目 次
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【精选论文1】金属-有机框架材料的合成及其在水中重金属吸附的应用研究现状
【引用本文】李殿鑫, 张鹏, 阳亦青, 杨军伟, 刘建刚, 魏中举. 金属-有机框架材料的合成及其在水中重金属吸附的应用研究现状[J].世界科技研究与发展, 2020, 42 (2): 180-191.
论文框架
1 MOFs的合成
1.1 MOFs的合成方法
1)普通溶液法
2)溶剂热法
3)扩散法
4)固相反应
1.2 MOFs的合成后修饰
2 MOFs的水稳性
3 MOFs对重金属的吸收
3.1 As
3.2 Pb
3.3 Hg
3.4 Cr
3.5 Cd
3.6 Cu
3.7 其他重金属
4 重金属去除过程中MOFs的再生
5 结论和展望
概要内容
金属-有机框架材料(MOFs)具有设计合成方法多样、合成后易于改性、对重金属吸附量大、平衡时间短等优点,已被广泛研究和应用。近年来,MOFs在水中重金属吸附中的应用研究,成为了十分热门的课题。水稳性是反映吸附材料在水中稳定性的重要参数,具有良好的水稳性,是MOFs成功地应用于去除水中重金属离子的前提。本文结合近十年MOFs在重金属吸附领域的研究情况,从MOFs的合成、水稳性、在重金属吸附中的应用、再生与重复利用几个方面,综述了MOFs的合成方法、MOFs的合成后修饰、MOFs的水稳性、MOFs对水中As、Pb、Hg、Cd、Cr、Cu等重金属离子的吸附,以及MOFs的再生等的研究现状,并提出了今后MOFs在重金属吸附领域的研究方向:
1)反应参数方面,可研究pH值、离子强度、竞争离子和存在有机物等溶液条件对MOFs的表面性质和金属离子的吸附行为的影响;
2)选择性吸附方面,设计合理的MOFs框架结构,并进行合成后修饰,用于研究多种金属离子同时存在下,MOFs对某种重金属的吸附行为;
3)MOFs的水稳性方面,应对水中MOFs的长期稳定性、再生MOFs吸附重金属后的稳定性,以及吸附剂对环境的二次污染等方面进行研究;
4)吸附经济性方面,应对吸附剂的再生和重复利用次数、重复利用率等进行研究;
5)吸附材料尺寸方面,大多数报道的多孔MOFs为微孔结构,可将MOFs的孔隙尺寸增大到介孔范围将提升吸附剂的吸附量。
综上,需要对MOFs和MOF基材料作为吸附剂的吸附行为和吸附机理进行更深层次的研究。这些材料在污染治理中的应用应考虑其稳定性、高吸附容量、高选择性、良好的可重复利用性,以及通过大规模、低成本和环境友好的方法合成MOFs和MOF基材料,使其可以批量工业生产,为工业应用打下良好基础?
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http://www.globesci.com/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=10977
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【精选论文2】中国、日本、美国稀土磁性材料专利技术比较研究
【引用本文】张博, 安岩, 王学昭, 赵萍. 中国、日本、美国稀土磁性材料专利技术比较研究[J].世界科技研究与发展, 2019, 41 (4): 337-347.
论文框架
1 数据来源与工具
2 结果与分析
2.1 全球及中日美三国申请趋势分析
2.2 中国、日本和美国三国技术创新能力比较
2.2.1 中国、日本和美国三国研发主体对比
2.2.2 中国、日本和美国三国稀土磁性材料专利布局
2.3 中国、日本和美国三国市场竞争态势
3 结语
概要内容
稀土磁性材料,特别是稀土永磁材料一直是稀土最主要的应用领域。我国稀土产业正面临着转型升级机遇,如何由稀土材料生产大国转变为生产研发强国已成我国政府的重要议题之一。本文以稀土磁性材料为研究对象,对比分析了中国、日本和美国稀土磁性材料专利的发展趋势、研发机构和研发布局等。研究发现:
1)全球稀土磁性材料专利申请自1997年以来呈快速增长趋势,但中国、日本和美国三国的表现却各不相同。我国专利申请量快速增长,特别是自2007年以来,已成为全球稀土磁性材料专利申请量增长的引领者,专利量仅次于日本,后发优势明显。尽管日本自2004年至今专利申请呈下降趋势,但其专利量依然位列全球首位。同时,由于日本在稀土磁性材料方面的研发起步相对较早,在稀土磁粉制备等技术和工艺上相对成熟,依然掌握着稀土磁性材料制备的关键步骤。而美国自2000年至今专利量维持在100项左右。
2)中国、日本和美国在稀土磁性材料研发领域的布局差异较大,中国需要加大稀土磁材的应用布局。具有先发优势的日本主要布局在稀土磁粉制备及稀土磁性材料应用领域,其专利基本涵盖了磁粉制备这一稀土永磁材料制备的关键步骤。后发的中国避开了日本在上游稀土磁粉制备的专利布局,将重点放在了中游稀土磁材的制备和下游稀土磁材应用领域,但下游应用领域主要集中在稀土永磁材料及相关应用,布局相对较窄。美国基本放弃了上游稀土磁粉制备方面的专利布局,主要放在了稀土磁材的应用上,其应用领域相对中国和日本更广。因此,对于中国来说,中国需要加大稀土磁材的应用布局,特别是在医药领域的布局。
3)中国、日本和美国市场呈现出不同的竞争格局,日本企业针对中国和美国市场采取了不同的策略。中国和日本市场基本上是以本土机构为主,不同之处在于日本是以企业为主,而中国竞争者中不仅包括企业,还包括科研机构和高校,企业的竞争能力需要加强。美国市场则出现许多日本竞争者。日本企业对于供应全球稀土资源的中国主要采取了建厂合作生产的形式,比如日立金属与中科三环合资建立的日立金属三环磁材(南通)有限公司,主要生产钕铁硼磁性材料。日本企业对限制稀土资源开发的美国则采取了专利布局的策略,即通过专利布局垄断美国市场稀土磁材料的销售,限制中国企业的稀土磁材进入美国等海外市场。由此可见,后发的中国不仅面临着稀土磁性材料关键研发技术的限制(关键卡脖子技术),还有可能面临着海外销售市场逐渐缩小的问题。因此,我国在保持专利申请速度快速增长的同时,亦需要加强研究日本和美国等竞争对手的发展态势。从稀土材料产业技术布局上看,虽然日本目前垄断着上游稀土磁粉制备技术,但是由于起步早,这些专利亦面临着到期的情况,所以我国在加强研究上游稀土磁粉制备专利的同时,可将重点放在拓展下游稀土材料新领域的研发布局上,同时大力引导国内专利权机构走出国门,拓展布局美国等海外市场。
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【精选论文3】材料科技领域发展态势与趋势
【引用本文】万勇, 冯瑞华, 姜山, 黄健. 材料科技领域发展态势与趋势[J].世界科技研究与发展, 2019, 41 (2): 164-171.
论文框架
1 世界主要发达国家重要战略行动
1.1 美国:重视基础及应用研究, 关注高性能结构材料
1.2 欧盟及其成员国:聚焦主要方向, 发布重点战略
1.3 日本:每年发布《制造业白皮书》, 材料发展以产业化为导向
2 重要研究进展
2.1 机器学习助力材料设计开发
2.2 新型材料不断涌现
2.3 材料性质研究取得众多突破
2.4 新型材料助推器件发展
2.5 增材制造技术发展日新月异
3 对我国的启示与建议
3.1 从基础入手, 资助前瞻性研究工作
3.2 从路径着眼, 开展相关领域方向的路线图绘制
3.3 从共性切入, 重视关键技术创新
概要内容
材料的创新进步很大程度上推动了各领域的重大科技突破,是现代科技发展之本。世界上许多发达国家已经认识到材料研发的重要性,并制定了相应的国家发展战略规划。从设计、制备、表征、应用的链条看,近年来材料领域热点频现,人工智能技术的发展也渗入到了本领域成为新的关注点,涌现出诸多新型材料,性质与结构研究获得新的突破,应用成果丰硕。本文利用情报研究方法,梳理了部分国家在材料领域的重要规划,以及取得的最新进展和突破,并初步提出了对我国的启示与建议:
1)从基础入手,资助前瞻性研究工作。美国、欧盟等历来重视包括材料在内的基础研究工作,并注重与应用相结合。我们应根据发展现状和国家战略需求,遴选出需要重点支持的材料门类,重视原始创新和颠覆性技术创新,加强前瞻基础研究与应用创新,抢占未来先进材料竞争的制高点。根据发展现状和国家需求,遴选出需要重点支持的材料门类,如量子材料、二维材料等新兴前沿方向,以及合金、陶瓷等传统材料的升级,部署相关研究计划和项目,促进我国重点前沿新材料的发展。
2)从路径着眼,开展相关领域方向的路线图绘制。高质量的发展路线图是获取长期商业成功的基础,也是加速部署先进材料与制造技术的关键。材料领域广而杂,更需要凝聚创新方向和目标,分阶段刻画核心科学问题与关键技术问题。我们应注重需求导向和问题导向,梳理材料与制造领域的科技布局重点、发展路径和技术演进等,开展前瞻性战略研究,发挥引领作用。
3)从共性切入,重视关键技术创新。关键共性技术是材料创新发展的重要支撑,其研发成果可共享,并产生深刻影响。依托科技进步使关键共性技术取得突破,打破一些重点领域制约行业发展的瓶颈,推动材料与制造技术水平跻身世界先进行列。同时,集聚科研院所、大中小企业等多方力量,发展具有技术优势的产业集群。“制造业美国”网络和英国高价值制造中心是发展产业集群的典型案例,其工作组织模式等经验可供借鉴。
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【精选论文4】我国稀土材料领域研发态势分析与发展建议
【引用本文】陆颖, 史继强, 刘宇, 陶诚, 张志强, 陈云伟. 我国稀土材料领域研发态势分析与发展建议[J].世界科技研究与发展, 2019, 41 (1): 63-76.
论文框架
1 数据与方法
2 稀土材料整体研发趋势
2.1 全球SCI论文产出增长呈平稳发展态势
2.2 稀土领域各国SCI论文产出比较分析
2.3 稀土领域SCI论文机构产出比较分析
3 我国科研单元与国际领先科研单元比较分析
3.1 各科研单元科研影响力分析
3.2 各科研单元合作网络分析
3.3 各科研单元基金来源分布趋同
3.4 各科研单元研究重点各不相同
4 稀土材料近期的亮点工作与进展
4.1 稀土材料在通信领域的研究逐渐深入
4.2 稀土材料促进生物医学领域获得长足进步
5 启示与建议
5.1 保持优势领域研究动力, 不断优化研究布局
5.2 面向国家战略需求, 加强稀土材料领域基础研究工作
5.3 在保证国家安全的前提下, 有针对性地开展国际合作交流
5.4 加强稀土材料研究成果转化与技术应用
5.5 加大培养稀土材料研究领域世界级研究团队
5.6 加强力量攻关核心技术, 培养战略优势
概要内容
稀土材料(也称为稀土新材料)是将稀土元素融合进其它材料以提高原有材料性能或获得新功能的材料统称,包括稀土永磁材料、稀土发光材料等,是高科技领域广泛使用的战略性材料,也是我国高度重视发展的新兴战略材料之一。为了揭示我国稀土材料研发的全球竞争力,研判我国稀土材料研发的国际地位,本文利用文献计量与专家咨询等方法,从论文产出、合作关系、研究布局、研究亮点等方面出发,选取该领域的国内顶级研究单元与国际领先科研单元进行文献计量学对比,挖掘我国在学科布局、论文质量、科技合作等方面的优势与不足。分析发现,我国稀土论文发表与引用已经处于世界前列,但在学科布局、科技合作等方面仍然存在一些问题,阻碍着我国稀土研究快速发展。针对这些不足,论文从学科布局、战略协同、国际合作、产业转化、团队培养、技术攻关等方面提出发展建议:
1)保持优势领域研究动力,不断优化研究布局。通过分析稀土材料领域4个科研单元的高水平论文与被引频次发现,长春应用化学研究所在稀土研究领域具有比较强的学科优势,尤其是在能源材料、合金材料等方面,但与国际对标科研单元相比,长春应用化学研究所在磁性能研究方面比较弱,而德国明斯特大学、埃姆斯实验室等在该领域有较多的研究成果。这一方面说明磁性能研究方向是稀土材料研究的重要方向。建议我国稀土材料研究机构在保持自身研究领域优势的同时,进一步优化学科布局,通过补短板,优化学科方向来进一步夯实优势,形成更为合理的研究布局,促进国家在相关领域的发展。
2)面向国家战略需求,加强稀土材料领域基础研究工作。我国稀土材料研究论文产出位居世界前列,但基础研究影响力不足,原创成果少,在Nature?Science等国际一流期刊上发表论文的数量与西方国家相比存在较大差距,2000年以来只有2篇,而美国达到14篇。建议加强稀土高频、磁传感、激光晶体、闪烁晶体等新一代稀土复合材料基础研究,以促进电子、航空、国防等战略领域发展。同时,集中稀土材料科研资源(资金、人才、政策等),建立新型稀土材料研究中心(比如中国科学院卓越中心),联合国内优势单位,加强合作,设置大计划、大项目来进行支持,创新协同机制建设。
3)在保证国家安全的前提下,有针对性地开展国际合作交流。我国稀土材料领域学术研究的国际合作相对较弱,国内合作研究也较少,且大多集中在本地相关科研机构之间,比如长春应用化学研究所。这样使得本来就比较封闭的合作网络更加封闭,不利于国内稀土材料领域的研究合作。建议梳理各单位的稀土材料研究优势,整合资源,促进研究机构强强联合和协同创新、交叉研究,共同攻关重大科学问题与技术问题,弥补我国在稀土研究领域的短板。
4)加强稀土材料研究成果转化与技术应用。我国在稀土材料研究领域已拥有较多成果,多年来论文产出一直处于世界前列,但是也应该看到,我国稀土材料研究成果主要集中在国立科研机构中,科技成果转化效率较低,在稀土产业发展与转型方面仍然存在不足,主要有应用技术较少、成果转化数量不多、民用技术推广不足等。建议进一步完善稀土材料研究成果转移转化机制,结合稀土材料研究与应用,特别是国防军事应用的特点,组建军民融合的科技成果转移转化平台。
5)加大培养稀土材料研究领域世界级研究团队。当前我国还缺乏稀土材料领域世界级的重大原创性研究成果和顶尖科学家研究团队。在稀土领域SCI论文中,2000—2016年发文量前10的作者中,中国只有1名(同济大学闫冰教授,83篇),发文最多的是明斯特大学化学所的Poettgen(147篇),其次是波兰雅盖隆大学的Szytula(127篇)和Penc(83篇)。就SCI论文发表而言,我国具有代表性的科研人员仍然较少。建议加大力度培养稀土材料研究领域世界级人才与团队,特别是在稀土材料研究国际合作不多的情况下,要加强本土人才及团队的培养,设立专门的人才项目、资助措施、管理机制等,选准队伍、稳定支持、减少考核,促进我国稀土材料领域世界一流人才和团队的培养。
6)加强力量攻关核心技术,培养战略优势。我国最为突出的优势是稀土储量大,且稀土品种齐全、分布合理。但是由于技术掌握不足、资源利用效率低下,使其价值没有得到应有的体现,优势没有完全展现。建议集中力量攻关稀土生产技术,加强对稀土资源的综合利用、再生回收等技术的研究,提高稀土资源利用效率,降低能源和原材料消耗,加大高精尖技术研发,以支撑芯片、航天等战略领域技术发展,形成“大国重器”。总而言之,有必要将稀土材料先进技术培育成为我国未来的一个“长板”领域,成为国家的核心关键技术。
全文PDF链接
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