师昌绪 徐坚：材料科学成为人类进步的强大“引擎”
自1991年碳纳米管(CNT)被日本学者Iijima发现以来，由于碳纳米管具有许多异常的力学、电学和化学性能，始终是材料研究的热点，2009年碳纳米管物理性质研究，如载流能力得到翻倍，同时在医学、能源等领域应用研究不断拓展，制备和产业化研究也取得了新进展。美国麻省理工学院研究表明，可以在无金属催化剂下制备碳纳米管，碳纳米管在细胞中含有DNA破坏物质时，该物质会与包裹CNT的DNA发生反应，通过荧光状态就可判断出何种DNA破坏物质。意大利里雅斯特大学和瑞士洛桑理工学院联合研究表明，CNT是一种理想的智能大脑材料，可用做中枢神经系统外伤性损伤治疗的新型材料，碳纳米电极还可以取代金属用于帕金森氏症等的大脑深度刺激治疗。美国戴顿大学研究发现，氮掺杂的碳纳米管将有可能替代燃料电池中价格昂贵的铂催化剂，从而有可能解决铂资源不足及降低燃料电池成本。美国、以色列联合研究小组开发出碳纳米管产业化加工的新方法。利用氯磺酸作为纳米管的真正溶剂，能够大批量加工纳米管。
2009年由于全球气候变化和能源紧缺，新能源材料在实现能源转化、储存和利用以及发展新能源技术起到了关键作用，其研究风生水起，以硅半导体材料为代表的太阳电池材料、以储氢合金为代表的镍氢电池材料、以电极材料为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、相变储能材料、受控热核反应堆材料以及其他储能电池材料等，尤以发电电池和储能电池材料的研究最为突出。美国能源部布鲁克海文国家实验室、德拉华大学和叶史瓦大学联合研究小组将铂和铑原子通过碳固载在SnO2纳米颗粒上，研制出燃料电池的新催化剂，可将乙醇高效地氧化成CO2等主要产物。加拿大滑铁卢大学开发出锂硫电池，电化学性能表现优异，容量高达理论容量80%，是锂过渡金属氧化物阴极能量密度的3倍，且循环稳定性较好。德国弗朗霍夫电子纳米系统研究所通过丝网印刷技术研制出重量<1 g、厚度<1 mm新型电池。
在超材料研究领域，由于超材料的出现颠覆了一些基本的自然规律，这一新的观念尚未被学术界，特别是材料学界完全接受，但作为一种材料设计理念，已开始为越来越多的学者所关注。美国杜克大学和东南大学开发出大小20英寸×4英寸、高度<1英寸、由一万多片用铜浸蚀玻璃纤维材料而制成的新装置，几乎能够遮蔽全部波谱范围内的波。美国伊利诺伊大学开发了世界上首个声学超材料：“超级透镜”，大幅度提高声学成像的清晰度和精确度，对高分辨率超声波成像、建筑和桥梁的无损结构探伤以及水下隐蔽技术具有重要的应用前景。加利福尼亚大学圣迭戈分校研制出 “记忆超材料”，其电磁性能可根据所施加电压或光进行暂时调整。
半导体材料与光电子材料、光子材料、新型元器件材料等构成了信息技术和产业的基础。美国Polyera公司的研究人员开发了新型的基于萘二甲酰亚胺(naphthalene- dicarboximide)和苝二甲酰亚胺(perylenedicarboximide)的聚合物，可以轻易地接受低能电子，形成排列非常整齐的骨干结构，使得电荷可以高效通过，该低成本、稳定的有机半导体聚合物弥补了目前n型有机半导体材料的空白。美国罗彻斯特大学制备出一种能持续发光的纳米晶体，有望用于研制更加廉价更多用途的激光、更加明亮的LED，同时能够作为高精度跟踪药物与细胞的交互作用的生物标记物。
多孔材料所具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可调等特性，使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力。美国密歇根大学通过配位聚合技术，制备得到一种新的多孔材料UMCM-2，其比表面积超过5000 m2/g。新加坡生物工程与纳米科技研究院以N，N-二甲基-L-苯基丙氨酸作为表面活性剂模板，通过自组装过程合成出世界上第一种由三个交织但不互联的通道组成的三维连续介孔SiO2材料，孔径为2～50nm。
生物医用材料是用于诊断、治疗、修复或替换病损组织、器官或增进功能的天然或人造高技术新材料，生物医用材料迅猛发展的主要动力来自人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展，尽管全球医学材料应用已达90多个品种、1800余种商品，但生物医用仿生材料和人工器官设计与制造仍存在很多关键技术亟待突破，其材料与生物相容性研究将是一个永恒的主题。英国曼彻斯特大学将可生物降解纳米纤维进行旋涂电纺，通过外科手术移植到受伤的部位，加速肌腱生长和修复，可大大缩短愈合时间。日本早稻田大学、防卫医科大学从螃蟹壳和海带中提取的壳聚糖、海藻酸钠合成出一种手术用的纳米薄膜，制成厚度在30～1500nm的医用“胶布”，可以用于修补身体内部的伤口之后在体内降解，克服了现有医用黏合剂黏接部位容易出现并发症的弊端，并有助于缩短手术时间。
中国的材料科技进展
汤姆森路透集团2009年11月2日公布了一份关于中国科技论文位居世界第二的报告中指出，中国研究人员撰写的科技论文增加了一倍以上，在数量上仅次于美国。报告说：“中国科技论文的相对增长幅度非常惊人，远远超过世界其他地方。”中国科研人员研究工作集中在自然科学和技术领域，特别是材料科学、化学和物理学方面。该报告指出，中国的研究活动大多集中在材料及技术领域，可以看出中国摆好了在多个行业发挥主导作用的架势。报告还指出：“中国牢牢控制创新材料领域，这可能会产生深远的影响。利用这些技术的工业领域大多直接或间接地依赖来自于中国的研究成果。”
我们还应该清醒地认识到，虽然我国论文数量增长很快，但引用率不高;这些论文中也包括在国外留学和工作的中国籍公民;特别应该指出的是我国还很少有世界影响的科学期刊，这些问题不解决，难以成为科学技术强国。
到2009年6月，中国科学家已经在《自然》上发表了81篇论文，《科学》上发表了59篇论文，《新英格兰医学杂志》上发表论文5篇。2009年在《自然》和《科学》上共计发表了5篇涉及材料科学技术的论文。
中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室早年发现铜的纳米孪晶有奇异特性，2009年卢磊研究小组与卢柯、丹麦Ris?覬可再生能源国家实验室黄晓旭又合作研究了具有不同孪晶层厚度的纳米孪晶纯铜的极值强度，发现强度随孪晶层厚度下降而提高，在15nm时达到极值，随后伴随应变硬化和拉伸塑性的增加而逐步软化，研究表明，纳米孪晶纯铜极值强度的出现，是由于随孪晶片层尺寸减小塑性变形机制从以位错孪晶界相互作用主导转变为由孪晶片层结构中预存位错运动主导所致，相关研究结果发表在2009年1月30日《科学》上。
