日前，中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院戰(zhàn)略情報(bào)研究所研制的“2016全球最受公眾關(guān)注的科學(xué)成果”，通過計(jì)量統(tǒng)計(jì)遴選出天文學(xué)與天體物理、物理學(xué)、化學(xué)、地球科學(xué)、生命科學(xué)這五個(gè)學(xué)科中受到科技界熱切關(guān)注的科學(xué)成果。以下是13項(xiàng)材料科學(xué)類科學(xué)成果。

    1.美國物理學(xué)家用電場(chǎng)制造低脂巧克力

    論文標(biāo)題：Electrorheology leads to healthier and tastier chocolate

    DOI: 10.1073/pnas.1605416113

    期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

    Altmetrics指數(shù)：854

    巧克力是世界上最受歡迎的食物之一，但目前巧克力產(chǎn)品含有太多的脂肪，會(huì)導(dǎo)致肥胖。降低巧克力產(chǎn)品的脂肪含量使其更健康，這一問題在數(shù)十年前已被引起關(guān)注，但仍沒有發(fā)現(xiàn)實(shí)際的解決辦法。現(xiàn)在，美國天普大學(xué)的物理學(xué)家通過電流變學(xué)方法，能幫助糖果公司生產(chǎn)低脂巧克力。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，巧克力中的脂肪與軟物質(zhì)的基礎(chǔ)科學(xué)密切相關(guān)，沿著液態(tài)巧克力的流動(dòng)方向施加一個(gè)電場(chǎng)，可以將可可顆粒聚集成長球形，這種微結(jié)構(gòu)變化破壞了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，降低了液體巧克力的粘度，可以將脂肪含量減少10-20%。該方法制造出來的巧克力在味道上變化不大，有試吃者甚至認(rèn)為比原來的巧克力更美味。

    2.科學(xué)家在二維材料中發(fā)現(xiàn)量子自旋液體存在的證據(jù)

    論文標(biāo)題：Proximate Kitaev quantum spin liquid behaviour in a honeycomb magnet

    DOI: 10.1038/NMAT4604

    期刊：Nature Materials

    Altmetrics指數(shù)：709

    磁性材料是現(xiàn)代電子學(xué)和信息存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，因此，科學(xué)家們努力追求發(fā)現(xiàn)新的磁性行為和新的物態(tài)，量子自旋液體就是其中一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。科學(xué)家們認(rèn)為，量子自旋液體隱藏在某些磁性物質(zhì)內(nèi)，但一直未能在自然界中觀測(cè)到。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在二維材料α-氯化釕（α-RuCl3）內(nèi)發(fā)現(xiàn)了量子自旋液體存在的證據(jù)。他們用中子照射α-氯化釕晶體，獲得了特定的波紋狀圖案，這為二維材料中的量子自旋液體的存在提供了直接的證據(jù)。研究人員表示，該研究或有助于量子計(jì)算機(jī)的研制。

    3.物理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)顛覆涂料干燥的傳統(tǒng)觀念

    論文標(biāo)題：Dynamic Stratification in Drying Films of Colloidal Mixtures

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.118301

    期刊：Physical Review Letters

    Altmetrics指數(shù)：675

    英國和法國的物理學(xué)家確定了涂料干燥時(shí)的一種新的物理機(jī)制，可導(dǎo)致不同大小的顆粒分離。基于計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)，研究表明較小的顆粒會(huì)一起協(xié)力在一個(gè)方向上推動(dòng)較大的顆粒，從而導(dǎo)致干燥材料的分層。在傳統(tǒng)觀念中，較大的顆粒應(yīng)積聚在蒸發(fā)膜的空氣側(cè)，較小的顆粒在另一側(cè)。這項(xiàng)工作顛覆了涂料干燥的傳統(tǒng)觀念，在其研究的混合物中，較小的顆粒聚集在空氣表面附近，而不是在另一側(cè)。了解這種效應(yīng)，會(huì)促進(jìn)一系列有用的材料的發(fā)現(xiàn)，可用于防曬霜、電子工業(yè)用的分層薄膜、油墨印刷以及更好的涂料。

    4.美國制造出目前世界上最小晶體管

    論文標(biāo)題：MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths

    DOI: 10.1126/science.aah4698

    期刊：Science

    Altmetrics指數(shù)：592

    美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)制造出利用碳納米管和二硫化鉬，制造出目前世界上最小的晶體管，其柵極長度僅有1納米。該研究團(tuán)隊(duì)以單壁納米管作為柵極，二硫化鉬為溝道，制造出柵極長度為1納米的晶體管。盡管離把這種晶體管集成到芯片上還有很長一段距離要走，但這一研究成果打破了半導(dǎo)體業(yè)界認(rèn)為柵極小于5納米的晶體管無法正常工作的觀念，同時(shí)也表明，只要對(duì)半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體器件架構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，摩爾定律在未來一段時(shí)間內(nèi)還將繼續(xù)有效。

    5.英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了氫的“第五相”——固態(tài)金屬原子氫

    論文標(biāo)題：Evidence for a new phase of dense hydrogen above 325 gigapascals

    DOI: 10.1038/nature16164

    期刊：Nature

    Altmetrics指數(shù)：576

    英國愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家通過高壓實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氫存在一種新的物質(zhì)狀態(tài)——被稱為氫的“第五相”的固態(tài)金屬原子氫。研究團(tuán)隊(duì)利用金剛石對(duì)頂砧技術(shù)，在325吉帕斯卡的壓強(qiáng)和27攝氏度的條件下，獲得了氫的第五相存在的證據(jù)。雖然該發(fā)現(xiàn)與固態(tài)金屬氫有相似之處，但研究人員并沒有宣布他們發(fā)現(xiàn)了金屬氫，僅宣稱發(fā)現(xiàn)了金屬氫的先驅(qū)。金屬氫是室溫超導(dǎo)體，也是高能清潔燃料，并可能在可控核聚變和新式武器中發(fā)揮重大作用。該工作被認(rèn)為是氫研究領(lǐng)域的里程碑。

    6.MIT化學(xué)家發(fā)明除皺、保濕、去眼袋的皮膚材料

    論文標(biāo)題：An elastic second skin

    Doi：10.1038/NMAT4635

    期刊：Nature Materials

    Altmetrics指數(shù)：2272

    每個(gè)人都希望肌膚保持年輕的狀態(tài)，然而隨著年齡增長，皺紋還是會(huì)在人臉浮現(xiàn)。麻省理工學(xué)院Robert Langer教授等發(fā)明了一種新型聚合物薄膜材料，這種材料宛如人的“第二層皮膚（second skin）”，具有減緩皺紋的功效。把這種材料涂抹在眼袋處，可以有效緩解眼袋的程度，效力可維持24小時(shí)。該材料還有很好的保濕性和彈性，以及生物安全性。未來，這種材料可能用于皮膚病的治療以及肌膚美容等方面。

    7.能吃塑料的細(xì)菌

    論文標(biāo)題：A bacterium that degrades and assimilates poly（ethylene terephthalate）

    DOI: 10.1126/science.aad6359

    期刊：Science

    Altmetrics指數(shù)：1949

    塑料雖然給人們生活帶來了方便，但其難以降解的特點(diǎn)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。日本京都工藝?yán)w維大學(xué)和慶應(yīng)義塾大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種微生物，可以降解聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），這是一種常見的用于飲料包裝的塑料。與通常需要高溫高壓的降解方法相比，該微生物只需要在30oC下利用兩種酶就能將PET降解為對(duì)苯二甲酸和乙二醇單體。

    8.石墨烯+橡皮泥=超級(jí)傳感器

    論文標(biāo)題：Sensitive electromechanical sensors using viscoelastic graphene-polymer nanocomposites

    DOI: 10.1126/science.aag2879

    期刊：Science

    Altmetrics指數(shù)：1187

    石墨烯因其卓越的理化性質(zhì)而成為當(dāng)今最熱門的材料之一。愛爾蘭都柏林圣三一學(xué)院的科學(xué)家利用石墨烯和具有粘彈性的聚硅樹脂（俗稱橡皮泥）制備出一種具有極高靈敏度的電力學(xué)傳感材料，能夠檢測(cè)輕微的變形和沖擊，其靈敏程度甚至能探測(cè)到蜘蛛的運(yùn)動(dòng)。該材料可用于制作檢測(cè)人體脈搏、血壓的傳感器等。

    9.英國科學(xué)家合成出迄今為止最為復(fù)雜、最牢固的8交叉分子結(jié)

    論文標(biāo)題：Braiding a molecular knot with eight crossings

    DOI: 10.1126/science.aal1619

    期刊：Science

    Altmetrics指數(shù)：880

    在幾何中，扭結(jié)是指三維空間中不與自身相交的閉合曲線。自然界中已知存在超過60億種不同扭結(jié)，但人類迄今僅成功利用小分子合成3個(gè)扭結(jié)。英國曼徹斯特大學(xué)化學(xué)家David A. Leigh成功合成了第四種分子結(jié)——819扭結(jié)。819扭結(jié)有8個(gè)交叉，包含192個(gè)原子，寬約20納米，具有手性。這是迄今最復(fù)雜、最牢固的人工分子結(jié)。這一突破對(duì)于編織更復(fù)雜的分子結(jié)、在分子水平上研究分子結(jié)等具有重要意義。

    10.仿生葉CO₂的轉(zhuǎn)化效率比自然光合作用高10倍

    論文標(biāo)題：Water splitting-biosynthetic system with CO2 reduction efficiencies exceeding photosynthesis

    DOI: 10.1126/science.aaf5039

    期刊：Science

    Altmetrics指數(shù)：774

    作為自然界最重要的化學(xué)反應(yīng)之一，光合作用一直吸引著研究人員的興趣，人類也一直試圖模擬光合作用。美國哈佛大學(xué)和新加坡南洋理工大學(xué)的研究人員聯(lián)合開發(fā)了一套人工光合系統(tǒng)，可將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料，轉(zhuǎn)換效率達(dá)9.7%，是自然界植物光合作用（1%）效率的10倍。

    11.利用太陽能直接將CO₂轉(zhuǎn)化為燃料

    論文標(biāo)題：Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid

    DOI: 10.1126/science.aaf4767

    期刊：Science

    Altmetrics指數(shù)：739

    溫室氣體CO2的轉(zhuǎn)化利用是世界各國普遍關(guān)注的問題。美國伊利諾斯大學(xué)芝加哥分校和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家聯(lián)合設(shè)計(jì)出一種新型太陽能電池，能直接把大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化成合成氣（氫氣和一氧化碳）。該設(shè)計(jì)同時(shí)具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面價(jià)值，不僅可以減緩二氧化碳向大氣中排放，而且可以生成重要的化工原料合成氣。

    12.首例可以催化C-Si鍵形成的蛋白質(zhì)

    論文標(biāo)題：Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life

    DOI: 10.1126/science.aah6219

    期刊：Science

    Altmetrics指數(shù)：709

    硅和碳都是地球上含量豐富的元素，但是自然界中卻從未發(fā)現(xiàn)硅碳鍵的存在。美國加州理工學(xué)院的研究人員通過改造細(xì)菌中的酶實(shí)現(xiàn)了這一自然演化中未曾出現(xiàn)的現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)了一種來自耐高溫細(xì)菌Rhodothermus marinus的細(xì)胞色素c蛋白，通過對(duì)該蛋白的定向進(jìn)化（得到三個(gè)突變），可以催化硅氫鍵的卡賓插入反應(yīng)，從而形成硅碳鍵。這一成果對(duì)連接生物合成與化學(xué)合成兩大合成領(lǐng)域，具有重要意義。

    13.桑蠶吐出納米碳摻雜的更牢固蠶絲

    論文標(biāo)題：Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers

    DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03597

    期刊：Nano Letters

    Altmetrics指數(shù)：709

    中國自古就是養(yǎng)蠶大國。古代中國與西方貿(mào)易交流的陸上通道被稱為“絲綢之路”。清華大學(xué)的科學(xué)家將古老的養(yǎng)蠶技術(shù)與時(shí)興的碳納米管和石墨烯結(jié)合，發(fā)現(xiàn)通過給蠶寶寶喂食含有碳納米管和石墨烯的桑葉，可以獲得更加牢固的蠶絲纖維，延展性和抗拉強(qiáng)度顯著提高，而且通過高溫加熱碳化還可顯著提高導(dǎo)電性。

    據(jù)介紹，報(bào)告的數(shù)據(jù)選取自2016年基于自然指數(shù)（Nature Index）遴選的68種優(yōu)質(zhì)期刊的論文，以保證期刊的權(quán)威性。在此基礎(chǔ)上，利用Altmetrics指標(biāo)（截止2017年3月17日）進(jìn)一步篩選出2016年度每個(gè)學(xué)科中最受關(guān)注的十大熱點(diǎn)論文。Altmetrics是對(duì)傳統(tǒng)引文指標(biāo)的補(bǔ)充計(jì)量指標(biāo)，與傳統(tǒng)的引文分析相比更具即時(shí)性。通過利用主流媒體報(bào)道、F1000論文評(píng)選、維基百科及公共政策文件的引用以及研究博客、社交網(wǎng)絡(luò)討論等互聯(lián)網(wǎng)量化數(shù)據(jù)分析，提供有關(guān)期刊論文和其他學(xué)術(shù)成果在世界各地探討和應(yīng)用情況的信息，目前已被應(yīng)用于《自然》《科學(xué)》《柳葉刀》等期刊網(wǎng)站和機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中。

    其他最受歡迎的成果請(qǐng)參考：2016全球最受公眾關(guān)注的科學(xué)成果發(fā)布

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