納米材料

碳納米管制成的微處理器面世 有望超越硅材料

據(jù)報道，英國《自然》雜志近日發(fā)表了一項計算科學(xué)最新進展：美國麻省理工學(xué)院團隊利用14 000多個碳納米管晶體管，制造出16位微處理器，并生成這樣一條信息。其設(shè)計和制造方法克服了之前與碳納米管相關(guān)的挑戰(zhàn)，將為先進微電子裝置中的硅帶來一種高效能替代品。

電子器件中所用的硅晶體管正達到一個臨界點，無法進行有效擴展以推動電子學(xué)的進步。而碳納米管是一種潛在的可用于制造高效能器件的替代材料，又名巴基管，重量很輕，結(jié)構(gòu)特殊——主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。目前碳納米管已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，但其自身的缺陷和可變性，限制了這些微型碳原子圓柱體在大規(guī)模系統(tǒng)中的應(yīng)用。

此次，麻省理工學(xué)院科學(xué)家馬克斯·舒拉克及同事設(shè)計和構(gòu)建了一種碳納米管微處理器，來解決這類問題。他們利用一種剝落工藝防止碳納米管聚合在一起，以防晶體管無法正常工作。此外，通過精細的電路設(shè)計，減少了金屬型碳納米管而非半導(dǎo)體型碳納米管的數(shù)量，后者的存在不會影響電路的功能，從而克服了和碳納米管雜質(zhì)相關(guān)的問題。

研究團隊將該微處理器命名為“RV16X-NANO”，并在測試中成功執(zhí)行了一個程序，生成信息：“你好，世界！我是RV16XNano，由碳納米管制成?！?/p>

研究人員總結(jié)稱，鑒于這個微處理器的設(shè)計和制造采用了行業(yè)標準，因此這項研究為超越硅的電子學(xué)指明了一個富有前景的發(fā)展方向。（科技日報）

迄今最黑材料可吸收99.995%入射光

據(jù)報道，中美科學(xué)研制出了一種比之前最黑材料還要黑10倍的材料。新材料由碳納米管（CNT）陣列制成，可捕獲99.995%的入射光，是迄今為止最黑的材料。

研究作者之一、麻省理工學(xué)院（MIT）航空航天教授布萊恩·沃德爾說，這種新材料除了具有藝術(shù)表現(xiàn)力外，還可能具有實用價值，例如用于遮光罩中減少不必要的眩光；幫助太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)系外行星等。

最新研究合作者、上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授崔可航介紹說，他和沃德爾最初并不打算設(shè)計一種超黑材料，他們正嘗試讓CNT在鋁等導(dǎo)電材料上生長，希望借此提高材料的電學(xué)和熱學(xué)性能。

但讓CNT在鋁上生長遇到了麻煩：鋁暴露于空氣中會被氧化，氧化物會覆蓋鋁，就像絕緣體一樣，導(dǎo)致鋁的導(dǎo)電和加熱性能無法改善。于是，他開始尋找去除鋁氧化層的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽（氯化鈉）可以解決。

當時，沃德爾團隊正嘗試讓CNT在鹽和其他產(chǎn)品（如小蘇打和洗滌劑等）上生長。在對鹽進行測試時，崔可航注意到氯離子會侵蝕鋁的表面并溶解其氧化層。

崔可航發(fā)現(xiàn)，如果把鋁箔浸泡在鹽水中，可以去除氧化層。然后，他將鋁箔轉(zhuǎn)移到無氧環(huán)境中，防止其再氧化；最后，他將蝕刻的鋁放入反應(yīng)器中，并通過化學(xué)氣相沉積法來生長碳納米管。結(jié)果表明，去除氧化層后，他們能在更低溫度下（否則需要100℃左右）讓CNT在鋁上生長。他們還發(fā)現(xiàn)，CNT與鋁的“聯(lián)姻”顯著提高了材料的熱學(xué)和電學(xué)性能。

崔可航說：“最令我們吃驚的是得到的新材料極黑，對新材料光學(xué)反射率的測量表明，該材料從各個角度吸收的入射光都大于99.995%?！?/p>

研究人員目前還不能完全確定新材料為何會如此，但他們推測這可能與有點發(fā)黑的蝕刻鋁與CNT相結(jié)合有關(guān)。他們認為，碳納米管可以捕獲大部分入射光并將其轉(zhuǎn)化為熱，反射回去的光微乎其微，因此碳納米管具有特別的黑色。（科技日報）

二元石墨烯薄膜可高效淡化海水

據(jù)報道，近日，武漢大學(xué)/湖南大學(xué)袁荃和美國加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒等人組成的研究團隊，采用石墨烯納米篩和碳納米管相結(jié)合的方法，制備出二元結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜，兼具有較強的選擇性分離效率和一定的機械強度，可應(yīng)用于海水淡化。

此前的理論計算證明，相比傳統(tǒng)海水淡化膜，石墨烯制成的單層納米孔二維薄膜具有超高的選擇性分離效率。然而，大面積石墨烯內(nèi)部存在的晶界會降低石墨烯的機械性能，引入納米孔的過程將會進一步降低機械性能，導(dǎo)致分離薄膜容易發(fā)生局部破裂，降低分離效率和分離選擇性。

研究人員介紹，碳納米管具有優(yōu)異的機械性能，并且與石墨烯的結(jié)構(gòu)類似。由碳納米管搭接形成的碳納米管薄膜，不僅可以與石墨烯的結(jié)構(gòu)完美匹配，也不會影響水滲透率。因此，研究團隊想到將納米孔石墨烯與碳納米管結(jié)合來彌補上述缺陷。他們先在銅箔上生長出一層單層石墨烯，再在上面的一些區(qū)域覆蓋相互連通的碳納米管網(wǎng)絡(luò)，將銅箔溶蝕掉之后就得到了一張?zhí)技{米管支撐的石墨烯薄膜。這種薄膜可以不經(jīng)聚合物支撐，在懸空、彎曲、拉張時不產(chǎn)生明顯裂縫。測試和計算結(jié)果顯示，薄膜能承受380.6MPa應(yīng)力，楊氏模量達到9.7GPa，相當于納米孔石墨烯薄膜2.4倍的拉伸剛度和10 000倍的彎曲剛度。

此外，相較于商用的三乙酸纖維素淡化膜，新型石墨烯納米篩/碳納米管薄膜的水滲透率提高了100倍，抗污染能力更強。而且由于不受內(nèi)部濃差極化效應(yīng)制約，薄膜在高濃度鹽環(huán)境下仍然可以保持較高的水滲透率。

目前的石墨烯海水淡化膜分為2類，一類是以麻省理工學(xué)院科研團隊為代表所研究的單原子層厚的納米多孔薄膜。但單原子層厚的石墨烯機械強度較弱，所以實驗研究中用到的石墨烯都用了聚合物膜支撐，并且直接通過高能電子束轟擊或氧等離子體刻蝕在石墨烯內(nèi)部引入亞納米孔，孔徑分布范圍較廣，極大地降低了分離效率，所以無法應(yīng)用于實際。

另外一類是諾貝爾物理學(xué)獎得主、曼徹斯特大學(xué)教授Andre Geim團隊研究的氧化石墨烯膜。氧化石墨烯容易量產(chǎn)，但是氧化石墨烯膜浸潤在溶液中之后，氧化石墨烯片層之間會吸水擴大層間距，降低了海水淡化效率，因此現(xiàn)有的研究工作主要集中于如何控制氧化石墨烯片層之間的層間距。

此次制成的新型石墨烯納米篩/碳納米管薄膜不需要聚合物支撐就結(jié)實耐用，并兼具多種滲透效率優(yōu)點，為石墨烯應(yīng)用于海水淡化打開了一條新的思路。若解決量產(chǎn)問題，未來人們或?qū)⒛芎壬稀笆┑?。（中國科學(xué)報）

我國科學(xué)家實現(xiàn)世界上最小尺寸石墨烯折疊

據(jù)報道，從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院物理研究所高鴻鈞研究團隊的陳輝博士等人近日首次實現(xiàn)了對石墨烯納米結(jié)構(gòu)的原子級精準的可控折疊，構(gòu)筑出一種新型的準三維石墨烯納米結(jié)構(gòu)。該研究9月6日發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上。

探索新型低維碳納米材料及其新奇物性一直是當今科技領(lǐng)域的前沿科學(xué)問題之一。相關(guān)研究曾在1996年和2010年2次獲得諾貝爾獎。但是，目前在單原子層次上精準構(gòu)筑和調(diào)控基于石墨烯的低維碳納米結(jié)構(gòu)仍存在巨大挑戰(zhàn)。

該工作在國際上首次實現(xiàn)了原子級精準控制、按需定制的石墨烯折疊，這是目前世界上最小尺寸的石墨烯折疊?；谶@種原子級精準的“折紙術(shù)”，還可以折疊其它新型二維原子晶體材料和復(fù)雜的疊層結(jié)構(gòu)，進而制備出功能納米結(jié)構(gòu)及其量子器件，研究其新奇物理現(xiàn)象。例如，探索魔角旋轉(zhuǎn)堆垛雙層二維原子晶體材料的超導(dǎo)電性、拓撲特性和磁性，以及研究一維異質(zhì)結(jié)的輸運性質(zhì)及其應(yīng)用等等。

據(jù)了解，該研究工作對構(gòu)筑量子材料和量子器件具有重要的科學(xué)與技術(shù)上的意義。（人民網(wǎng)）

碳納米管或?qū)⒊蔀榧呻娐凡牧舷乱粭l“賽道”

集成電路是現(xiàn)代信息技術(shù)的基石，隨著摩爾定律逐漸逼近極限，尋找硅材料替代品顯得尤為迫切。下一條集成電路材料“賽道”在哪里？日前舉行的東方科技論壇吸引了國內(nèi)多位專家參與研討。目前，相比于石墨烯、二維材料等選項，碳納米管呼聲相對較高，被認為是比較有希望取代硅的未來電子材料。

如今，世界上最領(lǐng)先的集成電路工藝已經(jīng)達到7nm，想要做得更小，硅材料在散熱、功耗等方面就呈現(xiàn)出短板。早在2006年，國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖委員會就認為，摩爾定律將在2020年達到極限。故此，他們推薦碳基納電子學(xué)（包括碳納米管和石墨烯）作為可能在未來5～10年內(nèi)顯現(xiàn)出商業(yè)價值的下一代技術(shù)。根據(jù)測算，在步入10nm技術(shù)節(jié)點后，碳納米管的芯片性能和功耗都比硅芯片有了明顯改善。例如，從硅基7nm技術(shù)到5nm技術(shù)，芯片速度大約提升20%，而碳納米管基7nm技術(shù)的芯片速度將提升300%。

盡管碳納米管被認為未來前景可期，但在實際研發(fā)中仍遇到了不少問題。北京大學(xué)信息學(xué)院教授、納米器件物理與化學(xué)教育部重點實驗室主任彭練矛告訴記者，由于碳分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，很難像硅材料一樣通過摻雜其他物質(zhì)改變性能，因此在需要可塑性N型晶體管的研制上一直沒有進展，其性能也未能超越硅材料。

碳納米管要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，尚有很長一段路要走。彭練矛表示，碳基集成電路研制是一個龐大的系統(tǒng)，除了材料學(xué)，還涉及微納加工技術(shù)、電子器件設(shè)計與制備、系統(tǒng)集成等多個領(lǐng)域。他還建議，我國要盡快建立碳基電子學(xué)國家戰(zhàn)略。

華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馬於光教授同樣認為，2020年是一個重要時間節(jié)點。目前，美、歐、日、韓等國紛紛啟動投入高達數(shù)十億美元的研究計劃，大力支持和推動下一代電子技術(shù)的材料研究。他還表示，除集成電路外，我國要突破光刻機、鋰電池、射頻器件等一系列“卡脖子”技術(shù)，很大程度上取決于材料科學(xué)的研究進展。眼下，高性能分子材料與現(xiàn)代電子技術(shù)的融合，已到了從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向應(yīng)用的關(guān)鍵時期。（文匯報）

天奈科技招股 科創(chuàng)板將迎來碳納米管龍頭

據(jù)報道，天奈科技于9月4日至10日在北京、深圳、上海三地舉行為期4天的網(wǎng)下路演。這意味著，科創(chuàng)板新材料板塊很快將迎來納米級碳材料的科技龍頭。

據(jù)了解，天奈科技主要從事納米級碳材料及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售，公司產(chǎn)品包括碳納米管粉體、碳納米管導(dǎo)電漿料、石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料、碳納米管導(dǎo)電母粒等。目前公司是中國最大的碳納米管生產(chǎn)企業(yè)之一，在碳納米管及其相關(guān)復(fù)合材料領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

作為一種新型材料，碳納米管自被發(fā)現(xiàn)以來就因為其優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等性能，在多項領(lǐng)域中顯示出巨大的應(yīng)用潛能。在鋰電池領(lǐng)域，公司客戶涵蓋比亞迪、ATL（新能源科技）、CATL（寧德時代）、天津力神、孚能科技、欣旺達、萬向等國內(nèi)一流鋰電池生產(chǎn)企業(yè)，改變了我國鋰電池企業(yè)導(dǎo)電劑依賴進口的局面。根據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研究所（GGII）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，最近2年公司碳納米管導(dǎo)電劑產(chǎn)品出貨量和銷售額均居行業(yè)首位。

今年以來，天奈科技在鋰電池領(lǐng)域的市場銷售頗為亮眼。據(jù)公司半年報披露，上半年公司主營業(yè)務(wù)收入同比增長43.39%，主要原因是新能源汽車持續(xù)向好發(fā)展，三元動力鋰電池出貨量和碳納米管導(dǎo)電漿料需求量繼續(xù)上升，公司碳納米管導(dǎo)電漿料銷售收入較去年同期上漲所致。

導(dǎo)電塑料領(lǐng)域也是公司產(chǎn)品主要應(yīng)用市場之一。據(jù)悉，天奈科技已經(jīng)和SABIC 公司、Total（道達爾）、Clariant（科萊恩）和Polyone （普立萬）等國際知名化工企業(yè)展開合作，公司生產(chǎn)的碳納米管導(dǎo)電母粒產(chǎn)品已完成部分客戶認證并開始小量供貨，該系列產(chǎn)品將有望成為公司未來重要的利潤增長點。（上海證券報）

江蘇新奧碳納米材料應(yīng)用技術(shù)研究院揭牌

據(jù)報道，江蘇新奧碳納米材料應(yīng)用技術(shù)研究院近日在江蘇常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園揭牌開業(yè)。江蘇新奧碳納米材料應(yīng)用技術(shù)研究院隸屬于新奧集團旗下石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)全資子公司。

該研究院開業(yè)后，將發(fā)揮新奧集團的技術(shù)、市場、資本和品牌優(yōu)勢，構(gòu)建“平臺化技術(shù)+低成本材料+顛覆性應(yīng)用”的能源新材料研發(fā)及應(yīng)用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，打造一流的新型研發(fā)機構(gòu)；重點在復(fù)合材料、新能源、儲能等領(lǐng)域布局高性能、低成本的先進碳納米材料應(yīng)用技術(shù)研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化，開發(fā)先進碳材料的顛覆性應(yīng)用和產(chǎn)品技術(shù)，為節(jié)能節(jié)水、低成本儲能、安全環(huán)保及5G通信、電子信息、裝備制造、航空航天等產(chǎn)業(yè)的先進碳納米材料應(yīng)用提供整體解決方案。

近年來，西太湖科技產(chǎn)業(yè)園大力發(fā)展以石墨烯為代表的先進碳材料產(chǎn)業(yè)，截至目前，累計引進、孵化石墨烯相關(guān)企業(yè)150多家，誕生了10多項“國際國內(nèi)第1”，2018年石墨烯相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達到30億元。

據(jù)介紹，新奧碳納米材料應(yīng)用技術(shù)研究院將以市場為導(dǎo)向，加強與創(chuàng)投機構(gòu)、在常高校、石墨烯企業(yè)的聯(lián)動合作，持續(xù)加大創(chuàng)新投入力度，孕育更多創(chuàng)新人才，著力加速創(chuàng)新成果落地轉(zhuǎn)化，研究開發(fā)出更多代表行業(yè)技術(shù)前沿的優(yōu)秀產(chǎn)品。（中國建材報）