中国还有5个独步全球的“冷技术”！

一、非线性光学晶体技术

中国其实也有对外禁运的新材料，比如重要的战略材料KBBT晶体。非线性光学晶体由于具有波长变换，增大振幅，开关。记忆等许多元件功能，正作为光计算的基本元件。而引人注目经过15年努力，为美军激光武器开发晶体的“先进光子晶体公司”（AdvancedPhotonicCrystals，APC）在年宣称他们开发出了KBBF晶体，是美国国内唯一能够生产这种战略性物质的唯一厂家。可是他们却不知中国已经研制出了领先的下一代晶体。

该晶体是高端激光器的核心部件。比如KBe2BO3F2（KBBF）是唯一能实际输出深紫外激光的非线性光学（NLO）晶体，但KBBF含剧毒铍元素且其晶体层状生长习性严重，因此，急需探索新型深紫外NLO晶体材料。根据报道称，中国福建物构所发现新型无铍深紫外非线性光学晶体材料LSBO晶体有望成为下一代深紫外非线性光学晶体的优秀候选材料。

非线性光学晶体，实际上是一种可以对激光束进行调制、调幅、调偏、调相的重要的光学晶体材料，是激光器中的一种十分重要材料。随着激光技术在工农业、军事、医学等领域中获得了广泛应用，研制新型非线性光学晶体也成为国际光电子科技领域、新材料科技领域的前沿和热门科学课题。

20世纪60年代，美国贝尔实验室发现了铌酸锂晶体（LiNbO33），但由于该晶体具有严重的光感应折射变化，因此一直不能在较高功率激光器上作为倍频器件。到了70年代，美国杜邦公司中央实验室首次发现KTP晶体，但一直到80年代才获得有工业应用价值的大尺寸KTP晶体。

中国在非线性光学晶体材料的研制方面取得了快速发展。比如机电部所曾经首次研制出掺5％克分子的Mg：LiN-bO3晶体，使LiNbO3晶体的抗光损伤阈值提高到10MW／cm2。该生长工艺当时一度被美国广泛采用。到了年，该所成功研制出掺7％克分子的MgO：LiNbO3和rri：MgO：LiNbO3两种单晶，在保持高光学均匀性的同时，使晶体的抗光损伤阈值达到60MW／cm2。该晶体作为Nb：YAG激光腔内倍频晶体，其输出效率达61％，为同类晶体的全球最高水平。

中国科学院福建物质结构研究所经多年的实验研究，于年正式宣布发现了BBO晶体。该晶体的倍频系数是KDP晶体的4倍，相匹配范围可达到2．6μ～nm（基波），紫外区的最短输出波长为nm，从而满足了科学家们对～20nm紫外区相干辐射的多方面的需要。由此，当时被世界激光科技界推崇为在光电子技术领域内可与大功率半导体激光器相提并论的最有意义的进展之一。此后，该所又推出一种更新的非线性光学晶体——LBO。这种晶体的出现解决了KIP、MgO：LiNbO3晶体不能用于强激光（MW／cm2）倍频的困难，并克服了BBO晶体的某些缺点，成为又一个有重要实用价值的新晶体。

中国科学院福建物质结构研究所曾经于年，采用“晶体非线性光学效应离子基团理论”，系统地计算和研究了硼酸盐体系的基因结构和微观倍频效应、晶体紫外区吸收边的相互关系。在此理论研究的基础上通过化学合成、物化分析、晶体生长和系统的光学、电学测试，终于发明了一种具有很大实用价值的新型非线性光学晶体材料——三硼酸锂（LiB3O3）。该晶体在近红外、可见光和紫外波段高功率脉冲激光及高平均功率激光的倍频、和频、参量振荡和放大器件，腔内倍频器件等方面有广泛的用途。值得一提的是，美国《激光和电光》杂志曾经将这项发明评为年度国际十大高技术产品之一，并且在国内外一些实验室及激光工业界广泛使用。

新型非线性光学晶体三硼酸锂的研究成功，进一步促进了国内外研究硼酸盐非线性光学晶体材料与激光器件的深人发展。

KBBF晶体和LSBO晶体都是中国福建物构所研发的，其中福晶科技是转化中国物构所的成果的企业。该企业90%的营收都来自于国外，都是为国外激光器生产企业，主要客户是美国、日本、德国等传统工业强国。福晶科技的晶体曾经被人称为“中国牌晶体”，其中最大的一块就是非线性光学晶体！而且福晶科技的晶体也有用于量子通讯。

值得一提的是，福晶科技是中科院属下的技术商业化的公司，除禁止海外出口的KBBF晶体以外，还有LBO、BBO、KTP等全系列的非线性光学晶体。其中，LBO晶体全球市场占率曾经达到60%，BBO晶体全球市场市占率达40%，由此，全球龙头地位不可撼动。

福晶科技的主要产品，就是激光晶体与非线性光学晶体，属于激光设备的上游关键零部件。说白了，几乎所有的激光设备，都离不了激光晶体，他们必须通过激光晶体的受激辐射，才能发射出特定频率的激光。实际使用中更加复杂，因为对应于不同的场景需求，大多时候需要增加一个“转换器”——非线性光学晶体，以此获得各种不同波长的激光。但由于其生长周期较长，因此，几十年也只发现了这两种晶体。也正因这点，也给该领域建立了超强壁垒。

事实上，中国在许多高端材料领域都处于被“卡脖子”和国产替代进程的阶段。而在非线性光学晶体领域，中国人的技术一直遥遥领先于全球。其中，中国的福晶科技已成为全球非线性光学晶体龙头，其产品中的LBO、BBO等非线性光学晶体市占率稳居全球第一。

KBBF其实是一种非线性光学晶体，可以将激光的波长转换为纳米，尤其是应用到国防军工领域，将大大提升激光反导弹系统、激光国土探测等各种技术水平。甚至全球各国的下一代战略武器发展计划，都绕不开KBBF技术的鼎力支持。重要的是这项技术，是由中科院的陈创天院士研发出来的，他从年代就开始积累相关技术，一直独步全球。

另外，KBBF晶体主要应用于激光研究，中国之前曾经向全球科研机构开放供应，后来，高层发现，西方越来越多的将其用于军事领域，由此开始拒绝向国外输出。

二、液态金属技术

中国研制出世界第一台自主运动可变形液态金属机器。早在年3月，由清华大学教授、中国科学院理化技术研究所双聘研究员刘静带领的中科院理化技术研究所、清华大学医学院联合研究小组，发现了一种异常独特的现象和机制，即液态金属可在吞食少量物质后以可变形机器形态长时间高速运动，实现了无需外部电力的自主运动。

后来在《不同构象之间的液态金属多变形性》论文中，揭示出室温液态金属具有可在不同形态和运动模式之间转换的普适变形能力。比如浸没于水中的液态金属对象可在低电压作用下呈现出大尺度变形、自旋、定向运动，乃至发生液球之间的自动融合、断裂-再合并等行为，且不受液态金属对象大小的限制。

十分独特的是，一块很大的金属液膜能够在数秒内即收缩为单颗金属液球，变形过程非常快速，且表面积改变幅度可高达上千倍。另外，在外电场作用下，大量彼此分离的金属液球可发生相互粘连及合并，直至融合成单一的液态金属球；依据于电场控制，液态金属极易实现高速的自旋运动，并在周围水体中诱发出同样处于快速旋转状态下的漩涡对；假如适当调整电极和流道，还可将液态金属的运动方式转为单一的快速定向移动。

研究表明，造成这些变形与运动的机制之一在于液态金属与水体交界面上的双电层效应。事实上，丰富的物理学图景刷新了人们对于自然界复杂流体、软物质特别是液态金属材料学行为的基本认识。这些超越常规的物体构象转换能力很难通过传统的刚性材料或流体介质实现，它们事实上成为用以构筑可变形智能机器的基本要素，为可变形体特别是液体机器的设计和制造开辟了全新途径。

什么是液态金属？液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。

液态金属成形过程及控制，液态金属充型过程的水力学特性及流动情况充型过程对铸件质量的影响很大可能造成的各种缺陷，如冷隔、浇不足、夹杂、气孔、夹砂、粘砂等缺陷，都是在液态金属充型不利的情况下产生的。正确地设计浇注系统使液态金属平稳而又合理地充满型腔，对保证铸件质量起着很重要的作用。单质中只有水银是液态金属，镓、铷、铯是低熔点金属。

值得一提的是，在液态金属研究上，中国正处于领跑者地位，是中国向世界输出原创科研成果的经典代表。中国的研究团队在极为有限的条件下历经近20年持续不断的努力，贡献出的大量研究在国际上持续引发着重大及广泛影响，尤其是超前优势十分明显，还使得液态金属研究从冷门逐渐成为国际上备受瞩目的重大科技热点。事实上，中国团队十多年前就提出了液态金属冷却芯片技术，美国国家宇航局（NASA）曾经于年将“液态金属冷却”列为未来世界上最前沿技术，如今液态金属研究被誉为人类利用金属的第二次革命。

那么，这一种全新的可实现超大尺度膨胀变形的液态金属复合材料，是一种怎样的材料？可以实现哪些应用？实际上，这种材料其实是一种内部包含低沸点工质的，由液态金属和硅胶制成的材料。（液态金属并不只是一种，而是种类繁多的大家族，通过不同的金属和配比，可以获得不同性能的液态金属）研究小组负责人、清华大学刘静教授曾经表示，这种材料是我国在国际上最早提出的液态金属硅胶复合材料体系的延伸。

这种材料可以被3D打印成任意形状的特殊材料，可以摆脱其它刚体支撑物和溶液环境并得以站立，呈现出超大尺度变形和运动功能，且全部过程可逆。特别是通过嵌入可编程的加热系统及一些设计，研究人员将这种材料制备成了一系列新颖独特的概念型功能物和柔性机器架构：甚至可以模拟整个人形或动物形状或其局部脸型变化，当这种材料负载酒精的液滴，能够快速变化体积，膨胀程度可以超过其原始高度的11倍。

液态金属的空间应用远不止软体机器人领域。因为作为一大类新兴功能物质和材料，液态金属正被快速推进应用到：生物医疗健康、芯片冷却、能量捕获、印刷电子及3D打印等高新科技领域，并且带来颠覆性变革、同时催生出一系列战略性新兴产业。

三、基因测序技术

中国在基因技术的许多领域处于世界领先地位，中国的基因检测市场规模迅速扩张，受到全球瞩目，已成为“新常态”下中国经济发展新动能的重要力量。其中闻名于世的是华大基因。华大基因是全球最大的基因组研究与开发机构。早在年全球基因测序排名中，华大基因位居世界前三。

什么是基因测序？

基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性，个体的行为特征及行为合理。基因测序技术能锁定个人病变基因，提前预防和治疗。

基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用，可以说基因测序技术，是下一个改变世界的技术。基因测序技术能锁定个人病变基因，提前预防和治疗。

90年代初，全球学界开始涉足人类基因组计划。而传统的测序方式是利用光学测序技术。用不同颜色的荧光标记四种不同的碱基，然后用激光光源去捕捉荧光信号从而获得待测基因的序列信息。

尽管这种方法检测十分可靠，但价格不菲，因为一台仪器的价格大约在50万到75万美元，而检测一次的费用也高达5千到1万美元。

后来的研发的基因测序仪中，芯片代替了传统激光镜头、荧光染色剂等，芯片就是测序仪。通过半导体感应器，仪器对DNA复制时产生的离子流实现直接检测。当试剂通过集成的流体通路进入芯片中，密布于芯片上的反应孔立即成为上百万个微反应体系。

因此，这种技术组合能够使研究人员能够在短短2小时内获取基因信息。而使用传统的光学测序技术需等待数周、甚至于数月后才能得到结果。同时检测一次的费用也降到了最低1千美元。

事实上，基因测序只是基因检测的方法之一，又叫基因谱测序，曾经是国际上公认的一种基因检测标准。

基因测序被广为人知的还有针对唐氏综合征筛查的无创产前基因检测。只需要采集孕妇的外周血，通过对血液中游离DNA(包括胎儿游离DNA)进行测序，并将测序结果进行生物学分析，从而得出胎儿是否患有染色体数目异常的疾病，包括常见的21-三体综合征(唐氏综合征)、18-三体综合征(爱德华氏综合征)和13-三体综合征(Patau综合征)。

之前受到世界公众

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