前沿技术论文(前沿技术论文范文)
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最近，化学圈、材料圈和物理圈都在关注一则消息：在近日公布的《2020研究前沿》报告（以下简称报告）中，核心论文篇数和被引频次这两项指标并不突出的无铅储能陶瓷，竟然在化学与材料科学领域Top10热点前沿中排名第一。
无铅储能陶瓷如此出众，受访专家并不意外，他们均提到“环保”和“能源”这两个关键词。
“无铅”相对的就是“含铅”。作为有毒的重金属，铅对人体及环境的影响已广为人知。储能陶瓷一般含有铅元素，如钛酸铅、锆钛酸铅等，其中100克钛酸铅中铅含量高达68克。
由于愈发严格的环保要求以及能源行业转型的需要，“含铅”变“无铅”成为储能陶瓷领域新的研究方向。
“小众”无铅储能陶瓷凭借其“新”，逐渐走向大众，但这仅是让更多人了解无铅储能陶瓷，距离真正走进生活还须时日。
从能源“大热”说起
上述报告由中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安联合发布。根据报告，无铅储能陶瓷在化学与材料科学领域Top10热点前沿中，核心论文篇数仅有33篇，排名第六；被引频次2130次，更是排在倒数第一。但无铅储能陶瓷领域核心论文的平均出版日期最近，为2017年9月。
相关统计发现，无铅储能陶瓷领域最早论文发表时间在1997年前后，起初只有10篇左右；到2010年，发表量也未过百。无铅储能陶瓷研究热潮从2014年开始，一直热度不减。
上述结果得到了西南大学材料与能源学院教授刘岗的肯定，他及其团队在统计相关论文时，也得到类似的结论。“近五年来，无铅储能陶瓷的论文发表量虽然不是直线上升，但一直呈现稳步上升的趋势。”刘岗告诉《中国科学报》。
巧合的是，2014年后也是能源领域论文增长的阶段。
于是，有分析认为，无铅储能陶瓷方向之所以“热”，并不是学科研究方向发展的自我突破，而是在整个能源大背景下的“再发掘”。原因在于，早期对无铅储能陶瓷的研究集中在介电过程，而没有将其同更绿色的能源应用关联到一起。
“可再生能源的间歇性特点限制了其利用。解决这一问题的关键是，将可再生能源转化为电能存储在装置里。”安徽大学物理与材料科学学院教授汪春昌介绍道。
目前电能储存装置主要有化学储能装置，即电池和固体燃料电池；电化学电容器；介电储能电容器。“介电储能电容器各项指标相对更优。”汪春昌综合分析发现，如果能提高介电储能电容器储能密度，则可减小储能装置的体积，使得其在小型化、集成化的电路系统中的应用更加广泛，甚至有可能超过化学储能装置和电化学超级电容器在储能装置中的应用水平。
储能陶瓷正是介电储能电容器所使用的重要材料，其具有较大的介电常数、较低的介电损耗、适中的击穿电场、较好的温度稳定性、良好的抗疲劳性能等优点，在耐高温介电脉冲功率系统上有应用前景。
然而，目前储能性能优异的储能陶瓷一般含有铅元素。
去年7月1日，欧盟修订的《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》有关铅的豁免条例正式实施。其中，条例明确指出电子电气器件的玻璃或陶瓷（电容中介电陶瓷除外）中的铅，以及玻璃或陶瓷复合材料中的铅的豁免最长至2024年。
“上述条例对储能陶瓷器件还没有明确的规定。”中国矿业大学材料与物理学院副教授蔡子明在接受《中国科学报》采访时表示，“从环保的角度而言，开发高性能无铅储能陶瓷是十分迫切的。”
储能密度和效率要兼顾
无铅储能陶瓷由于具有高功率密度和快速充放电能力，其主要应用领域是功率变换和脉冲功率系统。但专家也表示，含铅陶瓷的优异性能目前还难以在无铅陶瓷体系中实现。
就弛豫铁电体而言，景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院教授沈宗洋告诉《中国科学报》，近年来弛豫铁电体作为储能电容器的研究越来越深入，报道的储能密度和效率均很高，但其并没有反铁电的场致铁电转变特征。
在他看来，最可行的方法是用无铅的反铁电陶瓷替代含铅的反铁电陶瓷。
“考核”储能陶瓷的两个关键指标为储能密度和储能效率，两者无法分开已成为业界共识。
就目前的研究来看，储能密度依然被当作基础和核心，在保证高储能密度的基础上，通过成分改性或结构改性等手段来提高储能效率。“如果从应用角度来看，需要对储能效率给予更多关注。”刘岗告诉记者。
蔡子明表示，无铅弛豫反铁电体系的研究，为无铅储能陶瓷的研究打开了新的思路。
《中国科学报》了解到，李飞课题组的研究就属于这一种。该课题组报道的NBT-SBT弛豫反铁电陶瓷体系，兼具高极化强度、高击穿场强和高储能效率，是最有希望商用的无铅储能陶瓷体系之一。
但当前无铅的弛豫反铁电陶瓷体系报道较少，缘于将反铁电陶瓷调控为弛豫反铁电陶瓷具有一定的难度。
除此之外，基于高性能的无铅储能陶瓷体系，制备出多层陶瓷电容器（MLCC）是当前研究的最大热点。蔡子明告诉《中国科学报》，考虑到成本，开发高性能抗还原无铅储能陶瓷体系具有重要意义。
学科融合促发展
无铅储能陶瓷原本属于凝聚态物理范畴，但因为涉及到“材料+能源”，这一领域被看成是化学、材料和物理之间契合点的产物。
“对于无铅储能陶瓷的研究，亟须不同背景的研究者深入交流，为高性能无铅储能陶瓷的研究和应用提供更多新的解决方案。”蔡子明说。
“无铅储能陶瓷的研究是材料、物理与化学的强交叉。”蔡子明向记者进一步解释道，材料学是无铅储能陶瓷研究的基础，对于无铅陶瓷材料的宏观组成、晶体结构、微观形貌、电畴形貌等的研究均是材料学中的重要方法。
对于无铅陶瓷介电常数和介电损耗以及极化电场响应对温度或频率的变化等内容的理解，都需要以电介质物理或铁电介电物理为基础。而对于无铅储能陶瓷的制备，无论是固相法还是化学法等，都离不开化学学科。
就目前而言，无铅储能陶瓷仍为“小众”，大部分研究人员来自于传统的电子陶瓷类研究机构，一些物理和化学类颇有名气的机构较少涉足这一领域。
刘岗在英国伯明翰大学攻读博士学位时，主攻研究方向是陶瓷成型工艺。2013年回国后，基于西南大学的研究特色，特别是关注到专家学者主持的相关国家项目后，刘岗开始转向功能陶瓷方向，关注无铅储能陶瓷。
刘岗向《中国科学报》介绍，他们团队分别从钛酸钡基和铁酸铋基无铅储能陶瓷体系出发，近期已陆续取得了一些重要进展。
随着国家的重视及越来越多研究人员的进入，中国在无铅储能陶瓷方向的研究水平越来越高。“目前国内对无铅储能陶瓷的研究手段更加丰富，研究范围更加全面。”蔡子明说。
而这一点也在与报告同时发布的《2020研究前沿热度指数》（以下简称《指数》）上得到印证。根据《指数》，在化学与材料科学领域，中国的研究前沿热度指数得分为39.49分，是美国的2.7倍，排名第一，具有明显的前沿研究活跃度比较优势。
其中，中国在无铅储能陶瓷研究热度指数得分为3.11，排名第二
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4. 前沿技术总结
十三五”时期，中国科技事业加速发展，创新体系更加健全，创新环境不断优化，创新能力显著增强，创新治理形成新格局，科技实力跃上新的大台阶，在促进高质量发展和全面建成小康社会中进一步凸显了支撑引领作用。
2021年全国科技工作会议当天在北京召开，王志刚在会上作工作报告时作上述表示。他说，中国全社会研发经费支出从2015年1.42万亿元(人民币，下同)增长到2019年2.21万亿元，2019年研发投入强度达到2.23%。基础研究经费增长近一倍，2019年达到1336亿元。技术市场合同成交额翻一番，2019年超过2.2万亿元。世界知识产权组织发布的全球创新指数显示，中国排名从2015年第29位跃升至第14位。
王志刚将“十三五”中国科技成就归纳为11个方面：一是基础研究和应用基础研究显著加强，数学等基础科学稳定支持加大。自然科学基金改革全面推进，更加注重原创和人才培养。在量子信息、铁基超导、干细胞、合成生物学等方面取得一批重大原创成果。
二是关键核心技术加快突破，“天问一号”开启火星探测，“嫦娥四号”首次登陆月球背面，“嫦娥五号”实现地外天体采样，“奋斗者”号完成万米载人深潜，C919首飞成功，“雪龙二号”首航南极，“天鲲号”首次试航。时速600公里高速磁悬浮试验样车下线。悟空、墨子、碳卫星等科学实验卫星成功发射，磁约束核聚变大科学装置多项实验取得突破，散裂中子源、500米口径球面射电望远镜等建成使用。
三是重大专项引领重点领域跨越发展，国产芯片、操作系统和计算机整机自主保障能力进一步提升，5G成功商用；一批高端机床装备研制成功；掌握第三代非能动核电技术，高温气冷堆世界领先；自主研发235个新药。
四是科技创新推动产业转型升级，新能源汽车、新型显示跻身世界前列，北斗导航卫星全球组网，人工智能等技术快速应用。科技为港珠澳大桥、高速铁路等重大工程提供保障。
五是科技创新有力支撑民生改善，科技扶贫取得显著成效，实现科技特派员对建档立卡贫困村科技服务和创业带动全覆盖。建成50家国家临床医学研究中心牵头、9700家医疗机构参与的新型协同创新网络。重点区域大气污染联防联控深入推进。
六是区域创新水平快速提升，北京、上海、粤港澳国际科技创新中心加快建设，东西部科技合作由“点对点支援”向“体系化布局”转变。21家国家自创区、169家国家高新区成为地方创新发展“领头雁”，2019年营业收入达38.6万亿元，比2015年增长52%。
七是科技创新创业形成新生态，创新创业政策更加健全，科创板上市高新技术企业173家。众创空间、科技企业孵化器、加速器、大学科技园等构成全链条创新创业孵化体系。科技型中小企业、高新技术企业数量均突破20万家。
八是科技体制改革主体架构基本建立，资源统筹配置进一步加强，科研项目和经费管理不断优化，科研机构和科研人员自主权进一步扩大，高校、科研院所创新活力进一步增强。
九是科研诚信建设进一步加强，作风学风深层次问题逐步解决，形成覆盖全面、导向明确、规范有序、统筹协调的科技伦理治理体系。
十是科技人才发展形成新机制，一批科技领军人才和创新团队加快涌现，一批优秀科学家荣获国际重要奖项，在世界科研舞台上崭露头角。国家科技计划、国家重点实验室等加大对青年人才、一线科技人才、企业科技人才的支持力度。实施统一的外国人才来华工作许可和外国人才签证制度，开展外国高端人才服务一卡通试点。
十一是科技开放合作迈出主动布局新步伐，政府间科技合作稳步发展，与多个国家建立创新对话机制，深入实施科技合作伙伴计划。围绕牵头组织国际大科学计划和大科学工程，加强气候变化、空间、健康、能源、农业等国际合作。深度参与国际热核聚变实验堆、平方公里阵列射电望远镜等大科学工程。“一带一路”科技创新合作成效明显。
王志刚指出，2020年是全面建成小康社会的决胜之年，是迈进创新型国家行列的冲刺之年，是“十三五”收官和“十四五”谋划的关键之年，也是应对新冠肺炎疫情等重大挑战的应急科技攻坚之年。面对错综复杂的国内外形势，全国科技界坚持深入落实新发展理念，坚定实施创新驱动发展战略，推动科技创新取得新进展。
一是围绕保障人民生命健康加强疫情防控科研攻关，在药物、疫苗、检测试剂等领域取得一批务实管用成果，有力支撑全国疫情防控。
二是加快关键核心技术攻关和实施重大科技任务，加强“从0到1”基础研究，建设13个国家应用数学中心，全面开展重大专项任务攻坚冲刺，一批前沿领域重大科技项目加快实施。启动建设京津冀、长三角、粤港澳国家技术创新中心。
三是面向长远发展加强科技创新系统谋划，按照国家“十四五”总体部署，研究编制“十四五”国家科技创新规划，加强重点任务凝练，完善科技规划体系布局。
四是聚焦复工复产和高质量发展发挥科技创新支撑作用，实施“科技助力经济2020”重点专项，开展成果转化“百城百园”行动。深入实施科技扶贫“百千万”工程，助力打赢脱贫攻坚战、污染防治攻坚战。
五是加大重点领域改革力度，开展科技体制改革总结评估，修订国家科学技术奖励条例，开展基于信任的科学家负责制、“揭榜挂帅”、经费使用“包干制”等科研项目管理改革试点，开展赋予科研人员职务科技成果所有权或长期使用权试点。实施减轻科研人员负担、激发创新活力专项行动，围绕优化创新生态加强作风学风建设，出台破除“唯论文”不良导向硬措施，构建科技大监督格局，严肃查处一批科研不端行为并及时向社会公开。
六是扎实推进国际科技合作和人才交流，务实开展对美科技交流合作，联合制定中欧科研创新合作路线图，举办中俄科技创新年，召开第二届中国—拉美和加勒比国家科技创新论坛。支持在脑科学等领域发起大科学计划。深入实施“一带一路”科技创新行动计划，建设19家联合实验室，基本建成一体化技术转移网络
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现任社长、主编冯长根，副社长陈家俊，副社长、副主编苏青。
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