化工新型材料

阳光降解聚苯乙烯速度远快于科学家预期

据报道，美国伍兹霍尔海洋学研究所一项研究表明，聚苯乙烯暴露于阳光下，可能会在几十年到几百年内降解，而不是像以前科学家设想的能在环境中持续存在数千年。

聚苯乙烯是一种无色透明的热塑性塑料，广泛用于许多消费品和工业产品中，是世界上使用最广泛的塑料之一。聚苯乙烯的化学结构复杂，普通微生物无法降解，因此科学家估计其可在环境中持续存在数千年甚至更长时间。早在20世纪70年代，科学家就在海洋中检测到了聚苯乙烯，因其使用广泛，难于降解，这种聚合物如今已成为全球生态环境中的一个重要污染源。

为了验证聚苯乙烯是否真的可以存续数千年甚至永久存在，伍兹霍尔海洋学研究所研究人员进行了一个专项实验。他们将5个市售的聚苯乙烯样品放在水中，然后将它们暴露在比赤道阳光强烈3倍的模拟阳光下，结果发现，模拟阳光将所有5个样品部分氧化成了溶解的有机碳。研究人员计算后得出结论，在北纬0°—50°范围的自然环境中，也就是从赤道延伸到加拿大南部边界这一广阔区域内，完成此部分氧化过程只需要数十年；而要将聚苯乙烯完全氧化为二氧化碳，则需要几百年的时间。也就是说，阳光可将聚苯乙烯在几十至数百年间部分或完全降解，其速度远快于此前科学家的预期。

此外，研究人员还发现，添加剂会改变聚苯乙烯光化学氧化的相对敏感性，影响其降解的速度；而相对于日光暴露来说，温度对聚苯乙烯光化学氧化的影响有限，并非其氧化速率的主要驱动因素。

研究人员指出，许多国际机构都认为，聚苯乙烯在环境中可持续存在数千年，并以此为依据制定相关政策。他们的研究成果对这一政策依据提出了挑战，将有助于完善塑料环境寿命估算方法，增进对陆地和海洋中塑料数量的了解，提高与塑料污染相关的风险评估的准确性，进而帮助有关机构制定更科学的应对策略。（科技日报）

新型“人造皮肤”可用于智能设备

据报道，英国布里斯托尔大学10月20日发布一项研究成果表明，研究人员开发出一种仿人类皮肤的薄膜，基于这种薄膜的交互界面可用于智能手机、可穿戴设备或者电脑上，提供更好的操作体验。

该校研究人员与巴黎索邦大学等法国高校合作开展了这个研发项目。据介绍，这种硅胶薄膜模仿人类皮肤采用了多层结构，包括表面的纹理层、电极层以及一个类似人体皮肤皮下组织的内层。这种新型薄膜能够提供更加细致、自然的互动体验，感知使用者的多种手势动作，比如轻抚、挠、拧、掐等。

团队将这种薄膜配置在手机外壳、电脑触控板以及智能手表上，展示了“人造皮肤”如何让使用者更充分地与计算机虚拟人物进行互动，比如通过触觉传递情绪等信息。

参与这个项目的布里斯托尔大学学者安妮·鲁多说，这项研究探讨了人与机器之间的互動，有助于“让我们每天使用的设备表现得更像我们自身”。（新华网）

中美科学家研获新型柔性制冷方法 “扭热冰箱”

据报道，10月11日在线出版的《科学》杂志刊文，报道了南开大学与美国得克萨斯大学达拉斯分校的一支国际联合研究团队研获的一种柔性制冷新策略——“扭热制冷”。

研究发现，改变纤维内部的拈度可以实现降温。由于制冷效率更高、体积更小、环境友好且适用于天然橡胶、钓鱼线以及镍钛合金等多种普通材料，基于这种方法制成的“扭热冰箱”也变得前景可期。

这项发现来自于南开大学药物化学生物学国家重点实验室、药学院、功能高分子教育部重点实验室刘遵峰教授团队与美国得克萨斯大学达拉斯分校教授、南开大学杨石先讲座教授雷·鲍曼（Ray H. Baughman）团队的合作研究。

“初步实验证实，‘扭热制冷技术的卡诺效率可以达到67%。这意味着，通过使用橡胶、钓鱼线等普通材料进行制冷，有望获得更高卡诺效率，从而节省更多电能，降低制冷成本。”刘遵峰说。

研究人员利用橡胶、钓鱼线、纺织线以及强度更大、传热更快的镍钛形状记忆合金测试“扭热制冷”，发现可以实现更小体积、更大强度、更高效率的制冷效果。他们还制作了一个基于“扭热制冷”技术的冰箱模型，使用3根镍钛合金丝作为制冷材料，可以使流动的水获得7.7℃的降温。

“这些初步的发现距离‘扭热冰箱的商业化依然有很长的路要走，也存在很多机遇与挑战”，雷·鲍曼说，“这些挑战包括，开发新型的器件与材料以提高循环使用寿命，合理利用输入功以提高效率。潜在的机遇包括，除使用商业化的现有材料，进一步优化‘扭热制冷材料，获得最佳的性能”。

刘遵峰认为，该研究发现的这种新型制冷技术，为制冷领域扩充了一个新的板块，将为降低制冷领域能源损耗提供一种新的途径。（新华网）

青岛能源所开发出新型陶瓷膜材料及高效制氢技术

近年来，氢能得到了日益广泛的关注和重视。通过天然气重整可以制取氢气，但是所获得的氢气含有一氧化碳（CO），容易引起燃料电池电催化剂中毒。繁琐的CO脱除工艺成为该制氢技术的必要环节，显著增加了设备投资和运行成本。如何稳定高效且低成本地制取不含CO的洁净氢气成为氢能发展的一个重要研究方向。

据报道，青岛能源所江河清研究员与德国合作者早期利用陶瓷透氧膜反应器将水分解反应与烷烃氧化反应耦合在透氧膜的两侧，促进水分解制氢。近日，膜分离与催化研究组提出在致密陶瓷透氢膜反应器进行甲烷水蒸汽重整反应，可以原位分离氢气。不同于常见的聚合物膜和分子筛膜，致密陶瓷透氢膜对氢气的分离选择性达到100%，在膜的另一侧获得完全不含CO的氢气。该工作利用陶瓷透氢膜将天然气重整反应和氢气分离过程进行耦合，一步获得费托合成所需的合成气和不含CO的氢气，简化了制氢工艺，为洁净氢气的高效低成本制备提供了一种全新思路。（中科院青岛生物能源与过程研究所）

干勇建言化工新材料补短方向

据报道，10月24日，在第二十二届中国北京国际科技产业博览会在北京举行主题报告会暨中国科技创新论坛上，中国工程院院士、国家新材料产业发展专家咨询委员会主任干勇表示，要实现我国新材料领域的突破，必须完成抢占未来新材料发展制高点以及突破新材料发展瓶颈制约2大任务，他还特别强调了新一代信息技术产业需要重点补短板的化工新材料。

干勇介绍，工业和信息化部对全国30多家大型企业的130多种关键基础材料进行了调研。结果显示，仍有32%的关键材料在中国为空白，52%的材料依赖进口。此外，高端材料都被跨国集团所垄断，如东丽、帝人垄断了高性能碳纤维及其复合材料，杜邦、帝人控制了对位芳纶纤维90%的产能，信越、瓦克、住友、三菱等占据国际半导体硅材料80%的市场份额，科锐的碳化硅单晶占据的全球市场份额也超过70%。

“新材料研发的任务很重，有2个任务要马上着手。一是抢占未来新材料发展的制高點，特别是在支撑新一代信息技术、新能源、智能制造等关键领域的新材料技术上，努力赶超缩小差距，形成比较优势；二是在农业、能源、国防等关系到国际民生的领域，通过创新突破瓶颈制约，实现现有材料的升级，满足重大工程和高端装备的需求。”干勇强调。

具体看来，发展新一代信息技术产业急需的是第3代半导体材料和显示材料，其中显示材料到2030年的需求量将达到3.5亿m2；实现水资源高效利用急需的高性能分离膜材料，在2020年的年需求量是1亿m2；治理燃煤锅炉相关大气污染需要的高性能催化剂、磨蚀及除尘材料，2017年总需求量是400万t。而这些新材料目前的自主保障率均不足15%。

他还特别强调了新一代信息技术产业需要重点补短板的化工新材料，如新型显示材料光刻胶、极紫外光刻胶和电子束光刻胶，高光敏性有机光导材料，超大规模集成电路和化合物半导体用外延气，特种液晶高分子材料，特种光学共聚环烯烃蜡等。此外，还有交通和医疗卫生用聚烯烃材料、食品安全用钛系催化环保型聚醚、车辆用特种密封橡胶等新型高分子材料，高性能纤维与复合材料，稀土新材料等也亟待突破。

“实现这些新材料领域的突破，我建议要以云计算、大数据、互联网为基础，分领域构建制造业创新中心，重点开展行业基础和共性关键技术研发、成果产业化、人才培训等工作，搭建横向和纵向全过程创新链。”干勇表示，创新链条上相关领域的科研院所和科技型企业需要协同攻关，从生产、中间试验提炼共性技术和科学问题，再综合为成套技术，以达到生产高品质新材料的目的。目前，动力电池国家制造业创新中心、印刷及柔性显示创新中心等一批国家级制造业中心已经开始建设。（中国化工报）

材料科技助力“飞越”天安门的红旗迎风飘扬

10月1日上午，新中国成立70周年阅兵式上，9架直-8直升机分别悬挂党旗、国旗、军旗飞过天安门广场。巨幅党旗和国旗长9米、宽6m，军旗长7.5m、宽6m，在高空中经受着每小时160～180km飞行速度的考验。

一般来说，在如此高速下，巨幅旗帜尾部会产生剧烈抖动，冲击会使旗帜边缘局部受损，进而在集中载荷作用下整个旗帜会被撕裂。然而阅兵红旗却能平整展开，在蓝天映衬下绚丽多姿。记者从承担国庆阅兵红旗攻关任务的中国航天科技集团五院508所（以下简称“508所”）了解到了其中的奥秘。

一般来说，在如此高速下，巨幅旗帜尾部会产生剧烈抖动，冲击会使旗帜边缘局部受损，进而在集中载荷作用下整个旗帜会被撕裂。然而阅兵红旗却能平整展开，在蓝天映衬下绚丽多姿。记者从承担国庆阅兵红旗攻关任务的中国航天科技集团五院508所（以下简称508所）了解到了其中的奥秘。

在盛大庆典活动中进行国旗飞行展示，是国际惯例。要解决旗面破损问题，通常是将飞行时速降至100km以内，或缩小旗面尺寸。但在国庆阅兵中，这2种方法都不适用。悬挂红旗的直-8直升机是空中受阅方队的排头兵，如果飞行速度过低，会给其后的固定翼飞机飞行带来安全隐患。如果将旗面尺寸缩小，又会影响飞行展示效果。

研制团队采用了航天器降落伞同性质材料，该材料所用高强锦丝长丝的线密度极小，粗细仅有头发直径的1/3，但强度可达普通民用锦丝强度的2倍。最终选取的高强锦丝绸，比神舟飞船降落伞材料强度高17%，质量降低了15%。但对于挂飞红旗来说，这种轻薄柔软的锦丝绸材料自身刚度并不够。研制团队结合真实飞行试验数据，参照降落伞流固耦合仿真分析软件计算结果，对旗面尾部结构进行了改进优化设计。他们借鉴降落伞设计技术，在旗面尾部两侧增加了2块梯形“风兜”设计。风兜的存在可以大大提高旗面尾部的受力拒变能力，减轻风力对旗面尾部的压迫，既减小旗面变形，又保护旗面。

此时的阅兵红旗已经达到了飞行要求，但在高空飞行中透光度太强，展示效果还不完美。508所又邀请专业的材料研制单位开展研究，在布料上增加了一层特制涂料，不仅改善了外观，还让红旗具备了很好的防雨能力，即使阅兵时下雨，旗面上的雨水也会迅速滑落，红旗依旧能迎风飘扬。（科技日报）

广安市玄武岩纤维原料均质化控制技术工程实验室获批

据报道，近日，四川省发展和改革委员会（以下简称“四川省发改委”）批复广安市建设四川省玄武岩纤维原料均质化控制技术工程实验室，这标志着广安市玄武岩产业制品制造向高端升级迈进。

据了解，该工程实验室将由四川帕沃可公司建设，聚焦玄武岩纤维原料矿石优选、粉碎、成分控制、均质化控制等关键共性技术，突破玄武岩纤维矿物原料成分含量变化大、产品性能波动大、产量低成本高等瓶颈制约，带动玄武岩纤维材料产业创新发展。目前，正有序推进相关后续工作。此外，该工程实验室还将承担完成国家、省和行业下达的科技研发和工程化研究任务，为行业发展提供技术开发及成果工程化的试验、验证和服务，推进自主创新成果产业化，促进产业转型升级发展，为广安市申报创建国家产业创新中心奠定基础。

近年来，广安市依托境内的玄武岩资源和良好的产业基础，编制完成全国首个应用型玄武岩纤维产业发展规划，在华蓥市布局产业功能区，集原料制备、原丝加工、创新示范等功能于一体的玄武岩纤维新材料产业园，形成了以四川帕沃可公司为龙头的“1+4”产业架构体系，已成为四川省3大玄武岩纤维生产基地之一，走在全国前列。为推动玄武岩产业快速发展，广安市借势借力，不断争取国家有关部委、科研院所以及高等院校的支持，推进玄武岩纤维产业工程中心、产业创新中心建设。今年初，广安市发展和改革委员会组织编制了四川省玄武岩纤维原料均质化控制技术工程实验室申请报告，得到了四川省发改委的大力支持。（广安日报）