納米材料

俄羅斯研發出新型納米磁性復合材料

據俄科學院西伯利亞分院網站報道，該分院克拉斯諾亞爾斯克科學中心物理研究所會同西伯利亞聯邦大學及西伯利亞科技大學的聯合團隊研究了納米磁性復合材料的遲滯現象，建立了這種材料的微磁理論及模型，在此基礎上所研發的材料可用于電工、信息技術等領域以及新型功能元器件的制造。

納米磁性材料的性能決定了這種材料的應用領域主要為納米電子、催化技術、環保和生物醫學等領域，并且一部分材料可發生遲滯現象。磁場中單個磁納米顆粒子的性能已得到深入的研究，正在研究大規格磁性材料中顆粒間相互作用效應這個課題，這其中主要是磁偶極—偶極相互作用這個現象。團隊研究發現，隨著顆粒間距離的增加，其相互作用力的減弱相對很慢，這說明材料的性能取決于磁性顆粒的體積密度，并且這種復合材料具有非常大的飽和磁化強度、高的電阻率及非常寬的磁導率范圍。

在考慮到顆粒軟磁軸向的情況下，對不同平均密度平面隨機分布納米顆粒的磁偶極—偶極相互作用力與顆粒間距離關系進行了詳細核算，其結果完全符合（磁性顆粒分布于非磁性基材中）標準磁粉磁力學研究的條件，并且磁偶極—偶極相互作用力可用于調節矯頑力與材料中磁性顆粒密度之間的非線性關系，這是由單個磁顆粒各向異性的能量及偶極能量所決定。所建立的模型能夠描述納米磁性復合材料的性能，這其中重要的一點是薄膜材料的磁性能取決于材料磁性和非磁性相的比例關系，正確選擇材料的磁性顆粒密度可大大優化其性能。

添加磁性納米顆粒的薄膜屬于功能材料，可用于無線電電子、微電子高頻裝置、計算機設備等領域，用于制造磁傳感器、磁屏及光磁存儲器元件等，如用于無線網絡領域可提高數據傳輸的速度。（科技部）

荷蘭科學家研發具分色效果的3D打印納米材料

據報道，來自荷蘭瓦格寧根大學的科研團隊近日開發了一種合成納米材料，制造了具有分色效果的3D打印物體。

流傳了數百年的雙色玻璃技術，將玻璃經過各種金屬氧化物的處理生產的分色玻璃（Dichroic glass），也被稱為雙色玻璃，從不同角度看起來具有多種色彩。研究團隊在聚乙烯醇（PVA）中，混入不同直徑的金納米顆粒，制備的合成PVA材料最后用于制造3D打印物體，其擁有類似分色玻璃材料的效果，在不同角度的觀察下可以看到3D打印物體（如高腳杯）呈現出了不同的顏色，如果觀察者和光源在3D打印物體的同一側，3D打印物體呈現不透明棕色，而當光源透過該物體進入觀察者眼睛時，會發現其變成了透明紫色。

科研團隊目前還在嘗試添加不同的納米顆粒材料于PVA材料，是否會產生更多奇妙顏色的分色效果3D打印物。（環球網）

納米碳化鈦助力特種鋁合金焊接

據報道，美國加州大學洛杉磯分校的工程師借助納米碳化鈦顆粒，讓無法被焊接的常用特種鋁合金AA 7075變得可被焊接，得到的產品有望應用于汽車制造等領域，使其零件更輕便、更節能，同時堅固程度不變。

比較常見的鋁合金中強度最好的就是7075合金。它幾乎與鋼一樣堅固，但質量僅為鋼的1/3，普遍用在CNC切削制造的零部件，飛機機身和機翼、智能手機外殼和攀巖登山扣等上。但這種合金很難被焊接，特別是無法用汽車制造中使用的焊接方法焊接，使其無法被廣泛采用。這是因為，當這種合金在焊接過程中被加熱時，其分子結構會使其構成元素鋁、鋅、鎂和銅流動不均勻，導致焊接出來的產品存在裂縫。

現在，加州大學洛杉磯分校的工程師將碳化鈦納米顆粒注入AA 7075的焊絲內，讓這些納米顆粒充當連接件之間的填充材料。使用這種新方法，生產出的焊接接頭的抗拉強度高達392MPa。相比之下，廣泛用于飛機和汽車零部件的AA 6061鋁合金焊接接頭的抗拉強度僅為186MPa。

據研究，焊后進行熱處理，可將AA 7075接頭的抗拉強度提高到551 MPa，堪與鋼材相媲美。新研究還顯示，注入了納米粒子的填充焊絲也可以更容易地連接其他難以焊接的金屬和金屬合金。

該研究主要負責人說：“新技術有望使這種高強度的鋁合金廣泛應用于那些能大規模制造的產品，比如汽車或自行車上。公司可以使用他們已經擁有的相同工藝和設備，將這種超強鋁合金納入其制造工藝中，使其產品更輕便、更節能，同時仍能保持其強度?！毖芯咳藛T已經與一家自行車制造商合作，使用該合金制造自行車車身。（科技日報）

我國學者發明新型納米晶鐵電材料結構

據報道，在國家自然科學基金項目資助下，西安電子科技大學韓根全、郝躍等在鐵電場效應晶體管研究領域取得突破性進展，發明了新型納米晶鐵電材料并制備了鐵電負電容晶體管器件。

利用鐵電材料作為柵介質制備的鐵電晶體管是有望突破傳統MOSFET器件玻爾茲曼限制的新型信息器件之一，在低功耗電路和非易失存儲等方面有廣泛應用前景。2011年德國研究人員在摻雜氧化鉿（HfO2）材料中觀測到鐵電性，和傳統鐵電材料（如PZT、SBT等）相比，HfO2基鐵電和CMOS工藝完全兼容，因此HfO2基鐵電晶體管很快引起了微電子研究人員的極大關注。然而，從目前研究看，HfO2基鐵電材料尚存在以下問題：摻雜HfO2的本征缺陷導致鐵電材料存在不可避免的喚醒效應、印刻效應和易極化疲勞；實驗研究顯示HfO2基鐵電晶體管用作非易失存儲器時柵介質厚度一般為8～10nm，而用作負電容晶體管時柵介質厚度為4nm左右，這限制了HfO2基鐵電晶體管在集成電路先進技術節點的應用。

針對上述問題，研究團隊采用先進的原子層沉積（ALD）工藝，在非晶順電介質二氧化鋁（Al2O3）中嵌入少量氧化鋯（ZrO2）納米晶顆粒，實現了新型的納米晶鐵電薄膜。該材料的鐵電參數不僅可以通過改變ZrO2含量來大范圍調整，而且通過使用更致密的Al2O3和ZrO2代替HfO2，有效克服了摻雜HfO2本征缺陷引起的喚醒效應、印刻效應和極化疲勞，從而提高了器件的耐久和保持特性。器件測試結果表明，和HfO2基鐵電器件相比，基于該新型納米晶鐵電材料的鐵電晶體管可在柵介質厚度更薄的情況下實現穩定的負電容效應，且晶體管亞閾值擺幅突破了60mV/ decade物理極限。論文工作為實現3～5nm負電容奠定了材料基礎，也為我國“后摩爾時代”新器件研發提供了具有自主知識產權的技術方案。（西安電子科技大學）

新型納米纖維氣凝膠分離材料制備成功

據報道，近日，東華大學紡織科技創新中心的功能納米纖維研究團隊在蛋白吸附分離材料研究領域取得重要進展。他們將納米纖維氣凝膠成型技術與原位改性方法相結合，首次制備出一種新型高羧基化納米纖維氣凝膠基離子交換型蛋白質吸附分離層析材料。

該離子交換納米纖維氣凝膠具有超低的體積密度、優異的水下超彈性以及良好的形狀記憶功能。此外，該離子交換納米纖維氣凝膠還具有優異的蛋白質吸附分離性能，其靜態蛋白質吸附容量可達2.9×103mg/g、動態蛋白質吸附容量可達1.7×103mg/g、重力驅動下從處理通量可達2.17×104L/（m2h），在大型規?；鞍踪|分離純化工業中展現出巨大的應用潛力。

蛋白分離與純化作為一種重要的生物分離技術，在生物醫藥、生命科學研究、食品加工等領域起著至關重要的作用。目前，蛋白分離純化主要通過使用微米級多孔顆粒型層析介質來實現，在使用過程中存在傳質效率低、阻力壓降大、處理通量小等問題，難以充分滿足當前蛋白質產品規?；a過程中高效、快速的要求。（中國化工報）

納米發電機控制的藥物精準遞送系統實現高效的腫瘤治療

據報道，近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所李舟課題組完成了磁性互斥結構植入式摩擦納米發電機的研制，并與中科院過程工程研究所研究員魏煒合作，將其用于控制載藥紅細胞在腫瘤部位的定點藥物釋放，實現了高效的腫瘤治療效果。磁鐵的同極斥力使得磁鐵納米發電機在封裝和植入后仍然能夠保持長久穩定的電能輸出，納米發電機的電場對裝載阿霉素的紅細胞膜具有精準的控制釋放作用：施加電場時，藥物釋放加速為本底值的3～4倍；而在電場消失后，藥物釋放量迅速回歸本底值，從而實現了藥物的可控釋放。將磁鐵納米發電機與叉指電極或微針電極結合，在二維腫瘤細胞、三維腫瘤球團以及小鼠體內的實體腫瘤3個層面，均實現了低濃度給藥前提下的優異腫瘤治療效果。尤其是在活體實驗中，該納米發電機與微針電極相結合的藥物遞送和釋放系統，顯著延長了荷瘤小鼠的生存壽命，并且對荷瘤小鼠毒副作用更低?；诖判曰コ饨Y構納米發電機微型化和高電壓低電流輸出的特點，該藥物可控釋放系統可安全地作為穿戴式或植入式電源應用于實際的醫療場景，為可控藥物遞送系統以及腫瘤治療提供新的解決方案。

該項工作得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金以及國家萬人計劃“青年拔尖”人才的經費支持。（中國科學院北京納米能源與系統研究所）

寧波材料所在二維納米防護薄膜材料方面取得進展

據報道，近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所海洋新材料與應用技術重點實驗室研究員王立平團隊利用CVD技術在多晶銅襯底上成功制備了一系列的氮摻雜石墨烯薄膜，通過調節NH3的氣流量獲得不同氮濃度的氮摻雜石墨烯薄膜。同時，研究發現氮摻入石墨烯晶格網絡中會造成薄膜體系的導電率相比于原始石墨烯下降，在大氣長效暴露試驗條件下，低導電的氮摻雜石墨烯薄膜可抑制電子在腐蝕界面的傳輸，降低銅和氮摻雜石墨烯界面處的電化學腐蝕速率，有效延緩腐蝕區域的擴散，表現出更佳的長效腐蝕防護性能，但該方法仍不能根除薄膜在生長過程中形成的結構缺陷，以及所造成的表面不均勻的腐蝕點。

另一方面，六方氮化硼（h-BN）納米片作為一種石墨烯類似物，也具有很好的抗滲透性。王立平團隊通過CVD法在多晶銅襯底上生長出不同層數的h-BN薄膜，由于h-BN自身的絕緣特性，無論是單層或是多層h-BN薄膜，將其包覆在銅襯底表面都表現出優異的大氣長效防護性能。在高溫加熱條件下（200℃），單層h-BN薄膜包覆銅箔的氧化主要發生在薄膜晶界和缺陷處，而多層h-BN的氧化主要集中在薄膜的褶皺區；相比于單層h-BN薄膜，多層h-BN薄膜能夠有效阻礙氧氣的橫向擴散，顯著提高了基底銅的抗氧化性能。（中國科學院寧波材料技術與工程研究所）

高性能納米復合塊材有望工業化

據報道，中國科學技術大學俞書宏教授研究團隊采用一種新型生物合成法首次制備出系列宏觀尺度功能納米復合材料，該創新成果近日在線發表于《國家科學評論》。該方法可與目前食品工業細菌纖維素生產工藝靈活結合，有望實現高性能納米復合材料塊材的工業化生產，具有廣闊的應用前景。

該研究團隊發展的的生物合成方法是固態基底—氣溶膠生物合成法。該方法通過將傳統木醋桿菌液態發酵基底替換為固態，穩定了微生物合成納米纖維素的界面，并通過程序化控制，在納米纖維素生長界面上沉積不同納米單元，實現納米纖維素與納米單元均勻復合，首次成功制備出一系列納米結構單元含量可控、形狀規則的宏觀尺度大塊細菌纖維素納米復合材料。與傳統漿料法相比，該生物合成過程完整地保留了細菌纖維素的三維納米網絡結構，所制備的復合材料在保留其納米單元納米尺度優良性能的同時，具有更優異的力學強度。

研究表明，這種合成法是一種通用方法，可制備一系列由不同納米材料與細菌纖維素組成的宏觀復合塊材，包括零維納米單元（二氧化硅納米球、四氧化三鐵微球、炭黑顆粒等）、一維納米單元（碳納米管、硅酸鈣納米線、碳化硅線等）、二維納米單元（氮化硼納米片、氧化石墨烯、納米黏土片等）。在所制備的塊材中，納米材料含量重量比在0～85%范圍內可調，而且微觀納米材料可均勻地分布在宏觀尺度的三維納米纖維素塊材網絡中。

據介紹，運用這種方法制備的塊材能很好保留其納米單元納米尺度的優良性能。其中，所制備的碳納米管/細菌纖維素復合材料薄膜的導電性與力學強度綜合性能優于以往報道的所有同類材料。在保持高強度的同時，這種復合材料薄膜的電磁屏蔽性能也優于已報道的同類材料。此外，這種常溫常壓下的微生物發酵過程不使用任何有機溶劑，也不產生和排放任何有害物質，具有環境友好、成本低等優勢。

納米材料具有許多優異性能，將納米材料組裝成宏觀尺度體材料可實現微觀性能向宏觀的“集成”，并具有單個納米顆粒所不具備的性質，如光學、磁學、電學及離子傳導性能等。但如何將納米材料組裝成宏觀尺度體材料并保持其納米尺度的獨特性能，是納米材料獲得實際應用的關鍵，也是目前面臨的重要挑戰之一。（中國化工報）