纳米材料

以石墨烯为原材料的传感器可检测室内空气污染 且精度很高

据报道，英国南安普顿大学和日本先进科学技术研究所的科学家研发了一种以石墨烯为原材料的传感器，能检测出室内空气污染且精度极高。这一研究近日发表在《科学进展》期刊上。

新研发的传感器可以感应到来自建筑、家具用品的二氧化碳分子以及挥发性有机化合物（VOC）气体分子。

近年来，由个人居住环境中的空气污染引起的健康问题与日俱增。这些有害化学气体的浓度水平一般在几十亿分之一（ppb），用现有的环境传感技术难以检测到，因为这些传感器只能检测到浓度为百万分之一（ppb）的此类气体。

该研究团队研发出的石墨烯传感器在通电后，可使单个的二氧化碳分子一个一个吸附到石墨烯材料上，并在分子水平上检测其浓度。其具体方法是，通过监测石墨烯材料的电阻值，石墨烯材料对二氧化碳分子的吸附和释放会以电阻“量子化”波动的形式被检测到。在实验中，研究人员只花费了几分钟就检测到浓度约为30ppb的二氧化碳气体。（科技日报）

新方法“刻”出最快柔性硅晶体管

据报道，美国威斯康星大学麦迪逊分校的科研团队，在4月20日出版的《科学报告》杂志上撰文称，他们使用一种独特方法，研制出了处理速度最快的柔性硅基晶体管，能无线传输数据和能量，有望用在包括可穿戴电子设备和传感器等在内的诸多领域。

目前这一柔性硅晶体管的截止频率为创纪录的38GHz，而模拟表明，其最高截止频率甚至能高达110GHz。在计算机领域，截止频率越高，晶体管的处理速度越快。

该研究由威斯康星大学麦迪逊分校电子和计算机以及工程学教授马振强（音译）、科学家金正勋（音译）领导。他们运用低温处理手段，借助简单且成本低廉的纳米压印技术，在置于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基座上的柔性单硅晶体管上，画出了电路。

研究人员给晶体管添加了一层光敏材料，利用电子束平印术，在其上制造出了可重复使用的纳米图案模型；接着根据模型内的图案，用干法刻蚀工艺在硅上切割出了精确的纳米沟槽，并在沟槽上添加了能作为开关的宽电闸。由于该高性能晶体管拥有独特的三维电流模式，因此耗能更少且效率更高。而且，与传统制造过程相比，新方法能划分出更狭窄的沟槽，也将有助于让更多晶体管簇拥在单个电子设备上。

马振强指出，最新方法很容易升级，用于高效能、低成本的卷对卷制程中，能使半导体制造商们以更低成本制造出拥有无线上网功能的高性能晶体管。（科技日报）

美国哈佛大学开发出可调透明度的窗玻璃

美据报道，国哈佛大学研究人员日前开发出一种新工艺，只需轻调电压，就能迅速改变窗玻璃的透明度。

此前也有研究人员开发可调透明度的窗玻璃，但都是基于电化学反应来实现调节功能，工艺成本较高。而哈佛研究小组的新技术是通过改变材料的几何结构来调节窗玻璃透明度的。

哈佛大学工程与应用科学学院研究人员在最新一期美国《光学快报》杂志上报告说，他们开发的新型可调窗玻璃中间是一层玻璃或者塑料材料，两侧覆盖了透明、柔软的弹性体，弹性体上又喷了银纳米线涂层。银纳米线涂层尺度很小，不会散射照射其上的光线。但是，当施加一个外部电压时，情况就发生了变化。

在外加电压的作用下，两侧的银纳米线获得能量向彼此运动，从而对弹性体挤压导致其变形。由于银纳米线在表面的分布不均匀，所以弹性体也呈不均匀变形。这导致表面粗糙，散射光线，玻璃就会变得模糊。

研究人员介绍说，关键一点是，整个变化过程发生在不到1s的时间内。此外，他们还发现，弹性体表面的粗糙程度与外加电压相关。电压值越高，表面就会变得越粗糙，玻璃也就越模糊。参与研究的塞缪尔·希安比喻说，“这就好像是一个冰冻的池塘。如果这个冰冻池塘表面是光滑的，那么就可以透过冰看到下面，但如果冰表面有很多划痕，就什么都看不到了。”（科技日报）

日本开发出具有高脱盐性能的碳纳米膜

据报道，日本信州大学2016年4月8日宣布，利用新的成膜方法（干法工艺）开发出了比现有DiamondLike Carbon（DLC）膜更柔软的碳基水分离膜，脱盐率最高达到96%。这种水分离膜的脱盐性和透水性不及海水淡化使用的标准反渗透（RO）膜，但高于现有DLC膜，有望作为RO膜投入实用。

DLC是钻石结构与碳结构混合的非晶碳纳米膜，被广泛用于硬盘表面、各类刀具、PET瓶等的涂布材料。这一次，信州大学以现有DLC膜为基础，通过优化纳米结构，开发出了可以应用于先进水处理的碳纳米水分离膜。

这种水分离膜使用溅射法，通过使等离子化的氩气、氮气、甲烷相互碰撞生成碳分子，在基材上附着并沉积，形成厚度为20～30nm的碳纳米层。通过调节通入的氮气量，可以优化脱盐性、透水性和耐氯性，通过增加氮掺杂量，可以表现出较高的NaCl去除率。

这项技术是日本科学技术振兴机构（JST）正在推进的创新中心（COI）项目“为世界的丰富生活环境和地球可持续发展作出贡献的水创新基地”的一环。是面向“构建充满活力的可持续发展社会”的愿景，以构建解决全球性缺水的革命性造水和水循环系统为目标，作为实现海水、采出水、盐水3种水源脱盐的关键技术而研发的。（日经BP社）

未来石墨烯材料纳米机器人可治理污染水体重金属

据报道，一组国际性科研团队将最新的石墨烯技术用来制备新型纳米机器人来处理污染水体，较之前方法吸附铅离子的效率提高了数倍。不加限制的科技发展会对环境造成极大破坏，如电子元器件和电池不当处理都会产生水体铅、镉、汞、砷、铬等重金属污染。

这些机器人比人类发丝都细，形状为细小的管状，机器人由三層材料制成：最外层为石墨烯氧化物可以从污染水体中吸附出铅离子，中间层为镍，允许外部通过可控磁场来操控机器人，最内层则为铂，可通过分解过氧化氢形成推进力。相关论文已经发表在期刊《纳米通讯》上，论文中称应用纳米机器人后，可以在60min内将铅浓度为1 000ppb的水体净化为50ppb浓度，吸附率高达95%。由于能够用可控磁场来控制这些机器人，这些机器人能够回收再利用，甚至吸附出的铅离子也能够经过处理被回收。

论文共同作者德国马克斯-普朗克研究所的Samuel Sánchez告诉Phys.org说，“这是一项纳米机器人应用于环境科学的一项全新应用，自我动力的纳米机器人能够吸附污染水体中的重金属，并将之转移到最需要应用的领域，这是一个良好的闭环应用，这项概念可以推广至工业应用。”

新型纳米机器人的开发科研团队正在准备将之应用至更广的工业污染水域，进行实际测试。（cnbeta）

合肥物研院研发出高强度新型纳米材料

据报道，4月8日从中科院合肥物质科学研究院了解到，该院固体所研究团队近日在国内率先成功制备出同时具有高强度、高热稳定性的高界面铜钽（Cu/Ta）纳米多层膜块体材料。这项成果突破了传统纳米材料高温条件下的不稳定性问题，为下一代核电装置结构材料的设计提供了思路。

纳米结构材料，因为其高强度及丰富的界面被认为是下一代核电装置的理想候选材料。然而，传统的纳米结构材料在高温、强辐照等极端条件下结构和性能都不稳定，因此制备同时具有高强度及高稳定性的纳米结构材料一直是材料研究的难题。

固体所内耗与固体缺陷研究室核材料研究团队以大塑性变形法，有效克服了材料在累积叠轧过程中出现的塑性不稳定现象及边裂问题，首次成功制备出了层数为12 288层，最小单层膜厚为50nm的高界面铜钽纳米多层膜块体。微观结构表明，这种铜钽纳米多层膜块体层状结构连续，铜、钽界面平直清晰。力学性能测试结果表明，其强度达到了初始原材料的5倍。更为重要的是，这种材料还具有非常优异的高温热稳定性，500℃退火1h后硬度不变，600℃退火1h后硬度仅下降6.6%。这一高强度、高热稳定性材料的成功制备为极端条件下材料设计提供了新思路，为下一步研究铜钒、铜钨、铬钨等纳米多层膜块体材料打下了基础。（安徽日报）

单壁碳纳米管纯度测量出台国家标准填补碳基纳米材料量值传递体系空白

据报道，从由中国计量科学研究院获悉，该院研制的单壁碳纳米管手性、长度、纯度标准物质，填补了我国在碳基纳米材料量值传递体系的空白，为打破贸易壁垒提供了技术支撑。

我国虽然是碳纳米管生产大国，但由于缺乏统一的国家标准，碳纳米管材料在出口时遭遇了技术性贸易壁垒。

课题负责人、中国计量科学研究院任玲玲副研究员介绍，碳纳米管材料中单壁碳纳米管使用较多。纯度高于90%的单壁碳纳米管，每克售价已经超过了1 000美元，而低于90%的每克售价仅为其1/10。为避开贸易壁垒，国产单壁碳纳米管只能以低于90%纯度出口，每出口1kg损失将近900万元，大大制约了我国碳基纳米材料产业发展。

“碳基纳米材料由于尺度在纳米量级，表面能量高、易团聚，对测量设备和测量方法有着很高要求。”任玲玲告诉记者。在国家科技支撑计划的资助下，课题组经过4年的攻关，解决了这一难题。“这些标准物质就好比一把尺子，不同企业、不同测量设备通过这把尺子测量得到的结果才具有一致性、可比性。”任玲玲解释说。

此外，课题组还建立了一套激光共聚焦显微拉曼光谱仪计量标准装置，可用于碳纳米管、石墨烯等碳基纳米材料的结构、纯度等特性量的准确测量，并使其溯源到国家光谱辐射照度基准。（科技日报）

全球首款石墨烯电子纸问世

据报道，4月26日从广州奥翼电子科技股份有限公司（以下简称“奥翼电子”）获悉，该公司与重庆墨希科技有限公司（以下简称“重庆墨希”）经过历时一年的联合研制，成功研发出全球首款石墨烯电子纸，预计半年内能够实现对石墨烯电子纸的量产。

据了解，这款石墨烯电子纸可与柔性或刚性驱动底板相结合，制作出刚性石墨烯电子纸显示屏和超柔性石墨烯电子纸显示屏。与传统的电子纸相比，该石墨烯电子纸具有以下3个优点：一是弯曲能力更强，强度更高，进一步拓宽了电子纸显示屏的应用，非常适合应用于穿戴式电子设备以及物联网等需要超柔性显示屏的领域。其次，通常ITO薄膜采用稀有金属铟，不但价格昂贵而且存储量少，有短缺风险，采用石墨烯不但能降低产品成本，而且石墨材料取之不竭。此外，由于石墨烯材料的透光率高，用它做电子纸显示的亮度更好。

虽然世界各国都在开展石墨烯的应用研究，但目前在全球范围内石墨烯还没有大规模的产业化应用。奥翼电子与重庆墨希于一年前签署技术开发合作协议，奥翼电子利用重庆墨希提供的石墨烯材料开发石墨烯电子纸。这款石墨烯电子纸的成功问世，使我国在石墨烯材料产业化应用方面又向前迈进了一大步，标志着我国在石墨烯应用上已经走在了世界的前沿。同时也使柔性电子纸技术得到了进一步的发展，大大扩展了电子纸显示技术的应用范围。（科技日报）

深圳先进院制备出高稳定性黑磷

据报道，近日，中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋、王怀雨研发团队在二维材料领域取得新突破，制备出高稳定性黑磷。

2014年，与石墨烯一样拥有二维层状结构的黑磷，被视为新的超级材料，刚一出现就引起了全世界的广泛关注。黑磷是一种天然的半导体，其带隙宽度可调、电学性能优越，被认为有望取代硅，成为半导体工业的核心材料。黑磷的光学性能同其它半导体相比也有巨大优势，它的半导体带隙是直接带隙，即导带底部和价带顶部在同一位置，这意味着黑磷可以和光直接耦合，构筑新一代光电器件。此外，黑磷还具有独特的力学、电学和热学的各向异性。尽管黑磷已在多个领域展现出巨大的应用潜力，它却存在着一个致命缺陷：缺乏稳定性。当接触水和氧气时，黑磷层片会在极短时间内氧化进而降解掉。这一缺陷极大地限制了黑磷的研究和工业应用。

为解决黑磷的这一“阿喀琉斯之踵”，研究团队创造性地提出用配位化学的方法来提高黑磷的稳定性。研发团队设计了一种钛的苯磺酸酯配体，利用钛原子的空轨道和苯磺酸酯的強吸电子效应，该配体可与黑磷的孤对电子对进行配位，从而占据孤对电子，这样磷原子就无法再与氧气发生反应。该修饰技术简单有效，在不改变黑磷晶体结构的前提下，就能极大提高它的稳定性。而这种高稳定性黑磷的成功制备，无疑可有效推动黑磷在光电器件等领域的工业应用，还将极大促进其在能源、催化、生物医学等领域的深入研究。该研发团队已经在黑磷研发领域申请PCT专利1项、国家发明专利3项，并在积极推进相关技术的产业化。（中国科学院）

碳纳米管新材料产业园落地渤海新区

据报道，4月7日，渤海新区党工委书记、管委会主任张国栋会见保利龙马资产管理有限公司副董事长张建军一行，双方就碳纳米管新材料产业园项目落地事宜进行洽谈。

据了解，碳納米管新材料产业园项目初步选址在渤海新区港城区鑫海路西侧，园区主要以碳纳米管生产为主，同时涵盖锂电池、碳纳米管玻璃、碳纳米管轮胎、碳纳米管化妆品等一系列相关产品的开发和生产。另外，保利龙马资产管理有限公司还将与上海交通大学合作，在渤海新区成立一个国家级实验研发基地，作为碳纳米管的研发中心，为碳纳米管的生产提供技术保障。张建军表示，他们拥有国内研究碳纳米管的专家团队，有信心建成国内首屈一指的碳纳米管生产研发基地。（渤海新区网站）

杭电股份投资1亿元从事石墨烯研发和产业化

据报道，4月13日晚间，杭电股份发布公告称，公司与澳大利亚新南威尔士大学及澳大利亚新南创新有限公司签订《研发与产业化合作议定书》，三方共同合作进行研究开发，并在中国实现研究成果产业化。杭电股份将投资人民币1亿元，从事运用石墨烯提升电力电缆导电性和电网级石墨烯超级电容器的研发和产业化。（网易财经）

玲珑轮胎与北京化工大学拟开展石墨烯轮胎等13项研究

据报道，4月13日，山东玲珑轮胎股份有限公司（以下简称“玲珑轮胎”）与北京化工大学“产学研合作签约仪式”在山东招远举行。

未来，双方将共同开展石墨烯轮胎研究、纳米粘土天然橡胶在全钢胎面的应用等13项技术合作课题，凭借多年合作的成功经验，双方必将在人才培养、科研研究等领域实现新的突破，推动北京化工大学学术成果推广，提升玲珑轮胎技术研发能力，为双方的发展再添新活力。

据悉，多年来，玲珑轮胎与北京化工大学建立了稳固的技术合作关系，共同承担了多项国家“863计划”、”973计划”、“火炬计划”等国家级重大科研课题；2015年，双方牵头成立的“蒲公英橡胶产业技术创新战略联盟”，开启了我国蒲公英橡胶的综合开发研究。同年，双方共同合作的“节油轮胎用高性能橡胶纳米符合材料的设计及制备关键技术”更荣获国家技术发明二等奖，成为中国轮胎行业获得的最高奖项。（中化新网）

炭纳米超微材料炭电极通过省级科技鉴定

据报道，近日，由河北联冠电极股份有限公司研制开发的新型环保炭纳米超微材料炭电极顺利通过河北省组织的专家鉴定。鉴定委员会一致认为，该产品物理性能好、节能环保，填补了国内炭素制品的一项空白。

据该课题项目总负责人、我国炭素制品行业专家王广西介绍：联冠公司从2014年开始，投资1 000多万元研制开发新型环保炭纳米超微材料炭电极产品，经过2年多的反复试验获得成功，并于2015年取得了国家发明专利技术授权。该产品具有物理性能好、节能降耗、安全环保等特性。特别是炭纳米超微材料的应用，与一般炭电极相比，在体积密度、抗折强度、抗拉强度分别提高5%～10%以上，解决了目前大型矿热炉冶炼过程中的折断、开裂等问题。通过研发炭电极最佳原料配方，使产品的膨胀系数比普通炭电极制品低一倍多，解决了生产中的严重污染问题。目前企业已投资3 000多万元建成国内首条炭纳米超微材料炭电极专业生产线，得到用户一致认可。（中国工业报）