納米材料

韓國利用CMOS和碳納米管制成生物傳感器

韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）在半導(dǎo)體電路技術(shù)國際學(xué)會“ISSCC 2015”上發(fā)表論文演講，介紹了使用CMOS與碳納米管制成的醫(yī)療用傳感器。該傳感器是在利用0.35μm工藝制造的CMOS晶圓上配置碳納米管電極制成的。

這種傳感器的特點是不使用金屬電極連接導(dǎo)線。導(dǎo)線主要用于與外部進行信號交換以及提供電源電壓，而此次的傳感器則是讓筆式閱讀器直接接觸金屬板上的傳感器以加載電壓，然后通過與筆式閱讀器相連接的個人電腦和智能手機來讀取測量結(jié)果。

碳納米管可以加工成與生物分子同等程度的尺寸，因此經(jīng)常被用作生物傳感器。不過，碳納米管與CMOS工藝搭配使用時，加工必須謹慎，以防止碳納米管與金屬電極接觸后發(fā)生短路。

KAIST此次開發(fā)的傳感器的優(yōu)點是，無需防止短路的后處理和表面加工，因此與以往的使用CMOS和碳納米管制成的傳感器相比，制造成本更低。由于醫(yī)療領(lǐng)域的傳感器大多都是一次性的，因此必須控制價格。（日經(jīng)BP社）

美成功研制新型鋰電池負極材料“紅磷-石墨烯”納米復(fù)合材料

鋰離子電池作為高能量密度的儲能設(shè)備被廣泛的應(yīng)用于手機，筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品中。而時下引人注目的電動汽車更是以鋰離子電池作為主要動力來源。這對鋰離子電池的性能提出了更為苛刻的要求：更高的能量密度、更久的使用壽命、更寬的工作溫度窗口。而現(xiàn)今商業(yè)化的鋰離子電池負極材料——石墨，因其較低的理論容量很難滿足這些要求。因此世界各國相應(yīng)領(lǐng)域的科研工作者都在尋找下一代鋰離子電池負極材料。

據(jù)報道，針對這一問題，最近美國賓夕法尼亞州立大學(xué)王東海教授領(lǐng)導(dǎo)的，以于昭新、宋江選為主的科研梯隊發(fā)明了一種新型鋰離子電池負極材料：“紅磷-石墨烯”納米復(fù)合材料。該種材料是由紅磷和石墨經(jīng)球磨制備得到。紅磷化學(xué)穩(wěn)定性高，廉價易得，而且環(huán)境友好。其作為鋰離子電池負極材料的理論容量可達2 600mAh/g，7倍于商用石墨電極。石墨/石墨烯因其極高的電子電導(dǎo)率被引入到該體系中以提升納米復(fù)合材料整體的電子電導(dǎo)率。在高速球磨過程中，微米級的紅磷顆粒被打碎至納米級。石墨在球磨過程中剝離為大比表面積的石墨烯。經(jīng)過長時間機械力作用，石墨烯相互搭接形成一個緊密結(jié)合的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，而納米級紅磷顆粒均勻分散在該網(wǎng)絡(luò)中。紅外光譜測試顯示，紅磷和石墨烯以“磷-氧-碳（P-O-C）”的化學(xué)鍵形式結(jié)合在一起，這又為該材料出眾的電池性能提供了保證。在室溫下，該納米復(fù)合材料的放電容量可達1 400mAh/g，4倍于現(xiàn)行商用化鋰離子電池負極材料-石墨。經(jīng)過300周的循環(huán)，放電容量仍然能保持在60%以上。高溫環(huán)境（60℃）對于現(xiàn)行商用鋰離子電池仍是很大的挑戰(zhàn)。而該種材料，在60℃下，放電容量可進一步提升至1 650mAh/g。經(jīng)過200周循環(huán)，放電容量保持率可在70%以上。

高容量、長壽命、價格低廉的原材料，適宜工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法，這些因素都促使新型“紅磷-石墨烯”納米復(fù)合材料成為下一代鋰離子電池負極材料的選擇。（materialview china）

以英2國科研人員成功開發(fā)可修復(fù)視網(wǎng)膜的碳納米薄膜

據(jù)報道，由以色列特拉維夫大學(xué)、耶路撒冷希伯來大學(xué)和英國紐卡斯特大學(xué)的研究人員組成的國際小組，開發(fā)出一種包含碳納米管和納米棒的薄膜，有望作為一種無線植入設(shè)備，可以達到極佳的誘導(dǎo)視網(wǎng)膜光刺激效果。在膜結(jié)構(gòu)中，納米棒散布于整個3維的多孔納米管矩陣里，最后使膜形成一種適于植入的柔韌靈活的基質(zhì)層。研究人員把這種膜貼附在14天大的小雞的視網(wǎng)膜上，視網(wǎng)膜就會產(chǎn)生光致電流——這是一種神經(jīng)信號，這種信號傳入大腦后可以由大腦來解釋處理。（中國紡織網(wǎng)）

中美合作成功研制超薄鉑鎳合金高效納米催化劑

據(jù)報道，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室曾杰課題組與美國阿克倫大學(xué)教授彭振猛合作，通過在鈀納米晶上生長超薄鉑鎳合金原子層的方法，成功研制出鈀—鉑鎳核殼納米催化劑。該催化劑具有很高的鉑原子利用率，在催化質(zhì)子交換膜燃料電池陰極氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)良好。相關(guān)成果日前發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。

近年來，以質(zhì)子交換膜燃料電池為代表的新型清潔能源受到廣泛關(guān)注。但該技術(shù)存在很多瓶頸，尤其是針對電池陰極的氧還原反應(yīng)催化劑活性和穩(wěn)定性較低，制約了電池的輸出功率和充放電循環(huán)次數(shù)，從而阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進程。

曾杰課題組設(shè)計并研制出一種具有超薄鉑鎳合金原子層的核殼型納米催化劑，并實現(xiàn)了對鉑鎳原子比例的調(diào)控。這種核殼型納米催化劑的內(nèi)部為一種低催化活性但非常穩(wěn)定的鈀核，外部為一種高催化活性的鉑鎳合金，使其不僅具有極高的鉑原子利用率，還兼具氧還原反應(yīng)所需的高活性表面晶面。研究表明，該催化劑對于質(zhì)子交換膜燃料電池陰極氧還原反應(yīng)的活性約為目前商用鉑碳催化劑的5倍。此外，由于這種新型催化劑內(nèi)部存在較為穩(wěn)定的鈀核，使得其整體穩(wěn)定性大幅度提高，在循環(huán)充放電測試6 000次后，未見其性能有顯著降低。（中國科學(xué)報）

全球首批3萬部石墨烯手機在重慶發(fā)布

據(jù)報道，全球首批3萬部石墨烯手機于3月2日在重慶發(fā)布。該款手機采用了最新研制的石墨烯觸摸屏、電池和導(dǎo)熱膜，目前已可接受官方預(yù)定，16G售價2 499元。其核心技術(shù)由中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所開發(fā)。

從外觀上，石墨烯手機與傳統(tǒng)的手機沒有任何不同。但在性能方面，采用石墨烯材料的手機具有更好的觸控性、更長的待機時間、更優(yōu)的導(dǎo)熱性能。由石墨烯薄膜制成的手機觸摸屏，透光率高達97.7%，且色彩還原真實；石墨烯電池能量密度提升10%，壽命提高50%；同時，石墨烯導(dǎo)熱膜能將局部50℃的高溫均勻地傳導(dǎo)至背部表面，使手機表面最高溫度可降低至35℃以下，解決手機發(fā)燙等問題。

從2013年起，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院研究團隊開始專注于石墨烯材料的生產(chǎn)、銷售與應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，并于2013年底，建成全球首條大規(guī)模石墨烯薄膜生產(chǎn)線。中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院研究員史浩飛稱，下一步，將以石墨烯為契機，瞄準人體健康監(jiān)測、可穿戴式智能設(shè)備、智能傳感設(shè)備、人機交互設(shè)備的市場需求，研發(fā)多功能石墨烯柔性傳感器，最終實現(xiàn)石墨烯柔性智能微系統(tǒng)。（人民網(wǎng)）

我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)類石墨烯結(jié)構(gòu)人工二維超導(dǎo)體

日前，北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心王健研究員與清華大學(xué)薛其坤院士、馬旭村研究員、何珂、王立莉、季帥華、宋燦立等老師，以及北京大學(xué)謝心澄教授等人合作，首次發(fā)現(xiàn)了一種新的二維超導(dǎo)相：2個原子層厚（0.556nm）的晶體鎵（Ga）生長在氮化鎵（GaN）（0001）表面上，形成宏觀面積的類似石墨烯或硅烯的六角蜂巢結(jié)構(gòu)，是新的一種人造二維晶格，其原子結(jié)構(gòu)與原子間距與所有Ga的體相都不同。

通過原位掃描隧道譜的探測以及非原位的電輸運和磁化率測量，他們發(fā)現(xiàn)類石墨烯的Ga二維結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出約為5.4K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，是Ga體材料穩(wěn)定相Tc的5倍高，顯示出界面增強的超導(dǎo)特性，是一種新的二維超導(dǎo)體。同時類石墨烯的二維蜂巢結(jié)構(gòu)使得Ga薄膜可能具有其他重要特性。此外，這種新的二維極限下的單晶薄膜，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc超過體材料穩(wěn)定相，并可以通過覆蓋保護層在大氣環(huán)境下存活，對于常規(guī)超導(dǎo)體而言尚屬首次。由于GaN為半導(dǎo)體工業(yè)中重要的光電材料（2014年諾貝爾獎），在其上制備的2原子層厚的超導(dǎo)薄膜就為超導(dǎo)電子學(xué)與半導(dǎo)體工藝的結(jié)合提供了可能。因此，GaN襯底上的類石墨烯結(jié)構(gòu)的單晶Ga超導(dǎo)薄膜的發(fā)現(xiàn)，具有重要的物理意義及應(yīng)用潛力。

我國有望解決鍺基石墨烯應(yīng)用難題

據(jù)報道，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所在鍺基石墨烯應(yīng)用研究中取得新進展。信息功能材料國家重點實驗室SOI材料課題組在國際上首次采用單側(cè)氟化石墨烯作為鍺基MOSFET的柵介質(zhì)/溝道界面鈍化層，調(diào)制界面特性，有望解決未來微電子技術(shù)進入非硅CMOS時代，鍺材料替代硅材料所面臨的柵介質(zhì)/溝道界面不穩(wěn)定的難題。

SOI材料課題組于2013年首次實現(xiàn)了鍺基襯底CVD生長大尺寸連續(xù)單層石墨烯。在此基礎(chǔ)上對鍺基石墨烯的應(yīng)用開展深入研究，發(fā)現(xiàn)石墨烯與襯底之間具有良好的界面性質(zhì)，當(dāng)對石墨烯進行單側(cè)氟化后所得到的氟化石墨烯不僅具有高的致密性與結(jié)構(gòu)強度，而且可以從金屬性半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S絕緣材料。于是，創(chuàng)新性地將氟化石墨烯作為界面鈍化層應(yīng)用于鍺基MOSFET器件中。研究表明，氟化石墨烯能夠有效抑制界面互擴散行為，尤其是抑制氧原子向鍺基襯底的擴散，避免不穩(wěn)定氧化物以及界面缺陷所導(dǎo)致的電荷陷阱的形成。MOS器件性能得到很大提升，柵極漏電流能夠降低4～5個數(shù)量級并能夠?qū)⒌刃а趸瘜雍穸冉档椭?nm以下。研究工作將為鍺材料替代硅材料，推動微電子技術(shù)進入非硅CMOS時代，繼續(xù)延續(xù)摩爾定律發(fā)展提供了解決方案。（中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）

納米反應(yīng)器限域合成石墨烯量子點研究獲進展

石墨烯量子點兼具石墨烯材料的優(yōu)異性能和量子點材料的邊界效應(yīng)，因而呈現(xiàn)一系列新的特性，目前受到化學(xué)、物理、材料等各領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。自被發(fā)現(xiàn)以來，關(guān)于這種新型零維材料的制備研究已取得一些重要進展，但如何簡易獲得尺寸可控、粒徑均一、分散性良好的石墨烯量子點仍是一個挑戰(zhàn)。

據(jù)報道，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究室科研人員采用有序介孔二氧化硅作為納米反應(yīng)器，利用納米空間的限域作用，通過硝酸蒸汽切斷和原位收集策略，自上而下獲得了粒徑可控的石墨烯量子點，產(chǎn)率高達48%。研究表明，該介孔二氧化硅納米反應(yīng)器可重復(fù)利用，大大降低了制備成本。以該量子點為熒光探針構(gòu)筑熒光傳感器，實現(xiàn)了對鐵離子快速、專一檢測。進一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)控量子點表面的化學(xué)態(tài)，該量子點對銅、鈷、錳和鎳離子均具有較好的響應(yīng)，這極大地拓寬了石墨烯量子點的應(yīng)用范圍。（中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所）

南開大學(xué)新型納米材料汽車電池等領(lǐng)域獲實際應(yīng)用

據(jù)報道，由南開大學(xué)專家領(lǐng)銜研制開發(fā)的新型納米材料，日前已成功應(yīng)用于國家“863”汽車電池、軍工衛(wèi)星電池重大項目和抑制電磁輻射等領(lǐng)域，并獲得了天津市科學(xué)技術(shù)自然科學(xué)一等獎。

這種基于單臂碳納米管和石墨烯復(fù)合材料的新型納米材料，可吸附電磁輻射和屏蔽電磁干擾，并具有比傳統(tǒng)用材質(zhì)量更輕、機械性能更好和熱穩(wěn)定性更高的優(yōu)點，以有效抑制各種電磁波造成的輻射、干擾和信息泄露。

據(jù)了解，該新型納米材料經(jīng)過數(shù)十家科研機構(gòu)的實際應(yīng)用，已相繼開發(fā)生產(chǎn)出高性能鋰離子電池、多功能復(fù)合材料和超級電容器、高頻晶體管等，并獲得了國家“863”納米專項、國家自然科學(xué)基金和天津市重點項目基金的支持，進一步推動了碳納米管和石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。（中國有色金屬報）

氮化硼表面制備石墨烯單晶取得重大突破

據(jù)報道，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點實驗室唐述杰等研究人員，通過引入氣態(tài)催化劑的方法，在國際上首次實現(xiàn)石墨烯單晶在六角氮化硼表面的高取向快速生長。相關(guān)研究論文發(fā)表于3月11日《自然·通訊》。

該團隊在前期掌握石墨烯形核控制、確定單晶和襯底的取向關(guān)系的基礎(chǔ)上，以乙炔為碳源，創(chuàng)新性地引入硅烷作為催化劑，通過化學(xué)氣相外延的方法，制備晶疇尺寸超過20μm的石墨烯單晶，生長速率較之前的文獻報道提高了2個數(shù)量級，超過90%的石墨烯單晶與氮化硼襯底嚴格取向，呈現(xiàn)由莫瑞條紋引起的二維超晶格結(jié)構(gòu)，制備的石墨烯的典型室溫霍爾遷移率超過2萬平方厘米每伏秒。

石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)性能、出眾的熱導(dǎo)率以及卓越的力學(xué)性能，但其電學(xué)性質(zhì)受襯底的影響很大，電荷雜質(zhì)和聲子散射會使石墨烯的電學(xué)性能極大下降。在六角氮化硼表面通過化學(xué)氣相沉積方法直接生長石墨烯單晶，可以避免因物理轉(zhuǎn)移所帶來的介面污染和破損缺陷，為其在集成電路領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)。然而，由于襯底缺乏催化能力，在六角氮化硼這類電介質(zhì)表面直接生長石墨烯單晶一直是一項巨大難題。

該項研究提出的氣態(tài)催化方法已經(jīng)申請專利，可以為在介質(zhì)襯底上制備高質(zhì)量石墨烯單晶薄膜提供全新思路和技術(shù)方案。（中國科學(xué)報 ）

中科院高能所取得富勒醇納米抗腫瘤材料理論研究重大突破

據(jù)報道，近期，在北京市科委先導(dǎo)與優(yōu)勢材料創(chuàng)新專項支持下，中國科學(xué)院高能物理研究所趙宇亮研究團隊在富勒醇納米抗腫瘤材料理論研究方面取得重大突破。

富勒醇納米抗腫瘤材料是一種潛在高效低毒抗腫瘤藥物，它通過“監(jiān)禁”腫瘤細胞的方式抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，與傳統(tǒng)化療“殺死”腫瘤細胞的原理相比，具有不殺死細胞，沒有可觀測的體內(nèi)毒副作用、不誘發(fā)腫瘤的抗藥性等優(yōu)點。

然而，長期以來由于難以對富勒醇進行準確結(jié)構(gòu)表征，制約了其細胞生物應(yīng)用設(shè)計。近期，中科院研究團隊在研究富勒醇含氧基團的種類和自由基陰離子性質(zhì)的結(jié)構(gòu)起源基礎(chǔ)上，得到了迄今為止最為精確的富勒醇結(jié)構(gòu)模型，通過計算不同合成條件下富勒醇的生成機制和含氧基團結(jié)構(gòu)特征，預(yù)測了實驗條件和富勒醇產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相關(guān)性。這些成果對理解富勒醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，合成條件和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及其生物醫(yī)藥應(yīng)用具有重要意義，相關(guān)成果發(fā)表在Chemical Science和Nanoscale雜志上，并分別作為封面、封底報道。（北京市科委）

國家級石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地正式落戶常州

據(jù)報道，根據(jù)科技部剛剛下發(fā)的《關(guān)于認定2014年國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)產(chǎn)業(yè)化基地的通知》，常州國家石墨烯新材料高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地正式獲批并落戶常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園。這是全國首個“國字號”石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地。該園區(qū)已注冊成立石墨烯相關(guān)企業(yè)25家，初步形成了區(qū)域性的石墨烯產(chǎn)業(yè)集群。石墨烯專利申請總量達123件，持續(xù)領(lǐng)跑全國。高性能人工石墨膜、石墨烯電容式觸摸屏、石墨烯電纜、石墨烯涂料等5項石墨烯產(chǎn)品成功轉(zhuǎn)化，該園區(qū)已成為全國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“領(lǐng)頭雁”。（新華日報）

天津濱海新區(qū)納米產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正式成立

據(jù)報道，由國家納米技術(shù)與工程研究院倡議發(fā)起，天津科技大學(xué)、天津國鈉科技發(fā)展有限公司等產(chǎn)學(xué)研單位共同組建的天津濱海新區(qū)納米產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟日前在天津成立，并制定和審議通過了《納米產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟章程》。

據(jù)了解，該聯(lián)盟將協(xié)同企業(yè)、高校和科研機構(gòu)，以推進納米產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、加快成果轉(zhuǎn)化為目標(biāo)，著力開拓創(chuàng)新鏈，延長產(chǎn)業(yè)鏈，做大做強納米產(chǎn)業(yè)。同時，致力于實現(xiàn)納米產(chǎn)業(yè)在技術(shù)、資源和服務(wù)等3個層面的突破，加快技術(shù)成果在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

近年來，天津濱海新區(qū)先后建立了以國家納米研究院、國家納米檢測中心和納米信息中心為代表的納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進平臺，并匯聚了業(yè)內(nèi)130多家相關(guān)企業(yè)，逐步形成了相對完整的納米產(chǎn)業(yè)鏈條，年產(chǎn)值已超過40億元，對區(qū)域的帶動作用和聚集效應(yīng)初步顯現(xiàn)。（中國有色金屬報）

豐臺園石墨烯產(chǎn)業(yè)化進入新階段

據(jù)報道，豐臺力推的石墨烯產(chǎn)業(yè)化進入了新階段。中關(guān)村豐臺園管委會日前與英國國家物理實驗室、北京豐泰新材料檢測院三方簽訂諒解備忘錄和保密協(xié)議，將全面啟動石墨烯標(biāo)準與檢測體系的合作：在石墨烯和二維材料特性標(biāo)準檢測與計量方面展開合作，這也是我國石墨烯在產(chǎn)業(yè)化中的一個里程碑。

據(jù)悉，英國國家物理實驗室歷史悠久，創(chuàng)建于1900年，是英國國家測量基準研究中心，也是英國最大的應(yīng)用物理研究組織。作為計量和材料科學(xué)領(lǐng)域的國家性獨立研究中心，在國際上久負盛名。每年提供超過7 500萬英鎊的研究和知識轉(zhuǎn)移項目，擁有600多位科技專家以及3 600m2的實驗室、各類設(shè)施。在石墨烯特性研究與測試領(lǐng)域，英國國家物理實驗室處于全球領(lǐng)先地位。

其實，這不是豐臺園第一次涉足石墨烯產(chǎn)業(yè)，2014年9月豐臺園聯(lián)合園區(qū)企業(yè)中倫國際，與英國布魯內(nèi)爾大學(xué)等國內(nèi)外數(shù)十家知名團隊共同合作，啟動中關(guān)村豐臺園戰(zhàn)略性新材料國際合作項目，這也是北京首個以石墨烯為關(guān)鍵技術(shù)的國際合作項目。作為新材料家族中的一員，石墨烯憑借優(yōu)良的性能及廣闊的應(yīng)用，受到世界各國的重視。2014年10月，國家發(fā)改委、財政部、工信部共同發(fā)布《關(guān)鍵材料升級換代工程實施方案》，提出到2016年，推動包含石墨烯在內(nèi)的20種重點新材料實現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用。

豐臺區(qū)副區(qū)長、中關(guān)村豐臺園管委會主任張婕透露，目前園區(qū)20%的企業(yè)與新材料相關(guān)，石墨資源非常豐富。豐臺園的目標(biāo)是用1～2年的時間在石墨烯領(lǐng)域獲得新的技術(shù)突破，3～5年建成具有國際影響力的新材料產(chǎn)業(yè)基地。（北京商報）