西媒:新材料重塑未来经济

西班牙《阿贝赛报》网站1月24日发表文章称新材料将构建未来经济,这种前景将该行业列为未来十年增长潜力最大的行业之一。全文摘编如下:

在技术革命中,应用于研发具有特定性能的新材料的创新取得了巨大的飞跃。实验室、技术研发中心、大公司的新技术部门和蓬勃发展的初创公司,正在努力寻找石墨烯以外的材料,这将有助于下一步的创新行动。它们代表了一项经济影响力尚不为人知的壮举的先锋。这种前景将该行业列为未来十年增长潜力最大的行业之一。

该研发集群的项目经理奥纳·邦比指出:“新材料的应用是许多领域的关键,其中包括医疗、环境、建筑和智慧城市等。”他特别提到了新材料的应用对出行和能源的影响,并强调该集群中65%的成员是中小企业。加泰罗尼亚地区的先进材料行业生态系统由589家公司组成,年收入达到25亿欧元,拥有员工约9800人。

“加泰罗尼亚先进材料研发集群”明确了挑战该行业的四大趋势:人口变化、资源受限、脱碳化和数字化。具有更高可回收性的工业化产品、新技术和制造工艺的引入以及采用更高效的能源解决方案,催生了寻找新材料的需求。

沿着这样的思路,西班牙Imdea材料研究所的工作得以开展。这是一个由马德里自治区推动的研究机构。马德里自治区也在积极推动新材料领域的公共-私人合作。

Imdea材料研究所的负责人何塞·曼努埃尔·托拉尔瓦说,他们目前拥有范围广泛的项目,涉及医疗、汽车、航空航天和能源等。在交通运输方面,他们正在开发硅纳米纤维来替代电池中的碳,以便使电池更环保、存储容量更大。该研究所还创建了研发分支机构Floatech。利用3D打印技术,他们正在研发具有形状记忆的材料。在医疗领域,他们正在研发可生物吸收的植入材料。该研究所表示,近年来新材料技术领域正在突飞猛进地发展。

在西班牙,有许多项目正在这方面寻找答案。最先进的领域之一是“超级材料”。塞维利亚大学电磁学教授曼努埃尔·何塞·弗莱雷说,他的团队正在用铜、银等传统材料打造一种“超级材料”。得益于构成新材料的元素的几何特性以及它们之间的相对位置,这种“超级材料”产生了现有材料无法实现的奇异特性。

这种新材料最先进的应用与电信部门(提高卫星天线的性能)、医学和光学等领域有关。在这些领域中,它被应用于制造高分辨率显微镜或机载光学监视系统。弗莱雷的团队研制的镜片可以提高医疗磁共振图像的质量。另一个引人注目的应用与军事领域的声学和电磁隐身性有关,但它还处于起步阶段。

未来,装甲车和护卫舰可能会被“超级材料”所覆盖。除这方面的应用外,还值得一提的是其在城市防震方面的应用,因为“超级材料”能使地震波发生偏转。弗莱雷说:“西班牙是‘超级材料’研发贡献比较突出的国家之一。我们将与由英国教授乔治·帕利卡拉斯创建的Kymeta公司合作,该公司生产基于‘超级材料’概念的微波通信天线。”

一个刚起步的未来主义壮举来自重新获得推动力的太空竞赛以及Hypate等创新项目。这个想法是用太空中发现的材料制造打击乐器。巴伦西亚理工大学的研究员安帕罗·博雷利说:“与美国国家航空航天局(NASA)合作的一个实验室为我们提供了我们所说的这种打击乐器,他们复制了月球或火星上的物质,并与陶瓷微粒混合在一起。有了这种乐器,我们就能得到此前没听过的声音。音乐家和科研人员正在合作推进这个项目,在现阶段,所有可能性都是存在的。”

博雷利表示,有了这些新材料,“餐具或工具也可以在其他星球上的定居点就地制造,还可以制造眼镜、桌子或扳手,以满足未来的日常基本和必要需求”。由于在太空任务中将每公斤材料送入轨道要花费100万欧元,这可不是一件小事。他们将尝试使用微波辐射来制造陶瓷材料,以达到需要的高温生产条件,这比使用传统窑炉更节能。只需很少的能量,就可以通过一种新式窑炉来达到高温,该窑炉可以加工这些新材料,并由太阳能电池板提供动力。

另一种未来材料是被认为将改变电子产品行业的氮化镓。西班牙航天企业SENER公司的空间与科学主管迭戈·罗德里格斯说:“我们在使用氮化镓研制用于电信卫星的新型射频放大器方面做出了巨大努力。这种半导体的特性是极为重要的,我们的目标是能够传输更大的数据量,因为互联网的发展对宽带服务的需求正在不断增长。”

建筑业也在寻求通过材料创新来支撑其未来发展。一个例子是西班牙Tecnalia公司的研究人员伊杜雷·卡尔茨科尔塔和埃杜尔内·埃尔基齐亚联手研发的一种自愈合水泥。卡尔茨科尔塔介绍说,这种材料可以修复自身内部产生的裂缝。为了实现这一点,他们将一种能够弥合裂缝的“胶水”引入水泥中。这种“胶水”由硬化剂和树脂组成,并被注入二氧化硅胶囊。也可以将其他一些物质加入这些微胶囊中,以便它们可以为材料提供必要的特性,例如能够积聚热量并减少建筑物中的热量消耗。这种“胶水”也可用于石膏板墙壁或道路工程。

与此同时,在欧洲的Smartincs项目中,西班牙科尔多瓦大学的研究员梅赛德斯·桑切斯与其他科学家正在从不同的角度研发可以防止随时间流逝而老化的新材料。他说,可以将细菌添加到混凝土中以获得生物混凝土,从而研制出填充裂缝的产品。“能自我修复的材料对于保护古迹或遭受极端条件损伤的基础设施(例如在海上作业的平台)方面特别有用,因为在这些地方进行修复工作是很困难的。”桑切斯说。

在这一研发方向上,还有一种被研究人员非正式地称为“终结者”的新型塑料。Cidetec组织开发了这个开创性的项目,使用的就是自愈合塑料。该组织说,它可以在24小时内完成自我修复,其主要优势是可以凭借这种能力延长使用寿命。

同样有趣的还有能够净化水和空气的新材料。据世界卫生组织称,全球每年大约有700万人死于与空气污染相关的疾病。这就是为什么今天人们对这类材料产生浓厚兴趣的原因。

格拉纳达大学无机化学教授豪尔赫·罗德里格斯表示,他的团队正在研究能够选择性捕获氮氧化物、二氧化碳和更多有毒气体(例如一些化学武器)的材料。为此,他们使用了由积木式构件(就像乐高积木一样)组成的多孔有机金属化合物网络,实现了一种多孔的脚手架结构。分子可以选择性地被放置在这些空腔内,并且可以进行不同的组合,按需求进行设计。此外,他们最近与巴伦西亚大学合作成立了一家多孔材料公司,旨在生产和销售这种新材料。

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