新型材料

轻质、高强以及缺陷不敏感的热解碳纳米点阵

清华大学航天航空学院李晓雁课题组与浙江大学及美国布朗大学、加州理工学院合作，制备实现了同时具有超轻、高强度、大变形、缺陷不敏感的热解碳纳米点阵。研究论文发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。研究团队制备出了同时具有超轻、高强、大变形和缺陷不敏感的微纳米力学超材料。这些新型热解碳纳米点阵展示了前所未有的力学性能：不仅具有超低的密度，而且具有超高的强度和比强度以及奇特的缺陷不敏感性。这些优异的力学性能主要归功于：对于点阵几何结构的拓扑优化设计；将结构中杆件的特征尺寸控制在了纳米量级；采用高温热解方法获得了优质的热解碳材料。

热解碳纳米点阵的力学性能（图片来源于清华大学新闻中心）

热解碳纳米点阵的两步法制备及其微结构（图片来源于清华大学新闻中心）

绿色可回收塑料

北京大学化学与分子工程学院吕华课题组从胶原蛋白中广泛存在的天然氨基酸4-羟基L-脯氨酸(4-HYP)出发，制备了一系列桥环内硫酯(NR-PTL)单体，用廉价催化剂与温和条件实现了其可控聚合，制备了分散度小（通常低于1.15），分子量可控（最高达259kg/mol）的聚硫酯高分子（PNRPTE）。研究论文发表于Journal of the American Chemical Society。合成高分子如各类塑料制品在过去半个世纪为社会发展与生活便捷做出了巨大贡献。该系列聚硫酯在常规环境中极为稳定而在弱碱稀溶液中可以完全化学解聚，100%产率回收得到纯净的内硫酯单体。

超柔性纳米发电复合材料

上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室郭益平教授和刘河洲教授课题组在超柔性纳米发电复合材料领域取得的重要进展，研究成果发表于Nano Energy。利用具有层次结构的电子级玻璃纤维布材料体系为基底，通过浸渍的方法在其上沉积具有层次结构的纳米压电发电材料。制备的压电纤维布复合材料中每根纤维表面都包裹了一层纳米级厚度的PZT材料，每根纤维之间的PZT之间互相连接，形成了一种类似于玻璃纤维布的多层次结构。电子级玻璃纤维布本身所具有的宏观超柔性和微观刚性给予了这种压电纤维布具有高效的能量传递、转换及超柔性。这种压电纤维布可以实现插指电极掩膜设计和上下柔性电极贴合封装设计。

新型水净化过滤纸

中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领科研团队，在羟基磷灰石超长纳米线应用于环境保护领域研究工作的基础上，以具有良好生物相容性的羟基磷灰石超长纳米线作为主要构建材料，与天然植物纤维复合，研制出新型水净化过滤纸，相关研究结果发表于ACS Applied Materials & Interfaces。新型水净化过滤纸的纯水通量随着羟基磷灰石超长纳米线含量的增加而提高，与高打浆度植物纤维过滤纸（添加聚酰胺环氧氯丙烷树脂）相比纯水通量可提高约3200倍。新型水净化过滤纸可应用于微米颗粒、纳米颗粒、细菌等污染物的高效过滤和去除，其去除效率可达到或接近100%。

有机小分子致介孔沸石材料

北京大学深圳研究生院洪梅副教授、上海大学刘轶教授和广东省纳米微米材料研究重点实验室科研人员合作，提出了一种有机小分子致分子筛晶内介孔的新机理，研究成果发表于Chemistry of Materials。沸石分子筛由于具有均一的微孔结构，内在可调的酸性，良好的水热稳定性以及择形选择性。研究人员提出有机小分子致介孔的机理：首先有机小分子在合成液中去质子化形成稳定的有机负离子，该有机负离子通过亲核进攻使骨架Si-O和Al-O键断裂，同时反应液中的钠离子与有机负离子通过静电作用进行自组装形成团簇，从而产生尺寸远大于有机小分子的介孔孔道。

有机小分子致介孔剂的选择标准和工作机理（图片来源于北京大学深圳研究生院新闻网）

Chemistry of Materials封面，该封面图描绘了小分子在沸石结晶中产生层级结构的能力（图片来源于北京大学深圳研究生院新闻网）

具有超高电导率的砷化铌纳米带

复旦大学修发贤教授团队与中国科学院强磁场科学中心、南京大学等研究人员合作，开展外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率的相关研究，研究论文发表于Nature Materials。研究团队基于费米弧这个低散射率机制，制备出了具有超高电导率的砷化铌纳米带，而且费米弧这一特性即使在室温也仍然有效。这一发现为材料科学寻找高性能导体提供了新思路。导体是集成电路制造中不可或缺的材料之一，广泛用于元器件间的互连、构成电感元件等。随着集成电路的特征尺寸越来越小、集成度越来越高、器件之间的相互连接越来越密集，寻找超高导电材料成为人们研究的一个重要目标。

高性能石墨烯阴极防腐涂层

中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进涂料与黏合剂团队针对石墨烯/聚合物复合防腐涂层破损后会加速金属基体腐蚀这一隐患，分别采用生物质呋喃环氧单体通过DA反应对石墨烯进行表面封装，实现了石墨烯/环氧涂层的长效防腐。研究成果发表于Carbon。由于存在活性链段，FmG可有效提高与环氧基体之间的界面相容性，改善涂层致密性，并极大地增强氧气或水蒸气等物质透过涂层的“迷宫”效应，延缓涂层的失效。电化学测试表明，FmG材料具有优良的防护性能，复合涂层电阻相对空白涂层增加了3～4个数量级。结合机理研究，表明采用绝缘改性“钝化”石墨烯也可以有效地抑制“阴极腐蚀促进活性”。

纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢柯院士、李秀艳研究员等人带领合作团队，发现纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应。研究论文发表于Physical Review Letters。研究发现对于塑性变形制备的纳米晶Cu、Ag、Ni样品，准静态拉伸变形时，随着晶粒尺寸从亚微米减小至纳米量级，晶界迁移先逐渐增强，而当晶粒尺寸小于临界值时，晶界迁移逐渐受到抑制。采用合适退火工艺对Cu中临界尺寸附近未发生机械弛豫的纳米晶进行热处理，使其晶界发生热弛豫，同时保持晶粒尺寸基本稳定，在后续进一步拉伸变形过程中其晶界迁移明显受到抑制，晶粒表现出更高的机械稳定性。