1月9日，人民日報(bào)發(fā)表題為《敢于嘗鮮 瞄準(zhǔn)領(lǐng)先——二〇一六年創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展述評》的文章。在這篇文章中，梳理了2016年科技創(chuàng)新的大事件。

    文章提出“基礎(chǔ)研究厚積薄發(fā)，原始創(chuàng)新連奏凱歌”，列舉了量子領(lǐng)域、新材料領(lǐng)域、生命科學(xué)領(lǐng)域、航天領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。

    在新材料領(lǐng)域，中科院電工研究所馬衍偉團(tuán)隊(duì)在石墨烯量化制備及高性能石墨烯基超級電容器方面取得進(jìn)展，使快速、綠色、低成本制備石墨烯成為可能；中科院理化所劉靜團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了液態(tài)金屬“能跑”“會(huì)跳”“載物前行”等特性，為未來發(fā)展柔性智能機(jī)器人提供了材料基礎(chǔ)。

    石墨烯

    超級電容器具有很高的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性，但它相對低的能量密度始終是制約其發(fā)展的因素。一般來講，一個(gè)高性能的超級電容器的電極材料需要高電導(dǎo)率、大的比表面積以及高的電化學(xué)穩(wěn)定性。碳材料是目前典型的電極材料，但低能量密度限制了超級電容器的商業(yè)化以及應(yīng)用。

    石墨烯有希望成為未來超級電容器的電極材料，其具有優(yōu)異的電導(dǎo)率、表面體積比以及化學(xué)穩(wěn)定性。迄今為止制備石墨烯的最主要方法是兩步化學(xué)氧化/還原法。然而這種方法會(huì)用到高腐蝕性的試劑，不僅有可能引起爆炸和污染，還會(huì)引入大量的結(jié)構(gòu)缺陷從而降低石墨烯的電導(dǎo)率。另外，石墨烯之間的堆疊也會(huì)降低其表面積，使容量降低。另一種制備石墨烯的方法是液相剝離法，這種方法雖然可以制備無缺陷的石墨烯，但是成本過高，難以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。因此，找到一種簡單直接并且綠色環(huán)保的制備高品質(zhì)石墨烯的方法極為重要。

    中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所李江濤研究員（通訊作者）和中國科學(xué)院電工研究所馬衍偉研究員（通訊作者）在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Scalable Self-Propagating High-Temperature Synthesis of Graphene for Supercapacitors with Superior Power Density and Cyclic Stability”的文章。他們采用自蔓延高溫合成法（SHS）將CO2轉(zhuǎn)化成高品質(zhì)的石墨烯并將其用于超級電容器。

    用SHS方法制備的石墨烯（SHSG）具有高分布且均勻的介孔結(jié)構(gòu)以及相當(dāng)?shù)偷暮趿亢秃芨叩碾妼?dǎo)率。在離子電解質(zhì)中，SHSG的比容量可以達(dá)到244 F g-1（2A g-1充放電條件下）和113 F g-1（500 A g-1充放電條件下），其最高功率密度達(dá)到135.6 Wh kg-1并且在達(dá)到1000 kW kg-1的極高負(fù)載功率下仍然有60 Wh kg-1的功率密度。另外，在100 A g-1的快速充放電條件下循環(huán)100萬次，其容量仍然保留90%以上，證明了其具有極高的電化學(xué)穩(wěn)定性。

    液態(tài)金屬

    2015年4月，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員劉靜課題組，在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Self-Fueled Biomimetic Liquid Metal Mollusk”的論文。該進(jìn)展迅疾被New Scientist、Nature研究亮點(diǎn)、Science新聞等數(shù)十個(gè)知名科學(xué)雜志或?qū)I(yè)網(wǎng)站專題報(bào)道。國內(nèi)外媒體報(bào)道之為“終結(jié)者要來了”。

    該研究發(fā)現(xiàn)，置于電解液中的鎵基液態(tài)合金可通過“攝入”鋁作為食物或燃料提供能量，實(shí)現(xiàn)高速、高效的長時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，一小片鋁即可驅(qū)動(dòng)直徑約5毫米的液態(tài)金屬球?qū)崿F(xiàn)長達(dá)1個(gè)多小時(shí)的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，速度達(dá)5cm/s。這種柔性機(jī)器既可在自由空間運(yùn)動(dòng)，又能于各種結(jié)構(gòu)槽道中蜿蜒前行；它還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調(diào)整。

    作者認(rèn)為從而為研制實(shí)用化智能馬達(dá)、血管機(jī)器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復(fù)雜的液態(tài)金屬機(jī)器人奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

    在2014年6月，劉靜團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)電場控制下液態(tài)金屬與水的復(fù)合體可在各種形態(tài)及運(yùn)動(dòng)模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的基本現(xiàn)象。科研人員通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，揭示出室溫液態(tài)金屬具有可在不同形態(tài)和運(yùn)動(dòng)模式之間轉(zhuǎn)換的普適變形能力。比如，浸沒于水中的液態(tài)金屬對象可在低電壓作用下呈現(xiàn)出大尺度變形、自旋、定向運(yùn)動(dòng)，乃至發(fā)生液球之間的自動(dòng)融合、斷裂—再合并等行為，且不受液態(tài)金屬對象大小的限制；較為獨(dú)特的是，一塊很大的金屬液膜可在數(shù)秒內(nèi)即收縮為單顆金屬液球，變形過程十分快速，而表面積改變幅度可高達(dá)上千倍。

    2016年8月，劉靜課題組又在Advanced Science上發(fā)表題為“Liquid Metal Machine Triggered Violin-like Wire Oscillator”（10.1002/advs.201600212，2016；封面文章）。該文章報(bào)道了一種異常獨(dú)特的液態(tài)金屬固液組合機(jī)器的自激振蕩效應(yīng)：將處理過的銅絲觸及含鋁的液態(tài)金屬時(shí)，銅絲會(huì)被液態(tài)金屬迅速吞入，并隨后在液態(tài)金屬機(jī)體上做長時(shí)間往復(fù)穿梭運(yùn)動(dòng)，如同演奏音樂中的小提琴琴弦一般。此外，用不銹鋼絲觸碰液態(tài)金屬，還可對銅絲的振蕩行為加以調(diào)頻調(diào)幅操控。造成上述現(xiàn)象的機(jī)制主要在于，鋁與堿溶液反應(yīng)引發(fā)液態(tài)金屬與銅絲兩端出現(xiàn)浸潤力差異所致，這里，銅絲、液態(tài)金屬、電解液及氫氣之間多相界面的動(dòng)態(tài)耦合產(chǎn)生了節(jié)律性牽引力。