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        2022年十大國內科技新聞揭曉!
        來源:科技日報
        發布時間:2022-12-30
        瀏覽次數:2741

        版權歸原作者所有,如有侵權,請聯系我們

        12月25日,由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評選出的2022年國內十大科技新聞揭曉。

        入選的2022年國內十大科技新聞分別是:首次制成柵極長度最小的晶體管;二氧化碳“變”葡萄糖和脂肪酸;“中國天眼”發現首例持續活躍重復快速射電暴;第三艘航空母艦福建艦下水;穩態強磁場刷新世界紀錄;首次發現月球新礦物“嫦娥石”;“夸父一號”開啟太陽探測之旅;二十大報告專章部署教育科技人才;中國空間站歷史性完成“合體”;云南培育出多年生水稻品種。

        2022年,載入史冊的科技成就,令人目不暇接。從無垠的太空到泥濘的稻田,廣大科技工作者在一個個領域踏下深深足印,在自立自強的道路上勇毅前行。這一年,我們共同見證新時代中國科技事業的澎湃力量。芳華綻放,夢想生長,創新的力量托舉起一個強盛的時代,創新的火炬照亮建設世界科技強國的征途。

        01

        首次制成

        柵極長度最小晶體管

        人類又向摩爾定律的極限發起挑戰。這一次,中國人扮演了探索者的角色。清華大學集成電路學院團隊首次制備出亞1納米柵極長度的晶體管,該晶體管具有良好的電學性能。相關成果在線發表在3月15日的《自然》雜志上。

        圖片

        亞1納米柵長晶體管結構示意圖。圖片來源:清華大學官網過去幾十年,晶體管的柵極尺寸不斷微縮。隨著尺寸進入納米尺度,電子遷移率降低、靜態功耗增大等效應越發嚴重。新結構和新材料的開發迫在眉睫。目前主流工業界晶體管的柵極尺寸在12納米以上。為進一步突破1納米以下柵長晶體管的瓶頸,清華大學團隊巧妙利用石墨烯薄膜作為柵極,通過石墨烯側向電場來控制垂直的二硫化鉬(MoS2)溝道的開關,從而實現等效的物理柵長為0.34納米。石墨烯單原子層厚度和優異的導電性能,終于被實驗性地體現在芯片上。紐約州立大學布法羅分校納米電子學家李華民評價:這項新工作將柵極的尺寸極限進一步縮小到僅一層碳原子的厚度,在相當長的一段時間內,要打破這一紀錄是非常困難的。單層石墨烯厚度僅0.34納米,本身是平面結構,這就要求溝道是垂直結構,這是一大難題。另外石墨烯除了側壁能夠柵控,其表面也能柵控,因此屏蔽石墨烯表面電場也是難點,中國團隊使用自氧化鋁層來完成這一點。大家期待的二維薄膜的未來集成電路將會帶來柔軟、透明、高密度的芯片。如果使用新材料,就有機會實現全柔性的手機——其CPU、存儲器都是軟的,而且更加節能。

        02

        二氧化碳“變”葡萄糖和脂肪酸

        除了“淀粉”,人工合成“糧食”又有新招。4月28日,《自然·催化》以封面文章的形式發表了一項最新研究成果。我國科研人員通過電催化結合生物合成的方式,將二氧化碳和水高效合成高純度乙酸,并進一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸(油脂)。

        圖片

        通過電化學耦合生物發酵實現將二氧化碳和水轉化為長鏈產品的示意圖。研究團隊供圖葡萄糖和油脂是重要的糧食成分,通過催化過程將二氧化碳和水轉化為葡萄糖或者油脂,長期以來只有靠農作物種植這一條路徑。此項研究中,科研人員首先將二氧化碳電解高效還原合成高純度乙酸,然后用釀酒酵母對乙酸進行發酵。這個過程可以理解為,先將二氧化碳轉化為釀酒酵母的“食物”——醋,然后釀酒酵母不斷“吃醋”來合成葡萄糖和脂肪酸。對此,中國科學院院士、中國化學會催化委員會主任李燦評價,該工作為人工和半人工合成“糧食”提供了新技術。中國科學院院士、上海交通大學微生物代謝國家重點實驗室主任鄧子新認為,這項研究工作開辟了電化學結合活細胞催化制備葡萄糖等糧食產物的新策略,為進一步發展基于電力驅動的新型農業與生物制造業提供了新范例。接下來,研究團隊將進一步研究電催化與生物發酵這兩個平臺的適配性和兼容性。同時,未來如果要合成淀粉、制造色素、生產藥物等,只需保持電催化設施不改變,更換發酵使用的微生物就能實現。

        03

        “中國天眼”發現首例

        持續活躍重復快速射電暴

        位于貴州的那口“大鍋”,今年又“燉”出了不少“好菜”。6月9日,《自然》雜志發表了一項快速射電暴方面的研究成果。在“中國天眼”(FAST)的加持下,中國科學院國家天文臺等單位的研究人員發現了全球首例持續活躍的重復快速射電暴FRB 20190520B。這一發現對于更好理解快速射電暴這一宇宙神秘現象具有重要意義。

        圖片

        “中國天眼”全景。新華社記者 歐東衢 攝快速射電暴(FRB)是宇宙中最明亮的射電爆發現象,在一毫秒的時間內能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。自2007年被發現以來,快速射電暴一直是天文學最前沿的研究方向之一,但其物理起源、輻射機制和周圍環境等,至今尚不明晰。2019年,研究人員在系統處理FAST“多科學目標同時巡天”(CRAFTS)數據時發現,5月20日的數據存在重復的高色散脈沖。他們很快確定該脈沖來自一個新的快速射電暴FRB 20190520B。在后續觀測中,研究人員發現FRB 20190520B并不像其他快速射電暴閃爍一次便神龍見首不見尾,而是持續活躍,一直在閃耀。為找到這一快速射電暴的家,也就是其宿主星系,研究人員組織了多臺國際設備天地協同觀測,綜合射電干涉陣列、光學、紅外望遠鏡以及空間高能天文臺的數據,成功將FRB 20190520B定位于一個距離我們30億光年的貧金屬的矮星系,確認近源區域擁有目前已知的最大電子密度,并發現了一顆與之對應的致密的持續射電源。對此,快速射電暴領域創始人鄧肯·洛里默評價說:“我認為快速射電暴可能有不同的分類。隨著快速射電暴樣本的持續增長,預計未來幾年內,我們能夠撥開快速射電暴神秘的面紗?!?/p>

        04

        第三艘航空母艦

        福建艦下水

        6月17日上午,一個新聞不脛而走,傳遍了中國軍迷圈——我國第三艘航空母艦當天在中國船舶集團有限公司江南造船廠舉行了下水命名儀式。這是繼遼寧艦、山東艦之后的福建艦,舷號“18”。

        圖片

        福建艦下水命名儀式現場。新華社記者 李剛 攝福建艦是中國完全自主設計建造的首艘彈射型航空母艦,采用平直通長飛行甲板,配置電磁彈射和阻攔裝置,滿載排水量8萬余噸,比上一代航母山東艦高了2萬噸。美國《外交家》雜志編輯羅伯特·法利認為,福建艦將成為“有史以來在美國以外建造的最大、最先進的航空母艦”。福建艦外觀的一個明顯改進是采用了平直通長飛行甲板。平直通長飛行甲板相比滑躍甲板有更多的空間用于停放艦載機,滑躍甲板因為上翹構型,只能在艦艏靠后位置停放數架殲-15戰機。而福建艦停放戰機的空間顯著增加,艦載機可以一直排到甲板前端。福建艦還配備2具升降機、3部電磁彈射器,采用創新的電磁彈射起飛/電磁攔阻降落裝置。據分析,福建艦在航母最大著艦能力狀態下,在最大回收狀態可以回收20架以上的戰機。有專家認為,電磁彈射器可讓甲板的三個起飛點同時具備滿載起飛的能力,同時原來的長起飛點在安裝第三臺彈射器后,起飛方向轉向斜角甲板,使航母能同時多向“出機”。

        05

        穩態強磁場

        刷新世界紀錄

        8月12日,安徽合肥傳來好消息:國家重大科技基礎設施“穩態強磁場實驗裝置”再攀科技高峰,創造出場強45.22萬高斯的穩態強磁場,刷新了同類型磁體保持了近23年的世界紀錄,成為目前全球范圍內可支持科學研究的最高穩態磁場。

        圖片

        穩態強磁場實驗裝置混合磁體。中科院合肥研究院供圖穩態強磁場是物質科學研究需要的一種極端實驗條件,是推動重大科學發現的利器。世界科技強國一直高度重視強磁場實驗條件建設,目前國際上有五大穩態強磁場實驗室,分別位于美國、法國、荷蘭、日本以及中國合肥科學島。早在2016年,中國科學院合肥物質科學研究院強磁場團隊就自主研制成功中心場強40萬高斯的混合磁體,場強一舉躋身世界第二。經過5年多緊張的技術攻關,強磁場團隊創新了磁體結構、研發了新材料、優化了制造工藝,終于取得重大技術突破。此次產生的45.22萬高斯的穩態強磁場,成為我國科學實驗極端條件建設乃至世界強磁場技術發展的重要里程碑。據悉,2017年9月,國家穩態強磁場實驗裝置投入運行以來,已經運行超過50萬個機時,為國內外170多家單位提供了實驗條件,開展了超過3000項課題的前沿研究,取得了一系列重大科技成果。

        06

        首次發現月球新礦物“嫦娥石”

        星空浩瀚無垠,探月研究開啟新篇章。9月9日,國家航天局、國家原子能機構聯合宣布,中國科學家首次在月球上發現新礦物,并將其命名為“嫦娥石”。這是嫦娥五號月球樣品研究取得的又一重大科學成果。

        圖片

        嫦娥石理想晶體圖。中核集團核地研院供圖“嫦娥石”是我國發現的首個月球新礦物,也是人類發現的第六個月球新礦物。它的發現改變了我國月球礦物發現歷史,使我國成為世界第三個發現月球新礦物的國家。專家介紹,“嫦娥石”發現于嫦娥五號月球樣品的玄武巖碎屑中,是一種新的磷酸鹽礦物,屬于隕磷鈉鎂鈣石族,呈微小柱狀,顆粒大小為2—30微米。2021年,中核集團核工業北京地質研究院申請獲批成為首批次開展嫦娥五號月壤科研樣品研究的單位之一,先后獲得月壤科研樣品50毫克、一件月壤光片樣品。該院研究團隊在對月壤粉末樣品進行礦物學研究的過程中發現了新礦物的線索。研究人員通過X射線衍射等一系列技術手段,在14萬個月球樣品顆粒中,分離出一顆粒徑約10微米大小的單晶顆粒,并成功解譯其晶體結構。經國際礦物學會(IMA)新礦物命名及分類委員會(CNMNC)投票通過,確證為一種新礦物。

        07

        “夸父一號”開啟太陽探測之旅

        10月9日,我國綜合性太陽探測衛星“夸父一號”——先進天基太陽天文臺在酒泉衛星發射中心發射升空,正式開啟對太陽的探測之旅。

        圖片

        “夸父一號”示意圖。衛星研制團隊供圖該衛星設計壽命4年,運行在約720公里的太陽同步晨昏軌道。它的科學目標瞄準“一磁兩暴”,即同時觀測太陽磁場和太陽上兩類最劇烈的爆發現象——耀斑和日冕物質拋射,研究它們的形成、演化、相互作用和彼此關聯,同時為空間天氣預報提供支持。為實現科學目標,“夸父一號”搭載了三臺有效載荷。其中,全日面矢量磁像儀用來觀測太陽全日面矢量磁場;萊曼阿爾法太陽望遠鏡主要用來觀測日冕物質拋射的形成和近日冕傳播;太陽硬X射線成像儀主要用來觀測太陽耀斑的非熱輻射形態及能譜特征。12月13日,“夸父一號”三臺有效載荷在軌運行兩個月,獲取的若干對太陽的科學觀測圖像對外公布。這些科學圖像實現了多項國內外首次,驗證了“夸父一號”三臺有效載荷的觀測能力和先進性。下一階段,“夸父一號”將繼續按照既定計劃開展并完成在軌測試,早日轉入在軌科學運行階段。同時,“夸父一號”將充分發揮三臺有效載荷組合觀測的特色,加強國內外合作和數據開放共享工作,早日實現“一磁兩暴”科學目標,為太陽活動第25周峰年觀測和研究作出有顯示度的中國貢獻。

        08

        二十大報告專章

        部署教育科技人才

        10月16日,黨的二十大在北京召開。黨的二十大報告將教育、科技、人才放在第五部分進行統籌部署,被認為是一大創新,具有深刻意義。

        圖片

        圖庫版權圖片,不授權轉載黨的二十大報告用一整個章節專門對“實施科教興國戰略,強化現代化建設人才支撐”作出了重大部署。報告指出,教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力,深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略,開辟發展新領域新賽道,不斷塑造發展新動能新優勢。這種系統化一體化統籌部署,體現了三者相輔相成、協同發力、強勁支撐社會主義現代化強國建設的重要戰略地位,為我們向第二個百年奮斗目標進軍制定了行動綱領?;仡欬h的十八大提出實施創新驅動發展戰略,黨的十九大提出創新是引領發展的第一動力,黨的二十大則提出實現高水平科技自立自強,這體現了黨中央對科技創新工作一以貫之的高度重視。當前,新一輪科技革命和產業變革正在加速重構全球創新版圖、重塑全球經濟結構??萍紕撔鲁蔀榘倌曜兙种械年P鍵變量。在世界知識產權組織發布的《全球創新指數報告》中,我國的排名已由2012年的第34位上升到2022年的第11位??萍紕撔聦嵙Q定中國發展前途,這已成為全黨全國的高度共識。

        09

        中國空間站

        歷史性完成“合體”

        10月31日15時37分,中國天宮空間站的第二個科學實驗模塊——夢天實驗艙,搭載長征五號B遙四運載火箭,在海南文昌航天發射場成功發射。11月1日4時27分,夢天實驗艙成功地與之前發射的天和核心艙完成精準對接;夢天實驗艙接下來實施水平轉位,三艙形成平衡對稱的“T”字構型。中國空間站歷史性地完成“合體”。

        圖片

        2022年11月3日,夢天實驗艙完成轉位,與天和核心艙、問天實驗艙形成空間站“T”字基本構型組合體。圖片來源:中國載人航天夢天實驗艙是中國空間站第三個艙段,也是第二個科學實驗艙,它由工作艙、載荷艙、貨物氣閘艙和資源艙組成,起飛重量約23噸。夢天實驗艙的構型有點像套娃,四個艙段首尾相連。工作艙位于整個實驗艙的最前部,配備科學實驗裝置。其后的另兩個艙室中則配備貨物出倉通道。建設中國天宮空間站的主要目的,就是建成水平先進的國家太空實驗室,為科學服務,產出重大科技成果。目前,它已規劃安排了約40項在軌科學實驗項目??茖W家計劃利用“夢天”在10年內完成1000多次科學實驗。作為性能最強的實驗艙,“夢天”可以研究微重力下的植物細胞、骨骼肌肉、材料熔融、蛋白質結晶等各個領域的現象。

        10

        云南培育出多年生水稻品種

        年年育種插秧,本來是水稻種植的常態。而云南大學的一項創新,卻可能讓水稻成為多年生作物,栽種一次,多季收割;省種省錢,輕簡勞力。云南大學研究團隊今年10月測產成功,確定培育出可用于實際生產的多年生水稻品種,相關研究成果11月7日發表在《自然·可持續發展》上。

        圖片

        多年生稻試驗田。新華社發利用長雄野生稻發達的地下莖培育的多年生稻品種,還有配套耕作栽培技術,只需栽種一次,從第二季起無需犁田耙地、買種播種、育秧插秧,只要田間管理得當,即可“割完一茬又一茬”。云南大學團隊1997年開始進行多年生稻試驗。2016年開始大田試驗,針對多年生稻的適應性、穩定性、豐產性以及病蟲害防控等各環節耐心實驗。他們利用多年生野生水稻,與一年生的栽培水稻雜交,經過多次自交,篩選培育出多年生水稻品系,最終3個水稻品種通過國家審定。新品系水稻,在最低月平均氣溫不低于13.5℃,持續低于4℃的時間不超過5天的稻作區均可種植。這些多年生水稻可連續種植4年,每年收獲2季,平均畝產量還略高于一年生水稻。多年生水稻可跳過育秧和栽種等耕作環節,總體上節約一半的生產投入。而且,種植多年生水稻,能改善耕層土壤結構,增加土壤有機質含量,是一項生態友好的技術。

        來源:科技日報



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