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研究发展报告:材料科学和技术(三)

图4提供了纳米科学区域和它的组成以及密切相关的研究前沿的详细视图[8]。在图中一个分支显示了太阳能电池研究的活跃,不仅是染料敏化太阳能电池,而且还有有机太阳能电池,后者是一个正引起越来越大兴趣的替代途径。纳米管薄膜和石墨烯在逻辑上是联系在一起的。纳米材料也出现在其它区域,包括在燃料电池和太阳能电池区域。其他的非常活跃的研究领域包括介孔碳、分子逻辑门、电化学传感器、介观材料,以及在图中心大面积的各种材料的磁学性质。

4 基于Essential Science Indicators的研究前沿数据的纳米科学图

4 2006-2010年间Essential Science Indicators 的数据库中材料科学排名前20名的研究前沿。材料科学有438项研究前沿,占了自然科学和社会科学所有的6641项科技前沿的6.6%

根据每一个前沿研究领域的核心论文的被引用次数,表4列出了排名前20的材料科学研究前沿。研究前沿的总被引用次数的排名揭示了目前异常活跃的专业。与表3中按科研机构排名的影响力比较,对这些研究前沿而言,平均引用影响力相对较高。每项前沿的核心论文发表的平均年度表明该前沿的基础文献是否是新的抑或是迅速转向的。平均年度很近表明该领域正在兴起或变成热点。

由这20个研究前沿所代表的大学科领域包括化学、物理、工程和生物学。这一点表明材料研究如何将它的影响延伸到不同的领域。一些主要的专业以不同方式出现了两次:石墨烯(1和6),太阳能电池(2和4),介孔材料(14和18)。生物医学课题出现在3个研究前沿领域(10,14和17)。石墨烯和聚合物太阳能电池引用影响力最高。最新的核心文献与分子逻辑电路(20)、上转换荧光稀土纳米晶体(19)和自组装超分子纳米结构凝胶相材料(13)有关。

专题

报告的下面,我们集中在3个重要又活跃的领域:石墨烯、金属有机框架和用于组织工程的静电纺丝米纤维支架。这些代表大、中、小专业。由于他们对全球和国家经济的影响,这3个课题具有重要的意义,它们提供了使电子、能源储存、以及生物医学工程提供发生革命性变革的潜力。

它们每个领域都具有这样的特点,从研究文献第一次公布开始,每个领域都得到了异常迅速的增长。图5总结了这3个领域的增长模式,以便于进行比较。

5 1995-2011(2011年为估计数),科技网数据库中专题文章数。MOFs 线统计自主题、文摘和关键字中出现“有机金属框架”的文章,nanofibre scaffolds 线统计自主题、文摘和关键字中出现“静电纺丝”、“支架”和“组织”的文章,graphene线统计自主题、文摘和关键字中出现“石墨烯”的文章。

课题1:石墨烯

任何一篇回顾过去10年材料研究空前发展的综述必定会包括石墨烯。一个单原子厚度的碳膜具有惊人的电、机械、热和光学特性。如1985年以后富勒烯和1986年以后铜氧化物钙钛矿材料的高温超导性的发现那样,自从2004年由安德烈 K·盖姆(Geim)、康斯坦丁S·诺伏塞洛夫(Novoselov)和他们在英国曼彻斯特大学以及俄罗斯Chernogolovka微电子技术研究所的同事们[9]公布了他们举世瞩目的发现以来,有关石墨烯的论文有了非常显著的增长。

根据科学网的数据库统计,在2004年,有164篇论文在它们的标题、摘要或关键词中提到了石墨烯。到2010年,有3671篇论文被录入。到2011年5月,有关石墨烯的论文累计有10527篇。我们估计,2011年与石墨烯有关的论文大约将有4800篇(图5)。

正是这一发现的重大意义,仅在2004年他们的第一篇论文发表以后的第6年, Geim 和Novoselov就因他们“在二维材料石墨烯的突破性实验”,被授予了2010年的诺贝尔物理奖。他们2004年发表的论文和2005年在《自然》上发表的另一篇论文[10]迅速积累起来的引用数就足以证明他们研究工作的影响。这些促使汤森路透私人有限公司在2008年就预言他们将获得诺贝尔奖[11]。他们在2004年和2005年发表的两篇论文现在已经被引用分别超过了4300次和3000次,使它们位居过去10年间在所有的物理科学领域内引用次数最多的20篇研究报告之列。

由于石墨烯的许多非同寻常和潜在的可利用性质,来自不同领域的研究者都将精力集中在新材料上。表5列出了石墨烯研究涉及的领域的排名,此排名系自从2004年到2011年5月间发表了10527篇与石墨烯有关的论文的杂志统计而得。这些数据表明,研究人员已经很好地从物理、化学、材料和纳米科学对石墨烯进行了研究,从工程方面也有少许研究。

5 基于200420115月间发表与石墨烯有关的研究论文的杂志分类,总结出的与石墨烯有关的研究领域,由于一些杂志分属几个领域,因此,统计出的论文数可能比论文的实际数量要多。

排名

领域*

论文数

1

凝聚态物理

3,405

2

材料科学,交叉学科

3,144

3

应用物理

2,577

4

物理化学

2,528

5

纳米科学与纳米技术

2,134

6

化学,交叉学科

1,644

7

物理学,交叉学科

1,294

8

原子、分子和化学物理

464

9

电学和电子工程学

357

10

电化学

268

 *译者注:依据汤森路透私人有限公司对SCI收录期刊的学科分类

6 200420115月间发表的与石墨相关的研究论文的数量统计的国家/地区和研究机构排名

论文数/篇

国家/地区

排名

机构名称

论文数/篇

3,263

美国

1

中国科学院

440

1,957

中国

2

新加坡国立大学

232

1,022

日本

3

西班牙最高科研理事会

225

846

德国

4

俄罗斯科学院

190

593

英国

5

加州大学伯克利分校

182

543

韩国

6

中国清华大学

170

529

法国

7

新加坡南洋理工大学

166

450

西班牙

8

法国国家科研中心

155

384

新加坡

9

美国麻省理工大学

150

363

俄罗斯

10

德克萨斯州立大学奥斯汀分校

147



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