納米材料

碳納米管制成的微處理器面世 有望超越硅材料

據報道，英國《自然》雜志近日發表了一項計算科學最新進展：美國麻省理工學院團隊利用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。其設計和制造方法克服了之前與碳納米管相關的挑戰，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，結構特殊——主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。目前碳納米管已經表現出優異的力學和電學性能，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模系統中的應用。

此次，麻省理工學院科學家馬克斯·舒拉克及同事設計和構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，通過精細的電路設計，減少了金屬型碳納米管而非半導體型碳納米管的數量，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相關的問題。

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

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

迄今最黑材料可吸收99.995%入射光

據報道，中美科學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表現力外，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；幫助太空望遠鏡發現系外行星等。

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

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，導致鋁的導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，結果發現鹽（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。

崔可航發現，如果把鋁箔浸泡在鹽水中，可以去除氧化層。然后，他將鋁箔轉移到無氧環境中，防止其再氧化；最后，他將蝕刻的鋁放入反應器中，并通過化學氣相沉積法來生長碳納米管。結果表明，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。他們還發現，CNT與鋁的“聯姻”顯著提高了材料的熱學和電學性能。

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%。”

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黑的蝕刻鋁與CNT相結合有關。他們認為，碳納米管可以捕獲大部分入射光并將其轉化為熱，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

據報道，近日，武漢大學/湖南大學袁荃和美國加州大學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合的方法，制備出二元結構的石墨烯薄膜，兼具有較強的選擇性分離效率和一定的機械強度，可應用于海水淡化。

此前的理論計算證明，相比傳統海水淡化膜，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，導致分離薄膜容易發生局部破裂，降低分離效率和分離選擇性。

研究人員介紹，碳納米管具有優異的機械性能，并且與石墨烯的結構類似。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構完美匹配，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，再在上面的一些區域覆蓋相互連通的碳納米管網絡，將銅箔溶蝕掉之后就得到了一張碳納米管支撐的石墨烯薄膜。這種薄膜可以不經聚合物支撐，在懸空、彎曲、拉張時不產生明顯裂縫。測試和計算結果顯示，薄膜能承受380.6MPa應力，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。而且由于不受內部濃差極化效應制約，薄膜在高濃度鹽環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，所以無法應用于實際。

另外一類是諾貝爾物理學獎得主、曼徹斯特大學教授Andre Geim團隊研究的氧化石墨烯膜。氧化石墨烯容易量產，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實耐用，并兼具多種滲透效率優點，為石墨烯應用于海水淡化打開了一條新的思路。若解決量產問題，未來人們或將能喝上“石墨烯淡化水”。（中國科學報）

我國科學家實現世界上最小尺寸石墨烯折疊

據報道，從中國科學院獲悉，中國科學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了對石墨烯納米結構的原子級精準的可控折疊，構筑出一種新型的準三維石墨烯納米結構。該研究9月6日發表在美國《科學》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域的前沿科學問題之一。相關研究曾在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筑和調控基于石墨烯的低維碳納米結構仍存在巨大挑戰。

該工作在國際上首次實現了原子級精準控制、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。基于這種原子級精準的“折紙術”，還可以折疊其它新型二維原子晶體材料和復雜的疊層結構，進而制備出功能納米結構及其量子器件，研究其新奇物理現象。例如，探索魔角旋轉堆垛雙層二維原子晶體材料的超導電性、拓撲特性和磁性，以及研究一維異質結的輸運性質及其應用等等。

據了解，該研究工作對構筑量子材料和量子器件具有重要的科學與技術上的意義。（人民網）

碳納米管或將成為集成電路材料下一條“賽道”

集成電路是現代信息技術的基石，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，世界上最領先的集成電路工藝已經達到7nm，想要做得更小，硅材料在散熱、功耗等方面就呈現出短板。早在2006年，國際半導體技術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（包括碳納米管和石墨烯）作為可能在未來5～10年內顯現出商業價值的下一代技術。根據測算，在步入10nm技術節點后，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技術到5nm技術，芯片速度大約提升20%，而碳納米管基7nm技術的芯片速度將提升300%。

盡管碳納米管被認為未來前景可期，但在實際研發中仍遇到了不少問題。北京大學信息學院教授、納米器件物理與化學教育部重點實驗室主任彭練矛告訴記者，由于碳分子結構穩定，很難像硅材料一樣通過摻雜其他物質改變性能，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。

碳納米管要實現產業化，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，除了材料學，還涉及微納加工技術、電子器件設計與制備、系統集成等多個領域。他還建議，我國要盡快建立碳基電子學國家戰略。

華南理工大學材料科學與工程學院馬於光教授同樣認為，2020年是一個重要時間節點。目前，美、歐、日、韓等國紛紛啟動投入高達數十億美元的研究計劃，大力支持和推動下一代電子技術的材料研究。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，很大程度上取決于材料科學的研究進展。眼下，高性能分子材料與現代電子技術的融合，已到了從基礎研究轉向應用的關鍵時期。（文匯報）

天奈科技招股 科創板將迎來碳納米管龍頭

據報道，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天的網下路演。這意味著，科創板新材料板塊很快將迎來納米級碳材料的科技龍頭。

據了解，天奈科技主要從事納米級碳材料及相關產品的研發、生產及銷售，公司產品包括碳納米管粉體、碳納米管導電漿料、石墨烯復合導電漿料、碳納米管導電母粒等。目前公司是中國最大的碳納米管生產企業之一，在碳納米管及其相關復合材料領域處于行業領先水平。

作為一種新型材料，碳納米管自被發現以來就因為其優異的電學、力學、化學等性能，在多項領域中顯示出巨大的應用潛能。在鋰電池領域，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、萬向等國內一流鋰電池生產企業，改變了我國鋰電池企業導電劑依賴進口的局面。根據高工產研鋰電研究所（GGII）統計數據顯示，最近2年公司碳納米管導電劑產品出貨量和銷售額均居行業首位。

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

導電塑料領域也是公司產品主要應用市場之一。據悉，天奈科技已經和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展開合作，公司生產的碳納米管導電母粒產品已完成部分客戶認證并開始小量供貨，該系列產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用技術研究院揭牌

據報道，江蘇新奧碳納米材料應用技術研究院近日在江蘇常州西太湖科技產業園揭牌開業。江蘇新奧碳納米材料應用技術研究院隸屬于新奧集團旗下石墨烯新材料產業全資子公司。

該研究院開業后，將發揮新奧集團的技術、市場、資本和品牌優勢，構建“平臺化技術+低成本材料+顛覆性應用”的能源新材料研發及應用生態網絡，打造一流的新型研發機構；重點在復合材料、新能源、儲能等領域布局高性能、低成本的先進碳納米材料應用技術研發及成果轉化，開發先進碳材料的顛覆性應用和產品技術，為節能節水、低成本儲能、安全環保及5G通信、電子信息、裝備制造、航空航天等產業的先進碳納米材料應用提供整體解決方案。

近年來，西太湖科技產業園大力發展以石墨烯為代表的先進碳材料產業，截至目前，累計引進、孵化石墨烯相關企業150多家，誕生了10多項“國際國內第1”，2018年石墨烯相關產業產值達到30億元。

據介紹，新奧碳納米材料應用技術研究院將以市場為導向，加強與創投機構、在常高校、石墨烯企業的聯動合作，持續加大創新投入力度，孕育更多創新人才，著力加速創新成果落地轉化，研究開發出更多代表行業技術前沿的優秀產品。（中國建材報）