新材料與新工藝

新材料與新工藝

散熱性能優(yōu)異的新型面料開發(fā)成功

美國斯坦福大學(xué)的研究人員綜合運用納米技術(shù)、光子學(xué)技術(shù)和化學(xué)技術(shù)，開發(fā)出一種新型面料。其具有比目前已有的天然或合成布料更好的散熱效果。在炎熱的夏季穿著用這種面料制作的衣服，即使在沒有空調(diào)的環(huán)境中，也會感覺涼爽舒適。

據(jù)悉，該新型面料由聚乙烯薄膜材料制成，其上布滿直徑50nm～1000nm的納米孔，可使可見光發(fā)生散射，從而使材料在可見光下變得不透明并減少外界光照的升溫作用，但不能阻擋紅外輻射。研究人員用聚多巴胺涂層對材料進行了親水性處理，使水蒸氣能夠通過材料的納米孔。這樣，改良后的面料就具備了可見光下不透明、透水透氣、允許熱輻射通過的特點。據(jù)稱，穿著新型面料制作的衣服，可比穿著棉布衣服的體感溫度低2℃。

目前，研究人員計劃進一步改進這種新型面料的舒適度和美觀性，并降低其生產(chǎn)成本，以使其得到廣泛普及。

（楠綜）

中科院磁性智能材料新體系研制獲重要進展

在北京市科學(xué)技術(shù)委員會的支持下，中國科學(xué)院物理研究所的研究人員研制出了在國際上具有原創(chuàng)性自主知識產(chǎn)權(quán)的磁性智能材料體系——d-metal合金，將推動國際磁相變新材料的發(fā)展。這對于確立我國在新一代磁相變材料領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位具有重要意義。

據(jù)介紹，磁相變材料是一類兼具晶體結(jié)構(gòu)相變和磁性相變特征的智能材料，可通過環(huán)境條件進行感

知、傳感、響應(yīng)，是制造傳感器和驅(qū)動器的關(guān)鍵核心材料，是物聯(lián)網(wǎng)時代連接信息流與人的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，國際上研發(fā)的磁性智能材料體系已有Heusler合金和MMX六角結(jié)構(gòu)合金兩種。d-metal合金材料體系的結(jié)構(gòu)和磁性相變性能不低于已有材料體系，且具備優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，解決了傳統(tǒng)磁相變材料因易發(fā)生脆斷而無法加工并影響使用的問題。

（W.XCL）

澳大利亞國立大學(xué)研制成功新型超疏水噴霧涂層

澳大利亞國立大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新型超疏水噴霧涂層。與現(xiàn)有超疏水涂層相比，其防水性能更持久，生產(chǎn)成本也更低。

超疏水涂層在商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其表面通常由規(guī)則排列的納米柱狀結(jié)構(gòu)組成，比較粗糙，容易受到損傷，因而降低長期防水效果。研究人員新開發(fā)的超疏水材料涂層中加入了聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯，大幅增加了材料表面的粗糙程度，具有良好的耐磨損性能，而且能夠耐受酸溶液、紫外線，以及多種溶劑的腐蝕。僅需進行一次噴涂，就可以長久保持噴涂表面的防水性能。該新型超疏水材料涂層完全透明，未來或?qū)?yīng)用到智能手機等電子消費產(chǎn)品的防水等方面，大幅提高電子設(shè)備的防水性能。

（威鋒）

我國制備出超薄硒化鉍二維層狀材料

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院與武漢大學(xué)、香港城市大學(xué)的研究人員合作，成功制備出了超薄硒化鉍二維層狀材料，并成功將其應(yīng)用于光聲成像引導(dǎo)的光熱治療。

作為二維層狀材料的一種，硒化鉍具有顯著的熱電和光電性能，同時具有良好的生物活性和生物相容性，引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。為了制備出超薄超小的硒化鉍納米片，我國研究人員建立了一種簡單的液相合成方法，實現(xiàn)了硒化鉍納米片的大規(guī)模制備。制得的硒化鉍納米片厚度僅為1.7nm，片層大小約為31.4nm。研究發(fā)現(xiàn)，這種超薄硒化鉍納米片具有優(yōu)異的近紅外光學(xué)性能，光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)34.6％。同時，其還具有較高的光聲轉(zhuǎn)換效率，可實現(xiàn)光聲引導(dǎo)的腫瘤光熱治療，并能夠有效代謝出體外，在生物醫(yī)學(xué)、光子學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

（KX.0824）

日本發(fā)現(xiàn)具有低溫高熱電效應(yīng)的鐵化合物

日本東京大學(xué)、名古屋大學(xué)和大阪大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種以鐵為主要成分的化合物FeSb2，其在-260℃的低溫環(huán)境下顯示出了比鉍系熱電材料高100倍以上的熱電效應(yīng)，有望為設(shè)計低溫環(huán)境下的熱電轉(zhuǎn)換元器件提供新思路。

據(jù)悉，熱電轉(zhuǎn)換材料能夠使電能與熱能直接轉(zhuǎn)換，可用于廢熱發(fā)電，以及不使用氟利昂的冷凍裝置。在目前的熱電轉(zhuǎn)換材料中，以鉍化合物較為常見，而超導(dǎo)材料等運行所需的極低溫?zé)犭娹D(zhuǎn)換元器件尚未實際應(yīng)用，需要設(shè)計出新的低溫?zé)犭姴牧稀?/p>

日本研究人員合成了超高純度FeSb2單晶，并使用5種不同尺寸的單晶體（0.08mm～0.27mm）進行了電阻率、塞貝克系數(shù)和熱導(dǎo)率測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，晶體的尺寸越大，F(xiàn)eSb2的實際熱電效應(yīng)就越大，并在最大晶體尺寸情況下實現(xiàn)了高熱導(dǎo)率（770W/mK）和高塞貝克系數(shù)（-27mV/K）?；匦舱駥嶒灲Y(jié)果表明，電子的有效質(zhì)量比自由電子的質(zhì)量高5倍，聲子運輸有效質(zhì)量大的電子，會使塞貝克系數(shù)增大。最后，研究人員證實，F(xiàn)eSb2的巨大塞貝克系數(shù)和輸出因子是由在晶界散射的平均自由行程較長的聲子與有效質(zhì)量大的電子相互作用造成的。

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（KJ.0913）

我國研制成功重型運載火箭用直徑10m級鋁合金環(huán)件

西南鋁業(yè)（集團）有限責(zé)任公司成功研制出了重型運載火箭用直徑10m級超大尺寸鋁合金環(huán)件，刷新了世界整體鋁合金環(huán)件紀(jì)錄，標(biāo)志著我國深空探測裝備硬件能力得到大幅提升。

據(jù)介紹，重型運載火箭箭體結(jié)構(gòu)為超大型薄壁結(jié)構(gòu)，具有幾何尺度大、結(jié)構(gòu)剛度低、形狀精度高等特點。直徑10m級超大型鋁合金環(huán)件是連接重型運載火箭貯箱筒段、前后底與火箭箱間段的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，其制造技術(shù)是重型運載火箭研制工作亟需突破的重大難題。

西南鋁已于2015年成功研制出了直徑9m級世界最大級整體鋁合金環(huán)件。相對于9m級整體鋁合金環(huán)件，10m級整體鋁合金環(huán)件必須具有更好的重載、高沖擊、超低溫性能，研制難度更大。西南鋁成立了集技術(shù)、生產(chǎn)、維護人員于一體的研發(fā)團隊，突破了軋制成型、熱處理、冷變形等多項關(guān)鍵核心技術(shù)，研制出了直徑10m的超大尺寸鋁合金整體環(huán)件，且環(huán)件指標(biāo)性能優(yōu)異，工藝控制穩(wěn)定。該環(huán)件尺寸完全符合設(shè)計要求，表面光滑無缺陷，精度超出預(yù)期。

（CQ.0829）

我國研制成功世界首根百米級鐵基超導(dǎo)長線

中國科學(xué)院電工研究所成功研制出了國際首根100m量級鐵基超導(dǎo)長線，樹立了鐵基超導(dǎo)材料從實驗室研究走向產(chǎn)業(yè)化進程的里程碑，標(biāo)志著我國鐵基超導(dǎo)材料研發(fā)走在了世界前列。

目前，美、日、歐等國家或地區(qū)的鐵基超導(dǎo)線制備尚處于米級水平，百米級高性能鐵基超導(dǎo)長線制備技術(shù)是鐵基超導(dǎo)材料實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵難點。電工所的研究人員于2008年在國際上研制出首根鐵基超導(dǎo)線材后，在鐵基超導(dǎo)材料的成相物理化學(xué)、元素?fù)诫s、線帶材成材、熱處理工藝、微觀結(jié)構(gòu)等方面開展了大量研究，掌握了采用低成本粉末裝管法制備高性能鐵基超導(dǎo)線帶材的一整套關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，研究人員開展了鐵基超導(dǎo)線材規(guī)模化制備工藝的探索研究，通過對超導(dǎo)長線結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工技術(shù)的優(yōu)化，解決了鐵基超導(dǎo)線規(guī)?；苽渲械木鶆蛐?、穩(wěn)定性和重復(fù)性等技術(shù)難點，制備出了長度達(dá)到115m的（Sr，K）Fe2As2鐵基超導(dǎo)長線。經(jīng)測試，其載流性能具有良好的均勻性和較弱的磁場衰減特性，在10T高磁場下的臨界電流密度超過12000A/cm2。

該項研究成果為鐵基超導(dǎo)材料在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、國防等領(lǐng)域的實用化和產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。未來，電工所將進一步優(yōu)化長線制備工藝，提高超導(dǎo)芯的載流性能，并降低制造成本，為我國超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級提供新的動力。

（W.KX）

美國開發(fā)出多種可變形的4D打印結(jié)構(gòu)

美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員開發(fā)出一種特殊的3D打印技術(shù)。采用該3D打印技術(shù)制造出來的結(jié)構(gòu)能夠變形，當(dāng)暴露于熱環(huán)境或受到電流刺激時，這種3D打印結(jié)構(gòu)能夠折疊或展開以改變形狀，也就是說，其實現(xiàn)了4D打印。

據(jù)了解，這種4D打印結(jié)構(gòu)是用LLNL自主開發(fā)的一種能夠響應(yīng)環(huán)境變化的導(dǎo)電性聚合物制造的。研究人員采用一種用大豆油、共聚物和納米碳纖維制成的墨水通過3D打印創(chuàng)建出基本形狀，然后在設(shè)計溫度下（由其化學(xué)成分決定）將材料“編程”為一種臨時形狀，再通過環(huán)境熱能或電流加熱誘導(dǎo)出材料的變形效果，臨時形狀可恢復(fù)到原來的形狀。目前，研究人員已經(jīng)采用該3D打印技術(shù)打印出了幾種類型的4D打印結(jié)構(gòu)，包括一種暴露在熱環(huán)境中能夠變大的支架、一個彎曲的導(dǎo)電裝置等。

據(jù)稱，研究人員可以使用該3D打印技術(shù)創(chuàng)建出非常復(fù)雜的零件。該3D打印技術(shù)可應(yīng)用于醫(yī)療、航空、航天（如陣列式太陽能電池或可展開天線），以及柔性電路和機械設(shè)備等領(lǐng)域。

（W.3DP）

鎂鋁輕合金復(fù)合材料工程研究中心成立

由西安工業(yè)大學(xué)申報的陜西省鎂鋁輕合金復(fù)合材料工程研究中心獲得陜西省批復(fù)，正式組建。

據(jù)了解，陜西省鎂鋁輕合金復(fù)合材料工程研究中心將依托西安工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)科的研發(fā)力量，以及陜西汽車集團有限責(zé)任公司、陜西省鎂業(yè)集團有限公司的生產(chǎn)力量組建。該工程研究中心將圍繞陜西省國防科技工業(yè)和汽車工業(yè)對高強耐熱鎂、鋁輕合金及其復(fù)合材料技術(shù)的需求，建設(shè)高性能鋁合金、鎂合金、鋁鎂基復(fù)合材料及其部件精密成型研發(fā)平臺，在高性能鋁、鎂合金工程化應(yīng)用技術(shù)和表面多功能長壽命防護技術(shù)等方面開展研究，致力于提高鋁、鎂基復(fù)合材料的技術(shù)成熟度及其在軍、民用汽車關(guān)鍵部件方面的應(yīng)用水平。

（KX.0908）

我國將石墨烯單晶的生長速度提高了150倍

北京大學(xué)、香港理工大學(xué)、武漢大學(xué)和南方科技大學(xué)的研究人員合作，在大單晶石墨烯的生長方面取得了新的重要進展。研究人員利用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法在1000℃左右熱解甲烷氣體，把多晶銅襯底上石墨烯單晶的生長速度提高了150倍，達(dá)到60μm/s，為可控、高速生長出更大尺寸的石墨烯單晶提供了必要的依據(jù)，具有重要的科學(xué)意義和技術(shù)價值。

該項技術(shù)的核心是把多晶銅片置于氧化物襯底上（兩者之間的間隙小于15μm）。理論模擬計算證明，氧化物襯底能夠為銅片表面提供連續(xù)的活性氧，顯著降

低甲烷分解的勢壘（從1.57eV降低到0.62eV），因而能夠高效催化銅表面的反應(yīng)，提高石墨烯的生長速度。采用該項突破性技術(shù)，研究人員能夠在5s內(nèi)生長獲得300μm的石墨烯大單晶疇。

（北大）

俄羅斯科學(xué)家發(fā)明耐高溫陶瓷材料

俄羅斯托木斯克國立大學(xué)和俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院強度物理與材料研究所的科學(xué)家開發(fā)出一種能夠耐受極端溫度的陶瓷材料，計劃首先用于航空、航天領(lǐng)域。

據(jù)悉，該耐高溫陶瓷材料是由基于碳化硅和二硼化鋯的陶瓷混合物所構(gòu)成的多層陶瓷結(jié)構(gòu)，能夠提升噴氣式發(fā)動機燃燒室的溫度，還能夠在空間飛行器再入大氣層時起到隔熱作用，或者用于制造測量發(fā)動機溫度的傳感器保護罩。

下一步，科學(xué)家將與俄羅斯聯(lián)邦航天局合作，用2200℃的等離子流進行陶瓷試件的耐受試驗，驗證該耐高溫陶瓷材料承受高溫的時間能否達(dá)到20s。據(jù)稱，該耐高溫陶瓷材料或可經(jīng)受住3000℃高溫考驗。

（科技部）