2016全球最受公众关注的科学成果出炉 这里是入选的13项材料科学成果

1.美国物理学家用电场制造低脂巧克力

论文标题：Electrorheology leads to healthier and tastier chocolate
DOI: 10.1073/pnas.1605416113
期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Altmetrics指数：854

巧克力是世界上最受欢迎的食物之一，但目前巧克力产品含有太多的脂肪，会导致肥胖。降低巧克力产品的脂肪含量使其更健康，这一问题在数十年前已被引起关注，但仍没有发现实际的解决办法。现在，美国天普大学的物理学家通过电流变学方法，能帮助糖果公司生产低脂巧克力。该研究团队发现，巧克力中的脂肪与软物质的基础科学密切相关，沿着液态巧克力的流动方向施加一个电场，可以将可可颗粒聚集成长球形，这种微结构变化破坏了旋转对称性，降低了液体巧克力的粘度，可以将脂肪含量减少10-20%。该方法制造出来的巧克力在味道上变化不大，有试吃者甚至认为比原来的巧克力更美味。

2.科学家在二维材料中发现量子自旋液体存在的证据

论文标题：Proximate Kitaev quantum spin liquid behaviour in a honeycomb magnet
DOI: 10.1038/NMAT4604
期刊：Nature Materials
Altmetrics指数：709

磁性材料是现代电子学和信息存储的基础，因此，科学家们努力追求发现新的磁性行为和新的物态，量子自旋液体就是其中一个热点研究方向。科学家们认为，量子自旋液体隐藏在某些磁性物质内，但一直未能在自然界中观测到。美国橡树岭国家实验室的研究团队在二维材料α-氯化钌（α-RuCl3）内发现了量子自旋液体存在的证据。他们用中子照射α-氯化钌晶体，获得了特定的波纹状图案，这为二维材料中的量子自旋液体的存在提供了直接的证据。研究人员表示，该研究或有助于量子计算机的研制。

3.物理学家的发现颠覆涂料干燥的传统观念

论文标题：Dynamic Stratification in Drying Films of Colloidal Mixtures
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.118301
期刊：Physical Review Letters
Altmetrics指数：675

英国和法国的物理学家确定了涂料干燥时的一种新的物理机制，可导致不同大小的颗粒分离。基于计算机模拟和实验，研究表明较小的颗粒会一起协力在一个方向上推动较大的颗粒，从而导致干燥材料的分层。在传统观念中，较大的颗粒应积聚在蒸发膜的空气侧，较小的颗粒在另一侧。这项工作颠覆了涂料干燥的传统观念，在其研究的混合物中，较小的颗粒聚集在空气表面附近，而不是在另一侧。了解这种效应，会促进一系列有用的材料的发现，可用于防晒霜、电子工业用的分层薄膜、油墨印刷以及更好的涂料。

4.美国制造出目前世界上最小晶体管

论文标题：MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths
DOI: 10.1126/science.aah4698
期刊：Science
Altmetrics指数：592

美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队制造出利用碳纳米管和二硫化钼，制造出目前世界上最小的晶体管，其栅极长度仅有1纳米。该研究团队以单壁纳米管作为栅极，二硫化钼为沟道，制造出栅极长度为1纳米的晶体管。尽管离把这种晶体管集成到芯片上还有很长一段距离要走，但这一研究成果打破了半导体业界认为栅极小于5纳米的晶体管无法正常工作的观念，同时也表明，只要对半导体材料和半导体器件架构进行适当的设计，摩尔定律在未来一段时间内还将继续有效。

5.英国科学家发现了氢的“第五相”——固态金属原子氢

论文标题：Evidence for a new phase of dense hydrogen above 325 gigapascals
DOI: 10.1038/nature16164
期刊：Nature
Altmetrics指数：576

英国爱丁堡大学的科学家通过高压实验，发现氢存在一种新的物质状态——被称为氢的“第五相”的固态金属原子氢。研究团队利用金刚石对顶砧技术，在325吉帕斯卡的压强和27摄氏度的条件下，获得了氢的第五相存在的证据。虽然该发现与固态金属氢有相似之处，但研究人员并没有宣布他们发现了金属氢，仅宣称发现了金属氢的先驱。金属氢是室温超导体，也是高能清洁燃料，并可能在可控核聚变和新式武器中发挥重大作用。该工作被认为是氢研究领域的里程碑。

6.MIT化学家发明除皱、保湿、去眼袋的皮肤材料

论文标题：An elastic second skin
Doi：10.1038/NMAT4635
期刊：Nature Materials
Altmetrics指数：2272

每个人都希望肌肤保持年轻的状态，然而随着年龄增长，皱纹还是会在人脸浮现。麻省理工学院Robert Langer教授等发明了一种新型聚合物薄膜材料，这种材料宛如人的“第二层皮肤（second skin）”，具有减缓皱纹的功效。把这种材料涂抹在眼袋处，可以有效缓解眼袋的程度，效力可维持24小时。该材料还有很好的保湿性和弹性，以及生物安全性。未来，这种材料可能用于皮肤病的治疗以及肌肤美容等方面。

7.能吃塑料的细菌

论文标题：A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)
DOI: 10.1126/science.aad6359
期刊：Science
Altmetrics指数：1949

塑料虽然给人们生活带来了方便，但其难以降解的特点也带来了严重的环境问题。日本京都工艺纤维大学和庆应义塾大学的科学家发现一种微生物，可以降解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），这是一种常见的用于饮料包装的塑料。与通常需要高温高压的降解方法相比，该微生物只需要在30oC下利用两种酶就能将PET降解为对苯二甲酸和乙二醇单体。

8.石墨烯+橡皮泥=超级传感器

论文标题：Sensitive electromechanical sensors using viscoelastic graphene-polymer nanocomposites
DOI: 10.1126/science.aag2879
期刊：Science
Altmetrics指数：1187

石墨烯因其卓越的理化性质而成为当今最热门的材料之一。爱尔兰都柏林圣三一学院的科学家利用石墨烯和具有粘弹性的聚硅树脂（俗称橡皮泥）制备出一种具有极高灵敏度的电力学传感材料，能够检测轻微的变形和冲击，其灵敏程度甚至能探测到蜘蛛的运动。该材料可用于制作检测人体脉搏、血压的传感器等。

9.英国科学家合成出迄今为止最为复杂、最牢固的8交叉分子结

论文标题：Braiding a molecular knot with eight crossings
DOI: 10.1126/science.aal1619
期刊：Science
Altmetrics指数：880

在几何中，扭结是指三维空间中不与自身相交的闭合曲线。自然界中已知存在超过60亿种不同扭结，但人类迄今仅成功利用小分子合成3个扭结。英国曼彻斯特大学化学家David A. Leigh成功合成了第四种分子结——819扭结。819扭结有8个交叉，包含192个原子，宽约20纳米，具有手性。这是迄今最复杂、最牢固的人工分子结。这一突破对于编织更复杂的分子结、在分子水平上研究分子结等具有重要意义。

10.仿生叶CO2的转化效率比自然光合作用高10倍

论文标题：Water splitting-biosynthetic system with CO2 reduction efficiencies exceeding photosynthesis
DOI: 10.1126/science.aaf5039
期刊：Science
Altmetrics指数：774

作为自然界最重要的化学反应之一，光合作用一直吸引着研究人员的兴趣，人类也一直试图模拟光合作用。美国哈佛大学和新加坡南洋理工大学的研究人员联合开发了一套人工光合系统，可将二氧化碳和水转变为液体燃料，转换效率达9.7%，是自然界植物光合作用（1%）效率的10倍。

11.利用太阳能直接将CO2转化为燃料

论文标题：Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid
DOI: 10.1126/science.aaf4767
期刊：Science
Altmetrics指数：739

温室气体CO2的转化利用是世界各国普遍关注的问题。美国伊利诺斯大学芝加哥分校和阿贡国家实验室的科学家联合设计出一种新型太阳能电池，能直接把大气中的二氧化碳转化成合成气（氢气和一氧化碳）。该设计同时具有环保和经济两方面价值，不仅可以减缓二氧化碳向大气中排放，而且可以生成重要的化工原料合成气。

12.首例可以催化C-Si键形成的蛋白质

论文标题：Directed evolution of cytochrome c for carbon-silicon bond formation: Bringing silicon to life
DOI: 10.1126/science.aah6219
期刊：Science
Altmetrics指数：709

硅和碳都是地球上含量丰富的元素，但是自然界中却从未发现硅碳键的存在。美国加州理工学院的研究人员通过改造细菌中的酶实现了这一自然演化中未曾出现的现象。他们发现了一种来自耐高温细菌Rhodothermus marinus的细胞色素c蛋白，通过对该蛋白的定向进化（得到三个突变），可以催化硅氢键的卡宾插入反应，从而形成硅碳键。这一成果对连接生物合成与化学合成两大合成领域，具有重要意义。

13.桑蚕吐出纳米碳掺杂的更牢固蚕丝

论文标题：Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03597
期刊：Nano Letters
Altmetrics指数：709

中国自古就是养蚕大国。古代中国与西方贸易交流的陆上通道被称为“丝绸之路”。清华大学的科学家将古老的养蚕技术与时兴的碳纳米管和石墨烯结合，发现通过给蚕宝宝喂食含有碳纳米管和石墨烯的桑叶，可以获得更加牢固的蚕丝纤维，延展性和抗拉强度显著提高，而且通过高温加热碳化还可显著提高导电性。

据介绍，报告的数据选取自2016年基于自然指数（Nature Index）遴选的68种优质期刊的论文，以保证期刊的权威性。在此基础上，利用Altmetrics指标（截止2017年3月17日）进一步筛选出2016年度每个学科中最受关注的十大热点论文。Altmetrics是对传统引文指标的补充计量指标，与传统的引文分析相比更具即时性。通过利用主流媒体报道、F1000论文评选、维基百科及公共政策文件的引用以及研究博客、社交网络讨论等互联网量化数据分析，提供有关期刊论文和其他学术成果在世界各地探讨和应用情况的信息，目前已被应用于《自然》《科学》《柳叶刀》等期刊网站和机构数据库中。

其他最受欢迎的成果请参考：2016全球最受公众关注的科学成果发布

材料牛编辑整理。