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来源：中国科协创新战略研究院《创新研究报告》

第47期（总第期）-08-30

编者按：在研发和创新相关政策规划时，及时了解掌握能够对全球科技和经济发展具有重大影响的技术突破显得尤为重要。欧盟委员会发布《面向未来的项重大创新突破》（RadicalInnovationBreakthroughsforthefuture）报告，为所有关心科学、技术和创新决策的人们提供了战略资源。该报告通过对最新科学技术文献的大规模文本挖掘，结合专家的咨询评论，筛选了项可能对全球经济产生重大影响的颠覆性技术。本文对其主要内容进行摘编。

六、印刷与材料（PrintingMaterials）

56．2D材料（2DMaterials）2D材料由原子级薄层材料组成。目前的研究主要集中在由不同的2D材料层所构成异质结性质，以及它们在光伏、半导体、集光器件和后硅电子等领域的应用。通过了解2D材料异质结构，发挥半导体结构的能力，为纳米电路和可穿戴设备的开发铺平了道路。2D磁体可以解决最令人难以置信的科学问题，开启超薄型计算机的时代，此外2D材料在传感和数据存储方面也具有潜在的应用前景。57．食物3D打印（3DPrintingofFood）3D打印的食物商业化成为主流，目前看来，它真正的潜力可能在于美食领域，专业人士可以通过3D打印发明新的食物，并进行实验；在医疗环境中，帮助有进食困难的人。

未来，食物3D打印和原料可以按时生产，直接使用。几乎所有菜肴都可以“打印”，而不是烹饪。缺少的成分可以在需要的位置和时间以基本粉末的形式打印出来，质量和口味每次都保持不变，没有偏差。食物3D打印大大简化了食物的制作过程，同时也能帮助人们制作出更加营养、健康而且有趣的食品。

58．玻璃3D打印（3DPrintingofGlass）玻璃的独特性能通过快速原型制造玻璃物体的前景一直引人注目。玻璃3D打印的最新进展为快速制作玻璃零件提供了解决方案，该技术使用的是熔融玻璃，一旦打印完成，几乎不需要后期处理。

玻璃是一种必不可少的高性能材料，独特的功能使其应用于生物技术、光学、光子学和数据传输等领域。玻璃3D打印的进步为实验室级设备的制造铺平了道路，也为内部生产带来了便利，它使得技术人员可以获得更接近于成品的成果。艺术表现也可以通过复杂几何结构的实验而达到新的境界。

59．大型物体的3D打印（3DPrintingofLargeObjects）

无论产品设计大小，3D打印技术的最大优势之一就是制造商能够控制物体物理形态的每一个方面——物体的形状可以通过特殊的软件进行优化。在不久的将来，不仅小型设备，大型物体或超大型物体的主要部件都将可以进行3D打印。大型物体可以通过特殊的设计软件进行优化，以使材料和功能适应环境的要求。

60．4D打印（4DPrinting）

4D打印技术是指由3D技术打印出来的结构能够在外界激励下发生形状或者结构的改变，直接将材料与结构的变形设计内置到物料当中，简化了从设计理念到实物的造物过程，让物体能自动组装构型，实现了产品设计、制造和装配的一体化融合。4D印刷品如果暴露在刺激物（加热、光照、水、磁场）下，会随着时间的推移自我变换形状或性能变换。

4D打印的形状记忆聚合物将极大地影响健康行业。4D打印还可用于组织工程、自组装生物材料、纳米粒子的设计以及用于化疗的纳米机器人。在能源工业中，将来会在太阳能电池板上使用形状记忆材料，用于检测阳光并相应地自动旋转的传感器的制造。

61．水凝胶（Hydrogels）

水凝胶是具有高吸收性（包含90%以上的水）的天然或合成聚合物。由于它们的含水量较高，表现出“与自然组织相当的柔韧性”，水凝胶通常作为分子和细胞物种的载体，能够总结细胞/组织发育过程中的动态信号。由于其仿生性，水凝胶是生物医学应用的主要材料，如药物输送和干细胞治疗。一般来说，制造水凝胶需要一系列前体材料之间的化学反应和相互作用。

水凝胶在医学领域具有广阔的前景。不久的将来，水凝胶将为急救工作提供基础支持，使患者能够达到自我修复。随着技术的进一步发展，治愈性软体机器人将可以接触生物体的细胞，并在微观和亚微观水平上进行手术。

62．超材料（Metamaterials）

超材料是由多个单独的纳米元素组成的人造组件。澳大利亚研究人员在纳米材料中发现了新特性，为制造热光伏电池开辟了新的前景，热光伏电池可以在黑暗中收集热量并将其转化为电能。该团队利用金纳米结构和氟化镁创造了一种超材料，可以在精确的方向上辐射热量，并在特定的光谱范围内发出辐射。不久的将来，超材料将用于制造超轻卫星天线、传感器和光伏电池。在控制成本的情况下，超轻型天线可以连接到卫星，并使其绕过有线的本地互联网基础设施。热光伏电池可以从红外辐射中获取能量，不需要阳光直射，可以补充甚至取代太阳能电池，成为重要的可再生能源。超材料的高可配置性将用于制造抗损伤材料，例如超材料制造的衣服会感知可能的损坏并调整织物表面以保护穿着者。

63．自愈材料（Self-healingMaterials）

自愈材料通过对微损伤反应的修复/愈合机制来检测退化。一般来说，这些材料是人工制造的，可以被认为是“智能结构”，它们根据其综合“传感”能力来适应各种环境。这种技术可以应用于任何领域，例如海上风力涡轮机，或者飞行中的飞机和卫星。

随着技术的不断发展，自愈材料只要加水就可以修理破损的牛仔裤。当智能手表、笔记本电脑和手机受到人为破坏时，它会自动修复显示屏上的裂缝。这些设备的电池还将具有更长的使用寿命，这归功于它们的自我修复特性。

七、突破资源边界的技术（BreakingResourceBoundaries）64．生物塑料（Bioplastic）生物塑料指以淀粉等天然物质为基础在微生物作用下生成的塑料。它具有可再生性特性，因此十分环保。这些包括玉米、大米、马铃薯、棕榈纤维、木薯、小麦纤维、木质纤维素和甘蔗渣。根据其化学成分和生物基成分的百分比，生物塑料可能是可生物降解的。生物塑料用于食品和饮料包装、医疗保健、纺织、农业、汽车或电子等不同行业。生物塑料的主要优点是它们留下的能源足迹更小，产生的污染也更少。欧盟自助项目正在研究一种可生物降解的尿布、一种可生物降解的生物活性美容面膜，以及一种纳米结构的生物相容性无纺布。塞维利亚大学和韦尔瓦大学的研究人员利用大豆蛋白开发了生物塑料，这种生物塑料可生物降解且环保，可吸收自身重量40倍的水。该研究团队修改了大豆的分子结构，从而改变了吸收特性，使其保留的水分比平时多三倍。通过将蛋白质的固体浓缩物注入模具，他们创造了试管，并应用于园艺。由王新龙领导的一组研究人员开发了由可降解生物塑料制成的电子元件。开发的电子产品是由一种叫做聚乳酸(PLA)的玉米淀粉衍生的生物塑料制成的，通过将金属有机骨架纳米粒子与这种生物塑料混合，他们成功地开发出机械、电气和阻燃特性的材料，可用于电子产品。

塑料行业正致力于开发利用自然界中发现的天然原料来生产生物塑料的新方法。生物塑料在许多不同领域都有很高的需求，这种材料将有很多新的应用前景。

65．碳捕获与封存（CarbonCaptureandSequestration）

碳是地球上生命的重要元素。人类活动产生的二氧化碳是导致气候变化的主要温室气体之一，管理二氧化碳是我们这个时代最大的社会、经济和政治挑战之一。为了避免碳流失到大气中，碳被收集起来储存，并在高二氧化碳排放源处进行处理，例如各种工业和碳基发电厂的烟囱。空气捕集技术可以从环境中的任何地方去除空气中的碳，二氧化碳通过吸收和膜气体分离技术从空气或烟气中分离出来。捕获的二氧化碳或提取的碳可以以矿物形式储存，因为它与金属氧化物会发生放热反应。在其他情况下，可以通过管道输送到其他地方使用，例如注入老油田开采石油。

空气捕获与碳存储相结合可以实现双重功能。碳捕集与利用减轻了碳存储所带来的一些问题和成本，一旦减缓气候变化的成本增高，碳捕集技术就可能吸引来自汽车和飞机等分散碳源

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