科技导报杂志

科技导报杂志2025年第17期

• 金属材料腐蚀研究：挑战、策略与未来

  侯保荣

  在人类文明的发展历程中，金属材料以其卓越的物理和化学性质，扮演着不可或缺的角色。从古代的铜器、铁器到现代的航空航天器和深海探测设备，金属材料的应用几乎渗透到了社会的每个角落。然而，伴随着金属材料广泛应用的，是腐蚀这一普遍而复杂的问题。腐蚀不仅影响材料的性能和使用寿命，更可能引发安全事故，造成巨大的经济损失和环境污染，特别是在海洋、工业和自然环境中，腐蚀问题尤为突出。因此，深入研究金属材料的腐蚀机理，开发有效的防护技术和材料，不仅是材料科学领域的一个重大挑战，也是保障人类社会可持续发展的关键。

• AI+科学技术让发现提速、转化提效、方法可证

  2025年8月26日，国务院发布《关于深入实施“人工智能+”行动的意见》（以下简称《意见》），将“AI+科学技术”置于6大行动之首：一要加速从0到1的科学发现，推进科学大模型与重大设施智能化，建设高质量开放数据集；二要打通从1到N的研发—工程—产品一体化，以智能化研发工具带动技术迭代与转化；三要重塑哲学社会科学研究方法，推动人机协同并构建“智能向善”理论体系。《意见》以应用牵引和能力筑底为双轮，明确阶段性目标与配套抓手。

• 二次有机气溶胶在冬季重污染阶段更为突出

  2025年8月28日，《Science》刊登中国科学院地球环境研究所黄汝锦研究员等国内外学者的综述文章，指出中国城市大气呈现出全球少见的“独特化学区”：以往由直接排放主导的高颗粒污染过程，正被二次气溶胶（尤其是二次有机气溶胶，简称SOA）所取代，且这一变化在冬季重污染阶段尤为突出。文章系统梳理了中国城市SOA的人为源前体主导、形成机理多通道并行，以及多污染物—多相过程共同控制的证据，并给出未来研究与治理方向。

• 植物演化改写古河流路径

  河流蜿蜒曲折的身影，或许远不止地貌作用的结果。2025年8月28日，斯坦福大学等团队在《Science》发表研究指出，洪泛平原上的植被能够改变河流弯道的迁移方向：无植被的河流多顺流平移，而有植被的河流则更倾向横向扩展。这一发现不仅解答了早古生代河流沉积记录的争议，也改写了人们对地球乃至其他行星河流演化的理解。

• 可持续个人冷却技术加速成型

  全球变暖背景下，个人降温技术不只是“舒适”的问题。统计显示，2000—2019年，全球每年与热相关的死亡超48万例；而传统空调带来的能耗与排放又反过来加剧热风险，形成“越热越耗能、越耗能越变热”的回路。2025年8月28日，香港理工大学团队在《Science》发表观点文章，提出一条更可持续的路径正在形成：以先进纺织材料为核心，叠加智能可穿戴与算法调控，围绕辐射、传导、对流与蒸发4种物理机制，构建轻量、灵活、低能耗的“穿戴式冷却系统”。

• 用光做换挡器实现全频无线高速稳定

  在走向6G的路上，一个现实难题一直悬着：未来网络要同时用到微波—毫米波—亚太赫兹等跨度巨大的频段，既要覆盖偏远地区，又要在城市热点提供超高速。但今天的做法往往是“一段频谱一套硬件”——换段就得换前端，噪声在高频端还会层层放大，设备成本与复杂度水涨船高。更理想的方向，是同一块芯片能跨整个频谱自适应工作，像在“多车道高速”上随时换道，哪里通畅就走哪里。

• 新药研究去动物化的最后1公里

  三生制药与辉瑞公司达成总额60.5亿美元的双特异性抗体全球授权，折射出中国创新药“出海”正在进入深水区；与此同时，美国食品药品监督管理局（FDA）近年的政策轨迹，正把新药研发从“动物替身”转向“人源数据优先”。上海原知见康数字科技有限公司药物专家刘莉在《Journal of Pharmaceutical Analysis》发文指出，FDA围绕药效、药代与安全性的“去动物化”改革已酝酿7年：从早期减少动物研究资助、在药效研究中接纳器官芯片（organ-on-a-chip）数据，到2022年明确“非动物数据可作为临床前证据”，并在2025年提出安全性研究也应优先利用人源化微生理系统（MPS, microphysiological systems）和体外复杂模型（IVCM），这被视为药物研发范式的关键转折点。

• 人工智能生成假说在检验中仍逊于人类

  Brainard Jeffrey

  研究显示机器在开辟新研究路径方面仍面临障碍

• 首批蛋白质组装机制提供生命起源新线索

  F. Service Robert

  研究揭示RNA或能在无预制蛋白质机制条件下促成氨基酸连接

• 江门中微子实验室正式运行

  2025年8月26日，江门中微子实验（JUNO）成功完成2万t液体闪烁体灌注，并正式运行取数。经过10余年准备和建设，JUNO成为国际上首个运行的超大规模和超高精度中微子专用大科学装置。

• 二维材料引领后摩尔时代

  马佳玉, 孙仲恒, 赵禹涵, 赵虎, 郭浩*, 田禾*

  摩尔定律由英特尔联合创始人戈登•摩尔于1965年提出，核心是“集成电路上的晶体管数量每18~24个月翻倍，性能提升约50%，成本降低1/2”。摩尔时代集成电路一直以硅基半导体为核心，依赖于晶体管尺寸的持续微缩（从微米级到纳米级）来提升性能。然而，随着晶体管尺寸缩小至纳米级（如3 nm以下），硅基材料器件会逐渐出现量子隧穿效应加剧，电子可穿透栅氧化层（厚度仅1~2 nm）的势垒，形成量子隧穿电流，同时，也导致晶体管被短沟道效应主导，使晶体管的阈值电压失控，导致晶体管失去开关功能。此外，硅的热导率低，硅基芯片的功耗密度随集成度提升呈指数增长，晶体管密度提升到一定程度使得硅基芯片无法通过风冷、液冷等传统散热技术有效散热。

• 带电孔壁驱动离子脱水与选择透过

  水处理、能源转化和生物医药等领域对高效分离膜的需求日益迫切。无论是海水淡化、电池隔膜，还是人工离子通道，核心都依赖于纳米孔膜对特定离子的精准筛选。科学界长期以来将这种选择性理解为几何作用：水合离子被紧紧包裹在水分子外衣之中，能否通过孔道主要取决于“身体尺寸”与孔径是否匹配。然而，随着纳米孔尺度越来越小，这一解释逐渐显得不足，因为实际观测到的选择性规律往往无法用几何大小简单说明。

• 基因编辑猪肺成功移植到人体

  目前全球器官移植需求日益增大，异种器官移植被认为有望解决供体短缺的困境。广州医科大学附属第一医院教授何建行研究团队，报道了世界首个将基因编辑猪肺成功移植到脑死亡人体内的案例，该成果有望帮助缓解肺移植供体短缺的难题。2025年8月25日，相关研究成果发表于《Nature Medicine》。

• 从湍流中捕捉极微弱信号——单光子双光梳做到阿瓦级灵敏度

  中国科学技术大学薛向辉团队与香港中文大学任伟团队在《Light: Science & Applications》报道称，把双光梳光谱（2束“梳齿”略有差异的频率梳相互干涉，实现宽谱、快速、精密测量）与单光子探测结合，解决了开放大气湍流抖动与超弱信号难题。研究首先用单光子雪崩二极管（SPAD）逐个记录光子“是否到达”（二进制事件），再用共模触发参考光路实时感知并“抵消”光路共同扰动，最后从庞大的“0/1”序列里重建干涉光谱。这样一来，即便传统探测器看不见的极弱回波，也能被统计“拼”回清晰光谱。

• 腐蚀大数据技术及其智慧工程应用

  李众, 张晓虎, 程学群, 张达威, 李晓刚*

  材料作为装备和设施的基本构成部分，在服役时最主要的失效模式之一就是腐蚀。腐蚀是指材料在自然环境或人为因素的作用下，通过化学、电化学或物理反应，导致其结构、性能和外观的退化过程[1]。从化工、石油、电力等重工业领域，到食品加工、造纸、纺织等轻工业范畴，乃至航空航天、海洋工程等高端科技行业，腐蚀现象广泛存在且危害巨大[2]。在化工与石化行业，管道、反应釜、储罐等设备长期接触各类具有强腐蚀性的化学物质，极易因腐蚀而导致设备损坏，不仅频繁引发停工停产，造成高昂的维修与更换成本，还可能因有害物质泄漏带来严重的环境污染与安全事故[3−4]。据估算，腐蚀在全球范围内造成直接和间接的经济损失约占全球GDP（国内生产总值）的3%~4%[5]。此外，腐蚀还带来了严重的环境污染和健康问题，间接损失更是难以忽视。因此，腐蚀不仅影响装备和设施的运行效率，还直接关系到生命财产和公共安全。因此，对材料的腐蚀现象进行有效的监测、预警，从而防止事故发生，显得尤为迫切。

• 燃气涡轮发动机用热障涂层和环境障涂层研究进展

  朱圣龙, 沈明礼, 辛丽, 鲍泽斌, 牛云松, 赵清清, 杜瑶, 邬明钰, 董志宏, 李帅, 陈明辉, 王金龙, 王福会*

  燃气涡轮发动机主要用作航空发动机和工业燃机发电机组。提高燃气温度是提升其性能的重要技术路径，例如，H级燃机的燃气温度比E级燃机提高300℃，达1400℃，功率提高300 MW，达400 MW。在先进燃气涡轮发动机的所有热端组件中，工作条件最苛刻的是涡轮叶片。其工作温度超过了绝大多数结构材料的许用温度极限，且转子叶片还需承受高离心力，故需同时采用先进高温材料、高效冷却和防护涂层等3项技术措施，其中防护涂层主要包括用于高温合金的抗氧化涂层、抗腐蚀涂层、热障涂层（thermal barrier coating，TBC）和用于陶瓷基复合材料的环境障涂层（environmental barrier coating，EBC）。

• 基于扫描微探针技术的现代腐蚀电化学研究进展

  曹发和, 李鑫冉, 黄秋雨, 肖煜华, 张勤号

  金属材料在服役过程中通常由于环境的作用，发生电化学/化学反应导致性能衰变的过程称之为腐蚀[1−2]。多数金属腐蚀现象都具有电化学特征，即金属及其合金在发生腐蚀时至少有2类反应：一类是金属阳极溶解形成离子并释放电子；另一类是阴极去极化反应获得电子过程，如析氢反应和/或吸氧反应[3]。在过去的40多年里，包括电化学阻抗谱、极化曲线和电化学噪声在内的多种电化学方法得到快速发展，为腐蚀检测、速率评价、寿命评估和腐蚀机制研究提供了大量且重要的信息。需要指出的是，传统腐蚀电化学的研究对象是平板电极（planar electrode，以一维线性传质模型为基础，一般腐蚀研究电极面积约1.0 cm2），所获得的电化学信息是整个电极的平均信息，特别是极化曲线技术，且极化曲线难以获得构成腐蚀的电极反应动力学信息。电化学阻抗谱虽有较宽的频率范围（通常为105~10−2 Hz），具有一定程度的时间尺度分辨，但是所获得的界面行为和电荷转移电阻等仍是以整个电极平均信息为基础的结果。电化学噪声方法虽能较好地检测局部腐蚀的发生发展，其不足之处主要是复杂的数据处理和分析方法，以及噪声信号特征与腐蚀信息之间对应关系的建立，一般需要辅以形貌观察等离线物理表征[4−6]。必须指出的是：腐蚀电化学过程包含至少2个电化学反应耦合的非平衡电化学过程，并通常伴随化学反应[7]，即腐蚀反应具有非平衡不可逆多反应耦合的特点，较大程度上限制了电化学测试技术的应用，也限制了腐蚀电化学的研究与发展。

• 高熵合金的腐蚀行为及机理研究进展

  董姝君, 赵前程, 成红旭, 孙明磊, 刘孝辰, 王雪飞, 骆鸿*

  高熵合金是由Yeh等[1]和Cantor等[2]在21世纪初首次提出的一类新型合金类型，其定义基于其独特的合金设计概念。这种合金由5种或5种以上的主元素组成，每种元素的原子百分比为5%~35%。这一设计理念允许高熵合金不必遵循等摩尔或接近等摩尔的成分比例，甚至可以包含微量元素来优化材料的各种性能。此外，另一种对高熵合金的定义是基于理想固溶体的摩尔混合熵，当其混合熵大于1.5 R（R为气体常数）时，即可被归类为高熵合金。这一定义突破了传统合金设计的范式，使得合金设计的思路从相图的角落和边缘扩展到了相图的中心区域，增加了合金设计的自由度。由于熵效应，高熵合金易于形成面心立方（FCC）[3]、体心立方（BCC）[4]或密排六方（HCP）[5]结构的简单无序固溶体。高熵合金的独特性能源于其内在的4大核心效应：高熵效应、缓慢扩散效应、晶格畸变及鸡尾酒效应[6−7]。高熵效应有助于形成简单的固溶体结构并促进元素的均匀分布，从而提升合金的钝化膜稳定性，在一定程度上减弱电偶腐蚀的倾向。缓慢的滞后扩散效应被认为是高熵合金结构稳定性、热稳定性和优异机械性能的原因[8−9]。这些效应的协同作用使得高熵合金与传统合金相比具有硬度高[10]、耐磨性好[11−12]、耐腐蚀性强[13]、强度高[14]等诸多突出性能，引发了材料科学与工程领域对其的广泛关注。

• 深海极端环境下钛合金腐蚀科学问题评述

  吴俊升, 胡科峰, 董超芳, 胡凌越, 张博威, 范林, 肖葵, 孙明先, 雍兴跃, 李晓刚

  随着科技的进步和陆地资源的日益枯竭，深海资源的开发利用已成为各国争夺的焦点，深海装备制造和深海材料研发必将成为各国研究和竞争的前沿热点。工程装备在极端苛刻的深海环境中服役，将承受低温、低溶解氧、低pH值、污染物和微生物等复杂环境因素以及热液、洋流、高压和复杂工况载荷的耦合作用。材料在深海环境下的腐蚀行为与浅层海水中表现迥异，有些规律甚至截然相反，这会对深海装备的安全服役造成严重威胁[1−2]。材料的腐蚀损伤已成为制约中国开发利用深海资源所需装备材料研发的关键瓶颈问题。

• 金属增材制造的前沿技术创新与应用

  董樊丽, 张兵, 杨剑英, 李薇薇

  随着制造业创新和技术需求多元化，金属增材制造在航空航天、汽车、医疗和能源等领域的应用不断拓展。相比传统制造方式，金属增材制造通过逐层堆积金属材料，实现了复杂结构、轻量化设计和定制化生产，提升了制造灵活性与精度。2024年，该技术的热点包括高性能金属材料的开发、制造工艺的突破、自动化与智能化发展以及软件开发的新进展。尽管面临设备和材料成本高、精度与稳定性要求高等挑战，但金属增材制造的技术进步和市场需求推动其在各行业的广泛应用，未来有望突破现有瓶颈，推动行业的持续创新和发展。

• 宽禁带半导体氮化镓肖特基二极管研究进展

  何子涵, 张涛*, 任泽阳, 张进成

  宽禁带半导体作为21世纪材料科学的重大突破之一，凭借其独特的物理特性，显著拓展了半导体器件的性能边界和应用边界，支撑了移动通信、人工智能、清洁能源等技术革命性的突破。第3代半导体氮化镓（GaN）具有禁带宽度大（~3.4 eV）、击穿场强高（~3.3 MV/cm）、电子迁移率高（~2000 cm2/Vs）、介电常数大（~9.5）等优势，是高功率电子器件研制中最具优势的材料之一[1−2]，已成为宽禁带半导体电子器件研究的主流。对于GaN肖特基势垒二极管（schottky barrier diode，SBD）而言，由于受到材料外延、器件制备、封装技术等方面的限制，导致器件无法最大限度逼近其理论极限；另外，肖特基势垒二极管器件正向开启电压与反向泄漏电流之间存在相互制约的钳制关系，进一步限制了器件的工作效率，通过优化材料生长方式及器件制备工艺能够有效缓解上述问题。

• 扩展现实研究关键技术及发展趋势

  范丽亚, 王梅, 马介渊

  2024年，扩展现实（extended reality，XR）研究呈现全方位发展态势。硬件侧，显示技术取得显著性突破[1]，设备推陈出新，人工智能（artificial intelligence，AI）+增强现实（augmented reality，AR）眼镜带来多模态智能交互体验与交互方式的革新[2]。软件侧，XR操作系统开源化竞争推动行业生态朝着更开放、多元的方向发展[3]。内容侧，多元化大空间文旅项目的兴起为XR内容创作生态发展注入新动力[4−6]。本文选取2024年XR产业相关代表性研究进展，对部分关键技术和未来发展趋势进行分析和展望。

• 纳米复合药物治疗脑肿瘤研究热点与挑战

  张君妍

  脑肿瘤可分为原发性与继发性（转移性）2大类，其中原发性脑肿瘤主要包括胶质瘤、髓母细胞瘤、脑膜瘤等类型。胶质瘤为最常见的中枢神经系统恶性肿瘤，世界卫生组织（WHO）将其分为4个级别，其中Ⅰ和Ⅱ级为低级别，Ⅲ和Ⅳ级为高级别胶质瘤。胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）属于Ⅳ级，是成人最常见、最具侵袭性且预后最差的原发性恶性脑肿瘤之一[1]。据国际癌症研究机构发布的全球癌症统计（GLOBOCAN 2022）数据显示，全球新发中枢神经系统肿瘤超30万例，GBM在死亡率中居于首位。当前，GBM的标准治疗方案包括最大限度的外科切除、术后放疗及替莫唑胺化疗的联合治疗[2]。然而，联合方案虽能延长患者生存期，但整体预后改善有限，其主要原因为：手术难以彻底切除弥漫性浸润的肿瘤细胞；放疗易对正常脑组织造成损伤，且存在放疗耐受问题；替莫唑胺虽可穿越血脑屏障（blood–brain barrier，BBB），但部分患者因O6−甲基鸟嘌呤−DNA甲基转移酶（MGMT）表达水平升高，导致化疗耐药性强。此外，BBB对大多数小分子药物、核酸类药物及抗体等构成物理屏障，极大限制了治疗药物在脑组织中的有效浓度[3]。随着纳米材料科学、生物医药和神经肿瘤学等多学科交叉融合的深入发展，纳米技术为GBM的精准治疗带来了新的突破。纳米药物载体具有粒径可控、表面可修饰、负载能力强、靶向性好等优势，能够通过优化粒径、电荷及配体修饰等方式实现对BBB的穿透和脑组织的特异性定位。纳米复合药物不仅可搭载传统化疗药物，还可与免疫治疗、基因干预及成像技术相结合，实现多功能集成与协同增效，推动GBM从“对症治疗”向“精准治疗”转变[4]。本文分别阐述GBM生物学特性和微环境特征、纳米复合药物的物理化学结构特征和GBM治疗优势，并对新型纳米复合药物治疗GBM的代表性研究进展进行回顾性概述和总结，最后探讨其临床转化方面面临的关键问题及未来发展方向。

• 气候变化对可持续农业的挑战及对策

  汤瑞瑜, 宋洁, 朱广宇, 庄明浩, 杨易*

  农业作为人类社会生存与发展的基础，在保障全球粮食安全和维持经济稳定方面发挥着核心作用[1]。然而，随着全球人口增长、经济快速发展以及饮食结构转变（如对肉、蛋、奶等动物性食品需求的增加），农业生产面临的压力持续加剧[2]，不可持续的农业生产方式对全球生态系统的负面影响也日益凸显（图1[3−7]）。全球40%的农产品依赖灌溉系统生产，使得农业成为全球最大的淡水消耗部门，占全球淡水取用量的70%[3]。同时，农业土地利用推动了全球森林砍伐。截至2019年，全球林地保有量仅为原始森林覆盖率的60%，远低于维持生态平衡所需的75%安全阈值[4]。这种土地利用变化加速了生态系统退化，进一步加剧了生物多样性丧失，约85%濒临灭绝的物种正受到农业活动的威胁[5]。而在氮和磷的使用中，农业占全球人为氮使用量的86%，且96%的开采磷也几乎都用于化肥生产，最终进入土壤体系造成全球范围氮磷失衡[6]。此外，全球农业粮食系统产生的温室气体（greenhouse gases，GHG）排放量约占全球总GHG排放量的1/3[7]，即每年180亿t二氧化碳当量。在目前的发展情景下，仅农业食品系统的GHG排放量所导致的气温升幅，就足以突破《巴黎协定》设定的1.5℃温控目标[8]。这些环境问题不仅严重威胁农业生产的可持续性，还对实现联合国可持续发展目标（sustainable development goals，SDGs）构成了严峻挑战。研究表明，农业的环境影响直接关联到SDG 2（零饥饿）、SDG 6（清洁饮水与卫生设施）、SDG 13（气候行动）以及SDG 15（陆地生物）等目标的实现进程[9]，形成了一个具有复杂互动关系的系统性挑战。

• 微小RNA，大时代：安布罗斯与鲁夫昆的科研征途及启示

  陈彪, 焦宇昊, 申梦茹, 彭安婷, 朱玥玮, 芮杨梦琳, 王春秀, 郝锌颖*

  马萨诸塞大学医学院教授维克托·安布罗斯（Victor Ambros）和哈佛大学医学院教授加里·鲁夫昆（Gary Ruvkun）（图1[1]），因发现“miRNA及其在转录后基因调控中的作用”获2024年诺贝尔生理学或医学奖[1]。