超強(qiáng)高彈石墨烯互穿網(wǎng)絡(luò)新材料問(wèn)世

超強(qiáng)高彈石墨烯互穿網(wǎng)絡(luò)新材料問(wèn)世

燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)華盛頓卡內(nèi)基研究院的研究人員研制出一種輕質(zhì)的超強(qiáng)新型碳材料——壓縮玻璃碳，其硬度堪比鉆石，彈性超過(guò)了橡膠，同時(shí)還具有導(dǎo)電性，可大量生產(chǎn)，適用于從防彈背心到新型電子設(shè)備等各種應(yīng)用。

研究人員以玻璃碳為原料，利用高壓但比較溫和的溫度條件合成了新型碳同素異形體。其由玻璃碳?jí)嚎s獲得并保留了玻璃碳的一些特征，因此，研究人員將其命名為“壓縮玻璃碳”。壓縮玻璃碳同時(shí)具有sp3鍵和sp2鍵，兼具石墨和金剛石的特性，綜合性能優(yōu)異：其密度與石墨類(lèi)似，單軸壓縮強(qiáng)度是通常金屬及合金材料的5倍以上，也遠(yuǎn)高于一般陶瓷材料；比強(qiáng)度（即強(qiáng)度質(zhì)量比）極高，是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上；硬度極高，可輕松刻劃高硬度的碳化硅單晶片；彈性恢復(fù)性明顯高于普通金屬和陶瓷，甚至高于高彈性的形狀記憶合金及有機(jī)橡膠等材料；具有導(dǎo)電性。

研究人員將進(jìn)一步研發(fā)合成方法，以研制出超高強(qiáng)度、超高硬度兼具超高彈性的材料。 (物 組)

我國(guó)制造出高導(dǎo)熱超柔性石墨烯膜

浙江大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜，其導(dǎo)熱率最高達(dá)到2053W/m·K，接近理想單層石墨烯導(dǎo)熱率的40%，可反復(fù)折疊6000次、彎曲10萬(wàn)次，解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的難題，有望應(yīng)用于高效熱管理、新一代柔性電子器件及航空、航天等領(lǐng)域。

研究人員創(chuàng)造性地提出了“大片微褶皺”的材料制備方法：首先將大片單層石墨烯互相交疊，經(jīng)高溫?zé)崽幚砗螅牧现械暮趸鶊F(tuán)釋放出氣體，在材料內(nèi)部形成微氣囊，最后降溫并用機(jī)械輥壓成膜，使微氣囊中的氣體排出形成微褶皺。在外力的作用下，石墨烯膜上的微褶皺會(huì)產(chǎn)生彈性變形，外力越大，形變就越明顯。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相較于傳統(tǒng)的石墨膜材料，該石墨烯膜的斷裂伸長(zhǎng)率提高了2～3倍。石墨烯微褶皺的可延展性使其能夠耐受反復(fù)折疊、打結(jié)、扭曲、彎曲等多種復(fù)雜形變，也更適于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。此外，該石墨烯膜還具有優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，其導(dǎo)熱率平均值達(dá)到1900W/m·K。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員用這種石墨烯膜替代商用石墨膜，應(yīng)用到手機(jī)散熱膜上，手機(jī)處理器處的溫度可控制在33℃以下，較商用石墨膜降低了6℃，從而大幅延長(zhǎng)了手機(jī)的使用壽命。 (W.HK)

由中國(guó)航天科工集團(tuán)公司第二研究院第二總體設(shè)計(jì)部牽頭承擔(dān)的“國(guó)產(chǎn)M40J碳纖維工程化研制及應(yīng)用” 項(xiàng)目取得重大進(jìn)展，突破了碳纖維穩(wěn)定化制備、碳纖維表面處理等關(guān)鍵技術(shù)，并分別在威海拓展纖維有限公司和中簡(jiǎn)科技股份有限公司建成了百噸級(jí)M40J高模高強(qiáng)碳纖維生產(chǎn)線，標(biāo)志著我國(guó)M40J高模高強(qiáng)碳纖維進(jìn)入了穩(wěn)定生產(chǎn)階段。

我國(guó)研制成功M40J高性能碳纖維

據(jù)了解，M40J高模高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料制品具有輕量化、高比強(qiáng)度、高比剛度和抗振性等特點(diǎn)，是航天復(fù)雜產(chǎn)品不可或缺的關(guān)鍵材料，在高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程等領(lǐng)域均具有廣泛的用途，其研制成功將有力地助推“中國(guó)制造2025”的發(fā)展步伐。

作為項(xiàng)目牽頭單位，航天科工二院二部集中國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)力量攻關(guān)，打破了國(guó)外技術(shù)壁壘，形成了一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，滿足了航天復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的材料需求。同時(shí)，針對(duì)碳纖維及其復(fù)合材料的研制技術(shù)、試驗(yàn)與分析技術(shù)、表征與評(píng)價(jià)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，研究人員進(jìn)行了國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀全面分析對(duì)比，通過(guò)全面、科學(xué)的頂層設(shè)計(jì)，逐步建立和完善了高強(qiáng)高模碳纖維性能評(píng)價(jià)、表征方法和工藝標(biāo)準(zhǔn)等，為我國(guó)高強(qiáng)高模碳纖維系列化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 (科工局)

芬蘭與荷蘭共同開(kāi)發(fā)出原子精度石墨烯納米帶新結(jié)構(gòu)

芬蘭阿爾托大學(xué)和荷蘭烏得勒支大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)的研究人員合作，開(kāi)發(fā)出一種原子精度的石墨烯納米帶新結(jié)構(gòu)，有助于研制出運(yùn)行速度極快的二極管、隧道勢(shì)壘等石墨烯電子器件。

相關(guān)研究表明，石墨烯納米帶的電子性質(zhì)取決于其原子寬度。5原子寬的石墨烯納米帶與金屬線相似，具有良好的導(dǎo)電性，而7原子寬的石墨烯納米帶可以成為半導(dǎo)體。研究人員可通過(guò)合成石墨烯納米帶來(lái)控制石墨烯的電子性質(zhì)，例如，研究人員將5原子寬石墨烯納米帶和7原子寬石墨烯納米帶集成，獲得了金屬-半導(dǎo)體結(jié)。與目前計(jì)算機(jī)芯片結(jié)構(gòu)的制備方法不同，研究人員將前體分子蒸發(fā)到金晶體上，通過(guò)使前體分子與金晶體以受控方式發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制得了這種石墨烯納米帶新結(jié)構(gòu)。

此外，研究人員還采用先進(jìn)的微觀技術(shù)確定了石墨烯納米帶的電子性質(zhì)，有利于設(shè)計(jì)出新的石墨烯電子器件。 (電一所)

我國(guó)核島用橡膠膨脹節(jié)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化

由北京核工程研究設(shè)計(jì)院與江蘇永和高分子技術(shù)有限公司聯(lián)合研制的“核島用橡膠膨脹節(jié)”通過(guò)鑒定，標(biāo)志著我國(guó)核島用橡膠膨脹節(jié)技術(shù)成功突破國(guó)外技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了核島用橡膠膨脹節(jié)的國(guó)產(chǎn)化。

核島用橡膠膨脹節(jié)的使用工況不同于一般工業(yè)領(lǐng)域使用的橡膠膨脹節(jié)，需具有抗震、耐海水腐蝕、耐輻照、耐沖擊、耐疲勞等特性。為了驗(yàn)證橡膠膨脹節(jié)在核島上應(yīng)用的可行性，北京核工程研究設(shè)計(jì)院與江蘇永和高分子有限公司依據(jù)試驗(yàn)大綱，對(duì)橡膠膨脹節(jié)依次疊加進(jìn)行了水壓試驗(yàn)、真空試驗(yàn)、輻射試驗(yàn)等試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該橡膠膨脹節(jié)可以滿足核島使用要求。

目前，國(guó)產(chǎn)橡膠膨脹節(jié)尚未正式用于核島工藝系統(tǒng)，同類(lèi)產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口。 (中核網(wǎng))

新型石墨烯滲透膜透析速度比現(xiàn)有材料快10倍

美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員利用石墨烯研發(fā)出一種新型膜材料，其能夠過(guò)濾溶液中的納米級(jí)分子，過(guò)濾速度比目前的透析系統(tǒng)快10倍以上，有望為石墨烯在醫(yī)療、物質(zhì)過(guò)濾和水凈化等領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

滲透膜除了能夠幫助腎臟無(wú)法正常工作的患者清除血液中的廢物外，還可用來(lái)分離雜質(zhì)分子，凈化藥物，并從化學(xué)溶液中除去不需要的殘留物。目前已有的滲透膜由于厚度較大（約20nm厚），過(guò)濾速度緩慢，但該新型石墨烯滲透膜的厚度不到1nm，因此，可加速過(guò)濾過(guò)程。測(cè)試結(jié)果表明，在過(guò)濾水溶液中的納米級(jí)尺寸的分子時(shí)，該新型石墨烯滲透膜比目前最先進(jìn)的滲透膜的過(guò)濾速度高10倍，如果完全采用石墨烯材料，新型滲透膜的過(guò)濾速率還可再提高10倍。

研究人員計(jì)劃在高聚碳酸酯基底上蝕刻孔隙來(lái)增加膜的整體滲透率，并進(jìn)一步擴(kuò)大膜的尺寸，以提高石墨烯滲透膜的性能。 (W.PO)

美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種可以通過(guò)體熱獲取能量的新型柔性自愈可穿戴設(shè)備，有望減少未來(lái)穿戴設(shè)備的耗電量。

新型柔性自愈可穿戴設(shè)備可通過(guò)體熱獲取能量

據(jù)介紹，該新型可穿戴設(shè)備充分結(jié)合了剛性和柔性系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用含有液態(tài)金屬的混合物（EGaIn/鎵銦合金），不僅能夠自愈，還可以有效地傳導(dǎo)能量。EGaIn/鎵銦合金的電阻率極低，因此，其發(fā)電效率更高。其可以制造成智能手表、腕帶、T恤貼、口袋、手電筒等多種外形，能夠更好地接觸皮膚，穿戴舒適度也更高。

下一步，研究人員計(jì)劃通過(guò)調(diào)整材料和方法、消除可能會(huì)消耗能量的部件，以進(jìn)一步提升效率。目前，該項(xiàng)研究成果已申請(qǐng)1項(xiàng)技術(shù)專利。 (W.CB)

中外合作有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦分子壓電材料研究獲進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院與東南大學(xué)、南京大學(xué)、北京大學(xué)，以及美國(guó)托萊多大學(xué)等單位聯(lián)合，在有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦分子壓電材料研究方面取得了突破。

無(wú)機(jī)陶瓷鐵電體具有優(yōu)良的性能，但存在成膜成本高、制備需高溫?zé)Y(jié)、含有毒性元素等缺點(diǎn)。而分子鐵電體兼具輕量、柔性、結(jié)構(gòu)靈活、易成膜、全液相合成、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，更能適應(yīng)新一代薄膜器件、微電子機(jī)械系統(tǒng)、可穿戴設(shè)備的需求。

研究人員制備出了兩種具有高居里溫度（＞400K）的有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦型多極軸分子鐵電體：三甲基氯甲基銨氯酸錳（II）鹽（TMCM-MnCl3）和三甲基氯甲基銨鎘酸鹽（TMCM-CdCl3）。其特殊的全鐵電-半鐵彈特性使其在應(yīng)力下可以發(fā)生特殊的極化旋轉(zhuǎn)，從而獲得了高達(dá)185pC/N和220pC/N的壓電系數(shù)（d33）。這兩種分子的壓電系數(shù)不僅超過(guò)以往所有分子材料，還接近甚至超越了鈦酸鋇。除了體相塊材的鐵電、壓電特性外，研究人員還利用壓電力顯微鏡在微米尺度上對(duì)材料的6個(gè)極軸方向進(jìn)行了標(biāo)定，同時(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)單的溶液法制備出了厚度為微米級(jí)的薄膜樣品，并成功觀測(cè)到了鐵電翻轉(zhuǎn)和壓電效應(yīng)。

該項(xiàng)研究成果成功打破了無(wú)機(jī)金屬氧化物在壓電材料領(lǐng)域的壟斷地位，為分子材料在機(jī)-電轉(zhuǎn)換、超聲換能、聲探測(cè)、聲檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展開(kāi)辟了嶄新的道路。

(深研院)

中英合作研制出有助于高超聲速飛行的新材料

英國(guó)曼徹斯特大學(xué)、羅伊斯研究所與我國(guó)中南大學(xué)的研究人員合作，研制出一種新型碳化物涂層材料，將為高超聲速客機(jī)、航天飛行器，以及其它國(guó)防領(lǐng)域帶來(lái)革新。

高超聲速飛行意味著飛機(jī)將以5 Ma以上的速度飛行，高速飛行會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使周?chē)h(huán)境溫度達(dá)到2000℃～3000℃，氧化和熱燒蝕可能對(duì)飛機(jī)或?qū)椀慕Y(jié)構(gòu)完整性造成嚴(yán)重影響。為解決這一問(wèn)題，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和高超聲速飛行器通常需使用超高溫陶瓷材料（UHTC）。但傳統(tǒng)的UHTC尚不能滿足在極限速度和溫度下飛行的相關(guān)熱燒蝕性能要求。

研究人員采用“反應(yīng)熔體滲透法”（RMI）工藝技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了這種由碳、鋯、鈦、硼組成的碳化物復(fù)合材料涂層，并大大縮短了材料的制備周期。該涂層的耐熱性可達(dá)常規(guī)UHTC（碳化鋯ZrC）的12倍，可耐受高達(dá)3000℃的高溫，具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。此外，其還利用碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行了增強(qiáng)，從而大幅提升了材料的抗氧化性和抗燒蝕性能。研究結(jié)果表明，將這種陶瓷引入碳纖維增強(qiáng)的碳基復(fù)合材料中，或?qū)⒂行岣卟牧系目篃峒げ芰Α?(W.HK)

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）蘭利研究中心采用新工藝制備出了具有均一尺寸的碳納米管。制備的碳納米管可用于制造電子場(chǎng)發(fā)射源、平板或場(chǎng)發(fā)射顯示器等電子器件，也可用于生產(chǎn)高強(qiáng)度、輕質(zhì)、多功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能添加劑。

NASA采用新工藝制備均一尺寸的碳納米管材料

該工藝以蔗糖為原料，采用介孔二氧化硅或氧化鋁模板“引導(dǎo)”碳納米管的生長(zhǎng)，蔗糖沉積在模板的介孔中，在高溫條件下分解后，蔗糖中的碳就逐漸形成單壁碳納米管，在模板的“引導(dǎo)”下，最終得到尺寸高度均一的碳納米管。在此過(guò)程中，生長(zhǎng)后的碳納米管既可均勻地分散、嵌入到模板中，也可從模板中分離，形成單獨(dú)的碳納米管。

該工藝所采用的模板材料和碳納米管原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，制備過(guò)程可采用標(biāo)準(zhǔn)加熱爐設(shè)備提供所需的溫度，無(wú)需真空設(shè)備，因而大大降低了制造成本，簡(jiǎn)化了工藝。此外，采用該工藝制備的碳納米管不含其它金屬雜質(zhì)、純度高，應(yīng)用廣泛。目前，NASA正在積極尋求與相關(guān)企業(yè)開(kāi)展合作，以推進(jìn)該工藝的商業(yè)化。 (系統(tǒng)院)