納米材料

科學家首次創造出雙層硼烯材料 比石墨烯更“逆天”

據報道，美國西北大學工程師首次創造出一種雙層原子厚度的硼烯，打破了硼在單原子層限制之外形成非平面團簇的自然趨勢。該研究發表在《自然·材料》雜志上。

硼烯是一種單原子厚的硼薄片，是由硼原子構成的單原子層厚的二維材料，比石墨烯更強、更輕、更柔韌，被科學界寄予厚望，或將成為繼石墨烯之后又一種“神奇納米材料”，有望給電池、電子產品、傳感器、太陽能電池和量子計算帶來革命性的變化。

然而，單原子層硼烯的合成是具有挑戰性的。石墨烯可以使用像透明膠帶這樣簡單的東西從固有的層狀石墨中剝離，而硼烯不能僅從塊狀硼中剝離，取而代之的是，要獲得硼烯通常需要制備生長，因此需要襯底作為載體或者支撐。

5年前，來自同一研究團隊的科學家們首次創造了只有單原子厚度的硼烯。理論研究預測認為，制備雙層硼烯是可能的，但這項研究的聯合資深作者、西北大學的馬克·赫薩姆說：“理論很少告訴你實現這種新結構所需的綜合條件。”

如果生長單層硼烯都很困難，那么生長多層原子平面結構的硼烯似乎是不可能的。由于塊狀硼不像石墨那樣是層狀的，超出單原子層的生長會導致形成團簇，而不是平面結構。研究人員稱，試圖生長多層硼烯的關鍵就在于找到阻止團簇形成的生長條件。

研究團隊發現，正確條件的關鍵是用來生長硼烯的襯底。在這項研究中，研究人員在平面的銀質襯底上培養了硼烯。當暴露在非常高的溫度下時，銀會在原子級臺階結構之間形成異常平坦的“梯田”。

當在這些巨大而平坦的“梯田”上“種植”硼烯時，研究人員看到了第2層的形成。這種雙層材料既保持了硼烯所有理想的電子性能，又存在新的優點。例如，這種材料由2層原子層厚的薄片黏合在一起，中間有空間，可用來儲存能量或化學物質。

“有理論預測，雙層硼烯是一種很有前途的電池材料，”赫薩姆說，“層與層之間的空間提供了容納鋰離子的地方。”研究團隊希望繼續生長更厚的硼烯，或者創造出具有不同原子幾何結構的雙層硼烯。（科技日報）

瑞典提出用新型石墨烯增強鈉電池性能

據報道，瑞典查爾姆斯理工大學的研究人員提出用一種新型石墨烯作為更廣泛的材料來生產高性能的鈉電池電極。

在發表于《科學進展》期刊的一篇論文中，科學家解釋稱，改造后的石墨烯不僅僅能夠儲存鈉離子，也能夠使鈉電池性能與現在的鋰離子電池相媲美。

研究團隊在論文中稱，與鋰不同，鈉很豐富且價廉，因為在海水中和廚房里都能見到。但即使鈉隨手可得使得鈉離子電池可能成為一種有益的和可持續的選擇從而減少對關鍵原材料的依賴，但在其容量仍存在挑戰。

容量問題意味著鈉離子電池無法與鋰離子電池競爭。到目前為止石墨是一個瓶頸因素，這種礦物由石墨烯層堆疊而成，用作鋰離子電池的陽極材料。離子嵌入到石墨中，意味著它們可以在石墨烯層中進入而用來儲能。但是，鈉離子比離子大，作用方式不同。因此，它們不能有效地儲存在石墨結構中。

研究人員對這個問題的解決方案是在石墨烯層的一側增添分子間隔器。“當石墨烯層堆疊在一起，分子在石墨烯片之間創造了更大的空間，提供了反應點，能夠使容量大幅增加”，論文第一作者孫金華表示。孫金華解釋說，一般情況下，鈉離子在標準石墨中插層容量為35mAh/g。這不到鋰離子在石墨插層容量的1/10。不過，采用新型石墨烯，鈉離子的容量能夠達到332mAh/g，與離子在石墨中的容量相當。這位科學家稱，結果還顯示出完全可逆性和高循環穩定性。

“雖然研究仍處于早期階段，但是該結果令人振奮”，論文共同作者亞歷山大·馬蒂奇表示。“這表明研制適合鈉離子的有序排列的石墨烯層是可行的”。（自然資源部）

美在菱面3層石墨烯發現超導的最新突破

據報道，9月初，美國加州大學圣巴巴拉分校Andrea F.Young課題組連續在《自然》雜志背靠背發表兩篇論文，報道了他們在菱面3層石墨烯發現超導的最新突破。值得一提的是，2篇論文的第一作者都是中國科學技術大學少年班的留學生周昊欣。

雙層石墨烯和多層石墨烯的導電性通常優于單層石墨烯。套疊的雙層或多層石墨烯，可以通過人工層狀原子堆垛改變層間扭曲角度，從而改變體系的導電特性，實現絕緣體—導體—超導體的轉變。

“在此次報道的兩篇論文的第一篇中，研究團隊在菱面3層石墨烯中發現超導性，在亞開爾文溫度下表現為低電阻率或消失電阻率。第2篇論文中，研究團隊在菱面3層石墨烯中發現‘半金屬和‘1/4金屬。”合肥工業大學微電子學院電子科學系副主任于永強副教授表示，此次晶體菱面3層石墨烯超導現象的發現，為石墨烯超導的研究帶來更多的可能性。（科技日報）

新型納米材料可增強樹突狀細胞疫苗抗新冠病毒作用

據報道，從軍事科學院軍事醫學研究院獲悉，該院詹林盛研究員領銜的科研團隊發現新型納米材料可增強樹突狀疫苗抗新冠病毒作用。相關研究成果在國際材料領域權威期刊《先進材料》上發表。

如果說T細胞是身體內抵御疾病感染、腫瘤細胞的英勇斗士，樹突狀細胞就是幫助T細胞找到病毒、細菌、腫瘤細胞等“壞分子”的“偵察兵”“通訊員”。鑒于樹突狀細胞在啟動免疫反應中的重要作用，人們已成功建立樹突狀細胞體外誘導培養平臺，對樹突狀細胞進行更高效的體外抗原負載和激活，將獲得的功能健全的樹突狀細胞回輸至受者體內，即可啟動特異性免疫應答。據了解，詹林盛研究員領銜的科研團隊致力于納米技術在輸血細胞治療中的應用研究。在本項研究中，團隊創新性地采用大尺度（片徑大于1μm）氧化石墨烯納米片層材料對樹突狀細胞疫苗進行工程化改造，進而促進樹突狀細胞與T細胞間“免疫突觸”的形成和細胞團簇的聚集，首次揭示了二維納米片層材料作為廣譜性樹突狀細胞疫苗佐劑具有潛在應用前景。

該研究表明，二維納米片層材料氧化石墨烯可通過調控樹突狀細胞與T細胞之間形成“免疫突觸”，大幅提升樹突狀細胞疫苗抗新冠病毒效果。（科技日報）

科學家研制出干細胞納米“創可貼”

據報道，中科院生物物理研究所研究員秦燕和北京科技大學教授溫永強在干細胞-納米傷口材料方面取得新進展。合作團隊研制出一款納米纖維氣凝膠，具有優異的抗菌和抗氧化特性，可協同促進傷口愈合。相關研究近日發表于《生物材料》。

皮膚干細胞是一類具有強增殖能力的細胞，在人的毛囊組織內大量存在。當皮膚受損、創面較大或難于愈合時，如糖尿病人的皮膚損傷，利用增殖能力強的毛囊干細胞可以幫助破損創面的修復和愈合。該團隊此前發現納米材料對皮膚創面的血管修復有很好的療效。應用干細胞的修復能力，將其與新型納米材料結合，研制出干細胞-納米“創可貼”。不同于傳統創可貼在促進傷口愈合方面的薄弱功能，新材料中的納米纖維是一種比頭發絲的1/1 000還細的纖維，與細胞外基質結構高度類似，這種極細的納米纖維可通過靜電紡絲的方法獲得。

通過對納米纖維的物理和化學上的改性，該團隊組獲得了多種結構和功能的納米纖維傷口敷料。由于結構的不斷改進，他們研發的納米纖維敷料具有良好的彈性，可以抵御外界壓力對傷口的損傷，并且隨著傷口愈合而適應不同時期傷口的形狀。

研究團隊還制備出可調節傷口滲出液的新一代納米纖維敷料，該敷料具有多種生物活性功能，外可抵御細菌，內可調節傷口微環境。經糖尿病小鼠傷口模型表明，這種功能性納米纖維敷料能夠快速促進慢性傷口的愈合。這種納米級傷口敷料，制備簡單功能性強，有望成為新一代的“創可貼”。（中國科學報）