納米材料

日本首次合成碳納米帶

日本名古屋大學(xué)的研究組最近首次成功合成了國際學(xué)界60年前理論上提出的筒狀碳分子“碳納米帶”。碳納米帶比同樣為筒狀結(jié)構(gòu)的碳納米管（CNTs）短，用于鑄模可獲得期望結(jié)構(gòu)的碳納米管，將促進碳納米管的迅速普及。該成果發(fā)表在4月14日的《科學(xué)》雜志的電子版上。

研究組在合成無扭曲帶狀分子的基礎(chǔ)上，設(shè)計了將其轉(zhuǎn)變?yōu)橥矤罱Y(jié)構(gòu)的方法，使用來自石油的廉價對二甲苯為碳素原料來合成碳納米帶。以前，碳納米帶因有彎曲而導(dǎo)致不穩(wěn)定，無有效的合成手段。這次合成的碳納米帶直徑約0.8nm，經(jīng)過多種分析證實它與CNTs具有相似的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，顯示出CNTs的部分結(jié)構(gòu)。

CNTs具有與眾不同的特性，但由于結(jié)構(gòu)不同性質(zhì)的差異，以前的制備方法只能得到大小及結(jié)構(gòu)不同的混合物，阻礙了CNTs的應(yīng)用。如果使用碳納米帶，可以分別制備特定功能單一結(jié)構(gòu)的CNTs，這有助于開辟CNTs的真正應(yīng)用。

如制備單一結(jié)構(gòu)的CNTs，可開發(fā)易彎曲的顯示器、節(jié)能型超集成中央處理器（CPU），以及高效太陽能電池等。另外，碳納米帶是能發(fā)出紅色熒光的有機分子，可用作發(fā)光材料及半導(dǎo)體材料等。東京化成工業(yè)計劃近期銷售碳納米帶。該研究項目由日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)JST提供資助。（科技部）

美國研發(fā)人員在石墨烯電子器件領(lǐng)域取得進展

據(jù)報道，美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種將帶正電荷（p型）的還原氧化石墨烯（rGO）轉(zhuǎn)化為帶負電荷（n型）還原氧化石墨烯的技術(shù)，該技術(shù)可用于開發(fā)基于還原氧化石墨烯的晶體管，有望在電子設(shè)備中得到應(yīng)用。

石墨烯的導(dǎo)電性非常好但不是半導(dǎo)體，氧化石墨烯像半導(dǎo)體具有帶隙卻導(dǎo)電性差，而還原氧化石墨烯只帶正電荷（p型），可解決這一問題。北卡羅來納州立大學(xué)材料科學(xué)與工程系的研究團隊發(fā)明了利用p型rGO制備n型rGO的方法。首先，他們將rGO集成到藍寶石和硅晶片上，然后使用大功率激光脈沖來周期地沖擊晶片上的化學(xué)基團。這種沖擊可有效將電子轉(zhuǎn)移，使p型rGO轉(zhuǎn)化為n型 rGO。整個過程在室溫和常壓下進行，完成時間小于1/5μs。這種激光輻射退火方法提供了高度的空間和深度控制，使開發(fā)基于p-n結(jié)的二維石墨烯電子器件成為可能。（科技部）

“納米冰箱”成功為量子電路制冷

據(jù)報道，《自然·通訊》雜志在線版近日日刊登了芬蘭科學(xué)家的一項突破性研究成果：他們研制出一種被稱為“納米冰箱”的量子電路制冷裝置，能讓量子位保持在足夠低的溫度下，從而準確可靠地運行。研究人員表示，這種制冷器未來能集成到包括量子計算機在內(nèi)的多種量子電氣設(shè)備中。

量子計算機在執(zhí)行快速運算中，會有成千上萬量子位同時參與。為了保證計算結(jié)果準確無誤，量子位在開始一種算法之前，必須初始化至低溫能態(tài)。如果量子位過熱，就無法實現(xiàn)初始化，從而在運行多個量子算法時不能快速切換。

針對上述問題，芬蘭阿爾托大學(xué)量子物理學(xué)家米可·默托恩和同事研制出一種量子電路制冷器。量子電路通過2個獨立的電子隧道形成能帶，一個電子隧道是允許電子零電阻通過的超導(dǎo)快速通道，另一個是非超導(dǎo)的慢速通道。慢速通道內(nèi)的電子能夠攝取附近量子設(shè)備中多余熱量，躍遷到超導(dǎo)通道。高溫電子躍過能帶，低溫電子“滯留”下來，就像冰箱制冷機制一樣，將量子系統(tǒng)內(nèi)的熱量帶走。

在測試實驗中，該量子制冷裝置成功讓量子超導(dǎo)諧振器冷卻下來。通過調(diào)整外部電壓，就能實現(xiàn)對冷卻的開關(guān)控制。下一步，研究團隊將改進納米制冷器并測試其對實際量子位的冷卻效果。

默托恩表示，新納米制冷器有望5～10年內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化，讓未來量子設(shè)備執(zhí)行運算任務(wù)時，在不同算法間快速切換，提高其運算能力和可靠程度。（科技日報）

納米傳感器可檢測多種有害氣體

納米氣體傳感器創(chuàng)新廠商AerNos近日宣布，它們開發(fā)出了一款微型、高精度、經(jīng)濟型納米氣體傳感器，能夠同時探測多種ppb級（十億分之一）的有害氣體，這款氣體傳感器專為物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備集成而設(shè)計。

利用AerNos專利的AerCNT技術(shù)，其智慧城市空氣污染納米氣體傳感器（AerSCAP）產(chǎn)品線得以探測一氧化碳、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(chǎn)品提供3種配置，分別能夠支持同時探測3、4、7種有害氣體。AerNos AerSCAP產(chǎn)品為固定式和移動應(yīng)用進行了優(yōu)化設(shè)計，能夠方便的集成進入現(xiàn)有的城市基礎(chǔ)設(shè)施，如街燈、泊車計時器、交通燈、監(jiān)控系統(tǒng)、公共運輸系統(tǒng)以及其他智慧城市實施。（科技日報）

NASA研發(fā)的碳納米管復(fù)合材料壓力容器首次進行飛行試驗

據(jù)報道，NASA于2017年5月16日將復(fù)合材料壓力容器（COPV）搭載探空火箭進行飛行試驗，以測試拉伸強度并將其與傳統(tǒng)碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進行對比。NASA研究人員表示此次試驗是碳納米管復(fù)合材料首次以結(jié)構(gòu)部件的大結(jié)構(gòu)件形態(tài)進行飛行試驗。NASA和很多研究中心都參與了COPV項目，包括格倫研究中心、蘭利研究中心、馬歇爾航天飛行中心，此外，工業(yè)界也參與其中。

碳納米管復(fù)合材料將比廣泛采用的碳纖維復(fù)合材料具有更高的力學(xué)特性，可用于建造更輕的火箭結(jié)構(gòu)。NASA通過計算機建模分析表明采用碳納米管復(fù)合材料制造火箭可使火箭質(zhì)量減小30%。NASA還將繼續(xù)研究提升材料力學(xué)性能，以及提升碳納米管紗的批產(chǎn)數(shù)量（此前，碳納米管復(fù)合材料只能小批量生產(chǎn)），以使其比傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料更具競爭力。

碳納米管復(fù)合材料不僅可用于航空航天領(lǐng)域，還可用于減重車輛，進而降低能耗和二氧化碳排放量。（中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院）

華人科學(xué)家研制出多孔石墨烯電極

據(jù)報道，美國加州大學(xué)洛杉磯分校華人科學(xué)家段鑲鋒和黃昱團隊研制出一種多孔石墨烯復(fù)合電極，朝著既充電速度快又續(xù)航能力強的電池“圣杯”邁近了一步。

段鑲鋒說，充電快慢由功率密度決定，使用時間長短由能量密度決定，但對于現(xiàn)在的大部分電池來說，提高功率密度與提高能量密度通常相互沖突。而以多孔石墨烯為三維框架結(jié)構(gòu)、表面均勻生長納米顆粒五氧化二鈮制成的復(fù)合電極，提供了一個能同時實現(xiàn)2個目標的方案。

“對于一個需要充一小時電的手機電池，利用這個電極有可能把充電時間降到10min內(nèi)，而電池容量沒有多少減少，”段鑲鋒說。

鋰離子電池是目前最主流的電池類型，但其能量密度等性能被認為已接近極限。過去十多年，學(xué)術(shù)界的很多研究集中在新的電極材料上，尤其是納米結(jié)構(gòu)電極材料。這些材料在實驗中可輸出很高的能量或?qū)崿F(xiàn)快充，但在商用器件中卻一直沒辦法達到其理想性能。

段鑲鋒解釋說，電池是正、負極被隔膜分開，并灌入電解液的結(jié)構(gòu)，充放電就是離子與電子在2個電極中轉(zhuǎn)移。正、負極有金屬薄膜，薄膜上涂有（負載）活性儲能材料。處于研究階段的新型儲能材料一般只有極低負載的超薄電極中才能實現(xiàn)其優(yōu)異性能，隨著材料厚度的增加，離子擴散的電阻也顯著增加，導(dǎo)致材料性能急劇下降，所以在商用器件上它們的性能很少能較大程度地超過現(xiàn)有的鋰離子電池。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體，具有單原子厚度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能。這項研究使用三維多孔石墨烯結(jié)構(gòu)，不僅保持良好的電子傳輸性能，其上大大小小的納米孔也促進了離子的快速傳輸，從而成功解決了電極性能隨著負載量增加而急劇下降的關(guān)鍵難題。

研究人員以五氧化二鈮電極材料為實驗對象，通過對三維多孔石墨烯框架的調(diào)控，在高負載電極中首次成功實現(xiàn)了較高的容量和超快速充放電的組合。

段鑲鋒說：“利用類似原理，我們正在把三維多孔石墨烯與高容量納米材料，如納米硅、硫等復(fù)合，若成功實施有望在電池容量上實現(xiàn)3～5倍以上的改善，從而進一步增加手機待機時間或者電動汽車的行駛距離?！保ń?jīng)濟參考報）

中國從玉米芯里“變出”石墨烯，已量產(chǎn)創(chuàng)超億元產(chǎn)值

據(jù)報道，近日，由黑龍江大學(xué)和濟南圣泉集團股份有限公司聯(lián)合完成的“生物質(zhì)石墨烯材料綠色宏量制備工藝”項目通過專家組鑒定，鑒定結(jié)果認為該項目在國際上首創(chuàng)從生物質(zhì)中提取制備石墨烯材料的技術(shù)路徑，方法綠色環(huán)保、成本低，生物質(zhì)石墨烯材料質(zhì)量高、導(dǎo)電性優(yōu)異。

常規(guī)石墨烯材料生產(chǎn)主要有3種方式，一種是對石墨進行剝離，第2種是對天然氣、甲烷等進行化學(xué)氣相沉積，第3種是氧化石墨還原法。以上方法存在生產(chǎn)周期長、環(huán)境污染嚴重以及產(chǎn)能受限等問題。付宏剛教授帶領(lǐng)的黑龍江大學(xué)功能無機材料化學(xué)實驗室是教育部重點實驗室，他們獨辟蹊徑利用玉米芯里纖維素進行化學(xué)重組，從而合成生物質(zhì)石墨烯材料。

該團隊通過“基團配位組裝析碳法”實現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的宏量制備，同時還在研發(fā)利用玉米秸稈制備石墨烯的制備工藝。在2014年建立了世界上首條年產(chǎn)20t的生物質(zhì)石墨烯材料宏量制備生產(chǎn)線，并在2016年擴產(chǎn)至年產(chǎn)100t。首創(chuàng)將生物質(zhì)石墨烯材料應(yīng)用于多種纖維復(fù)合并成功實現(xiàn)均勻分散，首次實現(xiàn)了生物質(zhì)石墨烯材料的成果轉(zhuǎn)化和石墨烯纖維制品的商業(yè)化。

在我國，生物質(zhì)中僅玉米芯的年產(chǎn)量就高達1億t，大部分集中于東北3省、山東省、河北省，年產(chǎn)100t生物質(zhì)石墨烯材料所支撐的產(chǎn)品線可帶來產(chǎn)值3億～5億元。（科技日報）

石墨烯功能化海綿 開啟快速清理高黏度浮油新紀元

據(jù)報道，日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室的俞書宏教授課題組在高黏度浮油吸附材料設(shè)計上取得突破性進展，相關(guān)成果在線發(fā)表在《自然—納米技術(shù)》雜志上。該課題組首次將焦耳熱效應(yīng)引入到多孔疏水親油吸油材料中，設(shè)計研制出可快速降低水面上原油黏度的石墨烯功能化海綿組裝體材料和收集裝置，大幅提高了吸油材料對高黏度浮油的吸附速度，顯著降低了浮油清理時間。

海上原油泄漏不僅給環(huán)境帶來災(zāi)難性破壞，還會造成巨大經(jīng)濟損失。原油泄漏所產(chǎn)生的水面浮油具有面積大、油層薄、黏度大等特點，難以采用傳統(tǒng)技術(shù)和材料有效處理：撇油船在圍油欄的配合下能夠處理的浮油面積非常有限，且回收的浮油中含水量大；向原油泄漏區(qū)域播撒分散劑僅能將部分浮油分散到水體中，新形成的原油乳液顆粒依然會威脅海洋生物的生存環(huán)境……

近年來，多孔疏水親油材料因具有成本低、油水分離效率高、環(huán)境友好等優(yōu)勢，逐漸受到重視。然而，該材料僅對低黏度油品具有較高吸附效率，清理回收水面原油泄漏非常困難。因為原油的黏度比較大，導(dǎo)致多孔疏水親油材料難以將浮油快速吸附到內(nèi)部，利用率和浮油清理速度大幅降低。

2012年起，俞書宏團隊持續(xù)開展了高性能碳基組裝體吸油材料的設(shè)計與制備方法研究。他們首次設(shè)計出具有原位加熱和油水分離功能的石墨烯功能化海綿，大幅提高了多孔疏水親油材料對高黏度浮油的吸附速度。研究中，他們首先采用離心輔助浸漬涂覆技術(shù)，在商業(yè)海綿表面均勻包裹上石墨烯涂層，使其不僅導(dǎo)電，還具有疏水親油特性，施加電壓后，產(chǎn)生的焦耳熱會迅速增加與其接觸的原油溫度，有效降低了與之接觸的原油黏度，最終使得經(jīng)石墨烯功能化的海綿能夠快速吸附水面上高黏度原油。為提高電能的利用效率，他們將加熱區(qū)域限制到石墨烯功能化海綿的底部，頂層海綿和水面的浮油相當(dāng)于隔熱層，緩解熱量擴散，提高熱量向原油傳遞的效率。在這種限域加熱設(shè)計下，電能消耗降低了65.6%，石墨烯的用量降低了50%，吸油時間也只有常溫石墨烯海綿的5.4%。此外，他們還提出陣列電極設(shè)計，證明了這種焦耳熱輔助多孔疏水親油材料吸油技術(shù)可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有重大商業(yè)化意義。

據(jù)悉，這項研究開創(chuàng)了浮油吸附材料設(shè)計的新路徑，提出的相關(guān)原創(chuàng)技術(shù)在石油化工行業(yè)中的油水分離領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用前景。該研究提出的可加熱經(jīng)石墨烯功能化后的海綿組裝體材料，有望在今后應(yīng)對海上原油泄漏事故處置中獲得廣泛應(yīng)用。（經(jīng)濟日報）

中科院研發(fā)出新型“納米農(nóng)藥”

據(jù)報道，近日，中科院合肥研究院技術(shù)生物所的吳正巖研究員課題組研制出一種可自動感知溫度的溫敏型控釋農(nóng)藥。它對于提高農(nóng)藥利用率、降低農(nóng)藥引發(fā)的農(nóng)業(yè)面源污染將會有很大的幫助，同時對于構(gòu)建現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)也具有重要意義。

作為農(nóng)業(yè)發(fā)展必需的生產(chǎn)資料，農(nóng)藥對于防治作物病蟲草害、保障我國糧食安全起到了重要的作用。在我國，每年農(nóng)藥使用量高達數(shù)百萬噸，但有效利用率卻不足30%。大量農(nóng)藥通過揮發(fā)、徑流、滲漏等方式進入到自然生態(tài)環(huán)境中，不僅造成嚴重的環(huán)境污染，而且危及人畜的健康。

如何提高農(nóng)藥利用率、降低農(nóng)藥用量已經(jīng)成為我國乃至世界農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題，而此次可自動感知溫度的溫敏型控釋農(nóng)藥問世，也將開辟出一條發(fā)展高效、便捷、綠色農(nóng)藥的新路徑。

根據(jù)了解，吳正巖課題組是利用凹凸棒土、碳酸氫銨等材料制備出一種復(fù)合納米材料，并以該材料為載體與除草劑復(fù)配研制出溫敏型控釋除草劑顆粒。這種顆粒對于溫度具有較強的敏感性，可通過溫度有效調(diào)節(jié)顆粒中納米孔道的數(shù)量，從而控制除草劑的釋放。

這樣一來，可以達到顯著提高農(nóng)藥利用率、降低農(nóng)藥用量、減少農(nóng)藥流失的目的，與此同時，這一技術(shù)還具有成本低、效率高、易加工、使用方便、環(huán)境友好等優(yōu)勢，應(yīng)用前景不可估量。（中國科學(xué)院）

福建石墨烯產(chǎn)業(yè)基金項目將落戶鼓樓 總投資10億元

據(jù)報道，5月15日，從鼓樓區(qū)獲悉，總投資10億元的福建省石墨烯產(chǎn)業(yè)基金項目將落戶鼓樓，該項目將于海交會期間上臺簽約。屆時鼓樓共有8個項目上臺簽約，總投資29.3億元。

據(jù)了解，鼓樓可望簽約項目42項，總投資71.85億元。其中，央企8項，總投資24.27億元；民企24項，總投資40.58億元；外企10項，總投資1.03億美元?？赏灱s項目數(shù)超過去年22個，內(nèi)資總投資額超過去年10.2億元。

福建省產(chǎn)業(yè)股權(quán)投資基金有限公司和基金管理機構(gòu)共同投資10億元，在鼓樓區(qū)設(shè)立福建省石墨烯產(chǎn)業(yè)基金，首期投資5億元。

華為云創(chuàng)新服務(wù)中心由華為技術(shù)有限公司投資2億元，引入以華為軟件開發(fā)云為主體的華為云中心，由華為出資部署相應(yīng)的軟硬件設(shè)施，指派專業(yè)隊伍在福州提供服務(wù)，培育福州軟件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)業(yè)服務(wù)能力。

此外，長江證券股份有限公司擬投資8億元，在鼓樓設(shè)立福建分公司；首欣通達區(qū)域總部項目由深圳首欣通達科技有限公司投資1億元，在鼓樓設(shè)立首欣通達東部區(qū)域總部。（福州日報）

我國在二維金屬碳化物納米片衍生物研究取得新進展

據(jù)報道，近日，中科院大連化物所吳忠?guī)泩F隊發(fā)展了一種同時氧化和堿化的新策略，一步法實現(xiàn)了二維金屬碳化物納米片向超薄鈦酸鈉或鈦酸鉀納米帶的轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的儲鈉和儲鉀性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會—納米》上。

該團隊所制備的納米帶具有較大的層間距（0.90～0.93n m）、超薄厚度（<11nm）、較窄寬度（<60nm）以及開放的大孔結(jié)構(gòu)，有利于充放電過程中電解液離子的快速傳輸以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此，該類鈦酸鈉納米帶在200mA/g電流密度下展現(xiàn)出高達191mAh/g的比容量，鈦酸鉀納米帶具有優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性，可超過900次穩(wěn)定循環(huán)且保持較高比容量，明顯優(yōu)于其他的鈦基納米材料。（中國科學(xué)報）

上海微系統(tǒng)所石墨烯/六方氮化硼平面異質(zhì)結(jié)研究獲進展

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所石墨烯/六方氮化硼平面異質(zhì)結(jié)研究取得新進展，研究員謝曉明領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊采用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法成功制備出單原子層高質(zhì)量石墨烯/六方氮化硼平面異質(zhì)結(jié)，并將其成功應(yīng)用于WSe2/MoS2二維光電探測器件。

石墨烯（graphene）和六方氮化硼（h-BN）結(jié)構(gòu)相似但電學(xué)性質(zhì)迥異。由于石墨烯/六方氮化硼平面異質(zhì)結(jié)在基礎(chǔ)研究和器件探索方面具有重要潛力，因而備受學(xué)術(shù)界關(guān)注。graphene/h-BN平面異質(zhì)結(jié)的制備一般采用依次沉積石墨烯和h-BN，或者相反次序來實現(xiàn)，由于后續(xù)薄膜形核控制困難以及生長過程中反應(yīng)氣體很容易對前序薄膜產(chǎn)生破壞，因而目前文獻報告graphene/h-BN平面異質(zhì)結(jié)的質(zhì)量不盡如人意。上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點實驗室的盧光遠、吳天如等人基于銅鎳合金襯底生長高質(zhì)量h-BN和石墨烯薄膜的研究基礎(chǔ)，通過先沉積h-BN單晶后生長石墨烯，成功制備了高質(zhì)量石墨烯/h-BN平面異質(zhì)結(jié)。（中國科學(xué)院）