超強高彈石墨烯互穿網絡新材料問世

超強高彈石墨烯互穿網絡新材料問世

燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室與美國華盛頓卡內基研究院的研究人員研制出一種輕質的超強新型碳材料——壓縮玻璃碳，其硬度堪比鉆石，彈性超過了橡膠，同時還具有導電性，可大量生產，適用于從防彈背心到新型電子設備等各種應用。

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。其由玻璃碳壓縮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”。壓縮玻璃碳同時具有sp3鍵和sp2鍵，兼具石墨和金剛石的特性，綜合性能優異：其密度與石墨類似，單軸壓縮強度是通常金屬及合金材料的5倍以上，也遠高于一般陶瓷材料；比強度（即強度質量比）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橡膠等材料；具有導電性。

研究人員將進一步研發合成方法，以研制出超高強度、超高硬度兼具超高彈性的材料。 (物 組)

我國制造出高導熱超柔性石墨烯膜

浙江大學的研究人員研發出一種高導熱超柔性石墨烯組裝膜，其導熱率最高達到2053W/m·K，接近理想單層石墨烯導熱率的40%，可反復折疊6000次、彎曲10萬次，解決了宏觀材料高導熱和高柔性不能兼顧的難題，有望應用于高效熱管理、新一代柔性電子器件及航空、航天等領域。

研究人員創造性地提出了“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，經高溫熱處理后，材料中的含氧基團釋放出氣體，在材料內部形成微氣囊，最后降溫并用機械輥壓成膜，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產生彈性變形，外力越大，形變就越明顯。

實驗數據表明，相較于傳統的石墨膜材料，該石墨烯膜的斷裂伸長率提高了2～3倍。石墨烯微褶皺的可延展性使其能夠耐受反復折疊、打結、扭曲、彎曲等多種復雜形變，也更適于工業規模化生產。此外，該石墨烯膜還具有優異的導熱導電性能，其導熱率平均值達到1900W/m·K。在實驗中，研究人員用這種石墨烯膜替代商用石墨膜，應用到手機散熱膜上，手機處理器處的溫度可控制在33℃以下，較商用石墨膜降低了6℃，從而大幅延長了手機的使用壽命。 (W.HK)

由中國航天科工集團公司第二研究院第二總體設計部牽頭承擔的“國產M40J碳纖維工程化研制及應用” 項目取得重大進展，突破了碳纖維穩定化制備、碳纖維表面處理等關鍵技術，并分別在威海拓展纖維有限公司和中簡科技股份有限公司建成了百噸級M40J高模高強碳纖維生產線，標志著我國M40J高模高強碳纖維進入了穩定生產階段。

我國研制成功M40J高性能碳纖維

據了解，M40J高模高強碳纖維復合材料制品具有輕量化、高比強度、高比剛度和抗振性等特點，是航天復雜產品不可或缺的關鍵材料，在高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程等領域均具有廣泛的用途，其研制成功將有力地助推“中國制造2025”的發展步伐。

作為項目牽頭單位，航天科工二院二部集中國內優勢力量攻關，打破了國外技術壁壘，形成了一系列自主知識產權，滿足了航天復雜產品研發的材料需求。同時，針對碳纖維及其復合材料的研制技術、試驗與分析技術、表征與評價技術等關鍵技術，研究人員進行了國內外技術現狀全面分析對比，通過全面、科學的頂層設計，逐步建立和完善了高強高模碳纖維性能評價、表征方法和工藝標準等，為我國高強高模碳纖維系列化發展奠定了技術基礎。 (科工局)

芬蘭與荷蘭共同開發出原子精度石墨烯納米帶新結構

芬蘭阿爾托大學和荷蘭烏得勒支大學、代爾夫特理工大學的研究人員合作，開發出一種原子精度的石墨烯納米帶新結構，有助于研制出運行速度極快的二極管、隧道勢壘等石墨烯電子器件。

相關研究表明，石墨烯納米帶的電子性質取決于其原子寬度。5原子寬的石墨烯納米帶與金屬線相似，具有良好的導電性，而7原子寬的石墨烯納米帶可以成為半導體。研究人員可通過合成石墨烯納米帶來控制石墨烯的電子性質，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-半導體結。與目前計算機芯片結構的制備方法不同，研究人員將前體分子蒸發到金晶體上，通過使前體分子與金晶體以受控方式發生化學反應，制得了這種石墨烯納米帶新結構。

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

我國核島用橡膠膨脹節實現國產化

由北京核工程研究設計院與江蘇永和高分子技術有限公司聯合研制的“核島用橡膠膨脹節”通過鑒定，標志著我國核島用橡膠膨脹節技術成功突破國外技術壁壘，實現了核島用橡膠膨脹節的國產化。

核島用橡膠膨脹節的使用工況不同于一般工業領域使用的橡膠膨脹節，需具有抗震、耐海水腐蝕、耐輻照、耐沖擊、耐疲勞等特性。為了驗證橡膠膨脹節在核島上應用的可行性，北京核工程研究設計院與江蘇永和高分子有限公司依據試驗大綱，對橡膠膨脹節依次疊加進行了水壓試驗、真空試驗、輻射試驗等試驗。試驗結果表明，該橡膠膨脹節可以滿足核島使用要求。

目前，國產橡膠膨脹節尚未正式用于核島工藝系統，同類產品主要依賴進口。 (中核網)

新型石墨烯滲透膜透析速度比現有材料快10倍

美國麻省理工學院的研究人員利用石墨烯研發出一種新型膜材料，其能夠過濾溶液中的納米級分子，過濾速度比目前的透析系統快10倍以上，有望為石墨烯在醫療、物質過濾和水凈化等領域的應用打下基礎。

滲透膜除了能夠幫助腎臟無法正常工作的患者清除血液中的廢物外，還可用來分離雜質分子，凈化藥物，并從化學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，可加速過濾過程。測試結果表明，在過濾水溶液中的納米級尺寸的分子時，該新型石墨烯滲透膜比目前最先進的滲透膜的過濾速度高10倍，如果完全采用石墨烯材料，新型滲透膜的過濾速率還可再提高10倍。

研究人員計劃在高聚碳酸酯基底上蝕刻孔隙來增加膜的整體滲透率，并進一步擴大膜的尺寸，以提高石墨烯滲透膜的性能。 (W.PO)

美國北卡羅來納州立大學的研究人員開發出一種可以通過體熱獲取能量的新型柔性自愈可穿戴設備，有望減少未來穿戴設備的耗電量。

新型柔性自愈可穿戴設備可通過體熱獲取能量

據介紹，該新型可穿戴設備充分結合了剛性和柔性系統的優點，采用含有液態金屬的混合物（EGaIn/鎵銦合金），不僅能夠自愈，還可以有效地傳導能量。EGaIn/鎵銦合金的電阻率極低，因此，其發電效率更高。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，研究人員計劃通過調整材料和方法、消除可能會消耗能量的部件，以進一步提升效率。目前，該項研究成果已申請1項技術專利。 (W.CB)

中外合作有機-無機鈣鈦礦分子壓電材料研究獲進展

中國科學院深圳先進技術研究院與東南大學、南京大學、北京大學，以及美國托萊多大學等單位聯合，在有機-無機鈣鈦礦分子壓電材料研究方面取得了突破。

無機陶瓷鐵電體具有優良的性能，但存在成膜成本高、制備需高溫燒結、含有毒性元素等缺點。而分子鐵電體兼具輕量、柔性、結構靈活、易成膜、全液相合成、環保節能等優點，更能適應新一代薄膜器件、微電子機械系統、可穿戴設備的需求。

研究人員制備出了兩種具有高居里溫度（＞400K）的有機-無機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力下可以發生特殊的極化旋轉，從而獲得了高達185pC/N和220pC/N的壓電系數（d33）。這兩種分子的壓電系數不僅超過以往所有分子材料，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材料的6個極軸方向進行了標定，同時，通過簡單的溶液法制備出了厚度為微米級的薄膜樣品，并成功觀測到了鐵電翻轉和壓電效應。

該項研究成果成功打破了無機金屬氧化物在壓電材料領域的壟斷地位，為分子材料在機-電轉換、超聲換能、聲探測、聲檢測等領域的應用拓展開辟了嶄新的道路。

(深研院)

中英合作研制出有助于高超聲速飛行的新材料

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

高超聲速飛行意味著飛機將以5 Ma以上的速度飛行，高速飛行會產生大量熱量，使周圍環境溫度達到2000℃～3000℃，氧化和熱燒蝕可能對飛機或導彈的結構完整性造成嚴重影響。為解決這一問題，航空發動機和高超聲速飛行器通常需使用超高溫陶瓷材料（UHTC）。但傳統的UHTC尚不能滿足在極限速度和溫度下飛行的相關熱燒蝕性能要求。

研究人員采用“反應熔體滲透法”（RMI）工藝技術，開發出了這種由碳、鋯、鈦、硼組成的碳化物復合材料涂層，并大大縮短了材料的制備周期。該涂層的耐熱性可達常規UHTC（碳化鋯ZrC）的12倍，可耐受高達3000℃的高溫，具有非常顯著的優勢。此外，其還利用碳/碳復合材料進行了增強，從而大幅提升了材料的抗氧化性和抗燒蝕性能。研究結果表明，將這種陶瓷引入碳纖維增強的碳基復合材料中，或將有效提高材料的抗熱激波能力。 (W.HK)

美國國家航空航天局（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發射源、平板或場發射顯示器等電子器件，也可用于生產高強度、輕質、多功能復合結構的功能添加劑。

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”碳納米管的生長，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”下，最終得到尺寸高度均一的碳納米管。在此過程中，生長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源廣泛、價格低廉，制備過程可采用標準加熱爐設備提供所需的溫度，無需真空設備，因而大大降低了制造成本，簡化了工藝。此外，采用該工藝制備的碳納米管不含其它金屬雜質、純度高，應用廣泛。目前，NASA正在積極尋求與相關企業開展合作，以推進該工藝的商業化。 (系統院)