纳米材料

美国研制出超薄热敏性自折叠3D石墨烯制备方法

据报道，近日，美国约翰斯·霍普金斯大学研制出一种制备超薄热敏性自折叠3D石墨烯的制备方法。将单层石墨烯折叠和展开为预先设计的有序3D结构。该方法使用聚多巴胺，以非共价方式将石墨烯表面官能化。官能化石墨烯经过光刻图案化和自折叠成有序的三维结构，此过程完全受温度控制，且变形可逆。该结构通过光谱和显微镜来表征，使自折叠使用多尺度分子动力学模型合理化。该项研究为设计和制造具有可预测形状和动力学的有序3D石墨烯结构提供了潜力。研究人员表示可用该技术封存活细胞、建立非线性电阻以及为晶体管器件增加褶皱。

研究人员通过修改石墨烯的表面，赋予它热敏性，并将官能化的石墨烯图案化成超薄自我折叠的前体。首先，使用一种生物粘附剂—聚多巴胺（PD），使石墨烯以非共价方式实现表面官能化。由于其对邻苯二酚/醌基团的反应性，PD还能够进行多种化学反应以进行随后的官能化，因此本研究中使用的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）等响应性聚合物可以进一步接枝到表面。之后，使用光刻和等离子蚀刻将官能化的单层石墨烯图案化为各种尺寸和形状。最后，从基底释放官能化的石墨烯图案，并且在加热PNIPAM的较低临界溶解温度（LCST）以上时，2D前驱体自身折叠成有序3D微结构，这是由接枝聚合物刷的分子构象变化引起的。官能化的石墨烯非常薄，在5～10nm范围内。此外，非共价键方法保留了石墨烯的固有性质和低弯曲刚度。通过使用计算机辅助设计光掩模板可以有效控制2D前驱体的形状，达到形状可调的效果。

这种新方法具有2大优势，其一，能避免之前工艺中出现的石墨烯特性受损，折叠过程可完全保留石墨烯的导电导热等性能；其二，3D形状内的折痕可形成能量带隙，进一步提高石墨烯的导电性能。该超薄热敏性自折叠3D石墨烯可用于制造可折叠电子器件，以及生物传感和分子机器人中相关的一系列3D碳结构。（北方科技信息研究所）

韩国研究表明活性氧纳米粒子可以有效治疗白血病

韩国基础科学研究院发布消息称，韩国基础科学研究院与首尔大学联合研究小组成功开发出具有抗氧化和消炎作用的二氧化锆-氧化铈（CeZrO2）纳米粒子（以下称为合成纳米粒子），将合成纳米粒子一次性注入体内具有半永久抗氧化作用，对治疗白血病有显著效果。

为了降低体内活性氧浓度以及减少体内炎症，研究小组从2012年开始关注具有携带抗氧化功能的氧化铈（Ce2O3）纳米粒子，对如何减少使用量并能提高纳米粒子的性能，以及对降低副作用的方法进行研究，取得了阶段性成果。

该研究小组已申请了国内专利以及国外专利。其研究成果在线发表在国际著名期刊《德国应用化学》上。（科技部）

韩国研发出自主产生电能的纳米金属线

据报道，韩国汉阳大学发布消息称，其研究小组研发出在伸缩或旋转时能够产生电能的纳米金属线。研究小组通过碳纳米管圆形缠绕，制造出纳米金属线。金属线在电解质中抻拉产生缠绕，从而减少体积。研究表明，19.2mg纳米金属线可以点亮2.3v的绿色LED电灯，以每秒30次的频率抻拉，1kg纳米金属线可以产生250W电能。

研究小组通过海浪和温度变化试验，验证了这一技术。将纳米金属线与气球绑在一起放入海中，随着海浪的拍打就会产生电能。随着空气中的温度变化也会自主产生电能。

研究小组表示，纳米金属线与以往的电池不同，可以在海洋中产生无限的电能，可以为手机和无人机提供不间断的电能供给。该研究结果发表在国际学术期刊《科学》杂志上。（科技部）

长碳纳米管或像石棉一样致癌

据报道，美国《当代生物学》杂志11月6日发表的一项动物研究表明，被广泛用于工业和消费品生产中的长碳纳米管可能具有与石棉相似的致癌作用。

长碳纳米管是纳米管的一种，具有质量轻、强度高等优点，被广泛用于头盔、自行车、飞机、电脑主板等工业和消费品生产中。

英国医学研究委员会和莱斯特大学的研究人员向小鼠胸膜植入长碳纳米管，结果观察到慢性炎症的形成、致癌信号传导途径的激活以及抗癌基因的失活与丢失，最终32只小鼠中有多达四分之一出现间皮瘤。

负责研究的英国医学研究委员会的马里恩·麦克法兰教授说：“与以前报告的短期研究不同，这是第一次在小鼠身上连续多个月观测长碳纳米管的影响，结果发现导致间皮瘤。”

研究人员指出，不是所有的纳米纤维都会造成危害，最新发现只适用于长碳纳米管，它们不会在体内分解。“在结构和物理特性上，又长又细的碳纳米管与石棉非常相似，”麦克法兰解释说，“免疫系统在识别较短、较厚或缠绕的纳米管方面做得很好，它们可以被巨噬细胞吞噬并被清除出体外。”

研究人员希望，这一发现能帮助生产厂家在相关产品的设计和生产过程中选择更安全的纳米材料。

不过也有专家指出，公众直接接触到长碳纳米管材料的可能性很小，更需要担心的是相关产品生产线上的工人。（新华网）

科学家发明用于评估碳纳米材料毒性的生物发光酶测试系统

据报道，在俄罗斯科学基金会支持下，俄科院西伯利亚分院克拉斯诺亚尔斯克科学中心和西伯利亞联邦大学的科学家组成的团队开发出一种生物发光酶测试系统，用于评估碳纳米材料的毒性。

纳米技术的发展使得纳米材料被广泛应用于各个领域。当前，人工制造的纳米颗粒多以碳为基础，主要用于药品、化妆品和食品的工业生产，并且其应用范围还在逐年拓宽。预计到2025年，全球碳纳米管市场容量将达14.5万t，可实际应用于所有技术领域。

新材料对于人和生物是否安全，总是会引起担忧。目前先进的手段是使用各种生物试剂来判断工业用新材料的潜在风险。纳米材料的毒性作用可能与其对生物分子的影响有关。例如，通过与细胞组分结合，纳米粒子可以抑制酶活性，甚至导致蛋白质分子完全失活。

俄罗斯专家团队提出使用生物发光试剂“Enzymolum”（发光酵素）来测试纳米材料的毒性。Enzymolum是从海洋发光细菌中提取的独特的多分子酶系统，其发光强度能随各种添加剂的作用而变化。科学家对一些商用纳米材料（如各种碳纳米管和富勒烯）进行了测试，发现多壁纳米管对试剂发光的抑制反应最为明显。值得指出的是，只有在纳米材料的含量超过其在环境中的正常含量时，试剂才会出现变化。然而，随着纳米材料应用的增多，其在自然环境中的含量也会增加。（科技部）

俄学者发现空气对纳米电子半导体有致命影响

据报道，俄罗斯托木斯克理工大学发布消息称，该校与德国、委内瑞拉的科学家最近证实了二维半导体硒化镓在空气中的易损性，该重要发现有助于制造硒化镓基超导纳米电子产品。

现代材料学中，二维材料（即只有一个或几个原子层厚的薄膜材料）的研究是一个具有前景的领域，它具有优异的导电性，强度高，可以成为超小尺寸（纳米电子产品）现代电子产品的主要器件。光电产品需要使用能够在光照射时产生大电子流的新材料，有效解决该问题的二维半导体之一就是硒化镓。

国际一些科研小组曾经尝试制造硒化镓基电子设备，虽然对该材料进行了大量的理论研究，但该材料在现实装置中的应用还不明朗，托木斯克理工大学激光与光学技术的科研组成功揭示了其中的原因。他们通过光组合散射光谱法和XPS方法研究了硒化镓，确定镓和氧之间存在化学键，硒化镓一接触空气就会迅速被氧化，从而失去生产纳米电子设备所必需的导电性能。进一步研究硒化镓氧化敏感性可以研究出保护和保存硒化镓光电性能的解决方案。（科技部）

我国实现米级单晶石墨烯的制备

石墨烯是典型的二维轻元素量子材料体系，具有优越的量子特性。科学界在石墨烯体系中观察到了许多量子现象和量子效应，石墨烯已经成为凝聚态物理研究领域的重要量子体系，在未来量子信息、量子计算和量子通讯等领域具有广泛的应用前景。如何获得大尺寸单晶石墨烯是石墨烯研究领域的热点和难点，是实现石墨烯工业化应用的基础。虽然利用化学气相沉积方法（CVD）方法已经实现了米级多晶石墨烯薄膜的制备，但是米级单晶石墨烯薄膜技术还未被突破。

最近，在量子调控与量子信息重点专项项目的支持下，北京大学刘开辉研究员、俞大鹏院士、王恩哥院士及其合作者，继2016年首次实现石墨烯单晶的超快生长之后，在米级单晶石墨烯的生长方面再次取得重要进展。研究团队将工业多晶铜箔转化成了单晶铜箔，得到了世界上目前最大尺寸的单晶Cu（111）箔，利用外延生长技术和超快生长技术成功在20min内制备出世界最大尺寸（5×50cm2）的外延单晶石墨烯材料。该研究结果为快速生长米级单晶石墨烯提供了必要的科学依据，为石墨烯单晶量子科技的产业化应用奠定基础。（科技部）

智能纳米颗粒自控温“烫死”癌细胞

大连理工大学教授吴承伟团队研发出一种新智能纳米颗粒，不仅可追踪癌细胞，还能自我调节温度，自动升温到可杀死癌细胞的温度，而在杀死癌细胞后，会在伤害健康组织前自动散去热量，实现了自控温“烫死”癌细胞。相关成果近日发表于《纳米尺度》杂志。

研究发现肿瘤细胞在40～45℃会凋亡，而正常细胞温度耐受性一般要高4～5℃。研究人员发明了一种新型“自控温开关”，实现磁感应热疗温度的自动准确控制，热疗极限温度可根据需要控制在任意温度（30～70℃）。当温度高于设定治疗温度时，这种“开关”会自动关闭，停止加热；当温度低于设定治疗温度，“开关”会自动开启，开始加热，通过“开关”的自动循环转换，将肿瘤局部温度精准地控制在设定的治疗温度。这种新型“开关”的使用，不但可避免在肿瘤磁热疗过程中使用复杂、昂贵的测温、控温系统，而且实现了自动、安全、精准控温。

相对于放疗和化疗的强毒副作用，低强度磁场对人体细胞和组织具有无害性。而且磁场的高穿透力，使得该技术可用于体内任何肿瘤的治疗，实现局部升温自动精准控制。该项技术属绿色无毒副作用的物理治疗方法，已引起国内外广泛关注。（中国科学报）

北京石墨烯产业创新中心成立

据报道，2017年11月15日，北京市召开“2017·石墨烯产业国际峰会暨北京市石墨烯产业创新中心专家委员会成立大会”。大会以“创新合作，共建国家级石墨烯科技产业化平台”为主题，旨在加速推动全国石墨烯科技创新和产业化发展，促进国际石墨烯科技交流。大会上北京石墨烯创新中心挂牌成立。

石墨烯作为一种颠覆性新材料，目前正处于从实验室走向产业化的关键时期，且与国外技术处于并跑阶段，有条件成为我国新材料产业乃至制造业实现弯道超车的突破口。日前，北京石墨烯产业创新中心授牌仪式在京举行，其目标是在全国打造出千亿级产业规模。

目前，北京石墨烯研究综合实力全国首屈一指，院所数量及研究人员数量占全国半数以上，拥有20多个包含院士在内的带头人和研发团队，单位GDP产出的专利申请量位列全国第1，一些领域实现国际领跑。

以此为基础的北京石墨烯产业创新中心目标到2020年，突破石墨烯应用材料复合化共性技术，实现现有材料升级换代，获得7个以上国际领先的石墨烯杀手锏应用。同时要实现100t石墨烯低成本制备和应用，形成千亿级产业核心。通过瞄准国际前沿，掌握石墨烯颠覆性技术，还要推进10个“中国发明，世界第1”的石墨烯前沿技术，形成100份國际专利和国际标准，拥有一支具有国际视野的百人队伍，使北京成为全球石墨烯创新网络的关键枢纽，全国石墨烯产业创新发展的协同中心，石墨烯军民融合的示范区，国家石墨烯高端产业的主力军。

目前北京石墨烯产业创新中心已有多项科研成果在军工尖端装备、半导体、电力传输及电池等领域获得了应用。（北京日报）

中兴环能纳米洋葱碳实现吨级量产

据报道，山西中兴环能科技股份有限公司（以下简称“中兴环能”）作为一家高新技术企业，瞄准了阳泉丰富的煤层气资源，从中提取纳米洋葱碳，用3年时间在全球率先实现了吨级量产。放眼世界先进国家，现阶段这种“高精尖”的纳米洋葱碳也只能在实验室里以克为单位提取。