納米材料

美開發(fā)出制造納米精度物體新方法

據(jù)報道，美國研究人員開發(fā)出一種新方法，可“打印”各種形狀、多種材質(zhì)的納米精度三維物體，在光學(xué)、醫(yī)療、機器人等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。參與研究的麻省理工學(xué)院生物工程及大腦和認知科學(xué)副教授愛德華·博伊登說，這是一種多種材料創(chuàng)建納米級精度三維結(jié)構(gòu)的新方法。相關(guān)論文發(fā)表在新一期美國《科學(xué)》雜志上。

新研究采用了一種被稱為“內(nèi)爆制造”的技術(shù)。團隊使用吸水性很強的聚丙烯酸酯凝膠作為微觀制造支架，將支架浸泡在含有熒光素分子的溶液中。在雙光子顯微鏡下，研究人員用激光激活熒光素分子，使其附著在凝膠的特定位置充當(dāng)錨點，然后添加需要“打印”的材料分子與錨點結(jié)合，比如金屬、量子點、脫氧核糖核酸（DNA）等。當(dāng)所有分子就位，研究人員向凝膠中加酸使整個結(jié)構(gòu)收縮，每個維度上可以縮小到1/10，整個體積縮小到原來的1/1 000。目前，研究人員可利用該方法制造出體積為1mm3、分辨率為50nm的物體。

研究人員認為，該技術(shù)最早的應(yīng)用可能在光學(xué)領(lǐng)域，例如制造用以研究光的基本特性的特殊透鏡以及用于手機攝像頭、顯微鏡或內(nèi)窺鏡的鏡頭等。在更遠的將來，該技術(shù)可用于生產(chǎn)納米級電子產(chǎn)品或機器人等。（新華網(wǎng)）

“三合一”石墨烯基太赫茲探測器問世

據(jù)俄羅斯莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（MIPT）報道，來自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學(xué)家團隊，開發(fā)出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設(shè)備既可充當(dāng)靈敏的探測器，也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。

太赫茲波是介于微波和紅外線之間的電磁波，具有穿透性強、安全性高、定向性好等優(yōu)勢，有望用于醫(yī)療、宇宙探索等領(lǐng)域。但現(xiàn)有太赫茲探測器存在效率低下的問題，主要是因為太赫茲波與檢測元件（晶體管）之間尺寸不匹配。晶體管僅10-6m，而太赫茲輻射的波長是其100倍，導(dǎo)致太赫茲波從探測器身邊溜走。

1996年，科學(xué)家提出了一個解決辦法：將入射波能量壓縮到與檢測器大小相當(dāng)?shù)捏w積內(nèi)。為此，探測器材料需要支持特種“緊湊波”——所謂的等離激元。從理論上來說，在波的諧振下，這種探測器的效率會得到進一步提升。

但實現(xiàn)這種探測器比預(yù)期更難。原因在于：在大多數(shù)半導(dǎo)體材料中，由于電子與雜質(zhì)的碰撞，等離激元會快速衰減。石墨烯被認為可解決問題，但其還不夠潔凈。

在最新研究中，科學(xué)家解決了這個問題。他們制造了一個光電探測器，由封裝在氮化硼晶體之間的雙層石墨烯組成，并與太赫茲天線發(fā)生耦合。在這個“三明治”結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)被逐出石墨烯薄片之外，使等離激元更自由地傳播。被金屬鉛束縛住的石墨烯片形成了一種等離激元諧振器，而石墨烯的雙層結(jié)構(gòu)使波速可在一個寬范圍內(nèi)調(diào)諧。

新設(shè)備實際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀，可通過電壓調(diào)諧控制諧振頻率。此外，它還可用于基礎(chǔ)研究：在不同頻率與電子密度下測量探測器中的電流，展示出了等離激元的特性。（科技日報）

港中大研發(fā)納米3D打印機獲選全球百大創(chuàng)新發(fā)明

據(jù)報道，香港中文大學(xué)12月17日宣布，由工程學(xué)院機械與自動化工程學(xué)系教授陳世祈及其團隊研發(fā)的“數(shù)碼全息納米3D打印機”，獲全球百大科技研發(fā)獎（R&D 100）評選為2018年度全球百大創(chuàng)新發(fā)明之一。該打印機采用革命性的數(shù)碼全息激光掃描及光束整形技術(shù)，能以高速印制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細如發(fā)絲的精細組件，并達至納米級別的打印精度。

陳世祈介紹說，該打印機的多焦點掃描技術(shù)可在相同速度下，移動至打印空間中的任何一點，即使沒有結(jié)構(gòu)及材料支撐，仍可打印出復(fù)雜的懸垂結(jié)構(gòu)及精密細致的微型成品，例如光子晶體、微納流體器件、仿真生物組織及支架、藥物傳輸工具等，為納米科技、先進材料及醫(yī)療工具創(chuàng)造了革新技術(shù)。

在光遺傳學(xué)研究應(yīng)用中，該打印機還能準(zhǔn)確刺激生物大腦中多個神經(jīng)元而不傷害周圍結(jié)構(gòu)，可用于研究大腦神經(jīng)回路及特定功能，例如小鼠的嗅覺、斑馬魚的視覺等，將3D激光掃描的優(yōu)點延伸至醫(yī)學(xué)及基礎(chǔ)生物研究。

據(jù)介紹，具有56年歷史的全球百大科技研發(fā)獎素有“創(chuàng)科界奧斯卡”之稱，旨在表彰全球的研發(fā)先鋒及其科技革命理念。歷年來獲獎的創(chuàng)新發(fā)明包括噴墨打印機（1967年）、鋰電池（1971年）、ATM自動柜員機（1973年）、HDTV高清電視（1998年）及人工視網(wǎng)膜（2009年）等。（人民日報）

“可智能協(xié)同抗癌”的新型納米材料研制成功

據(jù)報道，近日，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物研究所吳正巖研究員課題組與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院鄒多宏教授團隊合作，制備出一種對腫瘤微環(huán)境智能響應(yīng)的新型納米復(fù)合材料，可通過“智能造影”“智能送藥”協(xié)同殺死癌細胞。日前國際生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《生物材料》發(fā)表了該成果。

納米診療一體化是當(dāng)前國際抗癌研究的熱點之一，但現(xiàn)有的納米診療體系對癌癥病灶組織的識別度差，對腫瘤微環(huán)境的響應(yīng)不足，難以精確“觀察”、高效治療。對此，吳正巖、鄒多宏等科研人員基于腫瘤微環(huán)境低酸堿度和谷胱甘肽高表達的特性，合成了對腫瘤組織酸堿度和谷胱甘肽敏感的硅酸錳“多孔納米球”，在其表面沉積磁性氧化鐵納米顆粒，制備出磁性氧化鐵與硅酸錳的納米復(fù)合物。

據(jù)悉，這種新型納米復(fù)合材料可“智能協(xié)同抗癌”，它在正常的組織和血液中不會發(fā)揮造影功能，而一旦進入腫瘤組織，即可釋放出錳離子，發(fā)揮高效腫瘤T1磁共振造影功能。同時，該納米復(fù)合材料裝載的抗癌藥物順鉑也會被釋放出來，與錳離子和磁性氧化鐵協(xié)同殺死癌細胞，達到協(xié)同治療腫瘤的效果。（環(huán)球網(wǎng)）

中國科大研制出“納米竹子”

據(jù)報道，從中國科大獲悉，近日，中國科大研究團隊成功制備了類似竹節(jié)結(jié)構(gòu)的納米“竹子”復(fù)合異質(zhì)結(jié)，充分利用太陽能，并將其有效轉(zhuǎn)化為氫能源。

近年來，科學(xué)家們通過設(shè)計新型半導(dǎo)體納米材料以捕獲太陽能并實現(xiàn)高效光化學(xué)轉(zhuǎn)化，使我們看到了利用新型清潔能源的希望。但如何降低成本、進一步提高轉(zhuǎn)化效率實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。

該研發(fā)團隊設(shè)計了一種“脈沖式軸向外延生長”方法，成功制備了尺寸、結(jié)構(gòu)可調(diào)的一維膠體量子點——納米線分段異質(zhì)結(jié)，該結(jié)構(gòu)是類似竹節(jié)結(jié)構(gòu)的納米“竹子”復(fù)合異質(zhì)結(jié)，可以充分利用太陽能，并將其有效轉(zhuǎn)化為氫能源。

這種人造納米“竹子”的竹節(jié)和竹莖，分別由硫化鎘和硫化鋅兩種不同的半導(dǎo)體材料組成，二者交替生長，非常類似于我們生活中看到竹子拔地而起的生長過程。有趣的是，研究人員設(shè)計的這種獨特生長方式，可以精確控制每根人造納米“竹子”的粗細、節(jié)數(shù)以及每個竹節(jié)的間距。這種豐富的調(diào)控能力為進一步開發(fā)利用該類材料提供了更多的空間。

此外，研究者發(fā)現(xiàn)，此類人造納米“竹子”中不同組分之間存在協(xié)同效應(yīng)，二者的取向結(jié)合極大地提升了單一材料所具有的性能。相比于單一材料，納米“竹子”的太陽能制氫效率提高了一個數(shù)量級，這為今后設(shè)計開發(fā)新型高效太陽能制氫材料提供了新途徑。（合肥日報）

我學(xué)者成功構(gòu)建石墨烯泡沫材料網(wǎng)絡(luò)拓撲模型

據(jù)報道，近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等機構(gòu)的學(xué)者們合作，通過研究石墨烯泡沫的掃描電子顯微鏡鏡像，成功構(gòu)建了一種三維孔片網(wǎng)絡(luò)拓撲模型，并引入?yún)?shù)和幾何量實現(xiàn)了對其力學(xué)行為的有效評估。國際知名學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會·納米》日前發(fā)表了該成果。

石墨烯泡沫是以準(zhǔn)二維石墨烯作為基本組件，以無序堆砌為主要建構(gòu)方式鉸接而成的三維多孔材料，由于兼具石墨烯與多孔材料的優(yōu)點，受到國際科技界越來越多的關(guān)注。但由于不清楚其性能背后的物理機制，造成理論與實驗的嚴(yán)重脫節(jié)，限制了應(yīng)用。

近期，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院先進制造技術(shù)研究所王曉杰研究員團隊的博士潘斗興與中國科學(xué)院力學(xué)研究所博士王超合作，成功構(gòu)建了一種同時含有本征孔和鉸鏈鍵的三維孔片網(wǎng)絡(luò)拓撲模型，并借助孔片網(wǎng)絡(luò)對石墨烯泡沫進行了動態(tài)分析，進一步構(gòu)建了一種新型的石墨環(huán)泡沫。該研究還發(fā)現(xiàn)，泡沫內(nèi)部存在有趣的介觀互鎖現(xiàn)象，豐富了連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的內(nèi)涵。

通過構(gòu)建模型和發(fā)現(xiàn)新的物理性能，科研人員為推進石墨烯泡沫材料的研究及應(yīng)用邁出了重要一步。（新華網(wǎng)）

有機硅改性石墨烯增強環(huán)氧防腐耐磨涂層研究取得進展

據(jù)報道，近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋功能材料團隊與北京科技大學(xué)腐蝕控制系統(tǒng)工程團隊展開合作，在研究員王立平、趙海超及教授李曉剛、張達威的共同指導(dǎo)下，博士生葉育偉等人設(shè)計系列實驗克服了石墨烯（氧化石墨烯）在溶劑及基體樹脂中的團聚問題，成功制備出具有優(yōu)異防腐耐磨性的石墨烯增強型環(huán)氧復(fù)合涂層。通過插層溶膠-凝膠化反應(yīng)制備出了有機硅/石墨烯雜化材料。該石墨烯雜化材料可以均勻分散至水性環(huán)氧樹脂中，并具有一定的電活性，可在金屬基底表面誘導(dǎo)鈍化膜的形成，協(xié)同抑制腐蝕的發(fā)生。

雙酚A型環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂中產(chǎn)量最大、使用最廣的一種熱固性樹脂，具有固化收縮率低、成型容易、粘結(jié)能力強、力學(xué)強度高和耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)異的特點，被廣泛用作涂料、粘結(jié)劑和復(fù)合材料等的樹脂基體。環(huán)氧樹脂固化形成的三維孔隙、缺陷等會導(dǎo)致樹脂基體致密性差、阻隔性能低，抗剪切強度低和摩擦磨損性能差，進一步限制了其在防腐耐磨等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

研究團隊通過插層溶膠-凝膠化反應(yīng)制備出了有機硅/石墨烯雜化材料。該石墨烯雜化材料可以均勻分散至水性環(huán)氧樹脂中，并具有一定的電活性，可在金屬基底表面誘導(dǎo)鈍化膜的形成，協(xié)同抑制腐蝕的發(fā)生。與此同時，研究人員采用化學(xué)改性法將多面體低聚倍半氧硅烷（POSS）接枝在氧化石墨烯（GO）表面，制備出了超疏水的POSS-GO納米片，并實現(xiàn)了其在諸多有機溶劑（如無水乙醇、四氫呋喃、二甲苯等）中優(yōu)異且穩(wěn)定的分散。研究人員將所制備的POSS-GO添加至環(huán)氧樹脂中，探究其在模擬海水中的腐蝕防護行為及摩擦學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧涂層在經(jīng)過POSS-GO強化后，硬度、結(jié)合強度、韌性均得到不同程度的提高。（中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所）

“冷凍”銅納米顆粒催化劑可替代貴金屬催化劑

據(jù)報道，從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，該所研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可替代貴金屬金或銀的銅催化劑，它在催化加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出與傳統(tǒng)銅催化劑完全不同卻與金、銀接近的性能，相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《科學(xué)·進展》上。

原子的外圍電子結(jié)構(gòu)常常決定著金屬的化學(xué)性質(zhì)。與金、銀相比，同族的非貴金屬銅更易獲得并且價格便宜，但由于銅金屬更容易失去外圍電子，因而在催化反應(yīng)中也更易被氧化。金屬銅在氧化或加氫等催化反應(yīng)中，常表現(xiàn)出銅零價和一價共存的化學(xué)態(tài)，因此銅催化劑的化學(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定。

為提高銅催化劑的穩(wěn)定性，中國科學(xué)院大連化物所孫劍研究團隊通過嘗試“高能等離子體流轟擊”的方法來改變銅的外圍電子結(jié)構(gòu)，使銅表現(xiàn)出貴金屬金和銀的特性，以此來替代金、銀催化劑，這種等離子體流轟擊銅改變其電子結(jié)構(gòu)的過程被科研人員比喻為對銅催化劑的“冷凍”處理。

據(jù)了解，“冷凍”是采用磁控濺射裝置，在電場驅(qū)動下，通過被等離子體化的氬氣產(chǎn)生的高能粒子流，定向的轟擊銅金屬靶，使得金屬銅以原子形式均勻沉積于載體表面。

實驗結(jié)果顯示，被“冷凍”的銅納米顆粒在反應(yīng)過程中可被鎖定在金屬態(tài)，反應(yīng)過程中的“冷凍”銅納米顆粒催化劑也表現(xiàn)出了與貴金屬金或銀極其類似的催化性能，顛覆了銅催化劑利于發(fā)生深度加氫反應(yīng)而生成乙二醇和乙醇等醇類化合物的傳統(tǒng)認知，從而證明了銅金屬經(jīng)過處理后，可以表現(xiàn)出與貴金屬金或銀極其類似的催化性能。（科技日報）

“上海制造”入選首條5nm芯片生產(chǎn)線

據(jù)報道，最近，中微半導(dǎo)體設(shè)備（上海）有限公司收到一個好消息：其自主研制的5nm等離子體刻蝕機經(jīng)臺積電驗證，性能優(yōu)良，將用于全球首條5nm制程生產(chǎn)線。

刻蝕機是芯片制造的關(guān)鍵裝備之一。刻蝕尺寸的大小與芯片溫度一一對應(yīng)，中微自主研發(fā)的部件使刻蝕過程的溫控精度保持在0.75℃內(nèi)，達到國際領(lǐng)先水平。氣體噴淋盤是刻蝕機的核心部件之一，中微和國內(nèi)企業(yè)聯(lián)合開發(fā)出一套創(chuàng)新工藝，用這套工藝制造的金屬陶瓷，其晶粒十分精細、致密。與進口噴淋盤相比，國產(chǎn)陶瓷鍍膜的噴淋盤使用壽命延長1倍，造價卻不到1/5。中微突破關(guān)鍵核心技術(shù)，讓“上海制造”躋身刻蝕機國際第一梯隊。5nm，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑（約0.1mm）的2萬分之一，將成為集成電路芯片上的最小線寬。臺積電計劃明年進行5nm制程試產(chǎn)，預(yù)計2020年量產(chǎn)。