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日前,，中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院戰(zhàn)略情報研究所研制的“2016全球最受公眾關注的科學成果”，通過計量統(tǒng)計遴選出天文學與天體物理,、物理學,、化學、地球科學,、生命科學這五個學科中受到科技界熱切關注的科學成果,。以下是13項材料科學類科學成果。
1.美國物理學家用電場制造低脂巧克力 論文標題：Electrorheology leads to healthier and tastier chocolate 巧克力是世界上最受歡迎的食物之一,，但目前巧克力產(chǎn)品含有太多的脂肪,，會導致肥胖,。降低巧克力產(chǎn)品的脂肪含量使其更健康，這一問題在數(shù)十年前已被引起關注,，但仍沒有發(fā)現(xiàn)實際的解決辦法?，F(xiàn)在，美國天普大學的物理學家通過電流變學方法,，能幫助糖果公司生產(chǎn)低脂巧克力,。該研究團隊發(fā)現(xiàn)，巧克力中的脂肪與軟物質(zhì)的基礎科學密切相關,，沿著液態(tài)巧克力的流動方向施加一個電場,，可以將可可顆粒聚集成長球形，這種微結構變化破壞了旋轉(zhuǎn)對稱性,，降低了液體巧克力的粘度,，可以將脂肪含量減少10-20%。該方法制造出來的巧克力在味道上變化不大,，有試吃者甚至認為比原來的巧克力更美味,。 2.科學家在二維材料中發(fā)現(xiàn)量子自旋液體存在的證據(jù) 論文標題：Proximate Kitaev quantum spin liquid behaviour in a honeycomb magnet 磁性材料是現(xiàn)代電子學和信息存儲的基礎，因此,，科學家們努力追求發(fā)現(xiàn)新的磁性行為和新的物態(tài),，量子自旋液體就是其中一個熱點研究方向?？茖W家們認為,，量子自旋液體隱藏在某些磁性物質(zhì)內(nèi)，但一直未能在自然界中觀測到,。美國橡樹嶺國家實驗室的研究團隊在二維材料α-氯化釕（α-RuCl3）內(nèi)發(fā)現(xiàn)了量子自旋液體存在的證據(jù),。他們用中子照射α-氯化釕晶體，獲得了特定的波紋狀圖案,，這為二維材料中的量子自旋液體的存在提供了直接的證據(jù),。研究人員表示，該研究或有助于量子計算機的研制,。 3.物理學家的發(fā)現(xiàn)顛覆涂料干燥的傳統(tǒng)觀念 論文標題：Dynamic Stratification in Drying Films of Colloidal Mixtures 英國和法國的物理學家確定了涂料干燥時的一種新的物理機制,，可導致不同大小的顆粒分離?；谟嬎銠C模擬和實驗,，研究表明較小的顆粒會一起協(xié)力在一個方向上推動較大的顆粒，從而導致干燥材料的分層,。在傳統(tǒng)觀念中,，較大的顆粒應積聚在蒸發(fā)膜的空氣側(cè)，較小的顆粒在另一側(cè),。這項工作顛覆了涂料干燥的傳統(tǒng)觀念,，在其研究的混合物中,，較小的顆粒聚集在空氣表面附近，而不是在另一側(cè),。了解這種效應,，會促進一系列有用的材料的發(fā)現(xiàn)，可用于防曬霜,、電子工業(yè)用的分層薄膜,、油墨印刷以及更好的涂料。 4.美國制造出目前世界上最小晶體管 論文標題：MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths 美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究團隊制造出利用碳納米管和二硫化鉬,，制造出目前世界上最小的晶體管,，其柵極長度僅有1納米。該研究團隊以單壁納米管作為柵極,，二硫化鉬為溝道,，制造出柵極長度為1納米的晶體管。盡管離把這種晶體管集成到芯片上還有很長一段距離要走,，但這一研究成果打破了半導體業(yè)界認為柵極小于5納米的晶體管無法正常工作的觀念,，同時也表明，只要對半導體材料和半導體器件架構進行適當?shù)脑O計,，摩爾定律在未來一段時間內(nèi)還將繼續(xù)有效。 5.英國科學家發(fā)現(xiàn)了氫的“第五相”——固態(tài)金屬原子氫 論文標題：Evidence for a new phase of dense hydrogen above 325 gigapascals 英國愛丁堡大學的科學家通過高壓實驗,，發(fā)現(xiàn)氫存在一種新的物質(zhì)狀態(tài)——被稱為氫的“第五相”的固態(tài)金屬原子氫,。研究團隊利用金剛石對頂砧技術，在325吉帕斯卡的壓強和27攝氏度的條件下,，獲得了氫的第五相存在的證據(jù),。雖然該發(fā)現(xiàn)與固態(tài)金屬氫有相似之處，但研究人員并沒有宣布他們發(fā)現(xiàn)了金屬氫,，僅宣稱發(fā)現(xiàn)了金屬氫的先驅(qū),。金屬氫是室溫超導體，也是高能清潔燃料,，并可能在可控核聚變和新式武器中發(fā)揮重大作用,。該工作被認為是氫研究領域的里程碑。 6.MIT化學家發(fā)明除皺,、保濕,、去眼袋的皮膚材料 論文標題：An elastic second skin 每個人都希望肌膚保持年輕的狀態(tài)，然而隨著年齡增長,，皺紋還是會在人臉浮現(xiàn),。麻省理工學院Robert Langer教授等發(fā)明了一種新型聚合物薄膜材料，這種材料宛如人的“第二層皮膚（second skin）”,，具有減緩皺紋的功效,。把這種材料涂抹在眼袋處,，可以有效緩解眼袋的程度，效力可維持24小時,。該材料還有很好的保濕性和彈性,，以及生物安全性。未來,，這種材料可能用于皮膚病的治療以及肌膚美容等方面,。 7.能吃塑料的細菌 論文標題：A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate) 塑料雖然給人們生活帶來了方便，但其難以降解的特點也帶來了嚴重的環(huán)境問題,。日本京都工藝纖維大學和慶應義塾大學的科學家發(fā)現(xiàn)一種微生物,，可以降解聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），這是一種常見的用于飲料包裝的塑料,。與通常需要高溫高壓的降解方法相比,，該微生物只需要在30oC下利用兩種酶就能將PET降解為對苯二甲酸和乙二醇單體。 8.石墨烯+橡皮泥=超級傳感器 論文標題：Sensitive electromechanical sensors using viscoelastic graphene-polymer nanocomposites 石墨烯因其卓越的理化性質(zhì)而成為當今最熱門的材料之一,。愛爾蘭都柏林圣三一學院的科學家利用石墨烯和具有粘彈性的聚硅樹脂（俗稱橡皮泥）制備出一種具有極高靈敏度的電力學傳感材料,，能夠檢測輕微的變形和沖擊，其靈敏程度甚至能探測到蜘蛛的運動,。該材料可用于制作檢測人體脈搏,、血壓的傳感器等。 9.英國科學家合成出迄今為止最為復雜,、最牢固的8交叉分子結 論文標題：Braiding a molecular knot with eight crossings 在幾何中,，扭結是指三維空間中不與自身相交的閉合曲線。自然界中已知存在超過60億種不同扭結,，但人類迄今僅成功利用小分子合成3個扭結,。英國曼徹斯特大學化學家David A. Leigh成功合成了第四種分子結——819扭結。819扭結有8個交叉,，包含192個原子,，寬約20納米，具有手性,。這是迄今最復雜,、最牢固的人工分子結。這一突破對于編織更復雜的分子結,、在分子水平上研究分子結等具有重要意義,。 10.仿生葉CO2的轉(zhuǎn)化效率比自然光合作用高10倍 論文標題：Water splitting-biosynthetic system with CO2 reduction efficiencies exceeding photosynthesis 作為自然界最重要的化學反應之一，光合作用一直吸引著研究人員的興趣,，人類也一直試圖模擬光合作用,。美國哈佛大學和新加坡南洋理工大學的研究人員聯(lián)合開發(fā)了一套人工光合系統(tǒng)，可將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料，轉(zhuǎn)換效率達9.7%,，是自然界植物光合作用（1%）效率的10倍,。 11.利用太陽能直接將CO2轉(zhuǎn)化為燃料 論文標題：Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid 溫室氣體CO2的轉(zhuǎn)化利用是世界各國普遍關注的問題。美國伊利諾斯大學芝加哥分校和阿貢國家實驗室的科學家聯(lián)合設計出一種新型太陽能電池,，能直接把大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成合成氣（氫氣和一氧化碳）,。該設計同時具有環(huán)保和經(jīng)濟兩方面價值，不僅可以減緩二氧化碳向大氣中排放,，而且可以生成重要的化工原料合成氣,。 12.首例可以催化C-Si鍵形成的蛋白質(zhì) 論文標題：Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life 硅和碳都是地球上含量豐富的元素，但是自然界中卻從未發(fā)現(xiàn)硅碳鍵的存在,。美國加州理工學院的研究人員通過改造細菌中的酶實現(xiàn)了這一自然演化中未曾出現(xiàn)的現(xiàn)象,。他們發(fā)現(xiàn)了一種來自耐高溫細菌Rhodothermus marinus的細胞色素c蛋白，通過對該蛋白的定向進化（得到三個突變）,，可以催化硅氫鍵的卡賓插入反應,，從而形成硅碳鍵。這一成果對連接生物合成與化學合成兩大合成領域,，具有重要意義,。 13.桑蠶吐出納米碳摻雜的更牢固蠶絲 論文標題：Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers 中國自古就是養(yǎng)蠶大國。古代中國與西方貿(mào)易交流的陸上通道被稱為“絲綢之路”,。清華大學的科學家將古老的養(yǎng)蠶技術與時興的碳納米管和石墨烯結合,，發(fā)現(xiàn)通過給蠶寶寶喂食含有碳納米管和石墨烯的桑葉，可以獲得更加牢固的蠶絲纖維,，延展性和抗拉強度顯著提高,，而且通過高溫加熱碳化還可顯著提高導電性。 據(jù)介紹,，報告的數(shù)據(jù)選取自2016年基于自然指數(shù)（Nature Index）遴選的68種優(yōu)質(zhì)期刊的論文,，以保證期刊的權威性,。在此基礎上,，利用Altmetrics指標（截止2017年3月17日）進一步篩選出2016年度每個學科中最受關注的十大熱點論文。Altmetrics是對傳統(tǒng)引文指標的補充計量指標,，與傳統(tǒng)的引文分析相比更具即時性,。通過利用主流媒體報道、F1000論文評選,、維基百科及公共政策文件的引用以及研究博客,、社交網(wǎng)絡討論等互聯(lián)網(wǎng)量化數(shù)據(jù)分析，提供有關期刊論文和其他學術成果在世界各地探討和應用情況的信息,，目前已被應用于《自然》《科學》《柳葉刀》等期刊網(wǎng)站和機構數(shù)據(jù)庫中,。 其他最受歡迎的成果請參考：2016全球最受公眾關注的科學成果發(fā)布 材料牛編輯整理。 |
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