新材料與新工藝

新材料與新工藝

我國NTC系列半導體納米粉體技術(shù)產(chǎn)業(yè)化獲進展

西北工業(yè)大學的研究人員成功研發(fā)出了滿足負溫度系數(shù)半導體（NTC）電阻電子漿料應用的錳鈷鎳（MCN）系列化多品種氧化物納米粉料，并應用于民用領(lǐng)域。采用該納米粉料所配電子漿料燒制的薄膜性能優(yōu)異，已成功應用于NTC電阻器件制造。這是國內(nèi)首次將NTC納米粉料用于工業(yè)電子元器件制造領(lǐng)域，且材料配方已形成了六大系列不同阻值和熱敏指數(shù)的品種，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。

研究人員對國產(chǎn)設(shè)備進行了改造，通過反復試驗，大幅提高了納米粉體的尺寸均勻性，制得的粉料全部為納米級別，顆粒粒徑分布偏差在±（5nm～100nm）尺度內(nèi)可控，并可使納米粉體在干燥后仍然保持很好的單分散性，實現(xiàn)了NTC系列半導體納米粉體的單分散、尺寸和全部球形形貌的高度均勻性制造。目前，研究人員通過與多家單位合作，已經(jīng)制成了批量器件成品樣件。在檢測技術(shù)方面，研究人員開發(fā)出了納米粉體分散性評價分析，以及樣品處理等專有技術(shù)。

據(jù)悉，該項技術(shù)最初應用于航天領(lǐng)域。但由于航天領(lǐng)域用量極少，為了提高技術(shù)的適用性，研究人員通過改變配方和工藝，開拓了納米粉體的民用NTC熱敏電阻用途，實現(xiàn)了民用過渡金屬氧化物錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳等兩種或兩種以上的氧化物組成半導體納米粉體材料制造工藝方式的重大革新，是一項軍轉(zhuǎn)民典型項目。這是我國首次采用納米半導體粉體原料制備民用微小型高精度NTC電阻器件，標志著我國已成為完全掌握了該半導體熱敏器件制造技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈的國家。 (科學網(wǎng))

中科院中紅外非線性光學晶體材料研究取得進展

中國科學院新疆理化技術(shù)研究所的研究人員在新型紅外非線性光學晶體的研究方面取得了新進展，發(fā)現(xiàn)了兩種性能優(yōu)異的中紅外非線性光學晶體材料M2LiVO4（M=Rb，Cs），即Rb2LiVO4和Cs2LiVO4。

中遠紅外激光在國防、通訊、醫(yī)療，以及安全方面有著重要的應用，其中，紅外非線性光學晶體是實現(xiàn)中遠紅外激光輸出的關(guān)鍵器件。目前已商業(yè)化的紅外非線性光學晶體存在多方面的性能缺陷，限制了其應用范圍。因此，設(shè)計和探索新型的紅外非線性材料成為紅外激光領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。

研究結(jié)果表明，這兩種化合物均具有較寬的透過范圍、較大的非線性系數(shù)（粉末倍頻Rb2LiVO4為4×KDP，Cs2LiVO4為5×KDP，且都能夠相位匹配），以及較大的激光損傷閾值。第一性原理計算結(jié)果表明，在這兩個化合物的結(jié)構(gòu)基元中，VO4基團為其倍頻效應的主要來源。此外，其均為同成分熔融的化合物，比較容易生長出高光學質(zhì)量的大尺寸單晶，以促進其在頻率轉(zhuǎn)換、光參量振蕩、電光調(diào)制和通訊等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 (科 苑)

我國鹵素鈣鈦礦高壓研究取得重要進展

吉林大學超硬材料國家重點實驗室的研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，CsPbBr3作為一類全無機鹵素鈣鈦礦材料，具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較高的量子產(chǎn)率。研究人員利用金剛石對頂砧裝置探討了不同形貌的CsPbBr3納米晶（CsPbBr3納米立方塊和納米線）及其體材料在壓力下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、光學帶隙和熒光壽命的精細調(diào)控。第一性原理計算結(jié)果表明，其帶隙調(diào)控主要由無機PbBr6八面體扭曲變形過程中的軌道相互作用決定。

近年來，金屬鹵素鈣鈦礦材料在光伏電池領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注，其優(yōu)異的光學性質(zhì)和較低的成本促進了金屬鹵素鈣鈦礦材料的應用與發(fā)展。2009年，有機—無機雜化鈣鈦礦作為吸光材料首次被應用于太陽能電池中，其光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%提高到22.1%。但是，該類材料的結(jié)構(gòu)極易受到溫度、水、氧等因素的影響，限制了其實際應用。

該項研究成果有助于深入了解鹵素鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，優(yōu)化其光伏性能，為設(shè)計出更穩(wěn)定的鈣鈦礦材料拓展了思路。 (科技部)

新型磁流體材料可用于自修復衛(wèi)星推進系統(tǒng)

美國密歇根理工大學的研究人員開發(fā)出一種使用磁流體的推進系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)噴嘴的持續(xù)自修復。

據(jù)介紹，衛(wèi)星通常利用其初始推動力和萬有引力圍繞地球運動，但當其需要進行重新定位時，就需要使用燃料推進。一些衛(wèi)星使用電噴射推進系統(tǒng)改變其空間位置，但電噴射推進系統(tǒng)較為“嬌弱”，容易破損。密歇根理工大學的研究人員采用離子液磁流體材料開發(fā)出一種微推進器陣列的計算模型。這種磁流體材料由一系列在靜電力作用下聚集在一起的帶有正電荷和負電荷的顆粒組成，通過磁性操控，可組裝成微型噴嘴，并在受損后實現(xiàn)自愈合。當向該磁流體噴嘴施加電場時，噴嘴可以噴射出離子束，產(chǎn)生推進力。其工作原理類似于其它的離子推進系統(tǒng)，不同的是，其噴嘴和噴射的離子是同一材料，因此，這種噴射系統(tǒng)可以隨時自修復。 (船綜院)

俄羅斯研發(fā)成功氮氧化鋁陶瓷制備新方法

來自俄羅斯國立核能研究大學莫斯科工程物理學院、莫斯科國立測量與制圖大學、俄羅斯科學院結(jié)構(gòu)宏觀動力學與材料學研究所、俄羅斯科學院巴依科夫冶金與材料學研究所的人員聯(lián)合成功研制出一種制備透明氮氧化鋁陶瓷的新方法。

研究人員采用等離子火焰燒結(jié)法來制備透明氮氧化鋁陶瓷，其創(chuàng)新之處在于，其不是通過額外的加熱器來加熱氮氧化鋁粉末，而是通過向沖壓模具主體及沖壓頭釋放脈沖電流來加熱原料。這種方法的優(yōu)點在于能夠迅速加熱氮氧化鋁粉末，從而縮短制備周期。

氮氧化鋁陶瓷是一種具有極高硬度的透明材料，其硬度甚至超過石英玻璃，包括熔融石英、尖晶石及透明藍寶石。除具有超高硬度外，其還擁有良好的彈性，在兵器、航天等軍用和民用領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。 (科技部)

新型納米材料可用于制造超薄防輻射宇航服

澳大利亞國立大學的研究人員研制出一種全新的防輻射納米材料，可用于制造新型超薄防輻射宇航服，提升其靈活性和機動性能。

防輻射是宇航服的重要功能之一，宇航服可屏蔽宇宙空間中的有害射線流、粒子流等，但目前的宇航服都非常笨重。澳大利亞國立大學研制的納米材料能夠反射指定波長的光和射線，包括遠紅外和紫外線。研究人員可通過計算光粒子的振動，通過改變溫度調(diào)整納米材料的折射率來反射不同波長的射線，還可通過疊加多層材料來屏蔽多種光線和有害射線。此外，采用這種納米材料制造的超薄防輻射層能夠起到與厚度更大的防輻射材料相同的防護作用。 (W.CB)

可耐3000℃燒蝕的陶瓷涂層及復合材料在我國面世

中南大學粉末冶金研究院、粉末冶金國家重點實驗室的研究人員研發(fā)出了一種可耐3000℃高溫燒蝕的陶瓷涂層及復合材料，可“護航”高超聲速飛行器關(guān)鍵部件。

高超聲速飛行器最低時速達6120km。在如此高的速度飛行時，飛機鼻錐、翼前緣等飛行器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件需承受劇烈的空氣摩擦及高達2000℃～3000℃的熱氣流沖擊而不被破壞。

中南大學的研究人員研發(fā)的新型陶瓷涂層改性炭/炭復合材料由鋯、鈦、碳、硼元素組成的四元含硼單相碳化物構(gòu)成，具有穩(wěn)定的碳化物晶體結(jié)構(gòu)，主要通過熔滲工藝，將多元陶瓷相引入多孔炭/炭復合材料中制得。其兼具碳化物的高溫適應性和硼化物的抗氧化特性，具有優(yōu)越的抗燒蝕性和抗熱震性。

據(jù)悉，這是世界上首次合成該四元含硼碳化物單相超高溫陶瓷材料，并制成涂層，與炭/炭材料完美“融合”。 (科 日)

上海交大成功研制納米陶鋁合金 已用于天宮二號

上海交通大學的研究人員研制出一種新型納米陶鋁合金，其兼具陶瓷和鋁兩種材料的優(yōu)點，其比強度和比剛度甚至超過了鈦合金。目前，該材料已成功應用于天宮一號、天宮二號、量子衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等航天器的關(guān)鍵部件中，并將走進民航、汽車等領(lǐng)域，有望引領(lǐng)材料輕量化革命。

目前，國際上通常采用的制備陶鋁合金的方法是先將陶瓷制成顆粒或纖維，然后用攪拌鑄造或粉末冶金法混入鋁合金中獲得鋁基復合材料。該方法能夠提高材料的強度和剛度，但存在加工成型困難、強度和塑性差，以及性能不穩(wěn)定等問題。上海交大的研究人員采用“原位自生技術(shù)”，通過熔體控制自生，陶瓷顆粒的尺寸由外加法的幾十微米減小到納米級，突破了外加陶瓷鋁基復合材料塑性低、加工難等應用瓶頸。制得的納米陶鋁合金重量輕，且具有高剛度、高強度、抗疲勞、低膨脹系數(shù)、高阻尼性、耐高溫等特點。

據(jù)介紹，目前，該材料正在開展板材和鍛件的中試和性能測試。上海交通大學還聯(lián)合相關(guān)單位成立了上海交通大學安徽陶鋁新材料研究院，加快推進陶鋁合金材料的產(chǎn)業(yè)化應用。 (澎 湃)

我國含能材料領(lǐng)域新成果有望提升火炸藥能量水平

南京理工大學的研究人員在系列水合五唑金屬鹽含能化合物研究方面取得了新的研究成果。這表明，我國全氮含能物質(zhì)研究取得重大突破，有望提升制約我國武器裝備整體性能的火炸藥能量水平。

全氮含能物質(zhì)是近年發(fā)展起來的新一代含能材料，其基本全由氮元素組成，爆炸產(chǎn)物主要是氮氣，清潔無污染，而且不易被檢測，在軍事上也具有低信號的優(yōu)點。此外，全氮結(jié)構(gòu)本身亞穩(wěn)定，容易分解并釋放出大量的能量，有望成倍提高火炸藥的能量水平（達到TNT的3倍以上）。但是，多氮材料中的氮以高壓聚合態(tài)形式存在，通常情況下只有當其它元素能夠提供穩(wěn)定作用時才能比較穩(wěn)定地存在。因而，世界各國制備穩(wěn)定存在的全氮陰離子（N5-）及其鹽類的研究工作一直沒有取得實質(zhì)性進展。

研究人員首次制備了全氮五唑陰離子的鈉、錳、鐵、鈷和鎂鹽水合物，通過研究其單晶結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地揭示了全氮五唑陰離子與金屬陽離子的相互配位作用、與水的氫鍵作用，以及熱穩(wěn)定性規(guī)律，為研究全氮五唑陰離子與全氮陽離子組、形成離子型全氮化合物材料，提供了有力的支撐。 (KJ.0831)

德國研究人員利用光刻技術(shù)首次繪出銀納米結(jié)構(gòu)

德國柏林亥爾姆茨材料和能源研究中心與德國聯(lián)邦材料測試與研究機構(gòu)合作，首次在銀材料基底上繪制出了光刻納米結(jié)構(gòu)，為未來光計算機數(shù)據(jù)處理、新型電子器件制造開辟了新的途徑。

電子束光刻技術(shù)能夠在材料表面制作精細結(jié)構(gòu)圖樣，已成功應用于制作鉑、金、銅等金屬材料的納米結(jié)構(gòu)。但由于典型銀化合物的化學活性非常強，且很難氣化，即使在注射部件加熱與容器壁反應時也如此，容器到注射部件針尖的通道很可能會在試驗溫度降低時堵塞，因此，尋找合適的銀化合物，以及開發(fā)用于電子束的注射部件是實現(xiàn)銀光刻技術(shù)要解決的難題。

研究人員選用僅在電子束聚焦處分解的銀二甲化合物，成功地利用電子束光刻技術(shù)在銀材料上制作出了納米結(jié)構(gòu)晶體。采用該技術(shù)制造的銀納米結(jié)構(gòu)材料具有特殊的光學特性，可見光可控制自由電子在銀結(jié)構(gòu)里振動，即形成所謂的等離子元，并通過密集的光束來顯示，通過光的密集度和顏色，就可以讀取銀納米結(jié)構(gòu)表面的相關(guān)信息，借助拉曼光譜，還可以將這種效應當作驗證特定分子的“指紋”。

銀納米結(jié)構(gòu)在電子信息技術(shù)領(lǐng)域具有巨大的應用潛力，可作為純光學數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)材料，但要實際應用還需進一步優(yōu)化銀納米結(jié)構(gòu)光刻工藝。 (KJ.0807)