納米材料

科學家造出新型二維材料：僅2個原子厚 比鋼更堅固

據美國《科學日報》網站4月5日報道，科學家聲稱，一種被稱為氫化硼烯的材料的研究取得突破。氫化硼烯是一種由硼和氫構成、厚度僅為2個原子的薄片。

科學家制造出由硼和氫原子構成的穩定納米片，可能在納電子學和量子信息技術領域得到應用。

什么是超薄？一個答案是二維材料——具有長度和寬度、但厚度僅一兩個原子的奇異材料。它們為電子設備、太陽能電池、電池和醫療設備的設備性能得到前所未有的提升提供了可能性。

美國能源部阿爾貢國家實驗室的科學家與西北大學和佛羅里達大學合作，在《科學》雜志上發表報告稱，一種名為氫化硼烯的二維材料的研究取得突破。

近幾十年來材料科學領域最激動人心的進展之一，是一種被稱為石墨烯的二維碳片，其厚度僅一個原子，卻比鋼堅固200倍。一種同樣有前途的新材料是厚度僅一個原子、被稱為硼烯的硼片。包括阿爾貢國家實驗室下屬納米材料中心的研究人員在內的一個多機構團隊2015年首次合成硼烯。

石墨烯是常見材料石墨中許多相同原子層中的一層，但硼烯沒有相同的母結構，很難制備。而且，硼烯很快會與空氣發生反應，這意味著它極不穩定，常常變形。（參考消息）

俄開發激光打印硅納米顆粒技術

據報道，俄羅斯遠東聯邦大學和俄羅斯科學院遠東分院自動化過程控制研究所科研人員開發出一種激光打印硅納米顆粒的技術。該技術的優勢在于速度快、制造成本低，能夠用顆粒覆蓋大面積的區域。這將使虛擬現實（VR）眼鏡和其他電子產品變得更小，制造成本更低。

硅納米顆粒是生產微型光電開關、超薄計算機芯片、微生物傳感器和遮蔽涂層以及“超表面”的構建基礎。借助激光印刷的硅“納米塊”可以控制入射到其上的光波的振幅、光譜和傳播方向等主要特性。由此，可以通過實現光波的聚焦來獲得圖像，從而完全抑制光波在所需方向上的傳播。

通過激光在基板上印刷的硅納米顆粒陣列形成的“超表面”有著廣泛的應用前景。這些領域包括光子計算機芯片、傳感器和大量基于光學元件的設備，如VR眼鏡等。建立在僅一層硅納米顆粒“超表面”上的電子元器件會更薄、更輕、更便宜。

俄遠東聯邦大學研究生、俄羅斯科學院遠東分院自動化過程控制研究所助理研究員謝爾蓋·休巴耶夫稱，利用激光打印可獲得厚度只有一個粒子的平面光學元件，例如微型透鏡或衍射光柵，而這些是用于太陽鏡偏振透鏡、空氣質量評估或者恒星研究中的主要元件。他說，得益于先進的技術，打印中硅半球可以快速廉價地覆蓋大面積的基板。此外，在表面上的每個點，可以通過主動使用激光束的直徑和被動使用原始硅膜的厚度2種方式控制納米粒子的大小和性質。

俄遠東聯邦大學太平洋量子中心高級研究員、俄羅斯科學院遠東分院自動化過程控制研究所高級研究員亞歷山大·庫奇米扎克說，硅是一種廉價材料，具有最佳的折射率和光學損耗比，以及對環境條件的化學穩定性，是可見光區工作的納米光子學構件的理想材料，包括可穿戴設備和VR裝備的光學元件。他指出，尋求從硅獲得納米結構的經濟高效且靈活的技術是一種全球研究趨勢，其背后是納米光子學發展的新前景，硅超表面的激光印刷是此項技術之一。（科技日報）

改性納米金剛石可作為定向送藥的載體

據來自俄科學院西伯利亞分院網站的報道，該分院克拉斯諾亞爾斯克科學中心與韓國同行所組成的聯合科研團隊通過對爆炸法生產的納米金剛石進行改性處理使其成為定向送藥的載體，并可同時具備延長藥物釋放時間，提高治療效果的功效。

納米金剛石具有吸附性，其表面可吸附各種物質，包括藥物，基于這個特性可研發兼具長效治療效果的病灶定向送藥系統，這種系統通過延長藥理效果和降低藥劑劑量相應提高藥物的療效。俄韓聯合科研團隊采用氯化鈉處理爆炸法生產的納米金剛石以提高其在水溶液中的膠體穩定性，即不發生團聚和沉淀現象，由此納米金剛石可更好地“捕捉”和緩慢“釋放”被吸附物質。

團隊采用甲基潑尼松龍和地塞米松作為吸附試驗的藥劑，此類藥物為廣譜治療藥物，可用于包括風濕病、皮膚、過敏、哮喘和慢性阻塞性肺病在內的多種疾病治療，科研人員先將納米金剛石放置在藥劑水溶液中進行藥物吸附，隨后觀察載體如何釋放所吸附的藥物。試驗證明，改性納米金剛石的藥物固定能力提高了50%以上，與被吸附物質的結合強度也大大增強，由此保證了更長的釋放時間，作為比較，未改性納米金剛石在9h內可釋放80%以上的吸附藥物，而改性納米金剛石在同一時間僅釋放50%，這證明了改性納米金剛石作為定向送藥載體的潛在能力。在此基礎上，聯合團隊選用皮質類固醇（腎上腺產生的激素）作為被吸附藥劑試驗驗證了納米金剛石作為定向送藥載體的適用性。（科技部）

我國科學家研發兼具散熱、保溫及發電功能的室外可穿戴織物

通過熱輻射調控人體和外界熱交換，可以提高個人熱管理（散熱和保溫）效率。前期相關研究主要集中在室內個人熱管理，由于室外受環境因素影響大，人體輻射損耗高，溫度變化范圍大，因此，室外人體熱管理難度更高、更具挑戰性。

據報道，在國家重點研發計劃“納米科技”重點專項的支持下，浙江大學與西湖大學研究團隊制備室外具備保溫-散熱雙熱管理功能和發電功能的可穿戴微納織物。其散熱面采用多孔聚四氟乙烯上噴涂聚甲基丙烯酸甲酯增強輻射散熱并反射太陽輻射能量，保溫面采用多孔聚乙烯上沉積金屬納米顆粒抑制輻射散熱并吸收太陽輻射能量，通過翻轉該織物可以在散熱和保溫兩種模式下切換，實現全天候室外個人熱管理。在白天陽光照射下，保溫模式該織物相比1mm厚黑棉可以使模擬皮膚溫度升高約8.1℃，散熱模式該織物相比0.5mm厚白棉可以使模擬皮膚溫度降低約6℃。在溫度調控基礎上，通過在織物內表面和皮膚之間嵌入熱電模塊方式實現了全天候發電，其產生電能的效率在正午可達69mW/m2，在夜間也有約24mW/m2，可為部分低功耗可穿戴器件供電。

該研究基于微納光子學實現了全天候室外個人熱管理織物，在保溫和散熱2種模式間切換，同時利用織物和皮膚之間溫差發電。充分利用“太陽”“太空”和“人體”等天然熱源和冷源，為低能耗個人熱管理、可穿戴電子器件供電等應用提供潛在解決方案。（科技部）

涂上氧化石墨烯 普通纖維也能自帶“返回鍵”

據報道，近日，浙江大學高分子科學與工程學系高超教授課題組首次發現，濕法紡絲制備的氧化石墨烯纖維在溶劑觸發下，能實現精確可逆的融合與分裂。尼龍、蠶絲、不銹鋼絲、玻璃纖維等傳統高分子、金屬和陶瓷纖維表面涂上一層氧化石墨烯后，也能夠具有“組裝—精確還原”的功能。這項成果5月7日刊登于《科學》雜志。

高超說：“所謂精確可逆，就是物體的數量、尺寸、組分、結構和性能等在一次融合—分裂循環之后可以恢復到原始狀態。普通材料制品一旦融合便難再復原。”課題組研究發現，氧化石墨烯自身帶有特殊的性質，包括豐富的含氧官能團、超柔性、自黏接等特性。多根氧化石墨烯纖維融合后的粗纖維密度大、孔隙率少，這就使得材料的親和力剛剛好，彼此能夠融合，也能分得開。

高超課題組將13 500根氧化石墨烯纖維“融合”成了一根黑柱子，使其能承受680倍的自身質量。黑柱子浸入水溶劑后，如一縷頭發般散開，分離成13 500條纖維。這一過程中，單個氧化石墨烯纖維的體積膨脹率達到近40倍，提供了充分的表面形變空間。

“在溶劑中纖維變軟了，就可以拿出來編織成節點融合的網。這張網保持了一定的強度，可支撐一輛玩具車。也就是說，這些纖維再融合之后依然能作為功能材料來使用。”高超說，神奇之處在于，氧化石墨烯纖維的這種特殊屬性還能應用到別的材料上。

高超表示，相比于已有的研究，課題組此次完成的氧化石墨烯基纖維精確可逆的融合—分裂過程是可控的，而且材料尺寸大，對于在可逆組裝過程中固體界面的獨特現象、材料的有效回收和重復利用等方面具有啟發意義。（科技日報）

近鋸齒型單一手性碳納米管宏量分離制備取得進展

單壁碳納米管是一種由單層石墨烯卷曲形成的一維管狀納米材料。由于量子限域效應的存在，單壁碳納米管的電子徑向運動受到限制，常表現出新奇的物理特性。然而，目前所制備的碳納米管通常具有不同的直徑和卷曲方式（通常稱為“手性角”）并呈現相應的不同物理化學性質。如何精確識別和篩選原子尺度結構上具有微小差異的不同手性碳納米管，實現單一手性碳納米管的規模化制備是揭示其新奇物理特性以及進一步發展其應用的前提和基礎，也是目前面臨的世界性技術難題。

據報道，在國家重點研發計劃“變革性技術關鍵科學問題”重點專項的支持下，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心劉華平團隊在前期碳納米管手性結構分離制備研究的基礎上，發展了高精度凝膠色譜技術，突破了具有小手性角的近鋸齒型單一手性碳納米管的宏量制備瓶頸，分離制備出11種手性角小于20°的單一手性碳納米管，其中7種近鋸齒型單一手性碳納米管的分離產量達到了次毫克量級。所分離的碳納米管通過共價修飾能夠實現通信波段單一的光子能量發射，在單光子發射器件方面表現出很好的應用前景。該成果進一步提高了我國在單一手性碳納米管制備方面的能力，也為系統探測和調控碳納米管的物理性質及其在信息電子、光電子、生物成像等領域的應用提供了材料基礎。（科技部）

中國科學家在中熵合金化學短程有序研究方面取得進展

近年來，中熵合金因其優異的力學和物理性能成為物理冶金研究的新熱點。不同于化學無序的傳統合金，中熵合金容易形成化學短程有序（Chemical Short-range Order，CSRO）。CSRO作為中熵合金本征微結構屬性，對合金強化、應變硬化和塑性行為等力學性能起到重要作用，但由于其尺度小、衍射強度弱等原因，導致CSRO難以通過實驗直接觀測。

據報道，在國家重點研發計劃“納米科技”重點專項的支持下，我國科學家通過透射電子顯微鏡實驗和計算模擬，結合超點陣衍射、元素面分布測試和空間分布關聯系數分析等多種手段，首次在中熵VCoNi合金清晰地觀察到CSRO，并獲得了CSRO電子衍射證據及其尺寸、組成元素和三維結構的信息。通過原子尺度幾何相分析應變圖譜證實了合金在拉伸變形中CSRO與位錯發生強烈交互作用，闡明了CSRO在塑性變形和強化、應變硬化過程中的重要作用。（科技部）

高分子納米神經形態憶阻器制備成功

據報道，近日，華東理工大學化學與分子工程學院陳 教授團隊與上海交通大學劉鋼研究員、合肥工業大學張章教授合作，利用二維有機共軛策略提高高分子的共平面性、結晶度和阻變穩定性，通過微納加工技術制備了良率高達90%的低功耗納米神經形態器件。這種器件具有與金屬氧化物憶阻器可比擬的應用潛力，為發展小型化、高密度與低功耗存算計算技術提供了新的材料體系和優勢器件基礎。

創新設計和制備兼具記憶和邏輯運算功能的新型憶阻功能材料，開發具有優異的保持力、耐用性和器件間性能一致性的憶阻器，已成為后摩爾時代人工智能芯片領域突破基于傳統馮·諾依曼架構的算力瓶頸和摩爾定律限制的重要創新方向，也是一項極具挑戰性的課題。雖然這類器件具有結構簡單、速度快、功耗低、高存儲容量和存內數據處理能力及與互補金屬氧化物半導體技術（CMOS）工藝兼容等優點，但是大多數阻變介質的結構不均勻性通常會導致隨機和高度局部的電阻開關特性，從而降低了實際應用中納米級憶阻器的良率和可靠性。（中國科學報）

我國研發成功石墨烯改性涂料打破國外長期壟斷

據報道，由石墨烯產業奠基人馮冠平教授領銜的研發團隊，借鑒國外的經驗并結合中國國情，以石墨烯技術獨立自主開發了“石墨烯復合陶瓷耐蝕樹脂及涂料”。這種以石墨烯改性涂料技術研發的防腐涂料，不但在品種、性能上有所突破，也擴大了其應用范圍，并擁有完全自主的知識產權，徹底打破了國外的長期壟斷。

據悉，我國擁有高達2 000億元的防腐涂料市場，其中重防腐涂料需求年均增速超過20%。長期以來，我國在重防腐涂料市場一直依賴于從國外進口，其中尤以陶瓷耐蝕樹脂涂料為甚。這種防腐涂料早期為軍工服務，后用于民用，其產品占據了全球化工品防腐80%的市場份額。（證券時報）