【大众日报头版聚焦:六刷纪录背后,山东做对了什么?】

全年进出口总额2.93万亿元人民币,连续第6年刷新历史新高,进出口同比增速高于全国11个百分点……

进口规模首次突破1万亿元,进口同比增速高于全国7.5个百分点……

实际使用外资首次突破200亿美元,增速跑赢全国……

山东开放型经济在2021年这个全球疫情反复、海运费暴涨等不确定性因素增加的特殊年份,取得了不同寻常的成绩。“刷新”“跑赢”“突破”,这些频繁用到的词汇背后,山东做对了什么?1月22日出版的大众日报推出本报评论员文章《以高水平开放稳外贸外资——三谈开局之年的山东答卷》,解读报道《山东外贸外资何以连创新高》,欢迎关注。

■本报评论员文章

以高水平开放稳外贸外资

——三谈开局之年的山东答卷

外贸外资,是衡量地区经济发展态势的重要指标,也是观察对外开放水平的重要窗口。

2021年山东进出口总额实现2.93万亿元人民币,比2020年增长32.4%,连续第6年创造历史新高,占全国外贸进出口总值的比重从2020年的6.9%提高至7.5%;全省实际使用外资首次突破200亿美元,达到215.2亿美元,同比增长21.9%。一系列数据表明,山东外贸外资稳住了基本盘,经受住了重大风险考验,展示出强劲韧性和蓬勃活力。

过去一年,疫情带来的贸易危机尚未翻篇。外商往来受限,集装箱供不应求,海运费持续上涨,使得外部形势更趋复杂。全省外贸外资能否保持逆势上扬势头,保持冲劲和定力,不少人都捏了一把汗。困难面前,危和机总是同生并存的,克服了危即是机。一年来,全省上下见招拆招,从容应对,抢抓RCEP机遇、拓宽出口新渠道、创新助企纾困方式,“双招双引”的脚步不停,重大经贸活动推介的行动不减,持续打造一流营商环境的努力不减,为稳住外贸外资基本盘打下坚实基础。

可以说,山东外贸外资一个个含金量十足的数字背后,饱含着全省上下奋力开拓的艰辛与努力,也蕴含着外界对山东未来发展的信心与期望。它所彰显的,是我们以高水平开放促进高质量发展的坚定决心;它所释放的,是我们重塑开放型经济发展新优势的强烈信号。

稳外贸稳外资,要看数量、看规模,也要看质量、看结构。其中的关键,是看怎么能够完成新旧结构转换、新旧模式转换、新旧动能转换。难能可贵的是,我们看到,机电产品作为山东最主要的出口商品,出口大幅增长35.8%,在国际市场的竞争力和综合效益不断提升;制造业实际使用外资同比增长72.9%,外资结构更趋优化;胶东、省会、鲁南三圈,使用外资的区域布局更加均衡。在困难危机面前,对外开放质量的加速提档升级,无疑是比数量增长更宝贵的成绩。

稳外贸稳外资,本身就是深化改革开放、加快动能转换、优化营商环境的宝贵契机。山东是外贸大省,近年利用外资增幅走在全国前列。扛牢经济大省责任,不为任何风险所惧,不被任何干扰所惑,进一步总结经验、开拓创新,我们就一定能不断迈向全球产业链中高端,为服务和融入新发展格局作出更大贡献。

2021年进出口总额近3万亿元,实际使用外资首次突破200亿美元……

山东外贸外资何以连创新高

全年进出口总额2.93万亿元人民币,连续第6年刷新历史新高,进出口同比增速高于全国11个百分点;出口规模首次超过上海,出口同比增速高于全国13.6个百分点;进口规模首次突破1万亿元,进口同比增速高于全国7.5个百分点;实际使用外资首次突破200亿美元,增速跑赢全国。

“刷新”“跑赢”“突破”,这些频繁用到的词汇说明,山东开放型经济在2021年这个全球疫情反复、海运费暴涨等不确定性因素增加的特殊年份,取得了不同寻常的成绩。“2021年,山东有进出口实绩的企业大幅增长,民营企业占外贸比重超过全国平均水平22.6个百分点,市场活力越来越足,新模式新平台不断释放外贸新动能,外资利用结构不断优化,实现了外贸外资的量质双升。”中国社会科学院数量经济与技术经济研究所研究员郑世林分析说。

动能转换见成效,“山东制造”畅销全球

1月21日,在莱芜海关监管下,金雷科技股份公司生产的十台风力发电机主轴顺利装运出口巴西。作为一家以生产风力发电机主轴为主的出口企业,金雷科技近年来不断加强技术攻关,与中科院金属研究所、山东省科学院、山东大学等单位开展合作,先后攻克了高品质特殊钢优质坯料制备、空心主轴生产全流程组织与缺陷遗传关系等技术难关,成功解决海上风电主轴项目的技术瓶颈,产品质量和市场占有率不断提升。金雷科技董事长伊廷雷介绍,2021年金雷科技实现出口6.9亿元,增长40.8%,所产风力发电机主轴已占领全球30%的市场份额。

随着新旧动能转换的不断深入,一批如金雷科技一样的“专精特新”企业快速成长,成为山东制造业出口的主力军。省人大代表、青岛海关关长贺水山介绍,在2021年的外贸进出口中,机电产品是山东最主要的出口商品,共出口7585.6亿元,同比增长35.8%,拉动出口增长15.3个百分点,是2021年山东外贸实现快速增长的重要原因。其中,汽车零配件、游戏机及其零附件、家用电器等高附加值产品出口分别增长了18.6%、50.7%和21.3%。与此同时,劳动密集型产品在我省出口总值中的占比为20.9%,下滑了1.1个百分点。“这说明伴随着新旧动能转换的持续深入,山东外贸结构不断优化,以往附加值低的劳动密集型产品在出口市场被技术含量更高、附加值更高产品所替代,‘山东制造’的核心竞争力不断增强。”贺水山说。

山东社科院国际经济与政治研究所副所长顾春太分析,2021年山东制造业产品出口实现高速增长,除了受国内良好的市场环境影响外,也与山东制造业集群化的转变密不可分。他表示,随着我省加快塑造“十强”现代优势产业集群,一批制造业的中小企业被吸附到“链主”企业主导的产业链中来,进行集群化生产经营,企业产品越来越贴合市场需求,越来越贴合技术发展方向,在国际市场的竞争力不断增强。“这是山东制造业产品得以畅销全球的原因。”顾春太说。

培育增长新动能,新平台新模式作用凸显

1月20日,青岛捷流机械有限公司以市场采购贸易方式向即墨海关申报出口一批阀门配件及管件,货值5.3万美元。“我们主要生产五金机械,出口货物通过提前申报方式报关,货物抵港后几秒钟放行,非常快速便捷。”公司总经理吕国锋介绍,企业采用市场采购这种新的贸易方式出口,可以享受免征不退增值税等政策,无形中帮企业降低了生产成本、增加了利润空间。

省商务厅外贸处处长王红介绍,去年我省加快跨境电商和市场采购贸易等外贸新业态发展,认定35家跨境电商平台、产业园和公共海外仓,不断提升临沂商城工程物资市场、青岛即墨国际商贸城和烟台三站批发交易市场的外向度,全省跨境电商进出口、市场采购贸易出口实现“双过千亿元”,为外贸增长注入新动能。

除了贸易新业态,山东自贸试验区、上合示范区等一系列国家级高水平对外开放平台也为推动山东开放型经济快速增长贡献了重要力量。中青大冷(青岛)贸易有限公司是一家坐落在山东自贸试验区青岛片区的进出口企业,公司以进口猪肉、牛肉、水产品等新鲜食品制品为主。谈及在山东自贸试验区做进出口贸易的感受,来自江苏南京的公司负责人周福明说了两个字:“方便!”

“现在自贸区的服务十分到位,在降低进出口企业成本、推动企业进出口贸易便利化、帮助企业缓解融资压力等方面出台了很多政策,还上线了一些进出口服务平台,使我们企业能够很便捷地完成交易。”周福明介绍,得益于自贸试验区优越的营商条件,公司虽然从2020年11月才开始营业,但2021年进出口额迅速达到45.7亿元。

2021年,山东自贸试验区内企业合计进出口3843.4亿元,增长39.4%,有进出口实绩的自贸试验区内企业达到3294家,比上年增加416家;全省13家综保区全年进出口值达4884.2亿元,同比增长93.8%,占全省外贸进出口总值的比例达16.7%。

“从数据上看,自贸试验区等高水平开放平台充分发挥了产业聚集的作用,一些势头好、潜力足的企业利用平台的政策优势实现了高速增长,从而推动了全省外贸势头向好。”省商务发展研究院对外开放研究所所长李迎春建议,下一步自贸试验区应继续突出差异化定位,集聚装备制造、海洋经济等特色产业,形成出口竞争新优势,并且与开发区、综合保税区等经济功能区加强联动,实现外溢效应,带动全省开放发展。

抢抓RCEP机遇,在开放大局中展现新作为

去年12月2日,山东与世界500强连线暨深化与日韩合作推进会在济南举行,来自日本、韩国的企业和商会协会代表以及山东相关领域人士,通过线上线下相结合的方式,共享机遇、共谋发展。会上共签约日韩项目23个,总投资18.4亿美元,合同外资4.35亿美元,主要涉及新一代信息技术、高端装备、医养健康、现代金融、节能环保、商务服务、跨境电商等领域。

日本、韩国都是RCEP重要的成员国,特别是日本,随着今年1月1日RCEP正式生效,中日两国首次达成自贸协定,东北亚区域合作迎来历史契机,地处东北亚合作要冲的山东迎来开放型经济发展的新机遇。省商务厅外资处处长孔涛介绍,2021年我省积极抢抓RCEP机遇,在全国率先出台落实RCEP的先期行动计划,密切与RCEP区域国家企业合作,推动日本欧力士集团在青岛投资欧力士实业控股,韩国希杰集团在青岛、聊城分别投资食品制造和生物科技等一批RCEP国家的重点外资项目落地,切实提高外资利用水平。

“我们还聚焦重点产业和RCEP区域等重点国别地区,大力开展产业链招商,成功举办第二届跨国公司领导人青岛峰会,打造了‘山东与世界500强连线’系列活动品牌,实现跨国公司线上线下参加活动,取得一批务实合作成果,签约重点外资项目311个,投资总额351.2亿美元,合同外资130.3亿美元。”孔涛说。

“在抢抓RCEP机遇,积极融入国家开放大局方面,山东正走在全国前列。抓好RCEP以及未来的CPTPP等开放政策机遇,山东就能在国家开放大局中展现更大作为。”郑世林认为,山东在抢抓RCEP机遇时一方面要聚焦制造业“主战场”,充分发挥工业基础完备,产业链结构链完整的优势,继续深化新旧动能转换成果,充分借鉴外资企业技术、管理方面的特长,不断提升山东在RCEP区域产业链分工中的层级;另一方面,山东可以在第三产业上持续深化同RCEP区域间的合作,利用好国家在RCEP中对服务贸易的开放政策,在服务贸易领域做大做强。

(来源:大众日报)

【大众日报头版聚焦:六刷纪录背后,山东做对了什么?】全年进出口总额2.93万亿元人民币,连续第6年刷新历史新高,进出口同比增速高于全国11个百分点……

  进口规模首次突破1万亿元,进口同比增速高于全国7.5个百分点……

  实际使用外资首次突破200亿美元,增速跑赢全国……

  山东开放型经济在2021年这个全球疫情反复、海运费暴涨等不确定性因素增加的特殊年份,取得了不同寻常的成绩。“刷新”“跑赢”“突破”,这些频繁用到的词汇背后,山东做对了什么?1月22日出版的大众日报推出本报评论员文章《以高水平开放稳外贸外资——三谈开局之年的山东答卷》,解读报道《山东外贸外资何以连创新高》,欢迎关注。

  ■本报评论员文章

  以高水平开放稳外贸外资

  ——三谈开局之年的山东答卷

  □ 本报评论员

  外贸外资,是衡量地区经济发展态势的重要指标,也是观察对外开放水平的重要窗口。

  2021年山东进出口总额实现2.93万亿元人民币,比2020年增长32.4%,连续第6年创造历史新高,占全国外贸进出口总值的比重从2020年的6.9%提高至7.5%;全省实际使用外资首次突破200亿美元,达到215.2亿美元,同比增长21.9%。一系列数据表明,山东外贸外资稳住了基本盘,经受住了重大风险考验,展示出强劲韧性和蓬勃活力。

  过去一年,疫情带来的贸易危机尚未翻篇。外商往来受限,集装箱供不应求,海运费持续上涨,使得外部形势更趋复杂。全省外贸外资能否保持逆势上扬势头,保持冲劲和定力,不少人都捏了一把汗。困难面前,危和机总是同生并存的,克服了危即是机。一年来,全省上下见招拆招,从容应对,抢抓RCEP机遇、拓宽出口新渠道、创新助企纾困方式,“双招双引”的脚步不停,重大经贸活动推介的行动不减,持续打造一流营商环境的努力不减,为稳住外贸外资基本盘打下坚实基础。

  可以说,山东外贸外资一个个含金量十足的数字背后,饱含着全省上下奋力开拓的艰辛与努力,也蕴含着外界对山东未来发展的信心与期望。它所彰显的,是我们以高水平开放促进高质量发展的坚定决心;它所释放的,是我们重塑开放型经济发展新优势的强烈信号。

  稳外贸稳外资,要看数量、看规模,也要看质量、看结构。其中的关键,是看怎么能够完成新旧结构转换、新旧模式转换、新旧动能转换。难能可贵的是,我们看到,机电产品作为山东最主要的出口商品,出口大幅增长35.8%,在国际市场的竞争力和综合效益不断提升;制造业实际使用外资同比增长72.9%,外资结构更趋优化;胶东、省会、鲁南三圈,使用外资的区域布局更加均衡。在困难危机面前,对外开放质量的加速提档升级,无疑是比数量增长更宝贵的成绩。

  稳外贸稳外资,本身就是深化改革开放、加快动能转换、优化营商环境的宝贵契机。山东是外贸大省,近年利用外资增幅走在全国前列。扛牢经济大省责任,不为任何风险所惧,不被任何干扰所惑,进一步总结经验、开拓创新,我们就一定能不断迈向全球产业链中高端,为服务和融入新发展格局作出更大贡献。

  2021年进出口总额近3万亿元,实际使用外资首次突破200亿美元……

  山东外贸外资何以连创新高

  □ 本报记者 孙源泽

  全年进出口总额2.93万亿元人民币,连续第6年刷新历史新高,进出口同比增速高于全国11个百分点;出口规模首次超过上海,出口同比增速高于全国13.6个百分点;进口规模首次突破1万亿元,进口同比增速高于全国7.5个百分点;实际使用外资首次突破200亿美元,增速跑赢全国。

  “刷新”“跑赢”“突破”,这些频繁用到的词汇说明,山东开放型经济在2021年这个全球疫情反复、海运费暴涨等不确定性因素增加的特殊年份,取得了不同寻常的成绩。“2021年,山东有进出口实绩的企业大幅增长,民营企业占外贸比重超过全国平均水平22.6个百分点,市场活力越来越足,新模式新平台不断释放外贸新动能,外资利用结构不断优化,实现了外贸外资的量质双升。”中国社会科学院数量经济与技术经济研究所研究员郑世林分析说。

  动能转换见成效,“山东制造”畅销全球

  1月21日,在莱芜海关监管下,金雷科技股份公司生产的十台风力发电机主轴顺利装运出口巴西。作为一家以生产风力发电机主轴为主的出口企业,金雷科技近年来不断加强技术攻关,与中科院金属研究所、山东省科学院、山东大学等单位开展合作,先后攻克了高品质特殊钢优质坯料制备、空心主轴生产全流程组织与缺陷遗传关系等技术难关,成功解决海上风电主轴项目的技术瓶颈,产品质量和市场占有率不断提升。金雷科技董事长伊廷雷介绍,2021年金雷科技实现出口6.9亿元,增长40.8%,所产风力发电机主轴已占领全球30%的市场份额。

  随着新旧动能转换的不断深入,一批如金雷科技一样的“专精特新”企业快速成长,成为山东制造业出口的主力军。省人大代表、青岛海关关长贺水山介绍,在2021年的外贸进出口中,机电产品是山东最主要的出口商品,共出口7585.6亿元,同比增长35.8%,拉动出口增长15.3个百分点,是2021年山东外贸实现快速增长的重要原因。其中,汽车零配件、游戏机及其零附件、家用电器等高附加值产品出口分别增长了18.6%、50.7%和21.3%。与此同时,劳动密集型产品在我省出口总值中的占比为20.9%,下滑了1.1个百分点。“这说明伴随着新旧动能转换的持续深入,山东外贸结构不断优化,以往附加值低的劳动密集型产品在出口市场被技术含量更高、附加值更高产品所替代,‘山东制造’的核心竞争力不断增强。”贺水山说。

  山东社科院国际经济与政治研究所副所长顾春太分析,2021年山东制造业产品出口实现高速增长,除了受国内良好的市场环境影响外,也与山东制造业集群化的转变密不可分。他表示,随着我省加快塑造“十强”现代优势产业集群,一批制造业的中小企业被吸附到“链主”企业主导的产业链中来,进行集群化生产经营,企业产品越来越贴合市场需求,越来越贴合技术发展方向,在国际市场的竞争力不断增强。“这是山东制造业产品得以畅销全球的原因。”顾春太说。

  培育增长新动能,新平台新模式作用凸显

  1月20日,青岛捷流机械有限公司以市场采购贸易方式向即墨海关申报出口一批阀门配件及管件,货值5.3万美元。“我们主要生产五金机械,出口货物通过提前申报方式报关,货物抵港后几秒钟放行,非常快速便捷。”公司总经理吕国锋介绍,企业采用市场采购这种新的贸易方式出口,可以享受免征不退增值税等政策,无形中帮企业降低了生产成本、增加了利润空间。

2022年1月21日,首趟山东临沂至越南货运班列成功开行。新华社记者 徐速绘 摄

  省商务厅外贸处处长王红介绍,去年我省加快跨境电商和市场采购贸易等外贸新业态发展,认定35家跨境电商平台、产业园和公共海外仓,不断提升临沂商城工程物资市场、青岛即墨国际商贸城和烟台三站批发交易市场的外向度,全省跨境电商进出口、市场采购贸易出口实现“双过千亿元”,为外贸增长注入新动能。

  除了贸易新业态,山东自贸试验区、上合示范区等一系列国家级高水平对外开放平台也为推动山东开放型经济快速增长贡献了重要力量。中青大冷(青岛)贸易有限公司是一家坐落在山东自贸试验区青岛片区的进出口企业,公司以进口猪肉、牛肉、水产品等新鲜食品制品为主。谈及在山东自贸试验区做进出口贸易的感受,来自江苏南京的公司负责人周福明说了两个字:“方便!”

  “现在自贸区的服务十分到位,在降低进出口企业成本、推动企业进出口贸易便利化、帮助企业缓解融资压力等方面出台了很多政策,还上线了一些进出口服务平台,使我们企业能够很便捷地完成交易。”周福明介绍,得益于自贸试验区优越的营商条件,公司虽然从2020年11月才开始营业,但2021年进出口额迅速达到45.7亿元。

  2021年,山东自贸试验区内企业合计进出口3843.4亿元,增长39.4%,有进出口实绩的自贸试验区内企业达到3294家,比上年增加416家;全省13家综保区全年进出口值达4884.2亿元,同比增长93.8%,占全省外贸进出口总值的比例达16.7%。

  “从数据上看,自贸试验区等高水平开放平台充分发挥了产业聚集的作用,一些势头好、潜力足的企业利用平台的政策优势实现了高速增长,从而推动了全省外贸势头向好。”省商务发展研究院对外开放研究所所长李迎春建议,下一步自贸试验区应继续突出差异化定位,集聚装备制造、海洋经济等特色产业,形成出口竞争新优势,并且与开发区、综合保税区等经济功能区加强联动,实现外溢效应,带动全省开放发展。

  抢抓RCEP机遇,在开放大局中展现新作为

  去年12月2日,山东与世界500强连线暨深化与日韩合作推进会在济南举行,来自日本、韩国的企业和商会协会代表以及山东相关领域人士,通过线上线下相结合的方式,共享机遇、共谋发展。会上共签约日韩项目23个,总投资18.4亿美元,合同外资4.35亿美元,主要涉及新一代信息技术、高端装备、医养健康、现代金融、节能环保、商务服务、跨境电商等领域。

2022年1月21日,在山东港口青岛港全自动化码头,货轮靠泊在码头装载货物(无人机照片)。新华社发(张进刚 摄)

  日本、韩国都是RCEP重要的成员国,特别是日本,随着今年1月1日RCEP正式生效,中日两国首次达成自贸协定,东北亚区域合作迎来历史契机,地处东北亚合作要冲的山东迎来开放型经济发展的新机遇。省商务厅外资处处长孔涛介绍,2021年我省积极抢抓RCEP机遇,在全国率先出台落实RCEP的先期行动计划,密切与RCEP区域国家企业合作,推动日本欧力士集团在青岛投资欧力士实业控股,韩国希杰集团在青岛、聊城分别投资食品制造和生物科技等一批RCEP国家的重点外资项目落地,切实提高外资利用水平。

  “我们还聚焦重点产业和RCEP区域等重点国别地区,大力开展产业链招商,成功举办第二届跨国公司领导人青岛峰会,打造了‘山东与世界500强连线’系列活动品牌,实现跨国公司线上线下参加活动,取得一批务实合作成果,签约重点外资项目311个,投资总额351.2亿美元,合同外资130.3亿美元。”孔涛说。

  “在抢抓RCEP机遇,积极融入国家开放大局方面,山东正走在全国前列。抓好RCEP以及未来的CPTPP等开放政策机遇,山东就能在国家开放大局中展现更大作为。”郑世林认为,山东在抢抓RCEP机遇时一方面要聚焦制造业“主战场”,充分发挥工业基础完备,产业链结构链完整的优势,继续深化新旧动能转换成果,充分借鉴外资企业技术、管理方面的特长,不断提升山东在RCEP区域产业链分工中的层级;另一方面,山东可以在第三产业上持续深化同RCEP区域间的合作,利用好国家在RCEP中对服务贸易的开放政策,在服务贸易领域做大做强。

不是晶体也不是非晶体 次晶态金刚石这样“诞生”

  围绕在我们身边的固体物质,无论是尘埃沙砾还是金属宝石,其本质都是由原子在空间中堆积而成的。而根据原子的堆积是否有序,固体物质又可以被划分为晶体和非晶体。我们通常认为,在晶体材料中原子的排布均匀且规则,而非晶体的原子排列呈现出普遍的无序性。

  近日,北京高压科学研究中心研究员缑慧阳等在高温高压条件下合成了一种新形态的金刚石——次晶态金刚石。该项成果的问世在结构拓扑上链接了非晶态和晶态,对于揭示非晶材料复杂的结构本质具有深远意义。

  该研究成果在线发表于权威学术期刊《自然》杂志。

  在晶体与非晶体之间

  围绕在我们身边的固体物质,无论是尘埃沙砾还是金属宝石,其本质都是由原子在空间中堆积而成的。而根据原子的堆积是否有序,固体物质又可以被划分为晶体和非晶体。在晶体中,原子在三维空间上具有特定的堆积次序,其晶体结构可以用一个小的结构单元周期性表达。且在宏观视角下,我们无法分辨出其中的不连续性,因此我们通常认为,在晶体材料中原子的排布是均匀且规则的。同时,这也使得晶体材料的各个部分具有相同的物理、化学性质。

  而与此相对,非晶体材料中的原子则缺乏长程的周期性排列,仅存在着短程有序性,即每个原子只在小范围内与其临近的原子在排列上呈现出一定的规则性。因此从宏观上观察,其原子排列呈现出普遍的无序性。而这种非晶体在结构上的差异,也直接导致其在力、声、光、电、磁、热等各方面材料性能上表现出极大不同。我们日常随处可见的玻璃便是最典型的非晶体材料之一。

  缑慧阳表示,传统意义上一般将原子在0—0.5纳米直径范围内呈现出的有序性称为短程有序,0.5—2.0纳米范围内呈现出的有序性称为中程有序,大于2.0纳米的则称为长程有序。但他也提到,在实际的工作中,更常采用的方法是以有序配位壳层的数量来定义空间有序性,这是考虑到不同材料之间由于键长等差异导致的空间尺寸差异。

  然而物质世界变幻无穷。研究人员发现,当温度升高时,晶体中的长程有序性会显著降低,逐渐向短程有序过渡,此时理解两种状态之间的差别变得异常困难。

  那么对固体,尤其是强共价和类共价固体来说,在长程有序和短程有序之间,是否存在着一种中间态?为了探索这一结构之谜,理论科学家们提出了一种“次晶态”结构模型。“1930年以来,次晶态的概念偶尔出现在科学界,1950年德国霍斯曼教授基于一些软物质的发现,提出次晶态作为独立于晶体和非晶体的一种状态。”缑慧阳说,该概念在1980年前后逐渐被推广到聚合物、胶体、生物材料,甚至一些熔融态金属和合金、玻璃中。然而,在共价键合和类共价键合的材料中,科学家们却一直未能在自然界或实验室中发现这种完全由中程有序的次晶组成,而又不具有长程有序性的物质状态。尽管其曾经在半导体材料硅中提出过,但含量只有不到18%,而对于同族的金刚石来说,则一直没有相关研究涉及,更没有实验现象和证据。

  处理后的富勒烯“不负众望”

  但科学界不是没有过尝试。自次晶态概念被提出后,科学家们一直试图将这一状态从理论概念拓宽到各种各样的物质中。

  缑慧阳介绍,2017年北京高压科学研究中心研究员曾徵丹等便曾利用金刚石对顶压机结合激光加热技术,成功在40—50吉帕和1800开尔文的压强、温度条件下合成出非晶态金刚石,然而极高的压强限制了合成样品的尺寸。该项成果成功地确定了sp3键合的非晶金刚石的真实存在,并且能够将其保留下来。

  而且,科学界与工业界已经掌握了制备纳米级金刚石的技术,且纳米金刚石在各个领域得到了非常广泛的应用,具有广泛的实用价值。基于这样的研究背景,缑慧阳团队决定利用当下最先进的大腔体高温高压技术,突破传统大体积压机的压力范围,进行30吉帕以上压强的毫米级样品的研究。

  缑慧阳和团队选取了不同特点的前驱物,分别是富勒烯、玻璃碳和洋葱碳,旨在探索不同前驱物在高压下的结构及微结构的转变过程和路径。和预想中的一样,研究团队在30吉帕压强下,1800开尔文以上的高温范围内,观察到了纳米金刚石的形成。但是只有富勒烯在30吉帕和1500—1600开尔文的压强、温度条件下出现了能够保留到常压的、具有中程有序的非晶金刚石,这是此前从未有过的发现。

  但仅是发现还不够,要想对其进行深入细致的研究,还要求研究者能够对这种截留的具有中程有序的非晶金刚石进行详细的结构表征和模型构建。于是,缑慧阳及其合作者通过X射线、对关联函数、谱学、透射电镜等方法对其结构与微结构进行表征,并采用先进的大尺度分子动力学模拟对其进行详细对比和模型构建,最终将其识别确定为次晶态金刚石。这种结构的金刚石本质上是在非晶基体中引入纳米尺寸的中程有序结构。其发现不仅使研究者深入理解了这种特殊的金刚石,掌握了其独特性,更是填补了非晶结构和晶体结构之间原子排列尺度上的缺失环节,为深层次理解非晶材料的复杂结构提供了密钥。

  三个因素协调是关键

  缑慧阳认为,此次能够成功合成次晶态金刚石,原因除了非晶金刚石自身具有更高的短程有序性外,还取决于三方面的决定性因素,即对于前驱物的选择、适宜的压力与温度以及对保温时间的控制。

  在前驱物的选择上,缑慧阳团队选择了碳的三种同素异形体分别进行尝试,并最终在富勒烯上成功取得突破。富勒烯化学式为C60,由于每个分子中包含60个碳原子,并呈现出12个五边形所组成的球状,也被形象地称为足球烯。

  缑慧阳向记者分析道,在高压的作用下,C60分子间的聚合作用为形成高密度的sp3键合提供了均匀的形核点,这使得在较低的压力和温度下形成sp3含量接近100%的非晶金刚石成为可能。而30吉帕甚至更高的压力则有助于提高形核的密度,再配合以适当的温度,便能够促进sp2向sp3转变,并抑制其快速地结晶。随后,经过适当时间的等温退火,便可使得非晶金刚石中逐步、动态地出现大量次晶态。

  同时,缑慧阳也表示,或许除了富勒烯外,其他两种前驱体也可能会在某个温压区间内生成纳米级次晶金刚石,但仅就目前其所探索的压强、温度、时间范围内,尚未捕捉到。因此他认为,发现并成功截留次晶这种亚稳状态的关键正是在于对压强、温度和时间的有效把控,只有实现三者的完美协调,才能取得理想中的结果。

  另一方面,此次研究能够取得突破性进展,同样离不开大腔体高温高压技术的发展。根据缑慧阳介绍,大腔体压机技术目前已经相对成熟,但在常规的压力组装方式下,传统大腔体压机的压力极限一般为27吉帕。而北京高压科学研究中心的科研人员通过改变碳化钨压砧的几何形状和对一级压砧进行精确控制,将压力提升到了30—50吉帕。同时,缑慧阳团队还利用高质量的碳化钨压砧,不进行任何调整,优化组装方式,实现了2000摄氏度下毫米量级的30吉帕高压。

  除了填补理论上的空白,次晶态金刚石的合成更具备广泛的应用价值。次晶态金刚石除了具有和普通晶体金刚石相当的力学性能以外,还有非常独特的可调节的光学性能。“这意味着次晶态金刚石可能会是一个极端条件下非常良好的窗口材料。”缑慧阳指出,由于次晶态金刚石具有非常宽的荧光峰和较高的热稳定性,预期未来将在包括生物医学等在内的多个领域产生更加广泛的应用。

  来源:科技日报


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