納米材料

澳大利亞開發(fā)出納米“彈簧” 可清除水中塑料

據(jù)報(bào)道，目前，大量塑料垃圾流入河流和海洋，嚴(yán)重威脅環(huán)境，并破壞動(dòng)物、人類和生態(tài)系統(tǒng)的健康。如何清除水中的塑料微粒同時(shí)又不傷害微生物呢？最近，澳大利亞研究人員開發(fā)出一種新方法，他們利用微螺旋狀碳基磁性材料制成一種“彈簧”，可有效清除水中的塑料。相關(guān)研究近日發(fā)表在《物質(zhì)》上。

“塑料微粒在水中吸附了各種有機(jī)和金屬污染物，水生動(dòng)物一旦誤食，這些有害物質(zhì)就會(huì)釋放到它們體內(nèi)，并在食物鏈中層層積累。而高穩(wěn)定性的碳納米彈簧則可以促使這些塑料微粒分解成更小的化合物，以避免它們威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)。”通訊作者之一、澳大利亞阿德萊德大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授王少彬表示。

現(xiàn)行的塑料微粒處理工藝使用的主要是活性氧，活性氧是一種不穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)，遇到長(zhǎng)鏈有機(jī)分子時(shí)會(huì)發(fā)生鏈反應(yīng)，將這些長(zhǎng)鏈分子“切割”成可溶于水的無(wú)害小分子。但活性氧的制備過程通常要用到鐵、鈷等重金屬，而這些重金屬本身就會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

為了解決這個(gè)問題，王少彬團(tuán)隊(duì)提出了一種更環(huán)保的方案：使用含氮的碳納米管材料催化活性氧的合成。這種彈簧狀碳納米管催化劑在8h內(nèi)就能清除水中大部分的塑料微粒，而且在分解塑料微粒所需的苛刻氧化條環(huán)境下仍保持穩(wěn)定。螺旋碳納米管結(jié)構(gòu)一方面讓催化劑更加穩(wěn)定，一方面也實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)面積的最大化。此外，這種碳納米管內(nèi)部還含有少量錳（錳被置入碳納米管深處，以免與水接觸），因而具有磁性。

“讓碳納米管具有磁性可謂好處多多，這樣當(dāng)它真正用于環(huán)境修復(fù)時(shí)，就很容易從各種廢水中回收，然后重復(fù)利用?！痹擁?xiàng)目的聯(lián)合負(fù)責(zé)人、阿德萊德大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院研究員段曉光說。（中國(guó)科學(xué)報(bào)）

中英聯(lián)手攻關(guān)懸浮石墨烯傳感芯片

據(jù)報(bào)道，8月21日，東旭光電副總裁、石墨烯事業(yè)部總裁馮蔚東表示，作為石墨烯發(fā)源地、全球石墨烯科研中心的英國(guó)曼徹斯特大學(xué)，將與東旭光電等合作，致力于懸浮石墨烯傳感芯片產(chǎn)品的研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用推廣。

中國(guó)科學(xué)院院士、北京石墨烯研究院院長(zhǎng)劉忠范說，懸浮石墨烯傳感器技術(shù)應(yīng)用無(wú)論在學(xué)術(shù)界還在產(chǎn)業(yè)界均屬首例。雙方合作有望帶來(lái)開啟全球石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用面向全新時(shí)代的標(biāo)志性產(chǎn)品。

石墨烯高端應(yīng)用在全球呈快速發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)、歐盟、日本等80多個(gè)國(guó)家皆將石墨烯材料發(fā)展提高到戰(zhàn)略高度，歐洲石墨烯旗艦計(jì)劃、韓國(guó)國(guó)家石墨烯計(jì)劃、新加坡國(guó)家石墨烯研究院等相繼實(shí)施和落地。我國(guó)作為全球石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最活躍的地區(qū)，已在涂料、采暖器和電熱膜等工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了石墨烯應(yīng)用零的突破。

化學(xué)氣相沉積（CVD）法生產(chǎn)石墨烯是將碳原子沉積在特定基體上的一種生產(chǎn)單層石墨烯方法，但其具有轉(zhuǎn)移步驟成本高，導(dǎo)電率低的缺點(diǎn)。硅晶圓懸浮石墨烯技術(shù)是通過傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝，形成上表面為單層石墨烯薄膜的懸浮腔體陣列，最終形成硅晶圓表面的懸浮石墨烯陣列。

馮蔚東說，懸浮石墨烯傳感芯片技術(shù)為CVD石墨烯薄膜“分布”創(chuàng)造了獨(dú)特的解決辦法，使石墨烯能更好發(fā)揮其電學(xué)和力學(xué)性能。懸浮石墨烯傳感芯片技術(shù)在力學(xué)、溫度、濕度檢測(cè)以及傳感等領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用前景。（科技日?qǐng)?bào)）

新型仿生納米復(fù)合纖維材料既強(qiáng)又韌

據(jù)報(bào)道，從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏教授研究團(tuán)隊(duì)借鑒天然生物纖維的策略，成功研制了一種既強(qiáng)又韌的宏觀尺度纖維素基納米復(fù)合纖維材料。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。

納米尺度纖維素是地球上儲(chǔ)量最豐富的納米級(jí)原材料，其密度低、熱穩(wěn)定性好、力學(xué)性能出色，同時(shí)可降解、可再生、可持續(xù)，因而受到諸多關(guān)注。然而，人工制備的纖維素基宏觀纖維材料的強(qiáng)度和韌性之間的矛盾尚很難解決，低韌性、易脆斷等問題嚴(yán)重限制了此類材料在先進(jìn)織物等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。

反觀自然界，許多植物纖維和動(dòng)物纖維都實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和高韌性的完美組合。它們具有一些共性：都是天然的納米復(fù)合材料，由高度取向的高強(qiáng)度納米纖維單元包裹在較柔軟的有機(jī)物基質(zhì)中構(gòu)成，并具有高度有序的多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)。

研究人員以高強(qiáng)度細(xì)菌納米纖維素作為增強(qiáng)基元，以海藻酸鈉生物大分子作為有機(jī)物基質(zhì)，將兩者的復(fù)合水溶液進(jìn)行溶液紡絲，得到拉伸強(qiáng)度初步提升的單取向結(jié)構(gòu)宏觀納米復(fù)合纖維。單純海藻酸鈉宏觀纖維的拉伸強(qiáng)度為190MPa，而所得納米復(fù)合纖維的拉伸強(qiáng)度提高至420 MPa。隨后，他們通過多級(jí)螺旋纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到了具有類似生物纖維結(jié)構(gòu)特征的宏觀人工纖維材料，其拉伸強(qiáng)度繼續(xù)提升25%，斷裂延伸率和韌性則分別同步提升近50%和100%，最終拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率分別可達(dá)535MPa、16%。

該成果所獲得的最高拉伸強(qiáng)度可以和高性能纖維素基天然植物纖維相媲美，這種仿生纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略有望應(yīng)用在其他復(fù)雜等級(jí)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)和制備中。（科技日?qǐng)?bào)）

我國(guó)取得量子研究重大進(jìn)展世界首次實(shí)現(xiàn)高維度量子隱形傳態(tài)

據(jù)報(bào)道，經(jīng)過多年研究攻關(guān)，我國(guó)科學(xué)家日前在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)高維度量子體系的隱形傳態(tài)，為發(fā)展高效量子網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。近日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表了這一最新研究成果，并稱其是“量子通信領(lǐng)域的一個(gè)里程碑”。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉介紹，量子隱形傳態(tài)，是一種全新的通信方式，類似于科幻電影中的星際穿越。它能借助量子糾纏這一特性，將未知的量子態(tài)傳輸?shù)竭b遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送物質(zhì)本身，是遠(yuǎn)距離量子通信和分布式量子計(jì)算的核心功能單元。

在自然世界中，真實(shí)的物理體系往往包括多個(gè)粒子，每個(gè)粒子包含多種自由度，而每個(gè)自由度又可以有多個(gè)維度。要真正實(shí)現(xiàn)復(fù)雜量子物理系統(tǒng)的完整態(tài)傳輸，并把它應(yīng)用于可擴(kuò)展的量子信息技術(shù)，量子隱形傳態(tài)就需要走向多體、多終端、多自由度、高維度和遠(yuǎn)距離。1997年，國(guó)際上首次報(bào)道了單一自由度量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，入選了“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”；2006年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了兩光子復(fù)合系統(tǒng)的量子隱形傳態(tài)；2015年，該研究團(tuán)隊(duì)首次在世界上成功實(shí)現(xiàn)了單光子多自由度的隱形傳態(tài)。在理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，潘建偉研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展高穩(wěn)定性多通道路徑干涉技術(shù)，開創(chuàng)了多光子多維度相互作用的實(shí)驗(yàn)先河，成功實(shí)現(xiàn)了高維度量子隱形傳態(tài)，并嚴(yán)格證明了該過程的非經(jīng)典性以及高維特性。

美國(guó)物理學(xué)會(huì)等發(fā)表評(píng)論稱，這一成果為傳輸粒子的完整量子態(tài)鋪平了道路，也為發(fā)展可擴(kuò)展的量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

二維材料限域催化獲進(jìn)展

據(jù)報(bào)道，中科院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員鄧德會(huì)和中科院院士包信和團(tuán)隊(duì)，近日在《先進(jìn)材料》上發(fā)表了題為“二維材料限域催化用于能源轉(zhuǎn)化”的進(jìn)展報(bào)告。

二維材料限域催化在能源小分子如甲烷和甲醇等催化轉(zhuǎn)化方面有著潛在的應(yīng)用前景。作為代表性的二維材料限域催化體系，二維材料晶格限域單原子和二維材料限域金屬顆粒已在一些催化反應(yīng)中展現(xiàn)出了高的催化活性、選擇性和穩(wěn)定性。

該報(bào)告總結(jié)了二維材料限域催化體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、反應(yīng)應(yīng)用以及構(gòu)效關(guān)系中的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了不同二維材料表界面調(diào)控方式對(duì)限域環(huán)境和活性中心的影響，并就二維材料限域催化在能源小分子轉(zhuǎn)化和利用方面進(jìn)行了總結(jié)和展望。

在二維材料限域單原子催化方面，該團(tuán)隊(duì)利用低溫溶劑熱的方法，直接化學(xué)合成了氮原子摻雜的石墨烯；利用固相球磨的方法將metal-N4限域在石墨烯晶格中，首次直接觀察到Fe-N4中心的原子和配位結(jié)構(gòu)，該系列催化劑在甲烷、苯等選擇氧化轉(zhuǎn)化中表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性和選擇性。在二維材料限域金屬顆粒催化方面，該團(tuán)隊(duì)為解決非貴金屬催化劑在苛刻條件下的不穩(wěn)定性問題，利用石墨烯限域非貴金屬顆粒作為催化劑，率先提出“鎧甲催化”的概念，為苛刻條件下高穩(wěn)定催化劑的設(shè)計(jì)提供了新途徑。（中國(guó)化工報(bào)）

上海微系統(tǒng)所在石墨烯基可穿戴纖維傳感器方面取得進(jìn)展

據(jù)報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員丁古巧課題組提出了通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)減少石墨烯與高分子接觸面積來(lái)提高靈敏度的策略。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的核心元件?？纱┐鲬?yīng)力應(yīng)變傳感器可用于收集人體重要信號(hào)和人機(jī)交互，除實(shí)現(xiàn)精確感知所需的高靈敏度特征外，實(shí)際應(yīng)用對(duì)傳感器的穿戴舒適度、重量、可靠性和穩(wěn)定性均有非常高的要求，因此更敏感、小型化、集成化是目前傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。將傳感器集成到傳統(tǒng)纖維中，利用其可直接編織到衣物的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體局部形變的準(zhǔn)確捕捉，是可穿戴傳感器件小型化和集成化的重要思路。

為解決上述問題，丁古巧課題組利用石墨烯/聚偏氟乙烯/聚氨酯DMF體系在水相的相分離過程，制備了高分子納米球修飾的石墨烯多孔網(wǎng)絡(luò)纖維，這種結(jié)構(gòu)大幅增強(qiáng)了該纖維在發(fā)生形變時(shí)石墨烯片層之間的結(jié)構(gòu)變化，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯基纖維靈敏度的顯著提高。

將此纖維編織進(jìn)紗布并作為眼罩，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)等信息，未來(lái)可用于眼疾病人的監(jiān)測(cè)和睡眠監(jiān)測(cè)；同時(shí)，將該纖維集成到創(chuàng)口貼中，貼到手腕處，能夠識(shí)別手腕脈搏，而且脈搏信號(hào)能夠非常清晰表現(xiàn)出脈搏上的不同信號(hào)；該纖維也可編入手套，對(duì)不同手的彎曲進(jìn)行感應(yīng)，表明其對(duì)于動(dòng)作信號(hào)準(zhǔn)確把控。正是由于小球結(jié)構(gòu)的存在，賦予該纖維比普通纖維更高的靈敏度，上述結(jié)果滿足可穿戴應(yīng)變傳感器的要求，體現(xiàn)了石墨烯基應(yīng)變傳感器件在智慧醫(yī)療、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。（中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）

絕緣基底上可控制備單層石墨烯薄膜研究取得進(jìn)展

據(jù)報(bào)道，在國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目的支持下，中科院化學(xué)研究所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于貴課題組長(zhǎng)期致力于CVD可控制備石墨烯研究，并取得了系列進(jìn)展。

化學(xué)氣相沉積（CVD）是生長(zhǎng)大面積高質(zhì)量石墨烯的有效方法之一。在石墨烯的CVD生長(zhǎng)過程中，需要使用金屬催化劑，石墨烯需要轉(zhuǎn)移才能構(gòu)筑電學(xué)器件，與當(dāng)前的半導(dǎo)體加工工藝不兼容，同時(shí)轉(zhuǎn)移會(huì)造成石墨烯的褶皺、破損和降低其電學(xué)性能。如能在絕緣襯底上實(shí)現(xiàn)石墨烯的無(wú)金屬催化生長(zhǎng)，那就不需要轉(zhuǎn)移可直接構(gòu)筑電學(xué)器件。但是，不同于多數(shù)金屬基底上的自限制生長(zhǎng)方式，石墨烯在絕緣基底上的CVD生長(zhǎng)常常會(huì)伴隨有生長(zhǎng)速度慢與重復(fù)成核等缺點(diǎn)，因而會(huì)形成均勻性差并具有不確定層數(shù)的石墨烯膜。因此，在絕緣基底上直接制備大面積均勻單層石墨烯薄膜，對(duì)其實(shí)現(xiàn)與半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)接和加速石墨烯工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程具有深遠(yuǎn)影響。

近日，研究人員采用了一種新的前驅(qū)體調(diào)控策略成功地抑制了石墨烯的二次成核，從而在絕緣基底上直接生長(zhǎng)出大面積高質(zhì)量的均勻單層石墨烯薄膜。通過對(duì)石墨烯生長(zhǎng)機(jī)理的研究得知，二氧化硅襯底表面的羥基化弱化了石墨烯邊緣與襯底之間的結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了初級(jí)成核主導(dǎo)的石墨烯生長(zhǎng)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）器件測(cè)試結(jié)果顯示出制備的均勻單層石墨烯膜具有優(yōu)異的電學(xué)性能，是目前絕緣基底上生長(zhǎng)的石墨烯薄膜器件的性能最高值。這種無(wú)需任何復(fù)雜的轉(zhuǎn)移過程，簡(jiǎn)便可控在絕緣基底上制備高質(zhì)量石墨烯薄膜的方法，使石墨烯在集成電子和光電子領(lǐng)域中的應(yīng)用又邁進(jìn)了一步。

核酸自組裝納米結(jié)構(gòu)的腫瘤靶向治療方面獲進(jìn)展

據(jù)報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心丁寶全課題組在多功能核酸自組裝結(jié)構(gòu)遞送小分子藥物領(lǐng)域已獲得一系列進(jìn)展。這些多功能的DNA自組裝載體實(shí)現(xiàn)了藥物的高效遞送，表現(xiàn)出了優(yōu)異的腫瘤治療效果。在最近發(fā)表的研究工作中，丁寶全課題組與中科院化學(xué)研究所研究員肖海華及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉揚(yáng)中合作，首次將具備結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子受體功能的納米抗體精準(zhǔn)定位組裝在DNA四面體結(jié)構(gòu)上，并在納米抗體修飾的DNA四面體中通過非共價(jià)分子間作用裝載具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的鉑藥56MESS，制備具有主動(dòng)靶向功能的鉑藥遞送體系。該體系在活體水平表現(xiàn)出優(yōu)異的腫瘤抑制效果，并極大地降低鉑藥的毒副作用。（國(guó)家納米科學(xué)中心）