除铁机

互联网、人工智能等信息技术的快速发展，对存储器的存储密度、访问速度以及操作次数都提出了更高的要求。氧化铪基铁电存储器具有低功耗、高速、高可靠性等优势，被认为是下一代非易失性存储器技术的潜在解决方案。现在普遍研究的正交相(orthorhombic phase，简称“o相”)HfO2基铁电材料由于自身高铁电翻转势垒和“独立翻转”的偶极子翻转模式，使基于该铁电材料的器件具有高矫顽场，导致器件工作电压与先进技术节点不兼容、擦写次数受限等问题。这一问题是基于o相HfO2基铁电材料的本征特性，难以通过传统的优化工艺加以解决。因此，探寻结构稳定且具有低翻转势垒的HfO2基铁电材料是亟待解决的难题。 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室刘明院士团队与物理研究所研究员杜世萱团队合作，发现了稳定的铁电三方相Hf(Zr)1+xO2材料结构。这种结构降低了HfO2基铁电材料中铁电偶极子的翻转势垒。研究通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算发现，当Hf(Zr)1+xO2材料中，Hf(Zr)与氧的比例大于1.079:2时，三方相的形成能低于铁电o相和单斜相(m相)的形成能。扫描透射电子显微镜(STEM)实验清晰显现了过量Hf(Zr)原子嵌入在铁电三方相晶格的晶体结构，证实了理论计算的结果。嵌入的Hf(Zr)原子扩展了晶格，增加了其面内和面外应力，起到了稳定Hf(Zr)1+xO2材料结构和降低其铁电翻转势垒的作用。基于Hf(Zr)1+xO2薄膜的铁电器件展示了超低矫顽场(~0.65MV/cm)、高剩余极化(Pr)值(22μC/cm2的)、小的饱和极化电场(1.25MV/cm)、和大的击穿电场(4.16MV/cm)，并在饱和极化下实现了1012次循环的耐久性。这一研究结果为低功耗、低成本、长寿命的存储器芯片提供了一种有效的解决方案。 　　研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国科学院的支持。近期，相关研究成果发表在《科学家》(Science)上。中国科学院大学的科研人员参与研究。图1. 平面铁电电容器的基本特性及Hf(Zr)1+xO2薄膜的结构表征图2. 富含Hf(Zr)原子的菱面体Hf(Zr)1+xO2薄膜的原子尺度STEM分析图3. 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算图4. 基于Hf(Zr)1+xO2薄膜的铁电电容器的性能

新材料不含贵金属 成本不再高企 　　近日，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室博士邓德会、研究员潘秀莲、院士包信和等与洁净能源国家实验室燃料电池研究部合作，首次完成用铁替代燃料电池催化剂中贵金属的实验。相关研究成果日前在线发表于《德国应用化学》。 　　据了解，利用氢气发电是未来先进可持续能源体系发展的重要目标。为了实现这一目标，作为重要能量转换装置的质子交换膜燃料电池将会发挥不可替代的作用。然而，该类燃料电池需要大量的贵金属，如铂、钯、钌等作为催化剂，进而影响了其大规模应用。因此，大幅降低燃料电池电极材料中的贵金属含量，并最终采用地球上丰富的“廉”金属元素完全替代贵金属已成为该领域的重大机遇和挑战。 　　为此，该研究团队创造性地将铁基金属纳米粒子限域到具有豆荚状结构的碳纳米管的管腔中，采用该研究组新近研制成功的深紫外光发射电子显微镜，并借助上海光源先进的X射线吸收谱，结合理论计算，首次观察到金属铁的活性d电子通过与组成碳管壁的碳原子相互作用而“穿过”碳管管壁，使富集在碳管外表面的电子直接催化分子氧的还原反应。 　　该实验和理论研究进一步证实，在这一体系中，包裹纳米金属铁的碳壁阻断了反应气体与铁纳米粒子的直接接触，从原理上避免了反应过程中活性金属铁纳米粒子的深度氧化以及反应气氛中其他有害组分对催化剂的毒害，从而在根本上解决了纳米金属铁作为燃料电池阴极催化剂的稳定性难题。 　　业内专家认为，该项研究不仅为燃料电池催化剂的贵金属替代研究提供了行之有效的途径，而且，由此发展出来的概念为在苛刻条件下运行的催化剂的设计和制备开辟了新方向。 　　以上研究得到了国家自然科学基金委和科技部等相关项目的资助。

新材料“十二五”规划即将推出，涉及了包括高强轻质合金、高性能钢材、功能膜材料在内的6类新型材料。其中，高性能钢铁将分别受益于未来大飞机、新能源汽车和高端装备制造业的高速发展，需求提升潜力巨大，还将获得数千亿的资金支持，抚顺钢铁、西宁特钢、太钢不锈等上市公司值得重点关注。 　　《新材料产业“十二五”发展规划》即将推出，其中，高性能钢铁是新材料“十二五”规划中获得政策重点支持的品种之一，国家将通过税收减免、补贴、重大项目支持等形式支持企业的研发、研究成果产业化和发展相关配套设施，资金由企业和政府共同承担，保守估计达数千亿元。 　　当传统的钢铁产能面临着高耗能瓶颈，即将遭到大规模淘汰的时候，高性能钢铁产品有望成为突破能耗、资源和环境瓶颈的领头羊。同时，“十二五”高端装备制造业的发展将是这类产品需求提升的主要推动力。 　　据悉，中国目前需要淘汰的螺纹钢、热轧带钢、热轧硅钢产能分别达到7,800万吨、4,541万吨、58.5万吨。传统的低端钢铁产品逐步淘汰后，将为高端钢铁产品提供广阔的市场空间。 　　上半年出台的《钢铁行业“十二五”规划(草案)》指明的特种钢铁重点方向是：高速铁路、城市轨道交通、海洋工程和海上石油开采、大型和特殊性能船舶和舰艇、节能环保汽车、特高压电网等高端装备制造领域，预计大飞机、高铁、海工、能源等高端装备制造领域“十二五”投资规模有望达到10万亿元。 　　资料显示，钢铁分为22个大类，每一类都包含高性能钢铁，我国高性能钢铁总体占比不高，远低于发达国家水平。专家称，我国有的高性能钢铁技术水平相对较领先，如第三代汽车用钢、机械制造用钢、管线用钢等。业内人士表示，国内高性能钢铁部分技术还停留在实验室层面，科研成果产业化还需要继续努力。 　　特钢可以分为高、中、低三个层次：一是以优质碳素结构钢为主的低端特钢 二是以合金钢为代表的中端特钢 三是以不锈钢、工具钢、模具钢和高速钢为代表的高端特钢。数据显示，2010年我国特殊钢产量约为4.800万吨，仅占钢产量的8%左右，特钢占比远低于发达国家。目前我国特钢的发展以中低端产品为主，高端特钢占比不到7%，远低于日本30%的水平，未来高端特钢的市场前景广阔。 　　中国的特钢行业集中度是比较高的，前10大特钢企业市场占有率超过了50%，已形成了四大特钢集团，分别是：东北特钢集团、宝钢集团、中信泰富特钢和西宁特钢，目前主要的技术储备和订单都来自于这四大特钢集团。 　　东北特钢旗下的抚顺特钢是我国国防军工产业配套材料最重要的生产科研试制基地，为我国国防工程提供大批关键的新型钢材料，在模具钢、汽车用齿轮钢、高温合金轴承钢国内市场占有率分别为40%、35%、40%。宝钢股份作为中国钢铁的龙头企业，主要生产特钢和不锈钢，主要用于汽车和造船，其产品具有高技术含量、高附加值的特点，具有很强的定价能力。 　　西宁特钢的主要优势来自于其完整的“煤铁钢”一体化产业链，并形成了“高炉-转炉-精炼-连铸-连轧”优特钢生产线。 　　而在不锈钢方面，太钢不锈是这一子行业当仁不让的领头羊，该公司已经成为核电最全钢材供应商，目前在特种硅钢领域获得技术突破，未来发展潜力巨大。 　　除高性能钢铁外，新材料“十二五”规划将优先支持一些影响相对更大的先导性和更为基础的用量较大的材料，比如复合材料、高强轻型合金、稀土功能材料等。工业和信息化部部长苗圩表示，新材料是七大战略性新兴产业之一，对于支撑整个战略性新兴产业发展，促进传统产业转型升级，保障国家重大工程建设，具有重要战略意义。我国将大力发展新材料和先进制造技术，加快推进材料产业结构调整，积极发展先进结构材料、功能材料和复合材料 将加大新材料推广应用和市场培育，加快发展科技含量高、产业基础好、市场潜力大的关键新材料，选择最有可能率先突破和做大做强的领域予以重点推进，支持有条件的地区率先发展。 　　据估计，近几年中国新材料市场需求平均年增长高达20%左右，截至2010年产业规模已经超过1,000亿元。新材料产业具有基础性产业的特点，其产业规模的扩大对于扩大其他产业的规模具有乘数效应。未来，该产业的市场空间将更加广阔。