納米材料

愛爾蘭科學(xué)家在納米材料結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域取得突破

據(jù)報道，近日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了愛爾蘭圣三一大學(xué)牽頭完成的一項研究成果：納米銅膜表面不可能是平的。文章指出，構(gòu)成銅表面的晶體顆粒不可能完美契合，相互之間有傾斜和角度變化，造成錯位和表面粗糙。英國、美國科學(xué)家和英特爾公司的研究人員也參與了此項研究。

材料的電子、溫度和機械等特性一般是由組成材料的晶粒的構(gòu)成方式?jīng)Q定的。過去普遍認(rèn)為這些晶粒象積木塊一樣組合起來，相互之間會有些隙縫。愛爾蘭的研究人員重點研究了集成電路中廣泛使用的納米級金屬銅，用掃描隧道顯微鏡測量其三維結(jié)構(gòu)，包括相鄰晶粒間的角度，發(fā)現(xiàn)晶粒間是有旋轉(zhuǎn)角度的。因此，納米膜的表面不可能是絕對平滑的。

這項研究將對納米級材料的設(shè)計產(chǎn)生前所未有的影響。課題組找到了如何通過控制晶粒的旋轉(zhuǎn)從而操控材料性能的方法。如通過設(shè)計減少電阻，從而延長手機等移動終端的電池壽命。除消費類電子產(chǎn)品外，該項研究對醫(yī)學(xué)植入和診斷等也有應(yīng)用價值。（科技部）

石墨烯-陶瓷超材料在傳感器和熱防護領(lǐng)域顯示出應(yīng)用前景

在美國空軍研究實驗室資助。美國普渡大學(xué)開發(fā)出一種新的輕質(zhì)、耐火、超彈的石墨烯-陶瓷復(fù)合材料。這種材料不僅具有高強度，同時具備導(dǎo)電和隔熱性能，在傳感器、熱防護系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

這種材料比羽毛輕，密度相當(dāng)?shù)?，具有非常高的比強度。該材料將氧化鋁納米層與石墨烯結(jié)合在一起，這2種材料都是脆性的。這種脆性通過超材料蜂窩微觀結(jié)構(gòu)來中和。這種蜂窩微觀結(jié)構(gòu)可以提供超彈性和結(jié)構(gòu)完整性。一般而言，石墨烯暴露在高溫下，易發(fā)生性能降低。但是陶瓷和鋁氧化物可以耐熱耐火，這種特性可用于飛機的熱防護。此外，這種復(fù)合材料的輕質(zhì)、高強和沖擊吸收性能，使得該材料適用于制造柔性電子設(shè)備和大型應(yīng)變傳感器的基板。

研究人員表示，鑒于這種材料的高導(dǎo)電性以及優(yōu)異的熱絕緣性能，其可用作阻燃劑，熱絕緣涂層，傳感器和將熱轉(zhuǎn)化為電的設(shè)備。

目前陶瓷基的組件具有多功能的應(yīng)用，包括熱防護蒙皮、智能傳感器、電磁波吸收體以及抗腐蝕涂層。然而。陶瓷基的材料存在幾個基本的瓶頸，阻礙了它們作為結(jié)構(gòu)和功能組件的應(yīng)用。

這種多功能陶瓷-石墨烯超材料由微觀結(jié)構(gòu)提供超彈性和結(jié)構(gòu)魯棒性。這種微觀結(jié)構(gòu)是分層級的蜂窩結(jié)構(gòu)，由多層納米層蜂窩單元作為基本彈性單元。這種超材料顯示出一系列優(yōu)異性能，同時具備陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料不同的結(jié)構(gòu)。

這種復(fù)合材料由內(nèi)連通的石墨烯夾層單元加載陶瓷層之間構(gòu)成。石墨烯氣凝膠與陶瓷層之間通過原子層沉積方式實現(xiàn)化學(xué)連接。研究人員小心控制石墨烯氣凝膠的幾何形貌，然后再上面沉積一層非常薄的陶瓷，于是氣凝膠的力學(xué)性能實現(xiàn)多功能化。這項工作使得石墨烯成為一個更加多功能的材料。下一步是將該工藝擴大到工業(yè)生產(chǎn)尺度。（航空工業(yè)發(fā)展研究中心）

石墨烯上成功制備可控納米孔

據(jù)報道，俄羅斯國家研究型工藝大學(xué)（NUST MISIS）的專家，與其他國家物理學(xué)家組成的國際小組共同開展一系列快重離子輻照石墨烯實驗。結(jié)果顯示，可以通過這種方式在石墨烯上制備直徑可控的納米孔。

NUST MISIS客座教授、物理數(shù)學(xué)副博士阿爾卡季·克拉舍寧尼科夫解釋說：“現(xiàn)在的石墨烯研究，就是研究如何控制其特性變化。而‘控制石墨烯制造結(jié)構(gòu)，能夠顯著改變其電子和傳導(dǎo)特性，而改變結(jié)構(gòu)的一個方法，就是用不同元素離子輻照石墨烯。”

此次實驗中，科學(xué)家用大量高能碳、氧、碘、金、鉭和氙離子輻照石墨烯，結(jié)果顯示，改變離子能量能夠在石墨烯上制備直徑為1～4nm的小孔。

據(jù)預(yù)計，在石墨烯上定制納米孔，可使其光譜重新排列為半導(dǎo)體光譜，進而能夠應(yīng)用于電子產(chǎn)品。（科技日報）

石墨烯材料在分子器件中的應(yīng)用取得新突破

石墨烯被公認(rèn)為目前自然界最薄、強度最高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，它的出現(xiàn)已經(jīng)掀起了一場顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。北京市自然科學(xué)基金聚焦科技前沿，鼓勵科研人員開展新型納米材料的相關(guān)研究，為新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供不竭動力。

設(shè)計構(gòu)筑穩(wěn)定可控的單分子器件，探索其與微電子工藝的兼容性，一直是分子電子學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家們關(guān)注的焦點。北京大學(xué)郭雪峰教授團隊在北京市基金面上項目“石墨烯導(dǎo)電材料在納米/分子器件中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究”的資助下，開展了面向未來器件研發(fā)的探索性研究，原創(chuàng)性地發(fā)展了以石墨烯為電極，通過共價鍵連接的穩(wěn)定單分子器件的關(guān)鍵制備方法，解決了單分子器件制備難、穩(wěn)定性差的難題。

正是這些基礎(chǔ)研究成果的積累，使團隊最終突破了半導(dǎo)體器件微小化發(fā)展的瓶頸，通過功能導(dǎo)向的分子工程學(xué)，成功地克服了二芳烯分子與石墨烯電極間強耦合作用的核心挑戰(zhàn)性問題，從而突破性地構(gòu)建了一類全可逆的光誘導(dǎo)和電場誘導(dǎo)的雙模式單分子光電子器件。

這項研究工作使得在中國誕生了世界首例真實穩(wěn)定可控的單分子電子開關(guān)器件，為將功能分子應(yīng)用到實用電子器件中邁出了關(guān)鍵的一步，在未來高度集成的信息處理器、分子計算機和精準(zhǔn)分子診斷技術(shù)等方面具有重大的應(yīng)用前景。這項科學(xué)成果發(fā)表在國際頂級期刊《Science》上，并被同期配發(fā)評述認(rèn)為“該研究展示了在納米尺度上對物質(zhì)的精致控制”，入選了2016年度中國科學(xué)10大進展。（科技日報）

中科院專家成功研制石墨烯“防腐外衣”

據(jù)報道，從中國科學(xué)院獲悉，該院寧波材料技術(shù)與工程研究所王立平研究員和薛群基院士團隊成功研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型石墨烯改性重防腐涂料——這層石墨烯“防腐外衣”，有望讓鋼鐵材料“抵御”來自熱帶海洋環(huán)境下高鹽、高濕及高溫的侵襲。

腐蝕是新興海洋工程、海島工程等領(lǐng)域裝備、設(shè)施安全性和服役壽命的重要影響因素之一，尤其熱帶海洋開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，面臨著嚴(yán)峻的腐蝕危機，使我國重大工程和裝備的可持續(xù)發(fā)展受到影響。僅2014年我國腐蝕總成本就超過2.1萬億元人民幣，約占當(dāng)年GDP的3.34%。

當(dāng)然，人們并不缺乏控制腐蝕的方法，比如，在鋼鐵材料中調(diào)整化學(xué)元素成分和微觀結(jié)構(gòu)，使其成為耐腐蝕材料，等等。還有一種是使用重防腐涂料，以減小腐蝕破壞，保障苛刻腐蝕環(huán)境下裝備和設(shè)施可靠性和服役壽命。王立平和薛群基團隊就以“石墨烯”為材料研制重防腐涂料。

按照王立平的說法，石墨烯是目前自然界最薄的二維納米材料，阻隔與屏蔽性能非常優(yōu)異。通過引入石墨烯能夠增強涂層的附著力、耐沖擊等力學(xué)性能和對介質(zhì)的屏蔽阻隔性能，尤其是能夠顯著提高熱帶海洋大氣環(huán)境中服役涂層的抗腐蝕介質(zhì)（水、氯離子、氧氣等）的滲透能力，在大幅降低涂膜厚度的同時，提高涂層的防腐壽命。

經(jīng)過數(shù)年技術(shù)攻關(guān)，王立平和薛群基團隊成功突破石墨烯改性防腐涂料研發(fā)及應(yīng)用的4大技術(shù)瓶頸，開發(fā)出石墨烯“防腐外衣”。目前該成果已通過中國腐蝕與防護學(xué)會鑒定，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)鹽霧壽命超過6 000h，處于國際領(lǐng)先水平，相關(guān)成果已經(jīng)由寧波中科銀億新材料有限公司實施產(chǎn)業(yè)化，目前已定型的8大類產(chǎn)品已經(jīng)在電力設(shè)施、船舶、石油化工裝備等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)模應(yīng)用。

王立平告訴記者，我國擁有高達(dá)2 000億元的防腐涂料市場，其中重防腐涂料需求年均增速超過20%，不過由于沒有形成自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，缺乏相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以前70%的重防腐涂料市場被外資品牌壟斷。如今國產(chǎn)石墨烯“防腐外衣”的成功研制，也有望改變我國重防腐涂料被國外產(chǎn)品壟斷的市場格局。（中國青年報）

納米銀產(chǎn)品安全性評估取得新進展

作為首都科技創(chuàng)新的重要推動力量，“十二五”期間，北京市自然科學(xué)基金有效發(fā)揮導(dǎo)向作用，積極推動基礎(chǔ)研究緊密對接行業(yè)發(fā)展和社會需求，鼓勵科技人員研究關(guān)鍵技術(shù)和方法，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，促進優(yōu)秀基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為全國科技創(chuàng)新中心建設(shè)貢獻力量。

許多新型產(chǎn)品因為缺乏安全性和有效性的標(biāo)準(zhǔn)化評估，限制了它們的廣泛應(yīng)用。北京市自然科學(xué)基金著重引導(dǎo)科研人員在關(guān)系國民經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要行業(yè)，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范產(chǎn)品生產(chǎn)和使用，推動社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。

納米銀具有廣譜、高效、持久的殺菌能力，能夠加快傷口愈合且無耐藥性，是當(dāng)前治療燒燙傷最有效且被普遍應(yīng)用的醫(yī)療用品之一。但是臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)納米銀顆粒（AgNPs）可能會從產(chǎn)品上脫落，通過傷口進入血液，影響血液正常生理功能，甚至對心血管系統(tǒng)造成潛在危害。而我國目前尚沒有針對納米銀毒性、安全性的統(tǒng)一檢查標(biāo)準(zhǔn)，同時在臨床使用上也缺乏規(guī)范，因此，系統(tǒng)研究AgNPs毒性效應(yīng)產(chǎn)生的機理，確定納米銀在使用過程中的安全劑量，對于AgNPs作為抗菌材料和醫(yī)學(xué)診斷的安全應(yīng)用具有重要意義。

國家納米科學(xué)中心陳春英研究員團隊在北京市基金項目“納米銀產(chǎn)品的表征方法以及納米銀對心血管系統(tǒng)安全性的研究”的資助下，圍繞納米銀相關(guān)產(chǎn)品的表征方法、安全性評價以及相關(guān)毒性機制展開了深入研究，建立了含銀敷料中納米銀的檢測與表征方法，在單細(xì)胞水平上揭示了納米銀顆粒在細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程及毒性產(chǎn)生機制，并建立了以應(yīng)激途徑為安全性評價指標(biāo)的納米銀顆粒物評價新方法，提出可以通過研究納米銀產(chǎn)品在實際應(yīng)用中的釋放速率與總釋放量，達(dá)到規(guī)范與控制納米銀消費品安全性使用的目標(biāo)。

在這些研究成果的基礎(chǔ)上，團隊已經(jīng)撰寫了相關(guān)指南，將形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為規(guī)范產(chǎn)品生產(chǎn)和使用、正確地對含銀敷料進行風(fēng)險評估及合理有效的監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，對指導(dǎo)納米銀產(chǎn)品相關(guān)生產(chǎn)廠家的規(guī)范性生產(chǎn)具有重要的參考價值，對整個納米銀產(chǎn)品以及相關(guān)其他納米顆粒物產(chǎn)品的應(yīng)用與發(fā)展具有重要意義。（科技日報）

寧波材料所納米硅基負(fù)極材料研究取得進展

據(jù)報道，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動力鋰電池工程實驗室自2011年開展硅基負(fù)極材料的研究開發(fā)，已取得系列進展。2012年報道了一種三維多孔的納米硅/石墨烯復(fù)合負(fù)極材料。近日，又報道了一種新型二維納米硅/二氧化硅復(fù)合負(fù)極材料。

該工作利用層狀結(jié)構(gòu)CaSi2的拓?fù)滢D(zhuǎn)變，在酸性溶液中化學(xué)剝離Ca原子，留下單原子層褶皺狀硅烯，由于Si原子只存在sp3雜化，硅烯極不穩(wěn)定，在水溶液中氧化得到亞穩(wěn)態(tài)二維硅氧烯，二維硅氧烯經(jīng)過合適的熱處理條件脫水歧化得到二維納米硅/二氧化硅復(fù)合負(fù)極材料，其中納米硅均勻分散于無定型硅氧化物。二維結(jié)構(gòu)可有效減少鋰離子遷移路程，納米硅和硅氧化物可有效降低了體積膨脹率，因此采用該方法制備的二維納米硅/二氧化硅復(fù)合負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。（中國科學(xué)院）

披上納米外衣玄武巖也能導(dǎo)電

“點石成金”的故事，如今在中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所（以下簡稱“中科院新疆理化所”）的實驗室里變成現(xiàn)實。該所研究人員以絕緣材料玄武巖纖維為基底，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，實現(xiàn)了不同碳納米材料在玄武巖纖維表面的沉積和生長，使其具備導(dǎo)體特性。

這一實驗由中科院新疆理化所和德國德累斯頓萊布尼茨高分子研究所共同合作進行。近日，該研究結(jié)果發(fā)表在材料領(lǐng)域權(quán)威雜志《復(fù)合材料A：應(yīng)用科學(xué)與制造》上。

玄武巖纖維是一種以玄武巖為原料，通過熔融拉絲工藝制成的纖維材料。因在強度、耐溫范圍、生產(chǎn)成本、抗腐蝕性和生產(chǎn)過程環(huán)保等方面表現(xiàn)突出，被廣泛地應(yīng)用在過濾材料、建筑材料、纖維增強復(fù)合材料等領(lǐng)域。玄武巖礦石屬于絕緣材料，這一屬性限制了相應(yīng)的纖維材料在導(dǎo)電領(lǐng)域的應(yīng)用。

在國家自然科學(xué)基金、國家“千人計劃”和中德科研合作計劃（PPP）等項目的支持下，中德研究團隊嘗試以玄武巖纖維為基底，利用其本身含有的金屬元素并采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，實現(xiàn)了不同碳納米材料在玄武巖纖維表面的沉積和生長。在最近的實驗里，他們通過控制實驗條件，高效、可控地在玄武巖表面“生長”出高溫裂解碳納米顆粒涂層或碳納米管，實現(xiàn)了纖維由絕緣體向?qū)w的轉(zhuǎn)變。

中科院新疆理化所研究員馬鵬程介紹，這一研究成果顛覆了傳統(tǒng)玄武巖纖維是絕緣材料的概念，實現(xiàn)了導(dǎo)電玄武巖纖維的制備；有望增加玄武巖纖維的功能價值，進一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，增加產(chǎn)品附加值。此外，通過對導(dǎo)電玄武巖纖維材料制備方法的一系列研究，已經(jīng)形成了一種實現(xiàn)層級結(jié)構(gòu)纖維材料制備的新技術(shù)，可以對復(fù)合材料界面強度進行調(diào)節(jié)，增強纖維強度。（科技日報）