本文系统梳理了年在全球范围内取得的项科技进展，小编摘选了、材料、化学、生态能源三大领域进展进行分享。
01
材料与化学
1.史上最冷反物质问世
加拿大科学家团队在日内瓦进行了一项名为ALPHA-2的反氢捕获实验，演示了反氢原子的激光冷却，将样品冷却到了接近绝对零度。该研究产生了比以往任何时候都更冷的反物质，并使一种全新的实验成为可能，有助于科学家在未来更多地了解反物质。此项研究入选两院院士评选的年世界十大科技进展新闻。
2.首次发现地球内部的超离子态矿物相
中国科学家团队使用理论计算和实验相结合的方法首次发现了地球深部的超离子态——含水矿物羟基氧化铁(FeO2H)会在压力大约75万大气压，温度高于摄氏度的条件时进入超离子态。这个温度和压力范围覆盖了下地幔深部的大部分区域。
图｜深下地幔高导电的超离子态
3.粒子冷却新技术
欧洲核子研究中心团队通过两项独立的研究得到了冷却粒子和反粒子的新方法。这些技术为精确检验宇宙物质-反物质不对称性的研究打下了基础。反氢激光物理装置的研究人员首次证明，可以用激光冷却反氢原子。为此，他们开发了一种能够产生.6纳米脉冲的新型激光，以冷却反原子。随后，他们又以前所未有的精确度测量了反氢原子中的一项关键电子跃迁。这一突破为日后进一步检验反物质的其他关键特性奠定了基础。该项成果入选《物理世界》十大突破之一。
4.中国科学家观测到最高能量光子
中国科学家依托“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”，在银河系内发现12个超高能宇宙线加速器，并记录到能量达1.4拍电子伏（PeV，拍=千万亿）的伽马光子，这是人类迄今观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，揭示了银河系内普遍存在能够把粒子加速到超过1PeV的宇宙线加速器，开启了“超高能伽马天文”观测时代。该项成果入选年中国十大科技进展新闻。
图｜.7，LHAASO全阵列建成并投入运行
5.中国强流高功率质子加速器研制再创世界纪录
中国独立自主研制的ADS超导直线加速器样机在国际上首次实现束流强度10毫安连续波质子束千瓦运行指标，并于2月12日凌晨实现10毫安束流稳定运行，刷新了此前创造的世界纪录。这次重大突破首次验证了全超导直线加速器可以稳定加速5-10毫安连续波质子束这一国际加速器领域长期追求的目标，为国际上同类强流高功率加速器装置建设及其一系列重大应用提供了成功先例。
02
新型材料
6.新纳米材料吸水速度提升6倍
新加坡研究人员制作出了一种全新纳米吸水材料Co-SHM，这种薄膜状的材料能够使皮肤上的汗水快速蒸发，其吸水量是传统材料的15倍，吸水速度则是传统材料的6倍。并利用水驱动发电技术，将人体汗液中的水分收集起来，为手表、健身追踪器等可穿戴电子设备供电。
图｜WEHD的原理图工作机制（来源：该论文）
7.高质量冰单晶微纳光纤实现10.9%的弹性应变
中美研究人员联合发现当冰生长成单晶微纳光纤时，就可以灵活弯曲，并且具有和玻璃光纤类似的性能，且能以较低的损耗传输光。
图｜冰单晶微纳光纤弹性弯曲光学显微镜照片
8.实现金刚石阵列深度弹性应变
中美科学家经研究发现钻石这种“最硬的”材料不仅可以弯曲，甚至还可发生弹性变形。他们通过相对较大的样本展示了金刚石微桥阵列如何实现同步的深弹性应变。而超大的、高度可控的弹性应变，则能从根本上改变金刚石的能带结构，最终计算出带隙在某特定取向上最多可减小约2eV（电子伏特），上述发现将对金刚石的电子应用产生重大影响，或开启微电子、量子应用新时代。
图｜金刚石阵列样品在原位拉伸下发生均匀弹性应变
（来源：香港城市大学）
9.全世界最硬的玻璃
中国研究团队研制出了一种全新的玻璃材料——不仅硬度超过了金刚石，并且具备金刚石不具备的韧性，以及半导体特性。研究团队使用的原材料是富勒烯（C60）。富勒烯的碳原子都是sp2杂化，结构规整，具有高度的对称性。因此，在℃下，5GPa的压力就足以破坏富勒烯高度对称的结构。
图｜富勒烯C60
10.中国科学家攻克塑料降解难题
中国科学家研发一项新技术——无需特殊条件，一天到几周内就能完全降解塑料。研究人员将酶介入到塑料诞生的初始阶段，让其作为生产塑料的原料。具体生产塑料时，只要保证酶的功能不变，当制备出来的塑料结束使用用途、并进行再回收时，只要遇水遇热，就能唤醒酶的降解能力。
图｜36小时后降解
11.增材制造新路线实现航天着陆器承载、隔热、减震三位一体
行星着陆器的“大底”部件的传统加工制造，一般要经过多种工艺步骤的不断尝试和耦合，目前仍面临着结构选择和材料选择有限、过程复杂、性能功能不足等局限。基于此，中国研究人员革新传统串联式的增材制造路线，并提出“材料–结构–性能一体化增材制造”（MSPI-AM）的概念，从而实现在复杂整体构件内部，同步实现多材料设计与布局、多层级结构创新与打印，最终可实现相关构件的高性能和多功能。
图｜材料–结构–性能一体化增材制造（MSPI-AM）的概念及内涵
12.世界“最白”油漆
在寻找遏制全球气候变暖的方法上，科学家从未停止他们的步伐。美国研究团队研发了一种可以辐射制冷的硫酸钡超白漆，这种油漆不仅能反射98.1%的太阳辐射，还成为“最白”的油漆。
13.无源制冷超材料织物
中国研究团队基于辐射制冷原理和形态分级设计理念，通过光学、织造技术的跨领域多学科协同创新，联合研发了一种无源随身“空调”——在阳光直射的室外环境下，可无源制冷的光学超材料织物（Metafabric）。该技术对多尺度光学层级结构进行优化，能有效调谐超材料织物在太阳光谱上精准的光学响应，并将黑体辐射达到极限，展现了相较于以往工作更优异的功能。具备零能耗、低成本、可产业化批量生产等特征，适合大规模推广制备和产业化应用。
图｜超材料织物示意图（来源：Science）
03
芯片
14.基于光的并行卷积神经网络有望彻底“变革”AI硬件
持续增加的数据量在为AI提供源源不断的“动力”的同时，也对用于AI的电子计算硬件提出了更多的挑战，无论是在计算速度，还是在功耗方面，都已经成为严重制约AI发展的主要瓶颈之一。多国科学家团队开发了一种新的方法和架构，通过使用基于光的处理器或光子处理器，将处理和数据存储结合到单个芯片上。研究结果首次证明，这些设备可以快速并行处理信息，而这种能力是现有电子芯片无法做到的。
图｜新型光子处理器的并行卷积处理示意图
（来源：牛津大学）
15.实现全硅基芯片间高速光通信
在提高硅的电致发光亮度与速度以及在商用微电子芯片内部直接实现全硅基光电融合上，美国研究团队取得突破性进展，为微电子芯片光互连、短距高速光通信以及高度集成的光学传感与探测提供了全新的可能性。他们设计了一种微米级大小正向偏置全硅基LED，在完全集成于55纳米制程商用CMOS微电子芯片（无任何实验室处理）的基础上实现了低电压、高速高亮的近红外发光，其发光强度和调制解调速度可同时达到此前类似器件实验室记录的十倍以上。
图｜硅基micro-LED集成在55BCDLCMOS上
16.中国首款7nm通用GPU
国内首款自主可控的7nm云端通用GPU在上海正式发布。该芯片为上海初创公司天数智芯研发的旗舰7nmGPGPU云端训练芯片BI，其加速卡也一并以实体形式发布，即将进入批量生产和商用交付。BI芯片能以竞品50%的芯片面积、更低的功耗，提供主流厂商产品近2倍的峰值性能。
04
能源新兴技术
17.全球首艘%氢燃料电池动力商用船舶
全球首艘%氢燃料电池动力商用船舶建成，并在美国西海岸为正式运营做准备。该船配备了由零排放工厂（GoldenGate零排放海运公司）提供的氢燃料电池组件，该氢燃料电池组件包括千瓦的燃料电池和一个重达千克的储氢罐。此外，该系统还集成了由XALT提供的千瓦时锂离子电池和BAE系统提供的2组千瓦电力推进系统。氢燃料电池动力系统具有与柴油相当的动力、操作灵活性、零碳排放和维护简便的优势。
图｜半固态高温熔盐金属空气电池结构
（来源：Zhangetal.,.）
18.全固态锂电池商业化进程加速
中国研究团队设计并合成了一种全新的氯化物固态电解质——氯化锆锂（Li2ZrCl6），该材料不但完美继承了氯化物固态电解质独特的优势，还成功突破了固态电解质成本高昂以及湿度耐受性差两大瓶颈，为全固态电池的商业化进程扫除障碍。该项成果入选年中国科学十大进展之一。
图｜不同氯化物固体电解质的原材料估价
（来源：NatureCommunications）
19.钙钛矿电池突破21.6%光电转化率
澳大利亚研究团队在太阳能转化为电能方面取得了21.6%的效率，这是针对1平方厘米以上面积钙钛矿太阳能电池的新世界纪录。这意味着，这种钙钛矿电池在阳光照射下，每平方米可以产生瓦的电能。为制备低串联电阻的钙钛矿太阳能电池，提供了切实的可行性方案。
图｜钙钛矿太阳能电池的性能记录
（来源：Science）
20.全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录
基于40多年努力，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步，是中国首次在国际上采用全金属主动水冷第一壁、高性能钨偏滤器、稳态高功率波加热等关键技术。
图｜“人造太阳”1.2亿摄氏度成功“燃烧”秒时，内部的红外影像
21.实现历史性核聚变突破
美国国家点火装置(NIF)产生了一种聚变反应，这种反应产生的能量比点燃它所需的激光能量更多。NIF使用来自世界上最高能量激光的脉冲来压缩胡椒粒大小的氢同位素氘和氚胶囊。这种方法每次发射产生千焦的聚变能量——远低于1.9兆焦的激光输入。但在8月8日记录显示，该能量飙升至1.35兆焦耳。研究人员认为这是燃烧等离子体的结果，这意味着聚变反应产生了足够的热量，可以像火焰一样通过压缩燃料传播。该研究入选《科学》十大科学突破之一和《物理世界》十大突破之一。
图｜为了产生美国国家点火装置（NIF）的聚变反应，束激光束会聚在一个微小的燃料芯块周围
22.全球最大核聚变装置ITER即将启动彩排实验JET
源于欧洲联合环状反应堆（JET）将在今年6月份进行氘氚核聚变实验。核聚变反应是一种产生能量的方式。太阳释放的能量就是核聚变反应，人们现在所使用的能源，大部分是太阳在历史时期和现在释放的能量。如果物理学家能够掌握核聚变反应的方法，在地球上制造几个“小太阳”，那么地球上的资源将取之不尽，用之不竭。
图｜庞大、精密、复杂的ITER一拖再拖，反复跳票
文章来源：三思派
作者：李万，上海科学院科技发展部部长、研究员；钱娅妮，上海社会科学院研究生。
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇