随着经济全球化的深入发展，世界各国都十分重视增强产业的创新活力，提高产品的技术含量。于是，各国政府，通过制定推动科技进步的政策法规，提高知识产权的保护力度，加强鼓励科技创新的奖励办法，促进产业结构的优化升级等一系列行之有效的措施，大力发展以原始创新成果为基础的新兴产业，积极运用高新技术和信息化改造传统产业，大胆探索通过产业融合培育或组建新型产业，从而促使产业创新现象蓬勃兴起，创新成果犹如雨后春笋大量涌现出来。系统梳理重要产业取得的创新进展，有助于看清产业运行的轨迹，有助于把握产业发展的方向，有助于预测产业创新的趋势。为此，本专题“学习交流”选择电子信息、纳米技术、光学、航空航天、材料、能源、环境保护、交通运输、生物科技九大重要产业作为考察对象，分析本世纪初特别是近十年以来，世界各国在推进这些产业创新过程中，取得的新产品、新技术、新设备和新工艺。
电子信息产业的创新进展
电子信息产业，从事电子元件、器件、仪器、仪表、电子设备的研制和生产，内含电子元器件、电子仪器仪表、电子专用设备、电子计算机、广播电视设备、通信导航设备、雷达设备等生产行业。它是前沿关键技术不断涌现的领域，是军工产品与民用产品紧密结合的部门，是许多工业国家和地区的支柱产业。多年来，世界各国高度重视电子信息产业的发展，比其他行业投入更多的资金和人才，从而取得更多的技术和物质创新成果。梳理本世纪以来全球电子信息产业取得的创新成果，可以发现具有以下主要特色：
一、注重研究微电子理论及产品
（一）推进微电子新理论模型研究
微电子学是随着集成电路的研制而发展起来的，属于一门新兴前沿学科。它探索并实施信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，主要研究电子、离子及其他微观粒子在固体材料中的运动规律及其应用。
1．构建标准粒子物理学模型。
2008年3月，英国爱丁堡大学和南安普敦大学的研究人员，与他们在日本和美国的合作专家一起组成的研究小组，在《物理评论快报》杂志上发表研究成果称，他们利用超级计算机构建出标准粒子物理学模型。该模型比以往的更为精确，是目前描述基本粒子最成功的理论。有关专家认为，这项成果具有里程碑式的意义，使标准模型理论离基础物理的完全理论越来越接近。
随着大量微观粒子在物理学实验中被发现，科学家提出使用规范玻色子，来描述强相互作用、弱相互作用，以及电磁相互作用这三种基本力的理论，即标准模型理论。它隶属量子场论的范畴，并与量子力学及狭义相对论兼容，几乎涵盖一切微观现象。到现在为止，其理论预言，与以上三种力的实验测量结果，在测量精度范围内是一致的。
2．提出量子状态新理论模型。
2010年8月，美国锡拉丘兹大学的物理学家，在《物理评论快报》发现研究成果，论述了量子状态新理论模型。该理论认为，在特定条件下，不只一个电子能同时处在相同的量子态，拓展了量子理论和相对论。这一新模型，有助于科学家探索并建立一个统一的量子引力理论。
在这一新理论的启发下，出现了大量相关研究成果：量子状态方面，推进冷原子中量子存储和波动研究，创下量子纠缠现象的一项新纪录。量子材料方面，生产形状尺寸可控的石墨烯量子点材料，设计出以光子形式释放能量传递信息的量子超材料，研制出全新量子材料“外尔—近藤半金属”。量子设备方面，研制出能诱捕、探测和操纵单个电子旋转的量子设备，发明可控制量子比特自旋的“混血”纳米设备，制成可模拟研究磁体内部电子量子行为的原子钟，开发出可观察并控制量子运动的微米级实验装置；另外，量子模拟器研究获得了新突破。量子技术方面，实现原子间单量子能量交换的技术，开发出一种可及时纠错量子状态的技术，发现使光子进行多维度量子纠缠的方法，可能带来LED照明新时代的量子点技术，发现量子态隐形传输的有效方法，发现在超导材料内传输量子信息的方法。量子系统方面，制造出拥有51个量子比特的迄今最强量子系统；成功在7量子位系统中模拟出氢化铍分子，这是迄今量子系统模拟的最大、最复杂分子。
（二）推进微观粒子探索
1．微电子运行与控制研究的新进展。
用石墨证明量子效应，发现与超导并存的超绝缘现象，证实电子可分裂为自旋子和空穴子，发现晶界阻碍高温超导体内电流流动，揭示量子自旋液体的存在机理；破解磷酸二氢铵似于磁体的特有铁电性，发现碳化硅晶格缺陷可变成量子比特，揭示铁电纳米材料亚原子结构及性质；确定磁性在产生高温超导体中起关键作用，发现布基球可提高闪存效能。
2．微电子动态观察的新进展。
直接观察纳米尺度下磁性原子的相互作用，首次观测到重电子费米面；首次成功捕捉电子运动画面，首次拍下单个分子照片，拍摄展现复杂分子物质波的量子电影。
3．寻找和发现新粒子的进展。
发现与希格斯玻色子特征一致的新粒子；利用硅片捕捉超冷原子，首次成功观测到“逃离”原子的电子，首次发现带有1／4电荷的准粒子，成功获得超大“波尔原子”，探测到冷聚变中的高能中子，发现兼具磁性和导电性的“超级原子”，发现有助于研制新量子机械的巨大里德伯分子，首次在实验室获得排斥的极化子，在石墨烯表面激发出等离子体振子。发现神秘莫测的马约拉纳费米子，实验显示外尔费米子可能“栖息”在锇基磁材料中。另外，四夸克粒子家族喜迎新成员。
4．微观粒子性质研究的新进展。
实验首次证实声子具备磁性，发现“声子隧道”是热量流动的新方式。推进冷原子中量子存储和波动研究，“称”出三个最轻夸克的质量，首次由粒子把信息转化为能量，发现暗等离子体振子可在微米尺度传输能量；刷新单一元素超导临界温度纪录，成功观测到“放牧”原子现象，首次测量到渺秒级电子运动，首次观察到磁振子拖曳。发现希格斯粒子赋予其他基本粒子质量的证据，提出中微子很可能是一种超光速粒子。发现暗等离子体振子可在微米尺度传输能量，用计算机模拟证明四中子结构存在，首次观察到超导体中重电子的形成过程。
（三）推进微电子元器件及设备研发
1．开发微电子材料的新进展。
开发出可制彩色激光器的纳米晶体，研制出可用于制造晶体管的单原子二维晶体，研制出可大幅提升芯片速度的单层锡原子二维材料，发现新型二维半导体材料一氧化锡，研制出首个单原子厚二维磁体。开发出可在纳米水平生成离子层的半导体材料，研制出新型纳米晶体，研制出可显著降低电子设备成本的铜纳米线薄膜，研制成能自行重构电路的多维导控电流纳米材料。做出最薄石墨烯“折纸”材料，并使平面石墨烯自折叠成3D结构材料。研制出仅为三个原子厚的半导体薄膜，可传输电子自旋的钻石导线，直径仅三个原子粗细的电线，能自行重构电路的多维导控电流纳米材料。
2．微电子晶体管研发的新成果。
研制出只有1个原子厚的超小型晶体管，研发出首个高温电子自旋场效应晶体管，制造出超小型单电子晶体管；制成可在纳米尺寸上引导电子的分子晶体管，发明单分子“量子干涉效应晶体管”，制成以单个苯分子为材料的分子晶体管，研制出单分子二极管；开发可用于太阳能电池的碳纳米二极管，发明纳米混合热晶体管，研制出性能首次超越硅晶体管的碳纳米晶体管，利用碳纳米管开发出栅极长度仅一纳米的晶体管，用碳纳米管制造出总面积最小晶体管。研制出新型生物纳米电子晶体管，纳米级砷化铟镓晶体管，三维结构的纳米线晶体管，能自我修复的纳米线晶体管，并用纳米晶体“墨水”制成首块晶体管，以及可传输质子流的新式晶体管。
3．微电子电路研究的新成果。
研制成功世界首个碳纳米管电路开关，用石墨烯制成微电子电路开关，制成以碳纳米管为基础的全晶片数字电路，推出含碳纳米管的纳米电子系统三维芯片。推进石墨烯制作纳米电路的技术研究，制造出全石墨烯无缝集成电路架构，创建首个全功能石墨烯集成电路。发明用纳米材料印制集成电路，用DNA分子制成以分子为信号的生化电路，用二硫化钼制成只有三个原子厚的芯片原型。研制成由半导体和有机分子组成的分子电子器件。
4．微电子设备研制的新成果。
着力推进纳米生物传感器研制，开发能精确计量纳米粒子的微小环形激光传感器，研制用于网络系统的微型无线传感器。研制出光能驱动的纳米发动机，研制成分子发动机，开发出有望取代电池的微型发动机。发明用于无线系统的新型振动发电机，发明世界第一台纳米交流发电机，研制利用电子自旋为动力的发电机，研制首个可商用的纳米发电机；研制成世界上首个单分子电动马达，制造出由单个分子制成的分子“电动车”。发明制造静电振荡波的电子冲浪机，研制出可自我校准的原子力微机电系统，用二硫化钼制成“力大无穷”的微型致动器；实现可控制的单个分子机械运动，研制出分子打印机，研制出世界第一台分子机器。开发能制作纳米结构的“电喷”打印设备，开发出首个纳米级单分子质量实时测定系统，进一步提高原子干涉仪的测量精确度。
二、注重培育高端计算能力和实力
（一）推进计算机特别是高性能计算机研究
计算机是20世纪影响最大的科技发明之一，它使人类的生产和生活发生了前所未有的巨大变化。它从军事科研领域诞生，旋即以旺盛的生命力和强大的扩散力，迅速渗透到社会的各个领域，遍及政府机关、科研院所、企事业单位、大中小学校，进入寻常百姓家，成为社会交往必不可少的信息工具。计算机是典型的电子产品，它的产生需要大量电子元器件。世界上第一台电子计算机，使用的电子管就达17840只。计算机经历了电子管数字机时代，晶体管数字机时代，集成电路数字机时代，直至当今的大规模集成电路机。它每次更新换代，都会对电子产品和电子技术掀起重大变革，并促使电子产业进入更高一级的发展阶段。
多年来，美国在高性能计算机技术方面保持领先地位，“走鹃”超级计算机，“泰坦”超级计算机，先后荣登全球运算速度最快宝座。目前，在高性能计算机十强名单中，美国占有一半。在500强名单中，美国拥有的数量是最多的，美国还是高性能计算机运用最广泛的国家之一。
但近年来，其他国家超级计算机技术也在快速发展，中国“天河二号”连年名列速度最快榜首。到2017年6月，根据每半年发布一次的全球超级计算机500强榜单，全球最快的超算系统是中国“神威·太湖之光”，其浮点运算速度达到每秒9.3亿亿次，中国的“天河二号”以每秒3.386亿亿次排在第二名，美国的“泰坦”以每秒1.76亿亿次排在第三名。
美国能源部的声称，虽然美国最快超算系统仅排在第三名，但前十名中有5个系统来自美国，在实际应用方面美国依然“保持全球领先地位”。同时宣布，投入重金资助6家科技公司，加速研制下一代超级计算机技术，目标是到2021年交付至少一台每秒可进行百亿亿次计算的超级计算机系统。
另外，美国加强其他计算机的创新活动。它已经证明量子计算机确实可行，又让两种不同技术量子计算机进行面对面比试，还在训练量子计算机辨识树木，提高其智能化水平。这些现象，标志着量子计算机技术正在逐步走向成熟。众所周知，美国苹果公司推出平板电脑“ipad”，通过把笔记本电脑与智能手机相结合的方式，为用户创造出一种全新的多媒体体验。此外，美国近年设计出由超材料制造的模拟计算机，以及更像人脑的模拟计算机；研制以存储式处理器为基础的新型“存储式电脑”，靠水滴运转的全新计算机系统，并发现涡流形激光可建造更强大的计算机。
近年，日本在计算机方面的创新成果，主要集中在开发下一代每秒运算100亿亿次的超级计算机，研究运算速度最快的中央处理器、高效率存储器，以及记录载体与扫描输入设备等。英国在计算机方面的创新成果，主要集中在研制情绪感知计算机、容错计算机、超级计算机与微型计算机，开发控制器、处理器、显示器、存储器，以及输入设备等计算机部件。德国在计算机方面的新成果，主要集中在研究能够感知人情绪好坏的新型计算机，设计建设新一代绿色超级计算机，研究出声波识别新算法；开发出可用于打字的钢琴键输入系统。俄罗斯在计算机方面研究的新成果，主要集中在开发超级计算机，发明健康电脑及相关设备；研制新型处理器与存储设备，开发新型操作系统与程序代码检测器；建立“Т-纳米技术”计算中心，宣布进军云计算和云存储服务市场。
（二）推进人工智能与机器人研究
人工智能是以计算机科学为基础的一门新兴学科，同时又是一门高度综合、高度复杂的交叉学科。它的理论源泉主要来自计算机理论、心理学和哲学。但其研制技术和应用方法涉及的知识，除了三大理论源泉外，还包括信息论、系统论、控制论、统计学、自动化、仿生学、生物学、数理逻辑、语言学、物理化学、医学和材料学等多门学科。该学科的目标，是通过分析智能的各种表现形式而了解其本质，同时制造出一种能以人类智能相似方式处理和解决问题的智能机器。人工智能研究范围很广，产品很多，而机器人则是其核心产品和典型代表。以下叙述近年人工智能产品与机器人方面的创新成果。
1．研制人工智能产品方面的新进展。
⑴识别与处理系统的新成果。推行面部细节存入内置芯片的生物识别护照，开发出快速完成面部检测的新技术，开发出三维面部识别技术，启用机场护照自动识别系统；研究耳部识别身份的方法，开发出虹膜图像分割算法识别系统，开发对人进行视觉感知的智能识别系统，研发出高灵敏气体识别系统。创建首个无电池的手势识别系统，研制出语音识别能力已经达到甚至超越人类水平的计算机。
⑵智能机器设备的新成果。合作开发模仿人类大脑的计算机模型，研制成“模拟病人”的智能仿真计算机，研制出下跳棋永不会输的智能计算机，研制模拟人脑具有思维的认知计算机，研制模仿大脑工作的神经计算机，研制出世界上最接近人工智能的机器；研究能够感知人类情绪好坏的新型电脑，研制出能够识别人类情绪的电脑；研制出能进行自我复制的智能机器，开发能自己组装的智能机器椅；发明可用大脑意念控制的电脑手，开发出可用意念控制轮椅的智能装置；推出虚拟人物身处实景的交互式智能游戏，研制宇宙飞船人工智能控制系统。开发出可制成智能仿真皮肤的震荡胶；还开发出把脑细胞与硅电路相连接的“神经芯片”。另外，人工智能机器推测官司输赢已胜过法学专家，发现人工智能设备可将二维照片变为现实物体。
2．研制机器人方面的新进展。
⑴模仿人类行走机器人的新成果。研制出能以人类步伐直立行走的机器人，研制出可以模仿人类上下自如行走的机器人，推出使用燃料电池的双足行走机器人，开始研制可正常奔跑的机器人，研制出全球速度最快的双腿机器人，研制出像真人一样双腿直立行走的机器人；制成会弹跳的机器人腿设备，研制能够模拟人类走路步态的机器人腿设备。
⑵模仿人类思维与情绪机器人的新成果。开发出拥有最原始大脑的机器人，研制出能区分自身和他人的具有自我意识机器人，研制出可识别自己并理解他人意图的机器人，研发具有类似人的身体和认知能力的机器人，研发能看懂人类手势的人工智能机器人，研发能判断人类意图的机器人，研制出可识别镜中自己的新奇智能机器人；研制能用像人一样的眼睛看人的机器人，开发出可在嘈杂环境中识别人声的机器人，研制出能辨别空气成分的反恐抢险机器人，制成能准确辨别数十种食物的“味觉”机器人，研制出能够感知人体体温的救援机器人，开发出通过敲打振动检查下水道系统的机器人，研制出“动态平衡”机器人，制成能测出病人痛感的医用机器人；研制出能模仿人类简单动作并富有表情的机器人；发明会做多种表情的“爱因斯坦”机器人；设计出可显示个性特征的机器人。
⑶模仿人类行为方式机器人的新成果。研制能够自动与身边物体互动的婴儿机器人，研发智能儿童机器人；研制出世界首个有语言学习能力的机器人，研发“学习型机器人”；研制能玩“石头剪刀布”游戏的机器人，研制成功高速反应的机器人接球手，研制出会打棒球的机器人；开发出能模拟别人行为的机器人，研制可以与人类进行正常互动行为的类人机器人；研制出可自找插座充电的机器人；研制出懂得谦虚礼让行为的机器人。
⑷模仿动物机器人的新成果。模仿动物大脑机制研发出“混沌”机器人，模仿动物觅食机制开发吃昆虫产生能量的机器人。模仿蜜蜂视觉系统特征研制视觉机器人，并开发可以产生三维画面的机器人立体视觉系统。模仿毛毛虫蜷缩伸展自如的体貌特征，研制可担当重任的毛毛虫机器人。模仿动物行走方式研制出用健壮八肢走路的“蝎子机器人”，能在水面行走的黾机器人，用猴子行走信息遥控的机器人。模仿动物攀爬方式研制出可自由攀爬粗糙墙面的“蜘蛛”机器人，可沿天花板爬行的壁虎机器人，能在斜面或垂直表面上稳定移动的机器人，可沿垂直墙面爬行的机器人。模仿动物飞行方式研制像昆虫一样飞行的微型机器人，像蝙蝠一样摇摆飞行的机器人。模仿蟑螂群体生活习性，研制当“卧底”的蟑螂机器人。
⑸工业机器人的新成果。开发出接近人类手臂动作的产业机器人，开发能提高涂装档次的新一代涂装机器人；研制出生产液晶显示器等产品的工业机器人，研制出可用在微电机上的超微型机器人，研制出运用3D打印技术进行自我复制的机器人；发明可以建造整体房屋的机器人，研制出适于户外作业受伤后可自行调整的机器人；研制出装有激光制导手臂的挤牛奶机器人。
⑹服务机器人的新成果。制造出能授课的教师机器人，研制出会点名布置作业的教师机器人；研制成能帮助盲人导购的机器人助手，开发出可为商场中迷路顾客引路的机器人，开发出能能商场和博物馆当向导的机器人，推出可在商店当模特的机器人；研制出用于儿童监护的语音识别机器人，研制成不像人形却有人性的机器人管家，研制能和主人交流的家用机器人，开发清除住宅白蚁的机器人，研制可像壁虎倒挂天花板上打扫卫生的机器人，研制出能两腿行走做家务的机器人；研制出能陪外地来宾聊天的高智能机器人，研制出在办公楼担任接待任务的机器人；开发出用于室外监视的警卫机器人，研制出能盘问10米内来客的卫兵机器人，开发在社区做清洁卫生工作的机器人。
⑺医用机器人的新成果。研制成世界首台外科手术机器人，研发嵌入式脑外科手术机器人获得重大突破；制成像蛇一样在血管中游到患处放药的机器人，研制出直径1毫米可进入血管的机器人，研制出可钻入动脉清除阻塞物的微型机器人，研制由血管进入人体动手术的微型“机器人医生”；研制肠道蛔虫机器人，研制出能在人的脊椎里穿行的微型机器人；研制成用粘菌控制的微型机器人，研制以细菌驱动可进入人体的微型机器人，研制出能取肌体组织的微型机器人，发明可在心脏表面爬行做手术的机器毛虫；开发出可背残疾人攀登台阶的两足机器人，开发出帮助上肢残疾者生活自理的机器人手臂，帮助中风患者康复的机器人；研制可采集血样为人打针的机器人护士，开发出夜间睡眠呼吸暂停感知机器人。
⑻水下机器人的新成果。研制出用来研究海洋气候变化的浮球机器人；研制用于水下勘察探测的螃蟹机器人，发明定点悬浮式潜水机器人，研制能赴1.1万米海洋最深处探秘的机器人，开发探测深海稀有金属的机器人。
⑼军用与航天机器人的新成果。研制可充当间谍的微型“苍蝇机器人”，研制纳米“仿生大黄蜂”的杀手机器人，研制动作与真蛇相似的高科技武器机器蛇；研制出可充气的足球机器人火星漫游车，研制用于月球探测的“蜘蛛机器人”。
⑽抢险救灾机器人的新成果。制成能用于受灾现场救援的蜘蛛机器人，研制出能自动跳过障碍物的救灾机器人，发明能从建筑物废墟中找到幸存者的蛇型机器人；研制可执行搜救任务的微型“变形金刚”式机器人，研发出有望用于救援工作的“蜂鸟机器人”，研制出可执行救援任务的微型飞行机器人；开发出能进入充满毒气和放射性物质场所的机器人，研制出改进型核事故处理机器人，研制出身形似蛇的消防机器人，开发出廉价排雷机器人。
三、注重探索通信技术与网络安全措施
（一）推进通信设备与通信技术的研究
1．通信设备与通信系统研发的新进展。
发明能捕捉可见光信号的天线，研制可提高信号接收质量的变形天线，等离子天线技术研发日趋成熟，研制出负折射率等离子纳米天线；推出用于通信线路的微电容瞬变避雷器件，推出世界首款保护卫星机顶盒低噪块稳压器的产品；研制出背包大小的单兵雷达，开发出可视电话软件，发明飞机上可随意打电话的通信服务器，推出世界上首个有线无线电话集成设备，开发以电视电话为基础的“视频呼叫中心”系统，开发固定无线通信系统；研制出体积最小的移动卫星通信系统，研制出用于救援行动的应急小型卫星通信站；开发出“手腕通信”系统。
2．通信技术的新进展。
开发出世界最快光通信技术，创下每秒传输1G字节的无线传输记录的新技术，创造聚合光纤数据传输速度新纪录，开发网格FTP协议高速数据传输新技术，创造可见光通信数据传输纪录的新技术，研制用铁块无线传输信号和能量的技术，创造量子态隐形传输纪录的新技术；开发能看穿墙壁“透视眼”的超级宽带技术。
（二）推进网络技术研究与网络安全系统建设
1．网络设备与网络工具的新进展。
开发为下一代无线网络铺平道路的带状光束放大器，研发出新型移动路由器，开发出新型蜂窝网络回程系统装置，研制出工业设备与互联网相联接的终端机，利用硅技术开发全球微波互联接入基站功率放大器，推出传输高保真影像的塑料光纤和以太网收发器；发明一种新型网络资源搜索引擎，发明可搜索假冒产品的数码图片水印软件，开发出可助网络搜索的脸型识别软件，开发出网络语音翻译系统。
2．网络及传输平台建设的新进展。
推出全球首款无线城域网，建立全球首个全城无线传感器网络，创建加强科学家联系的大型“科研脸谱网”，进一步完善地面网络的基础设施，着手研制互联网高速传输平台。同时，提出创建连接至月球或火星的太空因特网计划，开始讨论新一代太空通信系统，打算建设太空通信平台。
3．网络技术及其应用的新进展。
开发用网络传输高清晰度电视图像的新技术，开发网速将会提高千倍的新技术，开发出高保真光纤传输技术，开发一秒内下载高清晰电影的高速网络技术，研制出网页浏览加速技术。特别是，研制出全双工无线网络技术，以发送线和接受线各自独立的方法，使数据在两个方向上同时进行传送操作。这样，在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。这项技术，改变了需要两个频率，才能完成这一任务的状况，它使无线网络运营商，在不用新建基站的情况下，让网络吞吐量增加一倍。其他网络新技术还有：可大大提高移动自组织网效率的方法，用认知无线电系统消除网络拥堵现象的技术，用无线网络隔墙监测生命体征的技术，把无线网络信号转化为电力的技术。
4．网络安全系统建设的新进展。
建成首个量子密码通信网络，研制出“不可破译”的量子密码，开发出量子密码分发系统样机。特别是，开发出新型量子密钥分配系统，能够以兆比特每秒的速率创建和分发加密码，比现有方法大幅度提速，即使同时运行多个系统，仍可与目前的互联网速度匹配。这项技术，正在促使量子加密技术向大规模应用加速迈进。其他网络安全措施主要有：开发出绝对保密电子邮件系统，研制出可保护敏感商业信息的隐形电子邮件，研制出防止移动电子设备被盗用的步态识别技术；通过背包代码的加密算法提高网络安全程度，开发出消除恶意网站的网络安全新工具。
四、注重开发新型电子材料与高性能元器件
（一）推进新型电子材料的研究与开发
1．研发电子材料的新进展。
研制出可像橡皮筋一样拉伸的金属纳米线材料，把铜线制成既可输送又能储存能量的电缆。开发出可制自旋电子学元件的磁性半导体，开发可产超薄电路芯片的锑/碲半导体材料，研制出导电性能极强的金刚石半导体；用原子移栽手段获得磁性半导体材料，研制出性能独特的高灵敏磁性材料，合成可替代稀土的磁性纳米材料。批量生产半导体材料砷化镓晶片，开发出砷化铟二维半导体量子膜，通过拉伸二硫化钼晶体造出能隙可变半导体。揭示塑料半导体中电荷陷阱的形成机制，开发出大分子碳结构有机半导体。研制出能耐250℃高温的新型高分子介电质，能让电子产品自我修复的聚合物材料，可降解的电子聚合物材料，可拉伸全橡胶电子材料，以及能够像橡皮筋般延展拉伸的复合电子材料。
2．研发光电子材料的新进展。
研制出新型磁性光子晶体，可同时操控光线和振动的晶体，兼具电学光学高性能的光子晶体，可耐受上千摄氏度高温的光子晶体。研制出让光线发生负折射的新型三维人工电磁介质，能使光束转弯而不衰减的材料，只给可见光一条“单行道”的超材料。发明能促进可弯曲显示屏研发的半导体墨水，微型硅光子光源材料，可用来制造质优价廉显示屏的材料，可制作显示器的蟹壳塑料，并制成高度有序的纳米粒子阵列光学薄膜。
（二）推进高性能元器件的研究与开发
1．电路元件研发的新成果。
发明以纳米管为基础的固态超级电容器，研制成超强功能的石墨烯电容器，用黏土开发出高温超级电容器，研制出不含碳的全新超级电容器，并发明能使电容器储存更多能量的聚合物材料，以及高性能超级电容器材料。证实忆阻器确实存在，实现忆阻器设计重大突破，仅由忆阻器创建神经网络芯片，研制可逼真模拟突触行为的忆阻器，以及超越现有机器学习系统的忆阻器。
2．晶体管研发的新成果。
研制出开关频率提高千倍的石墨烯晶体管，具有卓越稳定性的石墨烯晶体管，并借助石墨烯实现原有氮化镓晶体管大幅降温。用碳素分子和塑料研制出有机薄膜晶体管，用碳纳米管和薄膜研制出可拉伸的晶体管，用碳纳米管和石墨烯纳米带研制出高效全碳晶体管。借用量子隧穿效应研发能效更高的隧穿晶体管，用低温电子技术开发全新的节能晶体管，开发出耗能少效率高的柔性硅基晶体管。用ⅢA族元素研制新型晶体管：用氧化铟薄膜研制出透明晶体管，制成高效低耗的氮化镓晶体管，用砷化镓铟研制出全球首款全门三维晶体管，用铟镓合金研制出柔软有弹性的流体晶体管。
3．集成电路或芯片的新进展。
采用Skylake架构更新旗舰计算机芯片，用木材制成可降解计算机芯片，同时具备逻辑与存储功能的芯片。用石墨烯圆片制成首款集成电路，制成能从环境取电的超低能耗集成电路，研发系统故障时能自我修复的芯片，能恢复电路导电性的自我修复电子芯片。研制用碳纳米管与硅连接的芯片，超高速无线传输芯片，具备快速无线上网功能的伸展型集成电路。研制出能在硅材料上传递和控制光速的芯片，首块激光器和光栅集成的硅芯片；把石榴石整合入硅装置中制成硅基光子芯片，用光子器件与硅晶体管结合制成光子芯片，用光子器件与纳米硅基屏障制成光子芯片。研制以光造激子为基础的电路，由光子电路元件组成的光子电路。另外，还研制出瘫痪病人用脑力来控制行为的芯片，模拟人脑研制出“神经网格”集成电路，首枚光子神经形态芯片，全新的光学神经网络芯片。
——摘自张琼妮与张明龙合著的《产业发展与创新研究》，中国社会科学出版社2019年6月版。
