纳米材料

科学家造出新型二维材料：仅2个原子厚 比钢更坚固

据美国《科学日报》网站4月5日报道，科学家声称，一种被称为氢化硼烯的材料的研究取得突破。氢化硼烯是一种由硼和氢构成、厚度仅为2个原子的薄片。

科学家制造出由硼和氢原子构成的稳定纳米片，可能在纳电子学和量子信息技术领域得到应用。

什么是超薄？一个答案是二维材料——具有长度和宽度、但厚度仅一两个原子的奇异材料。它们为电子设备、太阳能电池、电池和医疗设备的设备性能得到前所未有的提升提供了可能性。

美国能源部阿尔贡国家实验室的科学家与西北大学和佛罗里达大学合作，在《科学》杂志上发表报告称，一种名为氢化硼烯的二维材料的研究取得突破。

近几十年来材料科学领域最激动人心的进展之一，是一种被称为石墨烯的二维碳片，其厚度仅一个原子，却比钢坚固200倍。一种同样有前途的新材料是厚度仅一个原子、被称为硼烯的硼片。包括阿尔贡国家实验室下属纳米材料中心的研究人员在内的一个多机构团队2015年首次合成硼烯。

石墨烯是常见材料石墨中许多相同原子层中的一层，但硼烯没有相同的母结构，很难制备。而且，硼烯很快会与空气发生反应，这意味着它极不稳定，常常变形。（参考消息）

俄开发激光打印硅纳米颗粒技术

据报道，俄罗斯远东联邦大学和俄罗斯科学院远东分院自动化过程控制研究所科研人员开发出一种激光打印硅纳米颗粒的技术。该技术的优势在于速度快、制造成本低，能够用颗粒覆盖大面积的区域。这将使虚拟现实（VR）眼镜和其他电子产品变得更小，制造成本更低。

硅纳米颗粒是生产微型光电开关、超薄计算机芯片、微生物传感器和遮蔽涂层以及“超表面”的构建基础。借助激光印刷的硅“纳米块”可以控制入射到其上的光波的振幅、光谱和传播方向等主要特性。由此，可以通过实现光波的聚焦来获得图像，从而完全抑制光波在所需方向上的传播。

通过激光在基板上印刷的硅纳米颗粒阵列形成的“超表面”有着广泛的应用前景。这些领域包括光子计算机芯片、传感器和大量基于光学元件的设备，如VR眼镜等。建立在仅一层硅纳米颗粒“超表面”上的电子元器件会更薄、更轻、更便宜。

俄远东联邦大学研究生、俄罗斯科学院远东分院自动化过程控制研究所助理研究员谢尔盖·休巴耶夫称，利用激光打印可获得厚度只有一个粒子的平面光学元件，例如微型透镜或衍射光栅，而这些是用于太阳镜偏振透镜、空气质量评估或者恒星研究中的主要元件。他说，得益于先进的技术，打印中硅半球可以快速廉价地覆盖大面积的基板。此外，在表面上的每个点，可以通过主动使用激光束的直径和被动使用原始硅膜的厚度2种方式控制纳米粒子的大小和性质。

俄远东联邦大学太平洋量子中心高级研究员、俄罗斯科学院远东分院自动化过程控制研究所高级研究员亚历山大·库奇米扎克说，硅是一种廉价材料，具有最佳的折射率和光学损耗比，以及对环境条件的化学稳定性，是可见光区工作的纳米光子学构件的理想材料，包括可穿戴设备和VR装备的光学元件。他指出，寻求从硅获得纳米结构的经济高效且灵活的技术是一种全球研究趋势，其背后是纳米光子学发展的新前景，硅超表面的激光印刷是此项技术之一。（科技日报）

改性纳米金刚石可作为定向送药的载体

据来自俄科学院西伯利亚分院网站的报道，该分院克拉斯诺亚尔斯克科学中心与韩国同行所组成的联合科研团队通过对爆炸法生产的纳米金刚石进行改性处理使其成为定向送药的载体，并可同时具备延长药物释放时间，提高治疗效果的功效。

纳米金刚石具有吸附性，其表面可吸附各种物质，包括药物，基于这个特性可研发兼具长效治疗效果的病灶定向送药系统，这种系统通过延长药理效果和降低药剂剂量相应提高药物的疗效。俄韩联合科研团队采用氯化钠处理爆炸法生产的纳米金刚石以提高其在水溶液中的胶体稳定性，即不发生团聚和沉淀现象，由此纳米金刚石可更好地“捕捉”和缓慢“释放”被吸附物质。

团队采用甲基泼尼松龙和地塞米松作为吸附试验的药剂，此类药物为广谱治疗药物，可用于包括风湿病、皮肤、过敏、哮喘和慢性阻塞性肺病在内的多种疾病治疗，科研人员先将纳米金刚石放置在药剂水溶液中进行药物吸附，随后观察载体如何释放所吸附的药物。试验证明，改性纳米金刚石的药物固定能力提高了50%以上，与被吸附物质的结合强度也大大增强，由此保证了更长的释放时间，作为比较，未改性纳米金刚石在9h内可释放80%以上的吸附药物，而改性纳米金刚石在同一时间仅释放50%，这证明了改性纳米金刚石作为定向送药载体的潜在能力。在此基础上，联合团队选用皮质类固醇（肾上腺产生的激素）作为被吸附药剂试验验证了纳米金刚石作为定向送药载体的适用性。（科技部）

我国科学家研发兼具散热、保温及发电功能的室外可穿戴织物

通过热辐射调控人体和外界热交换，可以提高个人热管理（散热和保温）效率。前期相關研究主要集中在室内个人热管理，由于室外受环境因素影响大，人体辐射损耗高，温度变化范围大，因此，室外人体热管理难度更高、更具挑战性。

据报道，在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项的支持下，浙江大学与西湖大学研究团队制备室外具备保温-散热双热管理功能和发电功能的可穿戴微纳织物。其散热面采用多孔聚四氟乙烯上喷涂聚甲基丙烯酸甲酯增强辐射散热并反射太阳辐射能量，保温面采用多孔聚乙烯上沉积金属纳米颗粒抑制辐射散热并吸收太阳辐射能量，通过翻转该织物可以在散热和保温两种模式下切换，实现全天候室外个人热管理。在白天阳光照射下，保温模式该织物相比1mm厚黑棉可以使模拟皮肤温度升高约8.1℃，散热模式该织物相比0.5mm厚白棉可以使模拟皮肤温度降低约6℃。在温度调控基础上，通过在织物内表面和皮肤之间嵌入热电模块方式实现了全天候发电，其产生电能的效率在正午可达69mW/m2，在夜间也有约24mW/m2，可为部分低功耗可穿戴器件供电。

该研究基于微纳光子学实现了全天候室外个人热管理织物，在保温和散热2种模式间切换，同时利用织物和皮肤之间温差发电。充分利用“太阳”“太空”和“人体”等天然热源和冷源，为低能耗个人热管理、可穿戴电子器件供电等应用提供潜在解决方案。（科技部）

涂上氧化石墨烯 普通纤维也能自带“返回键”

据报道，近日，浙江大学高分子科学与工程学系高超教授课题组首次发现，湿法纺丝制备的氧化石墨烯纤维在溶剂触发下，能实现精确可逆的融合与分裂。尼龙、蚕丝、不锈钢丝、玻璃纤维等传统高分子、金属和陶瓷纤维表面涂上一层氧化石墨烯后，也能够具有“组装—精确还原”的功能。这项成果5月7日刊登于《科学》杂志。

高超说：“所谓精确可逆，就是物体的数量、尺寸、组分、结构和性能等在一次融合—分裂循环之后可以恢复到原始状态。普通材料制品一旦融合便难再复原。”课题组研究发现，氧化石墨烯自身带有特殊的性质，包括丰富的含氧官能团、超柔性、自黏接等特性。多根氧化石墨烯纤维融合后的粗纤维密度大、孔隙率少，这就使得材料的亲和力刚刚好，彼此能够融合，也能分得开。

高超课题组将13 500根氧化石墨烯纤维“融合”成了一根黑柱子，使其能承受680倍的自身质量。黑柱子浸入水溶剂后，如一缕头发般散开，分离成13 500条纤维。这一过程中，单个氧化石墨烯纤维的体积膨胀率达到近40倍，提供了充分的表面形变空间。

“在溶剂中纤维变软了，就可以拿出来编织成节点融合的网。这张网保持了一定的强度，可支撑一辆玩具车。也就是说，这些纤维再融合之后依然能作为功能材料来使用。”高超说，神奇之处在于，氧化石墨烯纤维的这种特殊属性还能应用到别的材料上。

高超表示，相比于已有的研究，课题组此次完成的氧化石墨烯基纤维精确可逆的融合—分裂过程是可控的，而且材料尺寸大，对于在可逆组装过程中固体界面的独特现象、材料的有效回收和重复利用等方面具有启发意义。（科技日报）

近锯齿型单一手性碳纳米管宏量分离制备取得进展

单壁碳纳米管是一种由单层石墨烯卷曲形成的一维管状纳米材料。由于量子限域效应的存在，单壁碳纳米管的电子径向运动受到限制，常表现出新奇的物理特性。然而，目前所制备的碳纳米管通常具有不同的直径和卷曲方式（通常称为“手性角”）并呈现相应的不同物理化学性质。如何精确识别和筛选原子尺度结构上具有微小差异的不同手性碳纳米管，实现单一手性碳纳米管的规模化制备是揭示其新奇物理特性以及进一步发展其应用的前提和基础，也是目前面临的世界性技术难题。

据报道，在国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项的支持下，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心刘华平团队在前期碳纳米管手性结构分离制备研究的基础上，发展了高精度凝胶色谱技术，突破了具有小手性角的近锯齿型单一手性碳纳米管的宏量制备瓶颈，分离制备出11种手性角小于20°的单一手性碳纳米管，其中7种近锯齿型单一手性碳纳米管的分离产量达到了次毫克量级。所分离的碳纳米管通过共价修饰能够实现通信波段单一的光子能量发射，在单光子发射器件方面表现出很好的应用前景。该成果进一步提高了我国在单一手性碳纳米管制备方面的能力，也为系统探测和调控碳纳米管的物理性质及其在信息电子、光电子、生物成像等领域的应用提供了材料基础。（科技部）

中国科学家在中熵合金化学短程有序研究方面取得进展

近年来，中熵合金因其优异的力学和物理性能成为物理冶金研究的新热点。不同于化学无序的传统合金，中熵合金容易形成化学短程有序（Chemical Short-range Order，CSRO）。CSRO作为中熵合金本征微结构属性，对合金强化、应变硬化和塑性行为等力学性能起到重要作用，但由于其尺度小、衍射强度弱等原因，导致CSRO难以通过实验直接观测。

据报道，在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项的支持下，我国科学家通过透射电子显微镜实验和计算模拟，结合超点阵衍射、元素面分布测试和空间分布关联系数分析等多种手段，首次在中熵VCoNi合金清晰地观察到CSRO，并获得了CSRO电子衍射证据及其尺寸、组成元素和三维结构的信息。通过原子尺度几何相分析应变图谱证实了合金在拉伸变形中CSRO与位错发生强烈交互作用，阐明了CSRO在塑性变形和强化、应变硬化过程中的重要作用。（科技部）

高分子纳米神经形态忆阻器制备成功

据报道，近日，华东理工大学化学与分子工程学院陈 教授团队与上海交通大学刘钢研究员、合肥工业大学张章教授合作，利用二维有机共轭策略提高高分子的共平面性、结晶度和阻变稳定性，通过微纳加工技术制备了良率高达90%的低功耗纳米神经形态器件。这种器件具有与金属氧化物忆阻器可比拟的应用潜力，为发展小型化、高密度与低功耗存算计算技术提供了新的材料体系和优势器件基础。

创新设计和制备兼具记忆和逻辑运算功能的新型忆阻功能材料，开发具有优异的保持力、耐用性和器件间性能一致性的忆阻器，已成为后摩尔时代人工智能芯片领域突破基于传统冯·诺依曼架构的算力瓶颈和摩尔定律限制的重要创新方向，也是一项极具挑战性的课题。虽然这类器件具有结构简单、速度快、功耗低、高存储容量和存内数据处理能力及与互补金属氧化物半导体技术（CMOS）工艺兼容等优点，但是大多数阻变介质的结构不均匀性通常会导致随机和高度局部的电阻开关特性，从而降低了实际应用中纳米级忆阻器的良率和可靠性。（中国科学报）

我国研发成功石墨烯改性涂料打破国外长期垄断

据报道，由石墨烯产业奠基人冯冠平教授领衔的研发团队，借鉴国外的经验并结合中国国情，以石墨烯技术独立自主开发了“石墨烯复合陶瓷耐蚀树脂及涂料”。这種以石墨烯改性涂料技术研发的防腐涂料，不但在品种、性能上有所突破，也扩大了其应用范围，并拥有完全自主的知识产权，彻底打破了国外的长期垄断。

据悉，我国拥有高达2 000亿元的防腐涂料市场，其中重防腐涂料需求年均增速超过20%。长期以来，我国在重防腐涂料市场一直依赖于从国外进口，其中尤以陶瓷耐蚀树脂涂料为甚。这种防腐涂料早期为军工服务，后用于民用，其产品占据了全球化工品防腐80%的市场份额。（证券时报）