中国科学院三项重大科技成果获杰出成就奖 塑性半导体、煤基乙醇、射频滤波器实现关键突破

问题:面向科技自立自强与产业链安全的现实需求,我国新材料、新工艺和关键器件领域仍存在若干“卡点”。一上——无机半导体受固有脆性影响——难以像金属那样室温下实现宏观塑性,限制了其在柔性器件等方向的应用拓展。另一上,乙醇既是重要化学品也是能源产品,传统制备路线较多依赖粮食原料,非粮路径要实现规模化、低成本与低碳化,仍需要关键技术支撑。再一方面,5G/6G移动通信对高性能射频前端提出更高频段、更高集成度与更高一致性的要求,关键衬底与量产能力直接影响整机性能与供应链稳定。 原因:上述难题既涉及基础科学层面的“机制不清”,也涉及工程技术层面的“体系不全”。材料端,无机半导体的化学键与晶体结构决定其变形方式,传统认知将其与金属塑性严格区分,使“材料参数—结构—性能”的可设计路径不够清晰。在工艺端,非粮乙醇路线牵涉多步反应与系统工程,既要适配我国“富煤少油”的资源禀赋,也要在能效、碳排与经济性之间取得平衡,难点在于成套技术集成与工业验证。在器件端,射频声波滤波器对衬底材料、异质集成和制造一致性高度敏感;硅基压电异质集成过程中存在多种物理失配,如缺少可工程化的解决方案,就难以形成可复制的规模化生产能力,产业链也更易受外部供给影响。 影响:此次获奖的三项成果分别在“从科学发现到工程应用”的关键环节实现突破,反映了基础研究、技术发明与科技攻关共同推进的路径。 其一,“塑性无机半导体”项目针对无机半导体脆性这个长期难题,发现硫化银、硒化铟等单晶在室温下呈现类似金属的力学响应,压缩、弯曲、拉伸等应变能力提升,实现无机半导体宏观塑性的关键跨越。团队深入揭示由“多中心、弥散”化学键主导的塑性机理,提出塑性因子和变温塑性模型,并通过高通量计算筛选出二硫化钼等一批可在室温呈现塑性的无机半导体材料,将“偶然发现”推进为“可预测、可设计”的研究范式。这一突破有望拓展无机材料在柔性电子、传感、热电等领域的应用边界,并为有关器件的小型化、轻量化与可弯折化提供材料基础。 其二,“二甲醚经乙酸甲酯制乙醇技术”项目聚焦非粮乙醇的战略需求,围绕煤化工清洁高效利用开辟新路线。乙醇对粮食原料的依赖在一定程度上限制了其规模扩张的可持续性;而我国煤炭资源相对丰富,推动煤基、工业尾气等来源制乙醇的产业化,有助于在能源安全、粮食安全与化工产业链稳定之间形成更稳固的支撑。项目团队形成具有自主知识产权的成套工业化技术,完成工业示范并在多地推进大型装置落地,签订多项许可并形成产能布局,显示该路线已跨越从实验室到工厂的关键门槛,进入可复制推广阶段。其影响不仅在于增加乙醇供给,也为煤化工向高端化、多元化、低碳化转型提供了可执行的技术选项。 其三,“5G/6G移动通信用射频声波滤波器关键衬底技术及其产业化”项目聚焦移动终端射频前端关键环节。团队解决硅基压电异质集成晶圆制备中的核心失配问题,形成工程化制备技术,实现大尺寸压电异质晶圆规模化量产,提升关键材料的自主供给能力。同时,基于高声速碳化硅压电异质衬底提出超级声表面波滤波器技术,将器件工作频率提升至6GHz以上,突破传统声表面波器件高频化瓶颈。项目以科研机构为牵引,联合企业构建从晶圆、器件设计到射频模组集成的完整链条,有助于在更高频段、更复杂应用场景下保持产品迭代与量产稳定,支撑我国5G/6G终端产业竞争力。 对策:从三项成果推进路径看,推动科技创新与产业创新深度融合,需要在“问题牵引、体系攻关、标准验证、规模放大”上形成闭环。一是加强从机理到模型的基础研究供给,提升材料的可设计性与可预测性,降低研发“试错”成本。二是以重大需求为导向推进成套技术攻关,围绕能效、碳排、安全与稳定运行等工业指标建立可量化评价体系。三是完善产学研用协同机制,发挥科研机构在原创突破与关键共性技术上的牵引作用,同时依托企业的场景、工艺与市场能力实现快速迭代。四是以关键材料和核心装备为重点,构建可持续的供应链保障能力,推动国产替代从“能用”走向“好用、耐用、可规模化”。 前景:面向未来,新材料将持续牵引新器件形态,新工艺将拓展能源与化工的可持续边界,关键衬底与制造能力将影响通信产业的上限。塑性无机半导体若能在性能稳定性、制备成本与大面积制备上进一步突破,有望柔性热电、可穿戴传感等领域催生新产品形态。煤基乙醇路线若在全生命周期碳管理、可再生能源耦合与副产物高值化上形成更完善的技术体系,将提高绿色竞争力。射频滤波器衬底与器件技术也将随6G标准研究推进持续升级,在更高频、更复杂频谱环境下的自主可控能力将更加关键。总体而言,此次获奖成果展现了我国从原始创新到工程化量产的系统能力,也为相关领域下一阶段高质量发展提供了可借鉴的路径。

从实验室的机理探索到工厂的万吨级生产装置,中国科学院的这些获奖项目展现了科研成果走向应用的清晰路径;在全球科技竞争加剧的背景下,这种以国家需求为导向、以交叉创新为特征的科研模式,将为高质量发展提供更有力的科技支撑。未来,随着更多“0到1”成果持续涌现,我国有望在更多领域实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。