韩国和英国联合开发超低介电nova 3354非晶氮化硼
2020年7月，韩国蔚山科学技术研究所的Hyeon Suk Shin、三星技术研究所的Hyeon-Jin Shin和英国剑桥大学的Manish Chhowalla报道了一种厚度为3nm的非晶氮化硼薄膜，在100kHz和1MHz下分别表现出1.78和1.16的超低介电性能。薄膜表现出很强的机械和高压稳定性。研究成果以“超低介电常数非晶氮化硼”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。多功能电子设备中使用的现代高性能逻辑和存储设备倾向于使用更小的晶体管尺寸，并在更小的面积上堆叠更多的电路。但是，金属连接器尺寸的减小和堆积密度的增加会导致电阻和电容延迟的增加，从而影响电子设备的运行速度。在这项工作中，研究人员成功制备了厚度为3nm的非晶氮化硼薄膜，在100kHz和1MHz的工作频率下分别表现出1.78和1.16的超低介电性能，与空气和真空的介电值极其接近，并表现出优异的机械和高压稳定性。这项工作成功地证明了非晶氮化硼的低介电特性，并用于高性能电子设备。
氮化硼的原子结构
氮化硼的化学结构
告别传统耗时的陶瓷烧结工艺，10秒快速烧制陶瓷的技术来了！
马里兰大学材料科学与工程系的胡、莫逸飞、弗吉尼亚理工大学的郑晓宇和加州大学圣地亚哥分校的罗箭合作，将26000年的陶瓷制造工艺转变为创新的陶瓷材料制造方法。这种陶瓷材料在固态电池、燃料电池、3d打印技术等领域具有广阔的应用前景。在制造电池固体电解质的过程中，采用传统的烧结工艺需要很长的时间，需要几个小时的加热炉再烧几个小时才能完成陶瓷材料的“烘焙”。虽然已经开发了诸如微波辅助烧结、放电等离子烧结和快速烧结的替代工艺，但是它们由于特殊材料或昂贵的价格而受到限制。联合研究团队开发的超高速高温烧结新方法，加热速度快，冷却速度快，温度分布均匀，烧结温度高达3000摄氏度。综合起来，这些工艺所需的总处理时间不到10秒，比传统烧结炉法快1000多倍。
减少粉末床金属3D打印中“飞溅”造成的质量缺陷
2020年5月，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和其他科研机构的研究人员进行了一项研究，通过高保真模拟技术和同步加速器实验捕捉纳秒级的快速多瞬态动力学。在这个过程中，他们发现了从激光路径中喷出的新粒子或粉末团，它们将落回到零件上。并且发现这种机制依赖于扫描策略和激光屏蔽与驱逐之间的关系。最终得到稳定熔池动力学和最小化缺陷的稳定性标准。这种模拟技术可用于任何激光扫描策略，以找出扫描轨道所需的最佳功率。
储气能力新突破！一种超高孔隙率的新材料诞生了：1克可以覆盖1.3个足球场。
美国西北大学的一个研究小组设计并合成了具有超高孔隙率和表面积的新材料，用于储存燃料电池动力汽车中常用的氢气和甲烷气体。这种材料是一种金属有机框架(MOFs)，与传统的吸附材料相比，它可以在更安全的压力和更低的成本下储存更多的氢气和甲烷。这种MOF超级多孔材料表现出惊人的储气性能，开发一种可以在低压下将氢气和甲烷气体储存在车辆中的新型吸附材料，可以帮助科学家和工程师实现美国能源部的目标，即开发下一代清洁能源汽车。
加工温度降低几百度！一锅法将废塑料转化为高附加值产品
2020年10月，加州大学圣巴巴拉分校的苏珊娜斯科特(Susannah Scott)等人提出了一种创新方法，在低温下将废弃聚乙烯转化为价值更高的长链烷基芳烃。长链烷基芳烃是生产洗涤剂、润滑剂和制冷剂的重要组分，比聚乙烯塑料更有价值。目前，烷基化芳烃的生产主要是通过原油馏分的石脑油在500600C下重整生成一种叫做BTX(苯-甲苯-二甲苯)的混合物，然后在下一步中用强酸催化剂将其烷基化，从而进一步分离和废物处理。这项工作的创新思想产生了一种新的系列催化方法，不仅可以直接从废聚乙烯塑料中生产高价值的烷基芳烃分子，而且可以高效率、低成本、低能耗地进行。结果表明，该工艺可生产平均碳数约为30的长链烷基芳烃和环烷酸烷基酯，产率约为80%。虽然催化产率低于低分子量聚乙烯模型化合物，但聚合物的密度和支化度对新开发的氢解-芳构化系列工艺影响不大。这表明该工艺具有广泛的适用性和较高的市场价值。
聚乙烯直接转化为长链烷基芳烃的加氢-芳构化系列催化路线
整个PE转化为烷基芳烃和烷基环烷烃，通过脱氢环化提出了系列聚乙烯的氢解/芳构化机理。
气凝胶制备开发了一种新的工艺，这次可以用于微电子等先进领域。
2020年8月，Empa研究人员在科学杂志《自然》上发表的一篇文章展示了如何高精度地制造由二氧化硅气凝胶和二氧化硅复合材料制成的3D打印零件。普通工艺制备的气凝胶一旦要分容易碎成渣，这也是气凝胶一般只用于大规模应用(如环境技术、物理实验或工业催化)而难以用于小规模应用的原因。在这项研究中，3D打印的气凝胶结构可以薄至十分之一毫米，导热系数仅为聚苯乙烯的一半，略低于16mw/(mk)，明显低于固定空气层的26mw/(mk)。同时，这种打印的二氧化硅具有更好的机械性能，甚至可以在其上钻孔和研磨。可以说，新的制备工艺为二氧化硅气凝胶的后处理和应用开辟了新的可能性。
气凝胶制成的微型定制保护罩可以有效屏蔽电子元件的热量。
三星可能引发量子点显示技术的新革命。
2020年10月，三星先进技术研究院Eunjoo Jang团队继2019年后再次在《Nature》发表论文，报道了一种无镉蓝光ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子点的合成，量子产率100%。所获得的器件显示出高达20.2%的EQE，亮度为88，900 cd m-2，在100 cd m-2下T50=15，850 h，这是迄今为止蓝色QD-LED报道的最高值！本工作报道了一种量子产率约为100%的蓝色量子点的合成方法。发现氢氟酸和氯化锌添加剂可以通过消除ZnSe晶体结构中的堆垛层错来有效提高发光效率。此外，通过液体或固体配体交换的氯化物钝化导致缓慢的辐射复合、高的热稳定性和有效的电荷传输性能。此外，具有梯度氯化物含量的双量子点发射层的设计可以促进空穴传输，从而使器件在理论极限下表现出高效率、高亮度和长寿命。报道的高效稳定的蓝色QD发光二极管为发展基于量子点的电致发光全色显示器开辟了一条重要的途径。
ZnTe/ZnSe/ZnS (C/S/S)量子点蓝光量子点的表征
寿命延长20倍的稀土-铂合金催化剂问世。
2020年11月，韩国研究团队利用介孔沸石成功制备了稀土-铂合金纳米颗粒。该颗粒用作丙烯脱氢过程的催化剂。稀土La和Y的加入大大提高了铂在分子筛中的分散性。与广泛使用的多孔氧化铝负载铂锡双金属催化剂相比，催化活性提高10倍以上，使用寿命延长20倍以上。大量的前期研究认为，稀土氧化物结构稳定，不能通过加热氢化与铂形成合金。本研究以孔径小于0.55 nm、具有均匀连续空间结构的介孔沸石为载体制备催化剂。由于介孔沸石表面缺少硅原子，表面存在称为硅羟基的骨架缺陷。稀土氧化物可以以原子金属化合物的形式存在，在氢热处理时可以与铂形成特定结构的合金。
手机“烧屏”有救了吗？《Nature》:反其道而行之，大大改善有机发光二极管的生活！
2020年9月，Universal display corporation的研究人员Nicholas J. Thompson利用等离子体系统的衰变率增强效应，采用基于纳米粒子外耦合的方案从等离子体振荡模式中提取能量，制备了高效稳定的有机发光二极管装置。对比实验表明，改进后的装置工作稳定性提高了2倍，在相同光强下可提高4倍。这种提高有机发光二极管设备稳定性的通用方法适用于目前采用有机发光二极管技术的照明、电视和手机显示屏。这种一直被认为有害的方法为有机发光二极管的设计提供了新的思路，极大地促进了低成本照明、高亮度显示和蓝光有机发光器件的发展。
等离子体器件的结构和纳米立方体的形貌
第一个二维非晶碳的非晶碳膜已经研制成功，可以和石墨烯相媲美。
2020年1月，由新加坡国立大学团队开发、日本筑波科学城的Suzuaga石田和彦末永(Suenaga)开发的一项新研究，首次成功引入了非晶块体材料的实验生长、原子分辨率成像以及二维非晶碳的性质研究。塑料、玻璃、凝胶，也称为无定形的散状材料，是我们所有人的日常用品。但对于研究人员来说，这些材料长期以来一直是一个科学之谜——尤其是当涉及到原子构成时，这种材料缺乏大多数固体(如金属、钻石和盐)中存在的严格的晶体有序结构。研究团队可重复方法的成功开发为研究其他非晶二维材料的生长打开了大门。
原标题：全球10大新材料新技术年度盘点(附400份行业研究报告10大领域企业名单)
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