2022年中國科學十大進展

一、中國大陸的科技苟日新，日日新，又日新  

   依據人民日報報導，3月17日，中國科技部高技術研究發展中心發布了2022年度中國科學的十大進展，其中有關太空科技的有「祝融號巡視雷達揭秘火星烏托邦平原淺表分層結構」及「500米口徑球面無線電望遠鏡(FAST)精細刻畫活躍重複快速射電暴」二項，有關新能源的有「全新原理實現海水直接電解制氫」及「高效率全鈣鈦礦疊層太陽能電池組件」二項，有關量子科技的有「實現超冷三原子分子的量子相干合成」，有關新冠疫情的有「揭示新冠病毒突變特徵與免疫逃逸機制」，有關半導體科技的有「新原理開關器件為高性能海量存儲提供新方案」，其餘有「溫和壓力條件下實現乙二醇合成」、「發現飛秒激光誘導複雜體系微納結構新機制」及「實驗證實超導態“分段費米麵”」等。這些科技發展堅持面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康等四個方向，不斷向科學技術廣度和深度進軍。 

(一)祝融號巡視雷達揭秘火星烏托邦平原淺表分層結構

    2021年5月15日，中國“天問一號”首次火星探測任務“祝融號”火星車成功著陸在烏托邦平原。烏托邦平原是火星最大的撞擊盆地，位於火星北半球，它的直徑大約是3300公里，曾經可能是一個巨大的古海洋。中國科學院地質與地球物理研究所陳凌、張金海團隊利用火星車搭載的科學載荷探地雷達的科學探測數據，取得突破性進展。該探地雷達利用電磁波可以穿透物質的特性，給火星地下結構做了高精度的CT掃描，首次獲得了烏托邦平原南部1171米距離地下深度80米之內的精細分層圖像，發現淺表層存在著三層結構：第一層是10米的火星土壤，另兩層是10—30米、30—80米隨深度物質由細變粗的分層結構。分析表明，著陸區內沒有找到0—80米液態水的存在證據，但不排除鹽冰存在的可能性。這一研究提供了火星長期存在水活動的觀測證據，揭示了火星從濕潤到干燥的變化，為深入認識火星地質演化和環境、氣候變遷奠定了重要基礎。詳細的火星地下結構和物性信息是研究火星地質及其宜居性演化的關鍵，是火星探測的重要內容之一。該研究揭示了現今火星淺表精細結構和物性特徵，提供了火星長期存在水活動的觀測證據，為深入認識火星地質演化與環境、氣候變遷提供了重要依據。 

(二)FAST精細刻畫活躍重複快速射電暴

   中國科學院國家天文台李菂團隊聯合北京大學、之江實驗室和中國科學院上海天文台團隊，利用FAST發現了世界首例持續活躍的快速射電暴FRB20190520B，擁有已知最大的環境電子密度，有效推進了FRB多波段研究。快速射電暴(FRB)是宇宙無線電波段最劇烈的爆發現象，起源未知，是天文領域重大熱點前沿之一。本次研究中，“中國天眼”FAST精細刻畫活躍重複快速射電暴，構建統一圖景，為最終揭示快速射電暴起源奠定了觀測基礎。 

(三)新原理實現海水直接電解制氫

    氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，電解水製氫被認為是一種清潔、高效的方法。目前的電解水製氫技術均基於淡水電解原理，利用海水來直接實現電解水製氫意義非常重大。但是海水的構成非常複雜，除了含有大約96.5%的水之外，還含有各種無機物、有機物、固體顆粒、微生物等雜質，使得海水電解時產生一系列問題。因此，現有的電解海水製氫技術，一般要先將海水進行淡化，然後再進行電解制氫。深圳大學/四川大學謝和平團隊通過將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應結合，開創了海水原位直接電解制氫全新原理與技術，建立了氣液界面相變自遷移自驅動的海水直接電解制氫理論方法，形成了界面壓力差海水自發相變傳質的力學驅動機制，實現了無額外能耗的電化學反應協同海水遷移的動態自調節穩定海水直接電解制氫。該研究形成了從獨創性原理、突破性技術、國產化裝備到特色電解制氫產業模式的零碳氫能發展路徑，應用價值巨大。 

(四)揭示新冠病毒突變特徵與免疫逃逸機制

    新冠疫情造成人類很大的傷害，因此相關研究很重要。人類感染奧密克戎病毒是否會形成群體免疫，阻斷下一輪病毒的感染？能否預測下一個流行的新冠病毒？曹雲龍、謝曉亮團隊和王祥喜團隊率先揭示了新冠奧密克戎突變株及其新型亞類的體液免疫逃逸機制與突變進化特徵，揭示奧密克戎BA.1中和抗體逃逸機制，及其與病毒刺突蛋白結構特徵的聯繫；發現奧密克戎BA.4/BA.5變異可逃逸人體感染BA.1後所產生的中和抗體，證明了難以通過奧密克戎感染實現群體免疫以阻斷新冠傳播；基於自主研發的高通量突變掃描技術，成功預測了新冠病毒受體結合域免疫逃逸突變位點，並前瞻性篩選出廣譜新冠中和抗體。研究加深了人們對新冠病毒和體液免疫的理解，不僅為廣譜新冠疫苗和抗體藥物研發方向的調整提供了重要數據參考，也積極推進了該領域的科技發展。 

(五)高效率全鈣鈦礦疊層太陽能電池和組件研發

   太陽能光伏發電是可再生能源很重要的部分，鈣鈦礦太陽能電池是利用具有鈣鈦礦結構的吸光材料將太陽光轉化為電能的一種裝置。目前單結鈣鈦礦電池的光電轉換效率已經達到25.7%。接近31%的理論效率，構建疊層太陽能電池的理論效率可達45%左右。全鈣鈦礦疊層太陽能電池具有低成本溶液相處理的優勢，在大規模應用中展現出廣闊前景。關鍵的瓶頸問題包括：在基礎研究方面窄帶隙鈣鈦礦晶粒表面缺陷密度高，制約了效率的提升；在產業化應用方面大面積組件製備技術仍不成熟。南京大學譚海仁團隊發現設計鈍化分子的極性，可以顯著增強缺陷鈍化效果，大幅提升了全鈣鈦礦疊層電池的效率。經測試，疊層電池效率達26.4%，創造了鈣鈦礦電池新的效率紀錄，並首次超越了單結鈣鈦礦電池。在此基礎上，團隊開發出大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件的可量產化製備技術，使用緻密半導體保形層來阻隔組件互連區域鈣鈦礦與金屬背電極的接觸，顯著提升了組件的光伏性能和穩定性，研究具有廣闊的發展前景。 

(六)新原理開關器件為高性能海量存儲提供新方案

   高密度與海量存儲是大數據時代信息技術與數字經濟發展的關鍵。近年來新型存儲器技術取得了很大發展，這些存儲器大多都需要一個雙向閾值開關器件用來改寫作為存儲載體材料的狀態，從而實現信息的存儲。現在常用的雙向閾值開關器件採用的基本都是多元材料體系，包含多種元素。但在12英寸的矽晶圓上製出原子級均勻的材料很困難，且這類材料還容易分相從而導致開關器件的壽命縮短。所以，尋找高性能開關器件成為新型存儲器發展過程中的關鍵。中科院上海微系統與信息技術研究所宋志堂、朱敏團隊發明的基於單質碲和氮化鈦電極界面效應的新型開關器件，充分發揮了納米尺度二維限定性結構中碲熔融—結晶速度快、功耗低的獨特優勢，組分簡單，可克服雙向閾值開關複雜組分導致成分偏析問題，為發展海量存儲和近存計算提供了一種新的技術方案。 

(七)實現超冷三原子分子的量子相干合成

   利用高度可控的超冷分子來模擬難於計算的化學反應，可以對複雜系統進行全方位的精確研究。2003年，科學家首次從超冷原子氣中合成雙原子分子，多種超冷雙原子分子隨後在其他實驗室中被製備出來，並被廣泛地應用於超冷化學和量子模擬研究中。相比於兩體，三體經典系統極為複雜，更難於一般求解，三原子分子的量子能級結構理論上無法精確預言，實驗操控極其困難，製備超冷三原子分子一直是實驗上的巨大挑戰。中國科學技術大學潘建偉、趙博團隊與中科院化學研究所白春禮團隊合作，在雙原子鈉鉀基態分子和鉀原子的超冷混合氣體中，利用射頻合成技術首次相干地合成了超冷三原子分子。該研究為超冷化學和量子模擬的研究開闢了新的方向。 

(八)溫和壓力條件下實現乙二醇合成

   乙二醇是需求量很大的重要化工中間體，發展可替代石油技術路線的煤製乙二醇具有重要意義。經國內多個研究團隊30餘年攻關，我國在以煤、合成氣為原料製乙二醇的道路上取得技術性的突破，已形成了世界領先水平的生產技術和裝備。廈門大學謝素原、袁友珠團隊和中科院福建物質結構研究所姚元根、郭國聰團隊等合作，將富勒烯C60作為“電子緩沖劑”用於改性銅—二氧化矽催化劑，研發了富勒烯改性銅催化劑，實現了富勒烯緩衝的銅催化草酸二甲酯在溫和壓力條件下的乙二醇合成。研究突破了常壓低氫氣濃度條件下反應效率低的難題，有助於合成氣製乙二醇產業的綠色、安全發展，在煤化工和催化等領域將產生深遠的影響。 

(九)發現飛秒激光誘導複雜體系微納結構新機制

   飛秒是10e-15秒，飛秒激光是脈寬在1~1000飛秒的脈衝激光，具有超快、超強和超寬頻譜的特點，已廣泛應用於科學研究、工業製造等領域。當將飛秒激光聚焦到材料內部時，會產生各種高度非線性效應，這種極端條件下光與物質相互作用充滿未知和挑戰。浙江大學邱建榮團隊、之江實驗室譚德志團隊、上海理工大學顧敏團隊發現了飛秒激光誘導複雜體系微納結構形成的新機制。以含氯溴碘離子的氧化物玻璃體係為例，實現了玻璃中具有成分和帶隙可控發光可調的鈣鈦礦納米晶3D直接光刻，呈現紅橙黃綠藍等不同顏色的發光。形成的納米晶在紫外線輻照、有機溶液浸泡和250攝氏度高溫環境中表現出顯著的穩定性。研究團隊發現了飛秒激光誘導玻璃內微區液態納米分相和離子交換的飛秒激光與物質相互作用的新機制，開拓了玻璃內部寫入帶隙和發光大範圍連續可控的三維半導體納米晶結構新技術，為新一代顯示及存儲技術開闢了新的途徑。 

(十)實驗證實超導態“分段費米麵”

   超導是物理學中一個重要的研究方向，在基礎研究和產業應用中都具有重要價值。“分段費米麵”是超導研究的問題之一，費米麵決定了固體材料的電學、光學等多種物理性質，對費米麵的人工調控是材料物性調控最重要的途徑之一。超導體一般情況下沒有費米麵，上海交通大學賈金峰、鄭浩團隊與麻省理工學院傅亮團隊合作，設計製備了拓撲絕緣體/超導體異質結體系，實現並用掃描隧道譜儀觀察到了由庫柏對動量導致的“分段費米麵”，成功驗證了50多年前的理論預言。該研究開闢了調控物態、構築新型拓撲超導的新方法。 

二、中國朝著科技強國闊步前行 

   科學研究對國家發展甚為重要，中國大陸2021年的科技創新支出超過1.07萬億元人民幣，比2012年增長92.2%；全球創新指數排名中，中國從2012年的第34位上升到2022年的第11位。近年來，中國重大科技成果競相湧現，如“天問”探測火星，“嫦娥”登陸月球，“神十三”和“天和”核心艙成功對接，“深海勇士號”“奮鬥者號”“海鬥一號”等研製成功。法國《世界報》稱，中國已躋身世界科學大國行列。歐洲《現代外交》網站關注中國人工智能的創新發展發展。中國的人工智能是創造新產業模式的重點發展領域之一，中國企業抓住新科技革命的歷史機遇，大力發展人工智能產業。可以預見，智慧技術和產業將為中國經濟新常態注入新動力。中國5G研發和應用場景深度拓展。報導稱，中國構築了世界上最大的光纖網絡，覆蓋了整個國家的城市和農村中心地區。在此基礎上，中國集群通信系統行業取得長足發展，遠遠領先於美國和歐洲。中國的5G基站已經超過了全球總數的60%。中國有望通過加快部署物聯網，實現將實體經濟與數字設施相結合的目標。歐洲專利局發布的研究報告顯示，中國在科技創新和專利申請方面勢頭強勁，尤其是在新能源、數字技術等關鍵領域，已經成為全球創新的“重要集聚地”。 《日本經濟新聞》評論稱，中國戰略性地投入人力和資金，正朝著到本世紀中葉成為世界科技強國的目標穩步前進。阿根廷“亞洲報導”網站日前刊文稱，中國在創新發展的道路上經歷了輝煌的十年，取得了世界其他國家和地區無法比擬的成就。中國將沿著這條道路繼續前進，並致力於完成“十四五”規劃中的創新目標。 

   日本《產經新聞》報導，中國正在加快推進本國工業的“核心技術”自主進程。中國領導人強調健全關鍵核心技術攻關新型舉國體制，強調發揮中國體制“集中力量辦大事”的特色，強化黨和國家對重大科技創新的領導，發出了“加快實現科技自立自強”的號召。在中國的“十四五”規劃中，重點提到了人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、空天科技等“事關國家安全和發展全局的基礎核心領域”。過去10年，中國政府和產業界都格外注重創新發展，以科技創新作為可持續增長的引擎。在向創新驅動型發展轉變的背景下，中國產業升級取得重大進展：從以輕工業為主的出口導向型產業向資本密集型、自主創新型產業轉變。這種轉變啟動了新的增長引擎，開啟了新的業務形式。科技創新，關鍵在人才。近年來，中國極大激發各類創新主體和科研人員的積極性創造性，培養了一大批本土科技人才，引發海外外媒高度關注。統計數據顯示，中國每萬名就業人員中研發人員數量，由2012年的42.6人年提高到2021年的75.3人年；中國內地入選全球“高被引科學家”數量，由2014年的111人次提高到2021年的935人次。日本《日經亞洲》指出，中國的科研論文數量及被引用次數均居世界首位，有助於增強中國未來產業競爭力。中國擁有世界上最多的科技人才，人工智能、機械工程、大數據等成為中國大學的熱門專業。俄羅斯衛星通訊社認為，在研發工作和人才培養上的高額投資、戰略規劃制定、國家領導層面的關切以及巨大的國內市場，這些都是中國在科技道路上取得成功的原因。 

三、科技、人才及創新是經濟發展驅動力 

「科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力」，這三個第一是中國大陸科技發展的原則，國家領導人的科技觀念及視野決定一個國家的發展，十多年來，中國大陸經濟總量占世界比重達18.5％，居世界第二位，中國經濟實現歷史性躍升。科技發展飛躍的進步更是空前，包括載人航太、探月探火、深海深地探測、超級電腦、衛星導航、量子資訊、核電技術、大飛機製造、生物醫藥等戰略性新興產業都取得重大成果，中國已進入創新國家行列。未來中國將攀升至世界中心舞台，可能在 2030年左右取代美國成為世界第一大經濟體。到2050年，中國的人均GDP會爆發式增長僅次於美國。更重要的是，中國對世界的貢獻將超過全球經濟增長的三分之一。它將繼續充當全球經濟的壓艙石，其在全球化中的作用將從單純的參與者演變為領導者。中國在全面建設現代化國家、向第二個百年目標進軍的征程上，需要增強創新這個第一動力，只有堅持創新，才能從根本上改變關鍵核心技術受制於人的局面。創新就是把知識變為金錢，以市場為舞台。“十四五”時期，美國制裁中國企業清單越來越長，限制中國留學生簽證和學者到美國參加學術交流，對在美華裔科學家嚴加審查甚至迫害。中美科技戰有經濟利益的問題，也有國家地位的因素。中國要融入全球創新網絡，貢獻中國智慧，一方面繼續與國際的科技網絡合作中不斷合作交流學習，希望對人類面臨的共同問題做出中國的貢獻，通過氣候變化，能源資源及公共衛生等做出中國的貢獻。中國面臨兩類其它國家不經常遇到的問題，國際封鎖條件下的科技政策，重點在關鍵核心技術的突破。 

   去年5月，中國大型客機C919量產型首飛成功。中國走在世界前列的高科技領域還包括太空科技、量子計算、射電望遠鏡、5G-6G通信網絡、人工智能等。美國《紐約時報》稱，幾十年來，美國技術一直主導著超級計算機領域，但中國現已成為一股主導力量。如今，在最新的超算500強排名中，中國占到137台，美國則有126台。美國《華爾街日報》稱，中國風力渦輪機製造商正依靠迅速增長的國內市場發展壯大，如今，正向海外拓展。美國《國會山》網站報導稱，中國空間技術研究院計劃開展空間太陽能發電技術實驗，可能成為清潔能源領域的顛覆者。中國的西安電子科技大學已經建成了一個空間太陽能電站地面驗證系統。這一驗證系統突破並驗證了高效率聚光與光電轉換、微波轉換、微波發射與波形優化、微波波束指向測量與控制、微波接收與整流等多項關鍵技術。中國如果成功實現空間太陽能發電，將獲得眾多優勢。外媒發現，中國特色的教育模式在科技能力提升方面發揮重要作用。中國在教育領域持之以恆的投入、中國高校培養的頂尖科技領域科研和從業人員、高校科研與重大國家戰略的緊密結合，是中國持續提昇科技創新能力的原因。日本《DIME》雜誌網站稱，通過2022自然指數年度榜單可以看出，中國是唯一科研成果大幅提高的國家。科技創新是時代進步的動力，是經濟發展的競爭力，台灣要發展經濟就需要增強創新能力，放眼未來，以科技創新驅動經濟發展，顯得尤為迫切。