新材料与新工艺

美国LLNL优化双光子光刻技术用于微纳增材制造

美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员研发出一种用于优化双光子光刻（TPL）技术性能的新方法，通过“折射率匹配”方法和对材料的优化设计改善了该技术应用于增材制造的效果，最小可制造纳米结构。

常规TPL技术采用薄载玻片、透镜及浸镜油辅助激光进行增材制造，使激光聚焦在需固化的位置，可产生具备微小特征的激光点，可实现高加工分辨率。但TPL技术自下而上地构建结构，载玻片和透镜之间的距离通常小于200μm，最终成形结构的最大尺寸受限。

研究人员通过改进加工工艺，将光敏材料直接置于透镜上并透过光敏材料使激光聚焦，从而制造出了几毫米高的结构。但激光在穿过光敏抗蚀剂材料时会发生折射，解决这一难题的关键在于“折射率匹配”方法。研究人员针对TPL技术优化了光敏材料，将光敏材料的折射率与透镜浸润介质（浸镜油）的折射率相匹配，通过采用经过折射率匹配的光敏材料，使激光可以畅通无阻地通过，从而打破了传统双光子光刻技术对成形结构最大尺寸的限制，使得采用增材制造技术制造具备100nm结构特征的较大尺寸的结构成为可能。此外，研究人员还能够调整并提高光敏材料对X射线的吸收率，使成形结构对X射线的吸收率比常规材料提高10倍以上，以便使用X射线计算机断层扫描（CT）技术作为检测工具，对增材制造结构内部进行无损成像检测。

该项技术可用于光学超材料、机械超材料，以及电化学电池的增材制造，使其易于检测。研究人员将继续对该技术进行优化，以缩短加工时间。

(徐 可)

中科院研发出非铅英寸级高质量钙钛矿单晶

中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室的研究人员成功制备出了非铅英寸级高质量钙钛矿单晶。其作为潜在的杂化半导体材料，将进一步拓展非铅无机/有机杂化钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测等方面的应用范围。

近年来，铅基卤素钙钛矿单晶凭借高吸光系数、长载流子迁移距离和高载流子迁移率等特性，展现出了优异的光电性能，但其铅毒性等问题严重制约了其发展。发展非铅钙钛矿晶体材料并组装光电功能器件成为相关领域的研究热点。

研究人员基于此前在分子基相变，以及铁电化合物的结构设计、性能调控和光电器件研究等方面取得的研究成果，制备出了具有宽吸光范围、极少缺陷态密度，以及较高载流子迁移率的非铅钙钛矿单晶材料。利用该单晶材料制备成的平面阵列光探测器具有良好的探测性能，对晶体本征吸收区的光辐射可以实现高灵敏度、快速探测。

(科 苑)

中科院国产高强高模碳纤维研究获进展

中国科学院宁波材料技术与工程研究所制备出了拉伸强度5.24GPa、拉伸模量593GPa的高强高模碳纤维，实现了国产M60J碳纤维关键制备技术的突破。

高强高模碳纤维具有拉伸模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定等优点，已成为航空、航天等领域的关键原材料。近年来，国产高强高模碳纤维技术发展迅速，宁波材料所、北京化工大学等先后突破了国产M55J高强高模碳纤维制备技术，部分企业也开展了M55J工程化技术攻关。宁波材料所进一步开展了高强高模碳纤维工艺分析、结构研究、性能优化等工作，成功实现了国产M60J高强高模碳纤维关键制备技术的突破。与日本东丽M60J高强高模碳纤维（拉伸强度3.92GPa、拉伸模量588GPa）相比，宁波材料所制备的碳纤维继续保持了拉伸强度上的优势。

未来，研究人员将进一步开展国产高强高模碳纤维稳定制备技术研究，并与国内碳纤维企业积极开展产学研合作，促进先进碳纤维技术发展及应用拓展。

(宁材所)

哈尔滨工业大学石墨烯材料生长技术获突破

哈尔滨工业大学的研究人员在石墨烯材料生长技术研究方面取得了重大进展，成功采用热化学气相沉积法（CVD）生长出了三维石墨烯纤维。

哈尔滨工业大学的研究人员利用热CVD成功实现了石墨烯片在电纺纳米碳纤维表面的垂直定向生长，获得了一种新型的三维石墨烯连续纤维材料，其主要结构和性能指标比现有的三维石墨烯材料大幅提高。该项研究成果首创了一种三维石墨烯连续纤维材料，突破了热CVD不能生长立式石墨烯的难题，找到了快速生长石墨烯纤维的催化热解方法，并进行了大尺寸块体材料生长示范，消除了立式石墨烯规模化应用的主要障碍，有望快速实现规模化生产。

目前，研究人员已成功将该技术拓展至其它基底上生长立式石墨烯，如碳纤维、氧化物/碳化物/氮化物纤维、泡沫碳、炭黑、硅颗粒等，可广泛应用于导热/导电/高强复合材料、柔性导体、电磁屏蔽、吸声、储能、催化、吸附净化等领域，具有巨大的应用潜力。

(哈工大)

美国研发预见性设计工具 欲设计新款经济型碳纤维材料

美国西北太平洋国家实验室联合丰田汽车公司、PlastiComp公司、Autodesk公司、伊利诺伊大学、普渡大学、弗吉尼亚技术公司等多家机构的研究人员正在研发一款预见性软件工具，旨在预判碳纤维材料的结构并降低其生产成本。

碳纤维复合材料是一种具有广阔发展前景的轻量化材料，已在航空、航天、汽车等领域获得了应用。但是，碳纤维复合材料的制备和应用仍面临成本高、性能控制难度较大等诸多挑战。

研究人员创建了多款软件工具，用于预判复杂碳纤维热塑零部件的纤维取向及长度分布。该工具可使车企及零部件设计师更快地体验和探索新的产品设计理念。研究人员将模拟工具对碳纤维材料作出的属性预判与模压纤维测试结果进行比对，结果发现，该工具对纤维长度的分布预判结果准确性极高，对纤维取向的预判精度高达88%。

此外，研究人员还致力于降低碳纤维成本，以缩短其生产周期并降低碳纤维增强聚合物基复合材料的生产成本，为未来碳纤维材料的应用奠定基础。

(盖 世)

我国开发出碳化硼增强铝中子吸收材料

中国科学院金属研究所牵头承担的“龙舟-CNSC乏燃料运输容器研制”项目中的原型样机通过验收。金属所研制的碳化硼增强铝（B4C/Al）中子吸收材料为容器国产化提供了重要支持。

B4C/Al中子吸收材料在国外已替代传统硼不锈钢等中子吸收材料大量应用于核燃料/乏燃料的高密度贮存和运输，但我国B4C/Al中子吸收材料长期依赖进口。近年来，金属所与中国核电工程有限公司合作，在B4C/Al中子吸收材料制备、模拟环境服役性能考核，以及全尺寸工程件研制等方面开展了研究，攻克了大尺寸坯锭制备过程中界面调控，高含量B4C/Al薄板的高效、高成品率轧制成型等难题，开发出了适用于复合材料焊接的焊接工具与焊接工艺，打通了从材料研制到器件成型的全链条技术途径，为材料的工程化应用奠定了基础；现已研制出B4C含量为15wt%～ 35wt%的系列中子吸收板材，并完成了加速腐蚀、高温老化、加速辐照及硼均匀性测试等实验考核，材料性能全面达到或明显优于国外同类产品。

同时，金属所针对全球首台高温气冷堆新燃料元件运输、贮存容器对中子吸收材料筒状结构的要求，在国内首次实现了中子吸收材料的卷板操作和搅拌摩擦焊接，实现了中子吸收材料由板状结构向筒状结构的突破，承接了华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程贮存容器中子吸收板的供货任务。

(科 报)