新型材料

輕質(zhì)、高強(qiáng)以及缺陷不敏感的熱解碳納米點(diǎn)陣

清華大學(xué)航天航空學(xué)院李曉雁課題組與浙江大學(xué)及美國(guó)布朗大學(xué)、加州理工學(xué)院合作，制備實(shí)現(xiàn)了同時(shí)具有超輕、高強(qiáng)度、大變形、缺陷不敏感的熱解碳納米點(diǎn)陣。研究論文發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）。研究團(tuán)隊(duì)制備出了同時(shí)具有超輕、高強(qiáng)、大變形和缺陷不敏感的微納米力學(xué)超材料。這些新型熱解碳納米點(diǎn)陣展示了前所未有的力學(xué)性能：不僅具有超低的密度，而且具有超高的強(qiáng)度和比強(qiáng)度以及奇特的缺陷不敏感性。這些優(yōu)異的力學(xué)性能主要?dú)w功于：對(duì)于點(diǎn)陣幾何結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)；將結(jié)構(gòu)中桿件的特征尺寸控制在了納米量級(jí)；采用高溫?zé)峤夥椒ǐ@得了優(yōu)質(zhì)的熱解碳材料。

熱解碳納米點(diǎn)陣的力學(xué)性能（圖片來(lái)源于清華大學(xué)新聞中心）

熱解碳納米點(diǎn)陣的兩步法制備及其微結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源于清華大學(xué)新聞中心）

綠色可回收塑料

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院呂華課題組從膠原蛋白中廣泛存在的天然氨基酸4-羥基L-脯氨酸(4-HYP)出發(fā)，制備了一系列橋環(huán)內(nèi)硫酯(NR-PTL)單體，用廉價(jià)催化劑與溫和條件實(shí)現(xiàn)了其可控聚合，制備了分散度?。ㄍǔ５陀?.15），分子量可控（最高達(dá)259kg/mol）的聚硫酯高分子（PNRPTE）。研究論文發(fā)表于Journal of the American Chemical Society。合成高分子如各類塑料制品在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)為社會(huì)發(fā)展與生活便捷做出了巨大貢獻(xiàn)。該系列聚硫酯在常規(guī)環(huán)境中極為穩(wěn)定而在弱堿稀溶液中可以完全化學(xué)解聚，100%產(chǎn)率回收得到純凈的內(nèi)硫酯單體。

超柔性納米發(fā)電復(fù)合材料

上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭益平教授和劉河洲教授課題組在超柔性納米發(fā)電復(fù)合材料領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展，研究成果發(fā)表于Nano Energy。利用具有層次結(jié)構(gòu)的電子級(jí)玻璃纖維布材料體系為基底，通過(guò)浸漬的方法在其上沉積具有層次結(jié)構(gòu)的納米壓電發(fā)電材料。制備的壓電纖維布復(fù)合材料中每根纖維表面都包裹了一層納米級(jí)厚度的PZT材料，每根纖維之間的PZT之間互相連接，形成了一種類似于玻璃纖維布的多層次結(jié)構(gòu)。電子級(jí)玻璃纖維布本身所具有的宏觀超柔性和微觀剛性給予了這種壓電纖維布具有高效的能量傳遞、轉(zhuǎn)換及超柔性。這種壓電纖維布可以實(shí)現(xiàn)插指電極掩膜設(shè)計(jì)和上下柔性電極貼合封裝設(shè)計(jì)。

新型水凈化過(guò)濾紙

中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，在羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域研究工作的基礎(chǔ)上，以具有良好生物相容性的羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線作為主要構(gòu)建材料，與天然植物纖維復(fù)合，研制出新型水凈化過(guò)濾紙，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。新型水凈化過(guò)濾紙的純水通量隨著羥基磷灰石超長(zhǎng)納米線含量的增加而提高，與高打漿度植物纖維過(guò)濾紙（添加聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹脂）相比純水通量可提高約3200倍。新型水凈化過(guò)濾紙可應(yīng)用于微米顆粒、納米顆粒、細(xì)菌等污染物的高效過(guò)濾和去除，其去除效率可達(dá)到或接近100%。

有機(jī)小分子致介孔沸石材料

北京大學(xué)深圳研究生院洪梅副教授、上海大學(xué)劉軼教授和廣東省納米微米材料研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員合作，提出了一種有機(jī)小分子致分子篩晶內(nèi)介孔的新機(jī)理，研究成果發(fā)表于Chemistry of Materials。沸石分子篩由于具有均一的微孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)在可調(diào)的酸性，良好的水熱穩(wěn)定性以及擇形選擇性。研究人員提出有機(jī)小分子致介孔的機(jī)理：首先有機(jī)小分子在合成液中去質(zhì)子化形成穩(wěn)定的有機(jī)負(fù)離子，該有機(jī)負(fù)離子通過(guò)親核進(jìn)攻使骨架Si-O和Al-O鍵斷裂，同時(shí)反應(yīng)液中的鈉離子與有機(jī)負(fù)離子通過(guò)靜電作用進(jìn)行自組裝形成團(tuán)簇，從而產(chǎn)生尺寸遠(yuǎn)大于有機(jī)小分子的介孔孔道。

有機(jī)小分子致介孔劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)和工作機(jī)理（圖片來(lái)源于北京大學(xué)深圳研究生院新聞網(wǎng)）

Chemistry of Materials封面，該封面圖描繪了小分子在沸石結(jié)晶中產(chǎn)生層級(jí)結(jié)構(gòu)的能力（圖片來(lái)源于北京大學(xué)深圳研究生院新聞網(wǎng)）

具有超高電導(dǎo)率的砷化鈮納米帶

復(fù)旦大學(xué)修發(fā)賢教授團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心、南京大學(xué)等研究人員合作，開展外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導(dǎo)率的相關(guān)研究，研究論文發(fā)表于Nature Materials。研究團(tuán)隊(duì)基于費(fèi)米弧這個(gè)低散射率機(jī)制，制備出了具有超高電導(dǎo)率的砷化鈮納米帶，而且費(fèi)米弧這一特性即使在室溫也仍然有效。這一發(fā)現(xiàn)為材料科學(xué)尋找高性能導(dǎo)體提供了新思路。導(dǎo)體是集成電路制造中不可或缺的材料之一，廣泛用于元器件間的互連、構(gòu)成電感元件等。隨著集成電路的特征尺寸越來(lái)越小、集成度越來(lái)越高、器件之間的相互連接越來(lái)越密集，尋找超高導(dǎo)電材料成為人們研究的一個(gè)重要目標(biāo)。

高性能石墨烯陰極防腐涂層

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)涂料與黏合劑團(tuán)隊(duì)針對(duì)石墨烯/聚合物復(fù)合防腐涂層破損后會(huì)加速金屬基體腐蝕這一隱患，分別采用生物質(zhì)呋喃環(huán)氧單體通過(guò)DA反應(yīng)對(duì)石墨烯進(jìn)行表面封裝，實(shí)現(xiàn)了石墨烯/環(huán)氧涂層的長(zhǎng)效防腐。研究成果發(fā)表于Carbon。由于存在活性鏈段，F(xiàn)mG可有效提高與環(huán)氧基體之間的界面相容性，改善涂層致密性，并極大地增強(qiáng)氧氣或水蒸氣等物質(zhì)透過(guò)涂層的“迷宮”效應(yīng)，延緩?fù)繉拥氖?。電化學(xué)測(cè)試表明，F(xiàn)mG材料具有優(yōu)良的防護(hù)性能，復(fù)合涂層電阻相對(duì)空白涂層增加了3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。結(jié)合機(jī)理研究，表明采用絕緣改性“鈍化”石墨烯也可以有效地抑制“陰極腐蝕促進(jìn)活性”。

納米金屬機(jī)械穩(wěn)定性的反常晶粒尺寸效應(yīng)

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心盧柯院士、李秀艷研究員等人帶領(lǐng)合作團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)納米金屬機(jī)械穩(wěn)定性的反常晶粒尺寸效應(yīng)。研究論文發(fā)表于Physical Review Letters。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于塑性變形制備的納米晶Cu、Ag、Ni樣品，準(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形時(shí)，隨著晶粒尺寸從亞微米減小至納米量級(jí)，晶界遷移先逐漸增強(qiáng)，而當(dāng)晶粒尺寸小于臨界值時(shí)，晶界遷移逐漸受到抑制。采用合適退火工藝對(duì)Cu中臨界尺寸附近未發(fā)生機(jī)械弛豫的納米晶進(jìn)行熱處理，使其晶界發(fā)生熱弛豫，同時(shí)保持晶粒尺寸基本穩(wěn)定，在后續(xù)進(jìn)一步拉伸變形過(guò)程中其晶界遷移明顯受到抑制，晶粒表現(xiàn)出更高的機(jī)械穩(wěn)定性。