納米材料

碳納米管可改善復合材料導電性

據(jù)報道，來自英國的大學日前研發(fā)了一種新的技術(shù)，可以提高傳統(tǒng)復合材料的電導率和熱導率。

薩里大學和布里斯托大學以及龐巴迪公司研究了如何在碳纖維表面發(fā)展納米材料，特別是碳納米管，以期賦予碳纖維表面必要的性能。

這項研究將會使得碳纖維增強塑料擁有更多的功能性，同時還保持其結(jié)構(gòu)的完整性。包括傳感器、能量收集裝置以及通信天線在內(nèi)的其他新奇的功能，均可集成到復合材料結(jié)構(gòu)中。這將迎來復合材料技術(shù)的新時代。

“航空航天工業(yè)目前依然主要依賴銅網(wǎng)形式的金屬結(jié)構(gòu)，以提供雷擊保護，并防止由于導電性差而引起的靜電荷在碳纖維表面積聚的現(xiàn)象?！眮碜郧八_里大學的博士，現(xiàn)ACCIS公司助理研究員托馬斯·波澤季奇表示?！斑@種方式增加了質(zhì)量，同時難以與碳纖維復合材料一起制造。而我們研發(fā)的材料利用了高質(zhì)量的碳納米管在復合材料表面高密度排列，以允許電傳輸貫穿整個復合材料?！?/p>

“研究人員已經(jīng)通過研究表明碳納米管可以顯著提升碳纖維符合材料的熱導性，”伊安·哈默頓，來自ACCIS高分子與復合材料專業(yè)在讀的博士補充說道，“這將在航空航天工業(yè)中產(chǎn)生廣泛的效益，例如給出更好的飛機除冰解決方案，以及使得飛機在一定巡航高度產(chǎn)生的燃料蒸汽最小化?！保ㄖ袊娇展I(yè)發(fā)展研究中心）

科學家最新研制超輕材料其強度是鋼鐵的10倍

報報道，目前，美國麻省理工學院研究人員使用石墨烯材料設(shè)計出世界上最輕、最結(jié)實的材料，他們通過壓縮和熔合石墨烯片，這是一種二維碳材料，這種最新材料僅具有鋼鐵5%密度，但是硬度卻是鋼鐵的10倍，它可用于輕質(zhì)量、超強材料應(yīng)用領(lǐng)域。

使這種新材料硬度增強的關(guān)鍵因素是它的幾何3D結(jié)構(gòu)，而不是該材料自身，從而表明可采用其它物質(zhì)建造成為類似幾何結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超輕和超強硬度的特性。這項最新研究發(fā)表在近期出版的《科學進展雜志》上。

美國麻省理工學院研究人員對石墨烯單個原子進行了分析，二維石墨烯材料較為結(jié)實，并具有一定的電氣性質(zhì)。麻省理工學院民用和環(huán)境工程部主管馬庫斯-比埃勒博士稱，但是石墨烯二維結(jié)構(gòu)非常薄，僅是單個原子的厚度，它很難用于制造汽車、房屋或者其它設(shè)施的3D材料。他們的研究所做的就是將這種2D材料轉(zhuǎn)變成為3D結(jié)構(gòu)。

為了制造3D石墨烯材料，研究小組使用熱量和壓力壓縮了石墨烯片，這一過程產(chǎn)生較強的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，類似于珊瑚和叫做硅藻的小型藻類。研究負責人、麻省理工學院民用和環(huán)境工程部助理研究員秦昭（音譯）說：“一旦我們建造這種3D結(jié)構(gòu)，我們希望觀察其極限特征，測試我們制造最結(jié)實材料的真實屬性?！?/p>

為了測試該材料的強度等級，研究人員研制了不同等級的3D模型，然后提交進行各種測試。最新研制的3D石墨材料表面彎曲變形，類似于被折疊的紙張，相比之下，紙張在長度和寬度方面并不具有更大的強度，很容易被揉皺。當石墨烯折疊成某種外形時，例如：形成管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)長度的強度將增大，可承受更多的重量。按照類似的方法，石墨烯片的幾何排列可自然形成一種較強的結(jié)構(gòu)。（騰訊科技）

俄首部利用3D打印研發(fā)的納米衛(wèi)星將于2017年發(fā)射

據(jù)報道，托姆斯科理工大學“航天材料學”戰(zhàn)略科學機構(gòu)主任葉甫蓋尼·科盧巴耶夫向塔斯社透露，俄首部利用3D打印技術(shù)制造外殼的國產(chǎn)納米衛(wèi)星將于2017年從國際空間站發(fā)射。

“預計衛(wèi)星將于2017年發(fā)射至外太空。衛(wèi)星將被送入軌道，衛(wèi)星并未安裝發(fā)動裝置，而是依靠初始慣性，可工作4～6個月，然后落下，大氣層中燃燒掉”。

托姆斯科理工大學高等技術(shù)物理學院院長阿列克謝·亞科夫列夫向塔斯社解釋稱，納米衛(wèi)星送入外太空的主要任務(wù)是進行相關(guān)材料和結(jié)構(gòu)的研究?！拔覀円呀?jīng)完成第一階段，當衛(wèi)星到達國際空間站時，對其進行觀察，觀察其進入軌道前承載載荷情況。下一階段，當宇航員準備發(fā)射和發(fā)射至外太空時，我們能獲得遙測數(shù)據(jù)，并跟蹤器軌跡”。

阿列克謝·亞科夫列夫認為，高校學者關(guān)鍵是要明白，材料和結(jié)構(gòu)對于極端條件下衛(wèi)星接收是至關(guān)重要和可靠的，“如果我們將能獲得遙測數(shù)據(jù)，這意味著我們能應(yīng)對上述問題。此外，衛(wèi)星的主要問題在于如何在嚴寒條件下儲存電量，畢竟外太空溫度只有-100℃。我們采用了特殊的隔熱結(jié)構(gòu)，能夠降低熱沖擊，從而防止電源的損壞。這一舉措將大大提升電源的工作效率”。

“托姆斯科-托姆斯科理工大學-120”衛(wèi)星——俄羅斯首部采用3D技術(shù)和特殊優(yōu)質(zhì)材料研制而成的航天衛(wèi)星，是由托姆斯科理工大學與“能源”航天導彈公司、俄羅斯科學院薩拉托夫分院物理強度與材料科學研究所聯(lián)合研發(fā)的，2016年春達到國際空間站。俄此前組建財團，從事小型航天飛行器機器人（3～30kg）研發(fā)。有科學家認為，未來這樣的衛(wèi)星甚至將能夠完成在軌修復。未來2年，俄計劃將2組小型衛(wèi)星送入地球軌道。（工業(yè)和信息化部電子科學技術(shù)情報研究所）

世界首個二維電子化合物誕生

據(jù)報道，近日，由北卡羅來納大學教堂山分校應(yīng)用物理科學與化學助理教授Scott C. Warren帶領(lǐng)的研究團隊成功合成出世界首個二維電子化合物，將電子化合物研究正式帶入了納米時代。他們的研究成果發(fā)表在最新一期的美國化學會志上。

電子化合物是一種由陰陽離子組成的離子化合物。但在電子化合物中作為陰離子的僅僅是沒有原子核的電子。在電子化合物中，電子之間相距很近且以極松弛的狀態(tài)聚集在一起，形成類似氣態(tài)的電子氣。正是這種電子氣的存在，使得電子化合物具有高電子遷移率和快速電子輸運等獨特的電學性能，在電子應(yīng)用方面具有很大的潛力。

Warren說：“層狀電子化合物具有非凡的電子學特性—例如，比石墨烯大得多的導電性。在層狀電子化合物的晶體結(jié)構(gòu)中，大量電子在上下極板原子之間分散成厚度僅有2埃的平面。由于電子在扁平云狀電子氣中傳導時與相鄰原子的相互作用很小，因此它們的移動速度將會非常的快?！?/p>

研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)，電子化合物的典型特性，也就是電子氣的特性，可以在一種被稱作氮化二鈣（Ca2N）的層狀電子化合物被合成為二維單層結(jié)構(gòu)時得以保持。這是世界首個被成功合成的二維電子化合物。（工業(yè)和信息化部電子科學技術(shù)情報研究所）

納米新材料導電性“秒殺”石墨烯

據(jù)報道，美國研究人員首次合成出層狀2D結(jié)構(gòu)的電子晶體，從而將這一新興材料帶入納米材料“陣營”。研究人員表示，合成層狀電子晶體導電性能甚至優(yōu)于石墨烯，有望用于研制透明導體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學催化劑等諸多領(lǐng)域。新研究發(fā)表在最新一期《美國化學會志》上。

電子晶體屬于由正負離子組成的離子化合物，但其負電“離子”完全由電子取代，這些電子質(zhì)量很小且不會呆在某個固定位置，而是到處游離，偶爾與其他電子交換位置，行為表現(xiàn)更像電子氣體。這種特性賦予電子晶體高度電子移動和快速導電等性能。但科學家們通過理論推測認為，2D電子晶體容易與空氣和水發(fā)生化學反應(yīng)，只能在真空中才能穩(wěn)定存在并保持其強導電性，因此很難在實驗室合成。

在新研究中，北卡羅萊納大學教堂山分校應(yīng)用物理和化學副教授斯科特·沃倫帶領(lǐng)團隊，用氮化二鈣分子合成出只有幾個納米薄的2D單層電子晶體，還利用液體剝離技術(shù)設(shè)法讓大量納米單層電子晶體懸浮在溶液中，其中一種溶劑甚至能讓氮化二鈣納米單層穩(wěn)定懸浮一個月之久仍能維持很好的電學特性?！拔覀兛朔穗娮泳w從多層結(jié)構(gòu)過渡到單層結(jié)構(gòu)的技術(shù)難點，證明在合適的化學環(huán)境下，2D電子晶體能長時間保持結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定?！蔽謧惤忉屨f。

沃倫團隊還通過實驗證明，新2D納米單層電子晶體具有與金屬鋁相當?shù)膶щ娦?；透明度也很高?0nm厚氮化二鈣薄膜的透光率達到97%；其表面結(jié)也達到現(xiàn)有電子晶體中最高值。研究人員表示，這些特性將導致新材料在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，比如開發(fā)高透明性導電薄膜；沃倫還在與本田公司合作，用這類新材料研制高級電池。

沃倫表示，他們會繼續(xù)開發(fā)電子晶體的應(yīng)用潛力，并解決實用過程中的各種挑戰(zhàn)，比如尋找合適涂層，讓電子晶體在空氣中也能保持穩(wěn)定。（科技日報）

我國科學家研制新型二維材料銻烯

據(jù)報道，日前，南京理工大學教授曾海波團隊成功制備出一種新型第五主族二維材料——銻烯。該研究為二維材料家族引入了新成員，豐富了人們對二維材料的認知。相關(guān)研究成果發(fā)布于《自然·通訊》。

自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，二維材料因獨特的維度特性在基礎(chǔ)與應(yīng)用方面均成為前沿研究熱點。近年來，該領(lǐng)域的研究從石墨烯開始，向二硫化物及第四族（硅、鍺、錫），再向第五族（磷、砷、銻、鉍）逐步拓展。2015年初，該團隊從理論上預測了砷烯和銻烯，指出它們是帶隙適中并易調(diào)制成直接帶隙的二維半導體，隨后，相關(guān)的理論探索在國際上廣泛開展。然而，它們的真實存在性和大氣環(huán)境下的穩(wěn)定性仍然有待驗證。

近期，該團隊利用范德華氣相外延和超聲液相剝離方法，成功制備了二維銻烯，并對銻烯的實際原子結(jié)構(gòu)進行表征，證實了前期理論預測的“最穩(wěn)定銻烯為β相結(jié)構(gòu)”。研究發(fā)現(xiàn)，銻烯的穩(wěn)定性遠高于二維黑磷，在空氣中放置一個月之后，使用AFM、Raman和EDS等檢測均證實結(jié)構(gòu)沒有明顯蛻變，如此高的穩(wěn)定性為后續(xù)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索提供了堅實的保障。（中國科學報）

石墨烯新結(jié)構(gòu)形似海綿比鐵硬

據(jù)英國《獨立報》1月8日報道，美國麻省理工學院（MIT）的科學家通過按壓并熔化石墨烯薄片，制造出迄今最輕質(zhì)堅固的材料之——種多孔的三維石墨烯結(jié)構(gòu)，其形狀類似海綿，密度僅為鐵的5%，但堅固程度為鐵的10倍多。

石墨烯在二維形式時被認為是最堅固的材料，但研究人員一直很難將其二維形式下的堅固強度，轉(zhuǎn)化到有用的三維材料內(nèi)。在最新研究中，研究團隊通過施加熱和壓力，將石墨烯小薄片按壓在一起，制造出一種復雜穩(wěn)定類似珊瑚和硅藻類生物的結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)名為“螺旋二十四面體”，其表面積相對體積來說很大，但非常堅固。

研究團隊負責人、MIT土木和環(huán)境工程系主任馬庫斯·比勒解釋說：“石墨烯這種二維材料僅一個原子厚，擁有獨特的堅固程度和電學屬性，但由于太纖薄，很難制成三維材料。不過，我們的最新研究做到了這一點?！?/p>

比勒指出：“石墨烯在熱和壓力作用下自然形成的這一幾何形狀非常復雜，用傳統(tǒng)方法不可能制造出來?！痹趯嶒炛校芯咳藛T用3D打印機制造出擴大數(shù)千倍的結(jié)構(gòu)，并對其進行測試，得到了上述結(jié)果。

這項近日發(fā)表在《科學進步》雜志上的新研究表明，新結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能更大程度源于這一獨特的構(gòu)造而非材料本身。這意味著，科學家可以將其他材料制成同樣的幾何形狀，來獲得同樣強度的輕質(zhì)材料。

研究人員認為，同樣的幾何形狀甚至能應(yīng)用于更大塊頭的結(jié)構(gòu)材料。比如，制造橋梁的水泥可制成同樣的多孔幾何形狀，在降低重量的同時獲得同樣的堅固程度。此外，由于這一形狀內(nèi)充滿了細小的孔隙，因此，有望用于過濾水或化學物質(zhì)。（科技日報）

石墨烯在室溫下實現(xiàn)自旋過濾

據(jù)美國《IEEE光譜》近日報道，美國海軍實驗室的科學家將一層石墨烯置于鎳層和鐵層之間，制造出了首個能在室溫下過濾自旋的薄膜結(jié)點設(shè)備，最新研究將有助于下一代磁隨機存儲器（MRAM）的研制。

電子具有2個重要的屬性：電荷和自旋，現(xiàn)代微電子技術(shù)只利用了電子的電荷屬性；而在新興的自旋電子學中，自旋取代電荷作為信息儲存和傳輸?shù)妮d體。自旋過濾能得到高度自旋極化的載荷子。在磁隨機存儲器中，自旋極化脈沖讓磁位在“0”和“1”之間切換，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。

起初，石墨烯并沒有應(yīng)用于該領(lǐng)域，因為當它平放時，電子的自旋不受影響且方向隨機。但很多研究結(jié)果表明，石墨烯有望在自旋電子學領(lǐng)域“大展身手”。此次研究制造出的最新設(shè)備就是一個例證。從本質(zhì)上來說，新設(shè)備就像一種過濾器，僅讓擁有某種自旋的電子通過；而阻止擁有其他自旋的電子，確保電子的上、下極化彼此區(qū)別開來，制造出數(shù)字邏輯“0”和“1”。

研究人員解釋稱，新架構(gòu)中的自旋過濾現(xiàn)象是石墨烯的量子力學屬性同晶體鎳薄膜的量子力學屬性相互作用的結(jié)果，當鎳層與石墨烯層對齊時，僅擁有特定自旋的電子能從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到其他物質(zhì)。

該研究主要負責人、海軍研究實驗室材料科學和技術(shù)分部的恩里克·寇巴斯說：“自旋過濾效應(yīng)已被理論預測，以前僅在處于低溫的高電阻結(jié)構(gòu)內(nèi)看到，新結(jié)果表明，這一效應(yīng)也能在室溫低電阻設(shè)備內(nèi)工作。”（科技日報）

石墨烯標準化推進工作組成立

據(jù)報道，1月17日，由國家標準委牽頭的石墨烯標準化工作推進組成立。國家標準委主任田世宏指出，黨中央、國務(wù)院對石墨烯產(chǎn)業(yè)高度重視，《中國制造2025》《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》等多個重要文件都對石墨烯發(fā)展提出了要求。目前，我國石墨烯材料生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備和產(chǎn)品質(zhì)量已取得突破，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用趨勢逐漸明朗，產(chǎn)業(yè)化步伐明顯加快。標準是引領(lǐng)和規(guī)范石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要手段，石墨烯標準化推進工作組的成立很必要、很及時。

田世宏強調(diào)，石墨烯作為新興材料產(chǎn)業(yè)，正處于科研與產(chǎn)業(yè)化并舉階段，現(xiàn)階段的主要任務(wù)是促進新技術(shù)、新產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用，迫切需求標準研制與科技研發(fā)同步，以石墨烯標準加速石墨烯科技成果產(chǎn)業(yè)化，已成為石墨烯產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界的高度共識。

田世宏要求，要抓緊石墨烯標準體系的頂層設(shè)計和標準路線圖的制定，加快急需標準的研制，鼓勵市場主體自主制定標準；要做好石墨烯標準國際化工作，積極推動中英石墨烯標準化工作組成立，積極參與國際標準制定，加快培養(yǎng)國際標準化專家；要做好標準的宣傳和實施工作，推進石墨烯材料的示范應(yīng)用。（中國質(zhì)量報）

P2i納米防水鍍層技術(shù) 低成本加入防水性能

據(jù)報道，近日，全球納米防水技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)P2i公司表示，其系列產(chǎn)品正在助力廣大手機制造商降低生產(chǎn)成本。

當今社會，越來越多消費者的手機被水、油或其他液體損壞，據(jù)IDC報告顯示，只有不到10%的智能手機具備防水性能。廣大制造商開始著力提升其產(chǎn)品防御事故的彈性以實現(xiàn)差異化優(yōu)勢。在所有送修的設(shè)備之中，液體侵入是繼碎屏之后的第二大損壞原因，占比高達35%。IDC估計，2015年約有3.28億部智能手機因為液體侵入而受損。

P2i首席運營官兼亞洲區(qū)總裁黃茂原表示，“防水保護已成為高端智能手機的預期性能，我們預計，將來會有更多電子設(shè)備以更經(jīng)濟的價格加入防水性能。納米鍍層技術(shù)可降低液體侵入對設(shè)備的損害，其成本相較整機價格來說微乎其微。”

至今，P2i公司的創(chuàng)新防水鍍層技術(shù)已經(jīng)為超過1.75億臺智能手機提供保護，這不僅幫助手機制造商降低了生產(chǎn)成本，還為廣大智能手機用戶提供了強大的保護功能，從而免受水、油及汗液的侵害。

據(jù)了解，保護智能手機免受液體損壞，有如下2個選擇：選擇一，物理密封。密封件和密封墊可形成物理屏障，防止液體進入。選擇二，利用先進的納米鍍層技術(shù)。斥水納米鍍層可防止液體進入或侵蝕，大大減少液體與手機內(nèi)外部易損組件的接觸。與機械物理密封相比，納米防水鍍層足以滿足日常的防水需求，且價格更低、更有效。對希望設(shè)備有防水性能的用戶而言，納米鍍層技術(shù)是一個經(jīng)濟高效的完美解決方案。

黃茂原表示：“對制造商而言，納米鍍層是一種價格低廉的解決方案，可提供超值的投資回報。如果企業(yè)想提高銷售業(yè)績同時保持客戶粘性，最佳辦法就是采用納米鍍層技術(shù)。”

石墨烯薄膜產(chǎn)品有望在哈爾濱實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

據(jù)報道，由哈爾濱萬鑫石墨谷科技有限公司投建的萬噸石墨烯導電漿料項目將于2017年7月投產(chǎn)，可年產(chǎn)導電漿料萬余噸。目前萬鑫公司的石墨烯產(chǎn)品已銷往韓國LG及國內(nèi)的光宇、國軒等全球多家鋰電池領(lǐng)軍企業(yè)。

位于科技創(chuàng)新城石墨谷科技產(chǎn)業(yè)園內(nèi)的萬鑫公司石墨烯、碳納米管2條生產(chǎn)線于2015年投產(chǎn)，年產(chǎn)導電漿料均為1 000t。即將于今年7月投產(chǎn)的萬噸石墨烯導電漿料項目，同樣位于萬鑫石墨谷內(nèi)，新建的獨立廠房建筑面積約1.2萬m2，年產(chǎn)萬噸石墨烯，產(chǎn)值達5億元。據(jù)萬鑫石墨谷公司負責人介紹，俄羅斯莫斯科大學的石墨特種防火涂料技術(shù)也將在哈實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，預計項目于7月份入駐科技園。

北大—寶安烯碳科技聯(lián)合實驗室開展的石墨烯薄膜研發(fā)產(chǎn)業(yè)化項目進展順利，投產(chǎn)后將推動黑龍江省在石墨產(chǎn)業(yè)邁上新臺階。據(jù)悉，石墨烯薄膜具備較強導電性、透光性、柔性及微電子等屬性，可廣泛應(yīng)用于電子觸摸屏等領(lǐng)域，尤其在柔性電子領(lǐng)域應(yīng)用，將對現(xiàn)有觸摸屏市場產(chǎn)生巨大的產(chǎn)業(yè)沖擊。（哈爾濱日報）