化工新型材料

新型仿生隔熱材料結構類似北極熊毛發

據報道，中國科技大學化學系俞書宏教授課題組仿照單根北極熊毛發的中空結構，并將其擴展到由許多毛發組成的塊體材料上。研究成果6月6日發表在細胞出版社旗下期刊《化學》上。

“北極熊的毛發經過進化完善，使其具有在寒冷潮濕的環境中保溫的效果，這使它成為合成保溫材料的理想模型。通過組裝人工合成的碳管纖維，我們可以設計出一種具有彈性的輕質材料，這種材料在使用期限內不會明顯老化，而且能吸收熱量。”俞書宏說。

與人類或其它哺乳動物的毛發不同，北極熊的毛發是中空的，每一根毛發都存在空腔結構。這些空腔的形狀和間距形成了它們獨特的白色外殼，實際上北極熊的毛是透明的，光在內部發生反射，引起發光，看起來像白色。同時，這也賦予了它們顯著的保溫性和疏水性，適宜人工隔熱材料效仿。

“中空的內核限制了熱對流，中空結構同樣也使單根毛發變得輕質，這是材料科學中最突出的優勢之一，”中國科技大學副教授劉建偉說，他們模擬了數百萬根中空碳管，每根碳管相當于一根北極熊毛發，并將它們纏繞成像通心粉一樣的氣凝膠。

研究人員發現受北極熊毛發啟發仿生制備的空心管表現出輕質、隔熱，也幾乎不受水的影響——這是一個使北極熊既能在游泳時保持溫暖，又能在潮濕條件下保持絕緣性的便利功能。另一個好處是，這種新材料與北極熊的毛發相比具有超彈性，這就進一步提高了其在工程方面的適用性。

研究人員聚焦于這種材料的相關工業用途，下一步準備將目前這種保溫材料的生產從厘米尺度擴大到米級尺度。并探索其在航空航天領域等極端條件下的應用。（科技日報）

俄羅斯科學家打造出更具高強化能力的新型鋁基復合材料

據報道，俄羅斯莫斯科國立研究型技術大學鋼鐵合金學院的科學家們將鋁熔體與鎳和鑭混合，打造出了一種兼具復合材料和標準合金優點的新型材料：非常柔韌、強度大且輕便。新材料為航空制造業和汽車制造業開辟出新前景。

要生產更輕、更快的飛行器和汽車，相應地，需要更輕的材料。最有前景的材料是鋁，更準確地說，是鋁基復合材料，即以鋁為基礎的材料。

如今，鋁主要通過使用納米顆粒來進行強化，但是該過程非常昂貴且費時，而且最后結果可能也并不盡如人意。例如，可能強度只增加了5%至20%，塑性等指標卻下降了10%甚至幾倍。此外，納米粒子本身就太大，有100nm至1～2μm，而它們的體積百分比都非常小。俄羅斯國家研究型工藝技術大學“莫斯科鋼鐵合金學院”的科學家團隊解決了粉狀復合物強度不均或強度不強的問題。團隊多年來致力于制造鋁基復合材料，鋁鎳鑭復合材料，就是打造天然鋁基復合材料的成果之一。新材料的特點是具備高強化能力，擁有超細結構，熔化時，鋁鎳鑭復合材料加強顆粒的縱面直徑不超過30～70nm。

天然結晶使顆粒能均勻地分布，形成加筋框架，新型復合材料將比粉末狀復合物更堅固、更柔軟。科學家稱，新材料可首先用于航空制造業、汽車制造業，也可用于改進無人機在內的現代機器人技術，因為減輕無人機的質量至關重要。

新材料的結構組織特點還決定了它可用于制作復雜的3D打印零件。目前，俄羅斯鋁業的主要盈利來自生鋁出口。高科技研發的新材料含高附加值，能擴大國內外市場對鋁的需求，進而提高行業盈利。（俄羅斯衛星通訊社）

為減少海洋塑料污染 加拿大擬禁用一次性塑料制品

據外媒報道，加拿大政府數據顯示，每年有800萬t塑料垃圾被人類丟進海洋。到2050年，水中的塑料可能比魚多。鑒于此，當地時間6月10日，加拿大總理特魯多稱，加拿大將于2021年開始禁止使用一次性塑料制品。

特魯多稱：“我很高興地宣布，到2021年前，加拿大會禁止對環境有害的一次性塑料制品。此外，據他介紹，大型公司要對自己產品的整個壽命周期負責。他稱：“生產塑料產品和出售塑料包裝產品的公司要負責收集和回收塑料廢品。”

特魯多還表示，之后會擬定一份將被列入禁令的塑料制品目錄。這份目錄的制定將基于歐盟及其他國家在這一領域的科研成果及行動。目前被考慮在內的塑料制品類別包括塑料水瓶、塑料袋和吸管等。據悉，海洋垃圾已經逐漸成為一個全球性的新興話題，其中，塑料垃圾對于海洋環境具有破壞性的影響。加拿大政府數據顯示，每年有800萬t塑料垃圾被人類丟進海洋。2018年春，在加拿大魁北克省舉行的7國集團（G7）峰會上，法國、德國、意大利和英國表示，到2030年要把塑料包裝減少55%；到2040年，力求能夠回收所有塑料。目前，加拿大只有不到10%的塑料被回收。（中國新聞網）

-23℃ 超導材料最高臨界溫度刷新

超導材料能無損耗傳輸電能，但其應用卻因超導態嚴苛的低溫要求而受限。因此，實現室溫超導成為科學家的重要目標，如今他們離這一目標越來越近。在最新一期《自然》雜志上，美德2國科學家組成的研究小組發表論文稱，他們實驗證實，高壓下的氫化鑭在250K（K代表絕對溫標開爾文，250K大約為-23℃）下中具有超導性。而250K，是迄今為止超導材料中已證實的最高臨界溫度。

過去的一個世紀里，科學家一直在尋找能在室溫下具有超導性的材料，隨著越來越多的超導材料被發現，最高臨界溫度的紀錄也在不斷刷新，逐步向室溫目標邁進。在2018年，兩個獨立研究小組幾乎同時報告稱，壓縮的氫化鑭化合物可能在更高的溫度下表現出超導性，其臨界溫度范圍從215K—280K不等。這一理論預測在當時引起了廣泛關注。

此次，美德兩國研究人員通過實驗驗證了這一理論預測。他們使用一種被稱為金剛石壓腔的設備，利用兩顆金剛石擠壓一小塊兒鑭樣品，使其在170吉帕的高壓下轉化為氫化鑭化合物——LaH10，然后用X射線探測其結構和成分。研究人員觀察到LaH10具有零電阻、在外加磁場作用下臨界溫度會降低、同位素效應（臨界溫度依賴于同位素質量的現象）這3個超導材料特征，但因樣本量太小而無法對超導材料的另一個重要特征——邁斯納效應（一種超導體對磁場的排斥現象）進行觀測。他們表示，其所觀察到的3個特征已可以證明，在250K的溫度下，氫化鑭在超過100萬倍地球大氣壓下會變成超導物質。

250K，是目前人類高溫超導的最新紀錄，比此前的最高臨界溫度增加了50K左右。研究人員稱，這是向實現室溫超導目標邁出的令人鼓舞的一步。而同期《自然》雜志上刊發的評論文章則指出，這一研究結果表明，科學家對超導材料的研究可能進入了一個新階段，開始從靠經驗規則、直覺或運氣發現超導體向由具體理論預測指導研究過渡。

百年時間里，人類已實現數萬種材料的超導，但室溫超導一直還是“終極目標”。這是因為，目前大多數超導體仍然僅在接近絕對零度的溫度下工作。其意味著實際應用中需要依賴昂貴的低溫液體——例如液氦等來維持低溫環境。也因此超導應用的成本急劇增加，甚至維持低溫的成本，都要遠超材料本身的價值。如今誕生的又一全新紀錄，標志著科學家實現室溫超導的步伐正在加快，也代表著我們距離跨入無電力損耗的全新時代更進了一步。（科技日報）

我國學者模仿蜘蛛網研制出“超彈性”硬碳材料

據報道，近期，中國科學技術大學俞書宏教授課題組受自然界中的蜘蛛網啟發，研制出一種每秒彈速達0.86m、“壓扁”10萬次不變形的“超彈性”硬碳材料，且制作方法簡單高效。國際材料學領域學術期刊《先進材料》日前發表了該研究成果。

據介紹，根據碳原子排列方式的不同，碳材料可分為石墨碳、軟碳和硬碳3種。比如鉛筆芯的主要成分就是石墨碳，常見的煤炭則是軟碳和硬碳的復合體。石墨碳和軟碳的彈性高、易變形，但強度低；硬碳的結構穩定，但性脆易碎。如何使硬碳既能保持“硬度”，又能變得更有彈性，是材料學界的一大挑戰。

近期，俞書宏教授課題組受自然界中的蜘蛛網啟發，通過模板法構筑納米纖維網絡結構，制備了一種具有納米纖維網絡結構的新型硬碳材料，具有超彈性、抗疲勞以及穩定性好等優點。

“如同蜘蛛網，這種材料的內部結構是線與線之間交叉焊接，整體類似于一個‘毛線團。”中科大博士生秦冰介紹，這種結構設計賦予了材料新的性能。實驗顯示：其回彈速度每秒鐘達0.86m；“壓扁”10萬次，外形、性能幾乎復原如初；在-196℃的低溫環境中，還能保持超彈性及電阻穩定性。（新華網）

替代金剛石的超硬材料研究取得新進展

據報道，沈陽材料科學國家研究中心材料結構與缺陷研究部陳春林研究員、馬秀良研究員、葉恒強院士與東京大學Yuichi Ikuhara教授、NIMS谷口尚教授等人合作，利用像差校正電子顯微術在原子尺度上研究了纖鋅礦型氮化硼中的缺陷結構及其對材料相變的影響，發現材料中的三維缺陷網絡可顯著提高該亞穩超硬材料的穩定性，突破了人們對材料缺陷與相變關系的傳統認識。相關成果于5月17日在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上在線發表。

纖鋅礦型氮化硼是硬度接近于金剛石的超硬材料，有望在許多應用領域中替代金剛石。此外，纖鋅礦型氮化硼還是一種很有前景的寬帶半導體，具有比氮化鎵更寬的能隙、更高的導熱性等優點，有望在高性能電子器件中得到應用。然而，纖鋅礦型氮化硼是一種高壓亞穩相，在常壓下極易轉變為六角氮化硼（具有類似于石墨的結構），通常僅能通過沖擊波壓縮法制備微米尺寸的纖鋅礦型氮化硼。目前，如何制備較大尺寸的纖鋅礦型氮化硼并使其在常溫常壓下保持穩定的相關機理尚不清楚。

據介紹，中科院金屬所研究團隊通過高溫高壓處理六角氮化硼單晶的方法制備了毫米尺寸的纖鋅礦型氮化硼晶體，并利用掃描透射電子顯微術與第一性原理計算相結合的方法系統地研究了纖鋅礦型氮化硼中的缺陷結構及其對材料相變的影響。電子顯微學研究發現，纖鋅礦型氮化硼中基面上的層錯與棱柱面上的倒反疇界相交在一起從而形成一個三維缺陷網絡。該缺陷網絡將氮化硼晶體分割為平均尺寸約十幾納米的棱柱體，相鄰的棱柱體具有相反的晶體極性。層錯與倒反疇界相交形成了數量眾多的“層錯-倒反疇界結”，交叉點的核心結構包含一個混合型不全位錯。第一性原理計算表明三維缺陷網絡可顯著抑制鋅礦型氮化硼向六角氮化硼的相變，極大地提高了材料的穩定性。傳統相變理論認為材料中的結構缺陷具有較高的能量、易于偏析雜質原子，通常是材料相變的易形核位置，會促進相變的發生。該研究發現的三維缺陷網絡對材料相變的顯著抑制作用，突破了人們對材料缺陷與相變關系的傳統認識。（科技日報）

中復神鷹西寧公司年產2萬t高性能碳纖維及配套原絲項目正式動工

5月13日上午，中復神鷹西寧公司年產2萬t高性能碳纖維及配套原絲項目在四面環山、三川會聚的西寧經濟技術開發區甘河工業園正式動工。

中復神鷹碳纖維有限責任公司董事長張國良首先對項目情況進行介紹，項目總投資50億元，總體規劃分2期進行。一期年產1萬t高性能碳纖維及配套原絲項目正式動工，根據規劃將于2020下半年投產，2021年形成6 000t高性能碳纖維規模，2022年形成4 000t高性能碳纖維規模，屆時將極大提高國產高性能碳纖維的自主保障能力。

中國工程院院士、國家新材料產業發展專家咨詢委員會副主任俞建勇在致辭中提到，碳纖維是國民經濟不可或缺的戰略性新材料，但是多年來我國碳纖維產業幾乎全部依賴進口，生產技術長期被國外封鎖。而如今中復神鷹突破國外技術封鎖，攻克世界先進的干噴濕紡技術，實現了國產碳纖維在民用領域的連續性盈利。現在，中復神鷹西寧公司年產2萬t高性能碳纖維及配套原絲項目在西寧動工，這是整個碳纖維行業具有標志性意義的事件，同時也必將給西寧新材料產業集群帶來高速發展的機遇。

中國建材集團黨委書記、董事長宋志平在講話中指出，近年來，中國建材積極推進產業結構調整和轉型升級，其中碳纖維作為新材料的支柱產業，集團一直大力支持推進。經過十余年的發展，中國建材集團控股的中復神鷹已成長為國內碳纖維行業的龍頭企業，在關鍵技術、核心裝備等方面具有完全自主知識產權。此次，中復神鷹西寧公司年產2萬t高性能碳纖維及配套原絲項目正式動工，待項目正式投產后，西寧基地將成為具有國際競爭力的世界一流碳纖維生產基地，將為青藏高原經濟高質量發展的新引擎貢獻綿綿動力。

中復神鷹西寧公司年產2萬t高性能碳纖維及配套原絲項目是中復神鷹產業戰略布局的一項重要舉措，在開拓新市場及延伸企業產業鏈的同時，計劃將此項目作為上下游產業結構及產品聯動的重要支撐平臺，實現上下游產品導向性開發，助力國產碳纖維產業做優做強。