纳米材料

日本首次合成碳纳米带

日本名古屋大学的研究组最近首次成功合成了国际学界60年前理论上提出的筒状碳分子“碳纳米带”。碳纳米带比同样为筒状结构的碳纳米管（CNTs）短，用于铸模可获得期望结构的碳纳米管，将促进碳纳米管的迅速普及。该成果发表在4月14日的《科学》杂志的电子版上。

研究组在合成无扭曲带状分子的基础上，设计了将其转变为筒状结构的方法，使用来自石油的廉价对二甲苯为碳素原料来合成碳纳米带。以前，碳纳米带因有弯曲而导致不稳定，无有效的合成手段。这次合成的碳纳米带直径约0.8nm，经过多种分析证实它与CNTs具有相似的结构及性质，显示出CNTs的部分结构。

CNTs具有与众不同的特性，但由于结构不同性质的差异，以前的制备方法只能得到大小及结构不同的混合物，阻碍了CNTs的应用。如果使用碳纳米带，可以分别制备特定功能单一结构的CNTs，这有助于开辟CNTs的真正应用。

如制备单一结构的CNTs，可开发易弯曲的显示器、节能型超集成中央处理器（CPU），以及高效太阳能电池等。另外，碳纳米带是能发出红色荧光的有机分子，可用作发光材料及半导体材料等。东京化成工业计划近期销售碳纳米带。该研究项目由日本科学技术振兴机构JST提供资助。（科技部）

美国研发人员在石墨烯电子器件领域取得进展

据报道，美国北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种将带正电荷（p型）的还原氧化石墨烯（rGO）转化为带负电荷（n型）还原氧化石墨烯的技术，该技术可用于开发基于还原氧化石墨烯的晶体管，有望在电子设备中得到应用。

石墨烯的导电性非常好但不是半导体，氧化石墨烯像半导体具有带隙却导电性差，而还原氧化石墨烯只带正电荷（p型），可解决这一问题。北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系的研究团队发明了利用p型rGO制备n型rGO的方法。首先，他们将rGO集成到蓝宝石和硅晶片上，然后使用大功率激光脉冲来周期地冲击晶片上的化学基团。这种冲击可有效将电子转移，使p型rGO转化为n型 rGO。整个过程在室温和常压下进行，完成时间小于1/5μs。这种激光辐射退火方法提供了高度的空间和深度控制，使开发基于p-n结的二维石墨烯电子器件成为可能。（科技部）

“纳米冰箱”成功为量子电路制冷

据报道，《自然·通讯》杂志在线版近日日刊登了芬兰科学家的一项突破性研究成果：他们研制出一种被称为“纳米冰箱”的量子电路制冷装置，能让量子位保持在足够低的温度下，从而准确可靠地运行。研究人员表示，这种制冷器未来能集成到包括量子计算机在内的多种量子电气设备中。

量子计算机在执行快速运算中，会有成千上万量子位同时参与。为了保证计算结果准确无误，量子位在开始一种算法之前，必须初始化至低温能态。如果量子位过热，就无法实现初始化，从而在运行多个量子算法时不能快速切换。

针对上述问题，芬兰阿尔托大学量子物理学家米可·默托恩和同事研制出一种量子电路制冷器。量子电路通过2个独立的电子隧道形成能带，一个电子隧道是允许电子零电阻通过的超导快速通道，另一个是非超导的慢速通道。慢速通道内的电子能够摄取附近量子设备中多余热量，跃迁到超导通道。高温电子跃过能带，低温电子“滞留”下来，就像冰箱制冷机制一样，将量子系统内的热量带走。

在测试实验中，该量子制冷装置成功让量子超导谐振器冷却下来。通过调整外部电压，就能实现对冷却的开关控制。下一步，研究团队将改进纳米制冷器并测试其对实际量子位的冷却效果。

默托恩表示，新纳米制冷器有望5～10年内实现商业化，让未来量子设备执行运算任务时，在不同算法间快速切换，提高其运算能力和可靠程度。（科技日报）

纳米传感器可检测多种有害气体

纳米气体传感器创新厂商AerNos近日宣布，它们开发出了一款微型、高精度、经济型纳米气体传感器，能够同时探测多种ppb级（十亿分之一）的有害气体，这款气体传感器专为物联网互联设备集成而设计。

利用AerNos专利的AerCNT技术，其智慧城市空气污染纳米气体传感器（AerSCAP）产品线得以探测一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、地表臭氧、二氧化硫以及瓦斯泄漏。目前，AerNos AerSCAP產品提供3种配置，分别能够支持同时探测3、4、7种有害气体。AerNos AerSCAP产品为固定式和移动应用进行了优化设计，能够方便的集成进入现有的城市基础设施，如街灯、泊车计时器、交通灯、监控系统、公共运输系统以及其他智慧城市实施。（科技日报）

NASA研发的碳纳米管复合材料压力容器首次进行飞行试验

据报道，NASA于2017年5月16日将复合材料压力容器（COPV）搭载探空火箭进行飞行试验，以测试拉伸强度并将其与传统碳纤维/环氧树脂复合材料结构进行对比。NASA研究人员表示此次试验是碳纳米管复合材料首次以结构部件的大结构件形态进行飞行试验。NASA和很多研究中心都参与了COPV项目，包括格伦研究中心、兰利研究中心、马歇尔航天飞行中心，此外，工业界也参与其中。

碳纳米管复合材料将比广泛采用的碳纤维复合材料具有更高的力学特性，可用于建造更轻的火箭结构。NASA通过计算机建模分析表明采用碳纳米管复合材料制造火箭可使火箭质量减小30%。NASA还将继续研究提升材料力学性能，以及提升碳纳米管纱的批产数量（此前，碳纳米管复合材料只能小批量生产），以使其比传统碳纤维复合材料更具竞争力。

碳纳米管复合材料不仅可用于航空航天领域，还可用于减重车辆，进而降低能耗和二氧化碳排放量。（中国航天系统科学与工程研究院）

华人科学家研制出多孔石墨烯电极

据报道，美国加州大学洛杉矶分校华人科学家段镶锋和黄昱团队研制出一种多孔石墨烯复合电极，朝着既充电速度快又续航能力强的电池“圣杯”迈近了一步。

段镶锋说，充电快慢由功率密度决定，使用时间长短由能量密度决定，但对于现在的大部分电池来说，提高功率密度与提高能量密度通常相互冲突。而以多孔石墨烯为三维框架结构、表面均匀生长纳米颗粒五氧化二铌制成的复合电极，提供了一个能同时实现2个目标的方案。

“对于一个需要充一小时电的手机电池，利用这个电极有可能把充电时间降到10min内，而电池容量没有多少减少，”段镶锋说。

锂离子电池是目前最主流的电池类型，但其能量密度等性能被认为已接近极限。过去十多年，学术界的很多研究集中在新的电极材料上，尤其是纳米结构电极材料。这些材料在实验中可输出很高的能量或实现快充，但在商用器件中却一直没办法达到其理想性能。

段镶锋解释说，电池是正、负极被隔膜分开，并灌入电解液的结构，充放电就是离子与电子在2个电极中转移。正、负极有金属薄膜，薄膜上涂有（负载）活性储能材料。处于研究阶段的新型储能材料一般只有极低负载的超薄电极中才能实现其优异性能，随着材料厚度的增加，离子扩散的电阻也显著增加，导致材料性能急剧下降，所以在商用器件上它们的性能很少能较大程度地超过现有的锂离子电池。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体，具有单原子厚度和优异的导电性能。这项研究使用三维多孔石墨烯结构，不仅保持良好的电子传输性能，其上大大小小的纳米孔也促进了离子的快速传输，从而成功解决了电极性能随着负载量增加而急剧下降的关键难题。

研究人员以五氧化二铌电极材料为实验对象，通过对三维多孔石墨烯框架的调控，在高负载电极中首次成功实现了较高的容量和超快速充放电的组合。

段镶锋说：“利用类似原理，我们正在把三维多孔石墨烯与高容量纳米材料，如纳米硅、硫等复合，若成功实施有望在电池容量上实现3～5倍以上的改善，从而进一步增加手机待机时间或者电动汽车的行驶距离。”（经济参考报）

中国从玉米芯里“变出”石墨烯，已量产创超亿元产值

据报道，近日，由黑龙江大学和济南圣泉集团股份有限公司联合完成的“生物质石墨烯材料绿色宏量制备工艺”项目通过专家组鉴定，鉴定结果认为该项目在国际上首创从生物质中提取制备石墨烯材料的技术路径，方法绿色环保、成本低，生物质石墨烯材料质量高、导电性优异。

常规石墨烯材料生产主要有3种方式，一种是对石墨进行剥离，第2种是对天然气、甲烷等进行化学气相沉积，第3种是氧化石墨还原法。以上方法存在生产周期长、环境污染严重以及产能受限等问题。付宏刚教授带领的黑龙江大学功能无机材料化学实验室是教育部重点实验室，他们独辟蹊径利用玉米芯里纤维素进行化学重组，从而合成生物质石墨烯材料。

该团队通过“基团配位组装析碳法”实现了生物质石墨烯材料的宏量制备，同时还在研发利用玉米秸秆制备石墨烯的制备工艺。在2014年建立了世界上首条年产20t的生物质石墨烯材料宏量制备生产线，并在2016年扩产至年产100t。首创将生物质石墨烯材料应用于多种纤维复合并成功实现均匀分散，首次实现了生物质石墨烯材料的成果转化和石墨烯纤维制品的商业化。

在我国，生物质中仅玉米芯的年产量就高达1亿t，大部分集中于东北3省、山东省、河北省，年产100t生物质石墨烯材料所支撑的产品线可带来产值3亿～5亿元。（科技日报）

石墨烯功能化海绵 开启快速清理高黏度浮油新纪元

据报道，日前，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室的俞书宏教授课题组在高黏度浮油吸附材料设计上取得突破性进展，相关成果在线发表在《自然—纳米技术》杂志上。该课题组首次将焦耳热效应引入到多孔疏水亲油吸油材料中，设计研制出可快速降低水面上原油黏度的石墨烯功能化海绵组装体材料和收集装置，大幅提高了吸油材料对高黏度浮油的吸附速度，显著降低了浮油清理时间。

海上原油泄漏不仅给环境带来灾难性破坏，还会造成巨大经济损失。原油泄漏所产生的水面浮油具有面积大、油层薄、黏度大等特点，难以采用传统技术和材料有效处理：撇油船在围油栏的配合下能够处理的浮油面积非常有限，且回收的浮油中含水量大；向原油泄漏区域播撒分散剂仅能将部分浮油分散到水体中，新形成的原油乳液颗粒依然会威胁海洋生物的生存环境……

近年来，多孔疏水亲油材料因具有成本低、油水分离效率高、环境友好等优势，逐渐受到重视。然而，该材料仅对低黏度油品具有较高吸附效率，清理回收水面原油泄漏非常困难。因为原油的黏度比较大，导致多孔疏水亲油材料难以将浮油快速吸附到内部，利用率和浮油清理速度大幅降低。

2012年起，俞书宏团队持续开展了高性能碳基组装体吸油材料的设计与制备方法研究。他们首次设计出具有原位加热和油水分离功能的石墨烯功能化海绵，大幅提高了多孔疏水亲油材料对高黏度浮油的吸附速度。研究中，他们首先采用离心辅助浸渍涂覆技术，在商业海绵表面均匀包裹上石墨烯涂层，使其不仅导电，还具有疏水亲油特性，施加电压后，产生的焦耳热会迅速增加与其接触的原油温度，有效降低了与之接触的原油黏度，最终使得经石墨烯功能化的海绵能够快速吸附水面上高黏度原油。为提高电能的利用效率，他们将加热区域限制到石墨烯功能化海绵的底部，顶層海绵和水面的浮油相当于隔热层，缓解热量扩散，提高热量向原油传递的效率。在这种限域加热设计下，电能消耗降低了65.6%，石墨烯的用量降低了50%，吸油时间也只有常温石墨烯海绵的5.4%。此外，他们还提出阵列电极设计，证明了这种焦耳热辅助多孔疏水亲油材料吸油技术可以实现工业化生产，具有重大商业化意义。

据悉，这项研究开创了浮油吸附材料设计的新路径，提出的相关原创技术在石油化工行业中的油水分离领域也有着广泛应用前景。该研究提出的可加热经石墨烯功能化后的海绵组装体材料，有望在今后应对海上原油泄漏事故处置中获得广泛应用。（经济日报）

中科院研发出新型“纳米农药”

据报道，近日，中科院合肥研究院技术生物所的吴正岩研究员课题组研制出一种可自动感知温度的温敏型控释农药。它对于提高农药利用率、降低农药引发的农业面源污染将会有很大的帮助，同时对于构建现代生态农业也具有重要意义。

作为农业发展必需的生产资料，农药对于防治作物病虫草害、保障我国粮食安全起到了重要的作用。在我国，每年农药使用量高达数百万吨，但有效利用率却不足30%。大量农药通过挥发、径流、渗漏等方式进入到自然生态环境中，不仅造成严重的环境污染，而且危及人畜的健康。

如何提高农药利用率、降低农药用量已经成为我国乃至世界农业和环境领域亟待解决的关键问题，而此次可自动感知温度的温敏型控释农药问世，也将开辟出一条发展高效、便捷、绿色农药的新路径。

根据了解，吴正岩课题组是利用凹凸棒土、碳酸氢铵等材料制备出一种复合纳米材料，并以该材料为载体与除草剂复配研制出温敏型控释除草剂颗粒。这种颗粒对于温度具有较强的敏感性，可通过温度有效调节颗粒中纳米孔道的数量，从而控制除草剂的释放。

这样一来，可以达到显著提高农药利用率、降低农药用量、减少农药流失的目的，与此同时，这一技术还具有成本低、效率高、易加工、使用方便、环境友好等优势，应用前景不可估量。（中国科学院）

福建石墨烯产业基金项目将落户鼓楼 总投资10亿元

据报道，5月15日，从鼓楼区获悉，总投资10亿元的福建省石墨烯产业基金项目将落户鼓楼，该项目将于海交会期间上台签约。届时鼓楼共有8个项目上台签约，总投资29.3亿元。

据了解，鼓楼可望签约项目42项，总投资71.85亿元。其中，央企8项，总投资24.27亿元；民企24项，总投资40.58亿元；外企10项，总投资1.03亿美元。可望签约项目数超过去年22个，内资总投资额超过去年10.2亿元。

福建省产业股权投资基金有限公司和基金管理机构共同投资10亿元，在鼓楼区设立福建省石墨烯产业基金，首期投资5亿元。

华为云创新服务中心由华为技术有限公司投资2亿元，引入以华为软件开发云为主体的华为云中心，由华为出资部署相应的软硬件设施，指派专业队伍在福州提供服务，培育福州软件产业的创业服务能力。

此外，长江证券股份有限公司拟投资8亿元，在鼓楼设立福建分公司；首欣通达区域总部项目由深圳首欣通达科技有限公司投资1亿元，在鼓楼设立首欣通达东部区域总部。（福州日报）

我国在二维金属碳化物纳米片衍生物研究取得新进展

据报道，近日，中科院大连化物所吴忠帅团队发展了一种同时氧化和碱化的新策略，一步法实现了二维金属碳化物纳米片向超薄钛酸钠或钛酸钾纳米带的转变，发现其具有优异的储钠和储钾性能。相关研究成果发表在《美国化学会—纳米》上。

该团队所制备的纳米带具有较大的层间距（0.90～0.93n m）、超薄厚度（<11nm）、较窄宽度（<60nm）以及开放的大孔结构，有利于充放电过程中电解液离子的快速传输以及结构的稳定。因此，该类钛酸钠纳米带在200mA/g电流密度下展现出高达191mAh/g的比容量，钛酸钾纳米带具有优异循环稳定性，可超过900次稳定循环且保持较高比容量，明显优于其他的钛基纳米材料。（中国科学报）

上海微系统所石墨烯/六方氮化硼平面异质结研究获进展

中国科学院上海微系统与信息技术研究所石墨烯/六方氮化硼平面异质结研究取得新进展，研究员谢晓明领导的研究团队采用化学气相沉积（CVD）方法成功制备出单原子层高质量石墨烯/六方氮化硼平面异质结，并将其成功应用于WSe2/MoS2二维光电探测器件。

石墨烯（graphene）和六方氮化硼（h-BN）结构相似但电学性质迥异。由于石墨烯/六方氮化硼平面异质结在基础研究和器件探索方面具有重要潜力，因而备受学术界关注。graphene/h-BN平面異质结的制备一般采用依次沉积石墨烯和h-BN，或者相反次序来实现，由于后续薄膜形核控制困难以及生长过程中反应气体很容易对前序薄膜产生破坏，因而目前文献报告graphene/h-BN平面异质结的质量不尽如人意。上海微系统所信息功能材料国家重点实验室的卢光远、吴天如等人基于铜镍合金衬底生长高质量h-BN和石墨烯薄膜的研究基础，通过先沉积h-BN单晶后生长石墨烯，成功制备了高质量石墨烯/h-BN平面异质结。（中国科学院）