納米材料

美國研制出超薄熱敏性自折疊3D石墨烯制備方法

據(jù)報道，近日，美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)研制出一種制備超薄熱敏性自折疊3D石墨烯的制備方法。將單層石墨烯折疊和展開為預(yù)先設(shè)計的有序3D結(jié)構(gòu)。該方法使用聚多巴胺，以非共價方式將石墨烯表面官能化。官能化石墨烯經(jīng)過光刻圖案化和自折疊成有序的三維結(jié)構(gòu)，此過程完全受溫度控制，且變形可逆。該結(jié)構(gòu)通過光譜和顯微鏡來表征，使自折疊使用多尺度分子動力學(xué)模型合理化。該項研究為設(shè)計和制造具有可預(yù)測形狀和動力學(xué)的有序3D石墨烯結(jié)構(gòu)提供了潛力。研究人員表示可用該技術(shù)封存活細胞、建立非線性電阻以及為晶體管器件增加褶皺。

研究人員通過修改石墨烯的表面，賦予它熱敏性，并將官能化的石墨烯圖案化成超薄自我折疊的前體。首先，使用一種生物粘附劑—聚多巴胺（PD），使石墨烯以非共價方式實現(xiàn)表面官能化。由于其對鄰苯二酚/醌基團的反應(yīng)性，PD還能夠進行多種化學(xué)反應(yīng)以進行隨后的官能化，因此本研究中使用的聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）等響應(yīng)性聚合物可以進一步接枝到表面。之后，使用光刻和等離子蝕刻將官能化的單層石墨烯圖案化為各種尺寸和形狀。最后，從基底釋放官能化的石墨烯圖案，并且在加熱PNIPAM的較低臨界溶解溫度（LCST）以上時，2D前驅(qū)體自身折疊成有序3D微結(jié)構(gòu)，這是由接枝聚合物刷的分子構(gòu)象變化引起的。官能化的石墨烯非常薄，在5～10nm范圍內(nèi)。此外，非共價鍵方法保留了石墨烯的固有性質(zhì)和低彎曲剛度。通過使用計算機輔助設(shè)計光掩模板可以有效控制2D前驅(qū)體的形狀，達到形狀可調(diào)的效果。

這種新方法具有2大優(yōu)勢，其一，能避免之前工藝中出現(xiàn)的石墨烯特性受損，折疊過程可完全保留石墨烯的導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能；其二，3D形狀內(nèi)的折痕可形成能量帶隙，進一步提高石墨烯的導(dǎo)電性能。該超薄熱敏性自折疊3D石墨烯可用于制造可折疊電子器件，以及生物傳感和分子機器人中相關(guān)的一系列3D碳結(jié)構(gòu)。（北方科技信息研究所）

韓國研究表明活性氧納米粒子可以有效治療白血病

韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院發(fā)布消息稱，韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院與首爾大學(xué)聯(lián)合研究小組成功開發(fā)出具有抗氧化和消炎作用的二氧化鋯-氧化鈰（CeZrO2）納米粒子（以下稱為合成納米粒子），將合成納米粒子一次性注入體內(nèi)具有半永久抗氧化作用，對治療白血病有顯著效果。

為了降低體內(nèi)活性氧濃度以及減少體內(nèi)炎癥，研究小組從2012年開始關(guān)注具有攜帶抗氧化功能的氧化鈰（Ce2O3）納米粒子，對如何減少使用量并能提高納米粒子的性能，以及對降低副作用的方法進行研究，取得了階段性成果。

該研究小組已申請了國內(nèi)專利以及國外專利。其研究成果在線發(fā)表在國際著名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。（科技部）

韓國研發(fā)出自主產(chǎn)生電能的納米金屬線

據(jù)報道，韓國漢陽大學(xué)發(fā)布消息稱，其研究小組研發(fā)出在伸縮或旋轉(zhuǎn)時能夠產(chǎn)生電能的納米金屬線。研究小組通過碳納米管圓形纏繞，制造出納米金屬線。金屬線在電解質(zhì)中抻拉產(chǎn)生纏繞，從而減少體積。研究表明，19.2mg納米金屬線可以點亮2.3v的綠色LED電燈，以每秒30次的頻率抻拉，1kg納米金屬線可以產(chǎn)生250W電能。

研究小組通過海浪和溫度變化試驗，驗證了這一技術(shù)。將納米金屬線與氣球綁在一起放入海中，隨著海浪的拍打就會產(chǎn)生電能。隨著空氣中的溫度變化也會自主產(chǎn)生電能。

研究小組表示，納米金屬線與以往的電池不同，可以在海洋中產(chǎn)生無限的電能，可以為手機和無人機提供不間斷的電能供給。該研究結(jié)果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上。（科技部）

長碳納米管或像石棉一樣致癌

據(jù)報道，美國《當(dāng)代生物學(xué)》雜志11月6日發(fā)表的一項動物研究表明，被廣泛用于工業(yè)和消費品生產(chǎn)中的長碳納米管可能具有與石棉相似的致癌作用。

長碳納米管是納米管的一種，具有質(zhì)量輕、強度高等優(yōu)點，被廣泛用于頭盔、自行車、飛機、電腦主板等工業(yè)和消費品生產(chǎn)中。

英國醫(yī)學(xué)研究委員會和萊斯特大學(xué)的研究人員向小鼠胸膜植入長碳納米管，結(jié)果觀察到慢性炎癥的形成、致癌信號傳導(dǎo)途徑的激活以及抗癌基因的失活與丟失，最終32只小鼠中有多達四分之一出現(xiàn)間皮瘤。

負責(zé)研究的英國醫(yī)學(xué)研究委員會的馬里恩·麥克法蘭教授說：“與以前報告的短期研究不同，這是第一次在小鼠身上連續(xù)多個月觀測長碳納米管的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致間皮瘤?！?/p>

研究人員指出，不是所有的納米纖維都會造成危害，最新發(fā)現(xiàn)只適用于長碳納米管，它們不會在體內(nèi)分解?！霸诮Y(jié)構(gòu)和物理特性上，又長又細的碳納米管與石棉非常相似，”麥克法蘭解釋說，“免疫系統(tǒng)在識別較短、較厚或纏繞的納米管方面做得很好，它們可以被巨噬細胞吞噬并被清除出體外?！?/p>

研究人員希望，這一發(fā)現(xiàn)能幫助生產(chǎn)廠家在相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)過程中選擇更安全的納米材料。

不過也有專家指出，公眾直接接觸到長碳納米管材料的可能性很小，更需要擔(dān)心的是相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)線上的工人。（新華網(wǎng)）

科學(xué)家發(fā)明用于評估碳納米材料毒性的生物發(fā)光酶測試系統(tǒng)

據(jù)報道，在俄羅斯科學(xué)基金會支持下，俄科院西伯利亞分院克拉斯諾亞爾斯克科學(xué)中心和西伯利亞聯(lián)邦大學(xué)的科學(xué)家組成的團隊開發(fā)出一種生物發(fā)光酶測試系統(tǒng)，用于評估碳納米材料的毒性。

納米技術(shù)的發(fā)展使得納米材料被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。當(dāng)前，人工制造的納米顆粒多以碳為基礎(chǔ)，主要用于藥品、化妝品和食品的工業(yè)生產(chǎn)，并且其應(yīng)用范圍還在逐年拓寬。預(yù)計到2025年，全球碳納米管市場容量將達14.5萬t，可實際應(yīng)用于所有技術(shù)領(lǐng)域。

新材料對于人和生物是否安全，總是會引起擔(dān)憂。目前先進的手段是使用各種生物試劑來判斷工業(yè)用新材料的潛在風(fēng)險。納米材料的毒性作用可能與其對生物分子的影響有關(guān)。例如，通過與細胞組分結(jié)合，納米粒子可以抑制酶活性，甚至導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子完全失活。

俄羅斯專家團隊提出使用生物發(fā)光試劑“Enzymolum”（發(fā)光酵素）來測試納米材料的毒性。Enzymolum是從海洋發(fā)光細菌中提取的獨特的多分子酶系統(tǒng)，其發(fā)光強度能隨各種添加劑的作用而變化?？茖W(xué)家對一些商用納米材料（如各種碳納米管和富勒烯）進行了測試，發(fā)現(xiàn)多壁納米管對試劑發(fā)光的抑制反應(yīng)最為明顯。值得指出的是，只有在納米材料的含量超過其在環(huán)境中的正常含量時，試劑才會出現(xiàn)變化。然而，隨著納米材料應(yīng)用的增多，其在自然環(huán)境中的含量也會增加。（科技部）

俄學(xué)者發(fā)現(xiàn)空氣對納米電子半導(dǎo)體有致命影響

據(jù)報道，俄羅斯托木斯克理工大學(xué)發(fā)布消息稱，該校與德國、委內(nèi)瑞拉的科學(xué)家最近證實了二維半導(dǎo)體硒化鎵在空氣中的易損性，該重要發(fā)現(xiàn)有助于制造硒化鎵基超導(dǎo)納米電子產(chǎn)品。

現(xiàn)代材料學(xué)中，二維材料（即只有一個或幾個原子層厚的薄膜材料）的研究是一個具有前景的領(lǐng)域，它具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，強度高，可以成為超小尺寸（納米電子產(chǎn)品）現(xiàn)代電子產(chǎn)品的主要器件。光電產(chǎn)品需要使用能夠在光照射時產(chǎn)生大電子流的新材料，有效解決該問題的二維半導(dǎo)體之一就是硒化鎵。

國際一些科研小組曾經(jīng)嘗試制造硒化鎵基電子設(shè)備，雖然對該材料進行了大量的理論研究，但該材料在現(xiàn)實裝置中的應(yīng)用還不明朗，托木斯克理工大學(xué)激光與光學(xué)技術(shù)的科研組成功揭示了其中的原因。他們通過光組合散射光譜法和XPS方法研究了硒化鎵，確定鎵和氧之間存在化學(xué)鍵，硒化鎵一接觸空氣就會迅速被氧化，從而失去生產(chǎn)納米電子設(shè)備所必需的導(dǎo)電性能。進一步研究硒化鎵氧化敏感性可以研究出保護和保存硒化鎵光電性能的解決方案。（科技部）

我國實現(xiàn)米級單晶石墨烯的制備

石墨烯是典型的二維輕元素量子材料體系，具有優(yōu)越的量子特性?？茖W(xué)界在石墨烯體系中觀察到了許多量子現(xiàn)象和量子效應(yīng)，石墨烯已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的重要量子體系，在未來量子信息、量子計算和量子通訊等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。如何獲得大尺寸單晶石墨烯是石墨烯研究領(lǐng)域的熱點和難點，是實現(xiàn)石墨烯工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。雖然利用化學(xué)氣相沉積方法（CVD）方法已經(jīng)實現(xiàn)了米級多晶石墨烯薄膜的制備，但是米級單晶石墨烯薄膜技術(shù)還未被突破。

最近，在量子調(diào)控與量子信息重點專項項目的支持下，北京大學(xué)劉開輝研究員、俞大鵬院士、王恩哥院士及其合作者，繼2016年首次實現(xiàn)石墨烯單晶的超快生長之后，在米級單晶石墨烯的生長方面再次取得重要進展。研究團隊將工業(yè)多晶銅箔轉(zhuǎn)化成了單晶銅箔，得到了世界上目前最大尺寸的單晶Cu（111）箔，利用外延生長技術(shù)和超快生長技術(shù)成功在20min內(nèi)制備出世界最大尺寸（5×50cm2）的外延單晶石墨烯材料。該研究結(jié)果為快速生長米級單晶石墨烯提供了必要的科學(xué)依據(jù)，為石墨烯單晶量子科技的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（科技部）

智能納米顆粒自控溫“燙死”癌細胞

大連理工大學(xué)教授吳承偉團隊研發(fā)出一種新智能納米顆粒，不僅可追蹤癌細胞，還能自我調(diào)節(jié)溫度，自動升溫到可殺死癌細胞的溫度，而在殺死癌細胞后，會在傷害健康組織前自動散去熱量，實現(xiàn)了自控溫“燙死”癌細胞。相關(guān)成果近日發(fā)表于《納米尺度》雜志。

研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞在40～45℃會凋亡，而正常細胞溫度耐受性一般要高4～5℃。研究人員發(fā)明了一種新型“自控溫開關(guān)”，實現(xiàn)磁感應(yīng)熱療溫度的自動準確控制，熱療極限溫度可根據(jù)需要控制在任意溫度（30～70℃）。當(dāng)溫度高于設(shè)定治療溫度時，這種“開關(guān)”會自動關(guān)閉，停止加熱；當(dāng)溫度低于設(shè)定治療溫度，“開關(guān)”會自動開啟，開始加熱，通過“開關(guān)”的自動循環(huán)轉(zhuǎn)換，將腫瘤局部溫度精準地控制在設(shè)定的治療溫度。這種新型“開關(guān)”的使用，不但可避免在腫瘤磁熱療過程中使用復(fù)雜、昂貴的測溫、控溫系統(tǒng)，而且實現(xiàn)了自動、安全、精準控溫。

相對于放療和化療的強毒副作用，低強度磁場對人體細胞和組織具有無害性。而且磁場的高穿透力，使得該技術(shù)可用于體內(nèi)任何腫瘤的治療，實現(xiàn)局部升溫自動精準控制。該項技術(shù)屬綠色無毒副作用的物理治療方法，已引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。（中國科學(xué)報）

北京石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心成立

據(jù)報道，2017年11月15日，北京市召開“2017·石墨烯產(chǎn)業(yè)國際峰會暨北京市石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心專家委員會成立大會”。大會以“創(chuàng)新合作，共建國家級石墨烯科技產(chǎn)業(yè)化平臺”為主題，旨在加速推動全國石墨烯科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，促進國際石墨烯科技交流。大會上北京石墨烯創(chuàng)新中心掛牌成立。

石墨烯作為一種顛覆性新材料，目前正處于從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時期，且與國外技術(shù)處于并跑階段，有條件成為我國新材料產(chǎn)業(yè)乃至制造業(yè)實現(xiàn)彎道超車的突破口。日前，北京石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心授牌儀式在京舉行，其目標是在全國打造出千億級產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

目前，北京石墨烯研究綜合實力全國首屈一指，院所數(shù)量及研究人員數(shù)量占全國半數(shù)以上，擁有20多個包含院士在內(nèi)的帶頭人和研發(fā)團隊，單位GDP產(chǎn)出的專利申請量位列全國第1，一些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國際領(lǐng)跑。

以此為基礎(chǔ)的北京石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心目標到2020年，突破石墨烯應(yīng)用材料復(fù)合化共性技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)有材料升級換代，獲得7個以上國際領(lǐng)先的石墨烯殺手锏應(yīng)用。同時要實現(xiàn)100t石墨烯低成本制備和應(yīng)用，形成千億級產(chǎn)業(yè)核心。通過瞄準國際前沿，掌握石墨烯顛覆性技術(shù)，還要推進10個“中國發(fā)明，世界第1”的石墨烯前沿技術(shù)，形成100份國際專利和國際標準，擁有一支具有國際視野的百人隊伍，使北京成為全球石墨烯創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵樞紐，全國石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的協(xié)同中心，石墨烯軍民融合的示范區(qū)，國家石墨烯高端產(chǎn)業(yè)的主力軍。

目前北京石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心已有多項科研成果在軍工尖端裝備、半導(dǎo)體、電力傳輸及電池等領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。（北京日報）

中興環(huán)能納米洋蔥碳實現(xiàn)噸級量產(chǎn)

據(jù)報道，山西中興環(huán)能科技股份有限公司（以下簡稱“中興環(huán)能”）作為一家高新技術(shù)企業(yè)，瞄準了陽泉豐富的煤層氣資源，從中提取納米洋蔥碳，用3年時間在全球率先實現(xiàn)了噸級量產(chǎn)。放眼世界先進國家，現(xiàn)階段這種“高精尖”的納米洋蔥碳也只能在實驗室里以克為單位提取。