電池，容量更大且輕便；石墨烯還可作為硅的替代品制造超微型晶體管以及新一代電子元件，從而大幅提高計(jì)算速度。

液態(tài)金屬，極有可能打破科幻與現(xiàn)實(shí)的藩籬

1991年上映的《終結(jié)者2》，被譽(yù)為90年代的科幻經(jīng)典。片中的機(jī)器人由閃耀著金屬光澤的流體構(gòu)成，為了偽裝，它可以隨意變形。無(wú)論遭遇什么傷害，都能夠快速自修復(fù)。

這個(gè)震撼的形象令材料科學(xué)家劉靜念念不忘。劉靜研究的液態(tài)金屬，極有可能打破科幻與現(xiàn)實(shí)的藩籬。

在元素周期表的118個(gè)元素中，金屬占據(jù)96席，其中只有零星幾種金屬在常溫下處于液態(tài)，人們把這類金屬統(tǒng)稱為液態(tài)金屬。

劉靜帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)相繼發(fā)現(xiàn)了液態(tài)金屬許多超乎想象的奇特現(xiàn)象。比如，在電解質(zhì)中，液態(tài)金屬會(huì)在電極作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)。它們可以在比自身體積小數(shù)十倍的狹小空間自由穿梭，也可以實(shí)現(xiàn)坡道蠕動(dòng)、自由塑形。磁場(chǎng)作用下，液態(tài)金屬可實(shí)現(xiàn)變形、重構(gòu)。它甚至擁有生命最基本的特征，可以產(chǎn)生節(jié)律性和周期性運(yùn)動(dòng)，就像人體心臟的跳動(dòng)。

不過(guò)，迄今為止，關(guān)于液態(tài)金屬的應(yīng)用卻少之又少。因此在科學(xué)界，液態(tài)金屬仍被公認(rèn)為前沿科技。

2001年，劉靜團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次提出液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)芯片冷卻技術(shù)。后來(lái)，美國(guó)國(guó)家航空航天局也將液態(tài)金屬散熱技術(shù)列為未來(lái)前沿技術(shù)。

劉靜團(tuán)隊(duì)新制的液態(tài)金屬導(dǎo)熱膏的熱導(dǎo)率是水冷效果的四十多倍，風(fēng)冷的一千倍。這意味著，發(fā)端于中國(guó)的液態(tài)金屬冷卻技術(shù)，有能力解決高端芯片及器件面臨的熱脹難題。不久的將來(lái)，它或?qū)⒊蔀楦叨擞?jì)算機(jī)的標(biāo)配。

耐高溫、御嚴(yán)寒！它，如何成為“祝融號(hào)”的超級(jí)戰(zhàn)服？

2021年5月，中國(guó)籍“祝融號(hào)”探測(cè)車從地球出發(fā)，奔向火星。

在遙遠(yuǎn)的火星，環(huán)“祝融號(hào)”溫度的變化區(qū)間從1200°C到零下55°C，溫差接近1300°C。面對(duì)冰與火的極限挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)家曾尋遍全球，希望找到一種特殊的材料，為“祝融號(hào)”制作一件高溫時(shí)耐火、低溫下御寒的超級(jí)戰(zhàn)服。

近乎絕熱的隔熱能力、質(zhì)量輕到可以忽略不計(jì)，氣凝膠一舉打敗萬(wàn)千對(duì)手，成為“祝融號(hào)”戰(zhàn)服材料的不二選擇。

二十萬(wàn)倍的掃描電鏡下，氣凝膠呈現(xiàn)納米級(jí)網(wǎng)狀骨架，體積超過(guò)99%的孔隙全部由空氣填充。

空氣是熱的不良導(dǎo)體，被網(wǎng)限制的空氣在氣凝膠內(nèi)無(wú)法流動(dòng)，以致氣凝膠的導(dǎo)熱率比空氣還低，它無(wú)可厚非地成了隔熱材料界的超級(jí)明星。

曾從事水泥研究的沈曉冬團(tuán)隊(duì)制備出一種新型氣凝膠。歷時(shí)三個(gè)月，耐1200°C高溫的動(dòng)力電池隔熱材料，國(guó)際首創(chuàng)的新型氣凝膠產(chǎn)品誕生了。

動(dòng)力電池一旦熱失控，從冒煙到爆炸僅需5至6秒，如果用氣凝膠在電芯與電芯之間修筑一道防火墻，那么某一個(gè)電芯熱擴(kuò)散失控，熱量不會(huì)很快傳到臨近電芯。

氣凝膠制成的催化劑，網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)加大了接觸面積，催化效果更加顯著；氣凝膠海綿般的吸附性，曾深入太空捕捉塵埃，未來(lái)或許還可以治理大氣污染，甚至凈化污水。作為新材料的翹楚，氣凝膠向人類開放了全部可能。人類也必將帶著好奇，解鎖并創(chuàng)造更多氣凝膠的未來(lái)。

傳說(shuō)中的超導(dǎo)材料，居然是這樣制造出來(lái)的……

1911年，科學(xué)家把汞冷卻到零下269°C左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)汞的電阻突然消失了即零電阻。零電阻意味著通電不會(huì)產(chǎn)生熱損耗，那是傳說(shuō)中的第一個(gè)超導(dǎo)體。

如今，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了55種元素有超導(dǎo)能力，并創(chuàng)造出上千種具有超導(dǎo)屬性的合金、氧化物甚至有機(jī)物。在眾多超導(dǎo)材料中，鈮鈦合金被認(rèn)為是可以建造強(qiáng)大磁場(chǎng)的優(yōu)選材料。

郭強(qiáng)，是全球唯一掌握鈮鈦超導(dǎo)材料制造全流程的團(tuán)隊(duì)的首席工程師。2010年，他們制造的產(chǎn)品，打敗了國(guó)際上的強(qiáng)勁對(duì)手，獲準(zhǔn)應(yīng)用在全球最大的核聚變工程實(shí)驗(yàn)堆ITER。

鈮鈦合金棒材被封裝在99.99%高純度銅管內(nèi)，制成超導(dǎo)單芯。銅是電和熱的優(yōu)良導(dǎo)體，當(dāng)鈮鈦合金失去超導(dǎo)能力時(shí)，銅可以為電流和熱量提供備用通道。

在長(zhǎng)達(dá)9萬(wàn)多米的細(xì)線內(nèi)部，是3288根比毛發(fā)還細(xì)的芯絲，直徑不到10微米，已經(jīng)臨近斷裂的極限。這般纖細(xì)的超導(dǎo)線材，可以承受更大的電流，意味著通電會(huì)形成更加強(qiáng)大且穩(wěn)定的磁場(chǎng)。

戳視頻，看郭強(qiáng)團(tuán)隊(duì)為中國(guó)最新一代聚變實(shí)驗(yàn)堆研制的超導(dǎo)線材↓↓↓

超導(dǎo)材料，被稱作“當(dāng)代科學(xué)的明珠”，核磁共振、磁懸浮列車、超導(dǎo)電機(jī)、電纜，凡是用到電的地方，超導(dǎo)體都可能帶來(lái)顛覆性的影響。

求木之長(zhǎng)，必固其根本

欲廈之高，必牢其基礎(chǔ)

制造強(qiáng)國(guó)，必是材料強(qiáng)國(guó)

來(lái)源：央視財(cái)經(jīng)