納米材料

科學(xué)家首次創(chuàng)造出雙層硼烯材料 比石墨烯更“逆天”

據(jù)報(bào)道，美國(guó)西北大學(xué)工程師首次創(chuàng)造出一種雙層原子厚度的硼烯，打破了硼在單原子層限制之外形成非平面團(tuán)簇的自然趨勢(shì)。該研究發(fā)表在《自然·材料》雜志上。

硼烯是一種單原子厚的硼薄片，是由硼原子構(gòu)成的單原子層厚的二維材料，比石墨烯更強(qiáng)、更輕、更柔韌，被科學(xué)界寄予厚望，或?qū)⒊蔀槔^石墨烯之后又一種“神奇納米材料”，有望給電池、電子產(chǎn)品、傳感器、太陽能電池和量子計(jì)算帶來革命性的變化。

然而，單原子層硼烯的合成是具有挑戰(zhàn)性的。石墨烯可以使用像透明膠帶這樣簡(jiǎn)單的東西從固有的層狀石墨中剝離，而硼烯不能僅從塊狀硼中剝離，取而代之的是，要獲得硼烯通常需要制備生長(zhǎng)，因此需要襯底作為載體或者支撐。

5年前，來自同一研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們首次創(chuàng)造了只有單原子厚度的硼烯。理論研究預(yù)測(cè)認(rèn)為，制備雙層硼烯是可能的，但這項(xiàng)研究的聯(lián)合資深作者、西北大學(xué)的馬克·赫薩姆說：“理論很少告訴你實(shí)現(xiàn)這種新結(jié)構(gòu)所需的綜合條件?！?/p>

如果生長(zhǎng)單層硼烯都很困難，那么生長(zhǎng)多層原子平面結(jié)構(gòu)的硼烯似乎是不可能的。由于塊狀硼不像石墨那樣是層狀的，超出單原子層的生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致形成團(tuán)簇，而不是平面結(jié)構(gòu)。研究人員稱，試圖生長(zhǎng)多層硼烯的關(guān)鍵就在于找到阻止團(tuán)簇形成的生長(zhǎng)條件。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，正確條件的關(guān)鍵是用來生長(zhǎng)硼烯的襯底。在這項(xiàng)研究中，研究人員在平面的銀質(zhì)襯底上培養(yǎng)了硼烯。當(dāng)暴露在非常高的溫度下時(shí)，銀會(huì)在原子級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)之間形成異常平坦的“梯田”。

當(dāng)在這些巨大而平坦的“梯田”上“種植”硼烯時(shí)，研究人員看到了第2層的形成。這種雙層材料既保持了硼烯所有理想的電子性能，又存在新的優(yōu)點(diǎn)。例如，這種材料由2層原子層厚的薄片黏合在一起，中間有空間，可用來儲(chǔ)存能量或化學(xué)物質(zhì)。

“有理論預(yù)測(cè)，雙層硼烯是一種很有前途的電池材料，”赫薩姆說，“層與層之間的空間提供了容納鋰離子的地方?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)希望繼續(xù)生長(zhǎng)更厚的硼烯，或者創(chuàng)造出具有不同原子幾何結(jié)構(gòu)的雙層硼烯。（科技日?qǐng)?bào)）

瑞典提出用新型石墨烯增強(qiáng)鈉電池性能

據(jù)報(bào)道，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員提出用一種新型石墨烯作為更廣泛的材料來生產(chǎn)高性能的鈉電池電極。

在發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》期刊的一篇論文中，科學(xué)家解釋稱，改造后的石墨烯不僅僅能夠儲(chǔ)存鈉離子，也能夠使鈉電池性能與現(xiàn)在的鋰離子電池相媲美。

研究團(tuán)隊(duì)在論文中稱，與鋰不同，鈉很豐富且價(jià)廉，因?yàn)樵诤Ｋ泻蛷N房里都能見到。但即使鈉隨手可得使得鈉離子電池可能成為一種有益的和可持續(xù)的選擇從而減少對(duì)關(guān)鍵原材料的依賴，但在其容量仍存在挑戰(zhàn)。

容量問題意味著鈉離子電池?zé)o法與鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)。到目前為止石墨是一個(gè)瓶頸因素，這種礦物由石墨烯層堆疊而成，用作鋰離子電池的陽極材料。離子嵌入到石墨中，意味著它們可以在石墨烯層中進(jìn)入而用來儲(chǔ)能。但是，鈉離子比離子大，作用方式不同。因此，它們不能有效地儲(chǔ)存在石墨結(jié)構(gòu)中。

研究人員對(duì)這個(gè)問題的解決方案是在石墨烯層的一側(cè)增添分子間隔器?！爱?dāng)石墨烯層堆疊在一起，分子在石墨烯片之間創(chuàng)造了更大的空間，提供了反應(yīng)點(diǎn)，能夠使容量大幅增加”，論文第一作者孫金華表示。孫金華解釋說，一般情況下，鈉離子在標(biāo)準(zhǔn)石墨中插層容量為35mAh/g。這不到鋰離子在石墨插層容量的1/10。不過，采用新型石墨烯，鈉離子的容量能夠達(dá)到332mAh/g，與離子在石墨中的容量相當(dāng)。這位科學(xué)家稱，結(jié)果還顯示出完全可逆性和高循環(huán)穩(wěn)定性。

“雖然研究仍處于早期階段，但是該結(jié)果令人振奮”，論文共同作者亞歷山大·馬蒂奇表示。“這表明研制適合鈉離子的有序排列的石墨烯層是可行的”。（自然資源部）

美在菱面3層石墨烯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)的最新突破

據(jù)報(bào)道，9月初，美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校Andrea F.Young課題組連續(xù)在《自然》雜志背靠背發(fā)表兩篇論文，報(bào)道了他們?cè)诹饷?層石墨烯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)的最新突破。值得一提的是，2篇論文的第一作者都是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班的留學(xué)生周昊欣。

雙層石墨烯和多層石墨烯的導(dǎo)電性通常優(yōu)于單層石墨烯。套疊的雙層或多層石墨烯，可以通過人工層狀原子堆垛改變層間扭曲角度，從而改變體系的導(dǎo)電特性，實(shí)現(xiàn)絕緣體—導(dǎo)體—超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變。

“在此次報(bào)道的兩篇論文的第一篇中，研究團(tuán)隊(duì)在菱面3層石墨烯中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)性，在亞開爾文溫度下表現(xiàn)為低電阻率或消失電阻率。第2篇論文中，研究團(tuán)隊(duì)在菱面3層石墨烯中發(fā)現(xiàn)‘半金屬和‘1/4金屬?！焙戏使I(yè)大學(xué)微電子學(xué)院電子科學(xué)系副主任于永強(qiáng)副教授表示，此次晶體菱面3層石墨烯超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為石墨烯超導(dǎo)的研究帶來更多的可能性。（科技日?qǐng)?bào)）

新型納米材料可增強(qiáng)樹突狀細(xì)胞疫苗抗新冠病毒作用

據(jù)報(bào)道，從軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院獲悉，該院詹林盛研究員領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型納米材料可增強(qiáng)樹突狀疫苗抗新冠病毒作用。相關(guān)研究成果在國(guó)際材料領(lǐng)域權(quán)威期刊《先進(jìn)材料》上發(fā)表。

如果說T細(xì)胞是身體內(nèi)抵御疾病感染、腫瘤細(xì)胞的英勇斗士，樹突狀細(xì)胞就是幫助T細(xì)胞找到病毒、細(xì)菌、腫瘤細(xì)胞等“壞分子”的“偵察兵”“通訊員”。鑒于樹突狀細(xì)胞在啟動(dòng)免疫反應(yīng)中的重要作用，人們已成功建立樹突狀細(xì)胞體外誘導(dǎo)培養(yǎng)平臺(tái)，對(duì)樹突狀細(xì)胞進(jìn)行更高效的體外抗原負(fù)載和激活，將獲得的功能健全的樹突狀細(xì)胞回輸至受者體內(nèi)，即可啟動(dòng)特異性免疫應(yīng)答。據(jù)了解，詹林盛研究員領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)致力于納米技術(shù)在輸血細(xì)胞治療中的應(yīng)用研究。在本項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用大尺度（片徑大于1μm）氧化石墨烯納米片層材料對(duì)樹突狀細(xì)胞疫苗進(jìn)行工程化改造，進(jìn)而促進(jìn)樹突狀細(xì)胞與T細(xì)胞間“免疫突觸”的形成和細(xì)胞團(tuán)簇的聚集，首次揭示了二維納米片層材料作為廣譜性樹突狀細(xì)胞疫苗佐劑具有潛在應(yīng)用前景。

該研究表明，二維納米片層材料氧化石墨烯可通過調(diào)控樹突狀細(xì)胞與T細(xì)胞之間形成“免疫突觸”，大幅提升樹突狀細(xì)胞疫苗抗新冠病毒效果。（科技日?qǐng)?bào)）

科學(xué)家研制出干細(xì)胞納米“創(chuàng)可貼”

據(jù)報(bào)道，中科院生物物理研究所研究員秦燕和北京科技大學(xué)教授溫永強(qiáng)在干細(xì)胞-納米傷口材料方面取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)研制出一款納米纖維氣凝膠，具有優(yōu)異的抗菌和抗氧化特性，可協(xié)同促進(jìn)傷口愈合。相關(guān)研究近日發(fā)表于《生物材料》。

皮膚干細(xì)胞是一類具有強(qiáng)增殖能力的細(xì)胞，在人的毛囊組織內(nèi)大量存在。當(dāng)皮膚受損、創(chuàng)面較大或難于愈合時(shí)，如糖尿病人的皮膚損傷，利用增殖能力強(qiáng)的毛囊干細(xì)胞可以幫助破損創(chuàng)面的修復(fù)和愈合。該團(tuán)隊(duì)此前發(fā)現(xiàn)納米材料對(duì)皮膚創(chuàng)面的血管修復(fù)有很好的療效。應(yīng)用干細(xì)胞的修復(fù)能力，將其與新型納米材料結(jié)合，研制出干細(xì)胞-納米“創(chuàng)可貼”。不同于傳統(tǒng)創(chuàng)可貼在促進(jìn)傷口愈合方面的薄弱功能，新材料中的納米纖維是一種比頭發(fā)絲的1/1 000還細(xì)的纖維，與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)高度類似，這種極細(xì)的納米纖維可通過靜電紡絲的方法獲得。

通過對(duì)納米纖維的物理和化學(xué)上的改性，該團(tuán)隊(duì)組獲得了多種結(jié)構(gòu)和功能的納米纖維傷口敷料。由于結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，他們研發(fā)的納米纖維敷料具有良好的彈性，可以抵御外界壓力對(duì)傷口的損傷，并且隨著傷口愈合而適應(yīng)不同時(shí)期傷口的形狀。

研究團(tuán)隊(duì)還制備出可調(diào)節(jié)傷口滲出液的新一代納米纖維敷料，該敷料具有多種生物活性功能，外可抵御細(xì)菌，內(nèi)可調(diào)節(jié)傷口微環(huán)境。經(jīng)糖尿病小鼠傷口模型表明，這種功能性納米纖維敷料能夠快速促進(jìn)慢性傷口的愈合。這種納米級(jí)傷口敷料，制備簡(jiǎn)單功能性強(qiáng)，有望成為新一代的“創(chuàng)可貼”。（中國(guó)科學(xué)報(bào)）