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纳米材料
美利用石墨烯将光限制在纳米尺寸
据物理学组织网站2018年5月23日报道,哥伦比亚大学研究人员在这个领域取得重大突破,他们发明了一种新型的“自制”低温近场光学显微镜,使他们能够第一次直接对石墨烯等离子体的传播和动力学进行成像,随着可变温度降至负250℃.该研究今天在线发布在《自然》杂志上.
依赖温度的研究让研究者直接了解石墨烯中等离激元传播的基本物理学原理.以前在室温下进行纳米成像的研究中无法获得这种直接观察.经过多年失败尝试,这种紧凑的纳米光可以沿着石墨烯表面传播数10μm的距离,而没有发生不必要的散射.限制纳米光传播距离的物理学是我们研究的基本发现,可能会在传感、成像和信号处理等领域出现新应用.
石墨烯的光学特性很容易调节,并且可以在超快时间范围内改变.然而,在引入不必要耗散情况下,在石墨烯中实现纳米光是非常困难的.
哥伦比亚大学开发出一种实用方法把光限制在纳米范围内.研究人员可以通过在石墨烯中形成等离激元,或者振荡模式.这些等离激元模式可以限制电磁辐射的能量至纳米级.如何以超高空间分辨率观察到这些波成为一个挑战,进而研究人员可以在可变温度下研究等离激元性能.
研究人员说：“我们的研究结果表明,石墨烯是红外等离激元的最佳候选材料之一,在成像、传感和纳米尺度光控制应用方面具有应用前景.此外,我们的研究结果揭示了限制等离激元波在石墨烯中传播的基本物理过程,这将指导纳米结构工程的未来工作.（电子第一研究所）
瑞士开发出能控制单个粒子的“纳米阀门”
据报道,瑞士研究人员开发出一种“纳米阀门”,能在纳米尺度上控制微细管道里单个粒子的运动,可望用于研究纳米粒子性质,帮助开发新型材料和药物.
该技术由瑞士苏黎世联邦理工大学研究团队开发.他们发布新闻公报说,这种阀门适用于多种微粒,例如金属或半导体纳米粒子、病毒微粒、抗体分子,能操纵直径仅10nm的微粒,在材料、化学和生物医学等领域都有用武之地.
在纳米尺度上,物质的性质与宏观状态下大不相同,其运动无法用机械阀门控制.研究人员在硅芯片上蚀刻出直径300 ～500n m的渠道,将需要安装阀门的部位收窄,在这个“瓶颈”外侧安装电极.施加特定的电场,能对渠道中的微粒产生作用力,决定它能否通过瓶颈.
实验显示,纯水中的纳米粒子平时无法通过瓶颈,阀门处于关闭状态；施加电场使粒子能通过瓶颈,相当于打开阀门.对于盐溶液里的纳米粒子,情况会反过来,阀门平时是打开的,加电后关闭.
研究人员利用带阀门的三叉管道,使混在一起的2种纳米粒子流向不同的出口,实现分离.这意味着,设计出相应的管道系统和电场,能筛选、过滤特定性质的粒子.他们还成功地将单个粒子引导到2个阀门之间的区域,禁锢在狭小空间内,这能减少粒子无规则运动的干扰,便于观测粒子性质.（新华网）
新型纳米粒子可提高恶性脑瘤治疗效果
据报道,美国研究人员设计出一种新型纳米粒子,能同时将2种药物运送到大脑肿瘤部位,增强对一种死亡率很高的脑瘤——多形性胶质母细胞瘤的治疗效果,已在动物实验中取得成功.
多形性胶质母细胞瘤是一种难以治疗的常见恶性脑肿瘤,死亡率很高.直接注射药物难以通过血脑屏障抵达大脑和肿瘤细胞迅速对单一药物产生抵抗力,是治疗该疾病的两大难点.
美国麻省理工学院研究人员在英国《自然·通讯》杂志上报告说,他们给脂质体纳米粒子加上转铁蛋白涂层,能使粒子顺利通过血脑屏障,并准确抵达肿瘤部位同时避开正常细胞.
脂质体是一种中空的人工球状微粒,外壳是脂质双分子层.研究人员在脂质体内部装上化疗药物替莫唑胺,负责破坏肿瘤细胞的脱氧核糖核酸（ＤＮＡ）；用外壳装载一种名为“JQ-1”的实验药物,负责阻止肿瘤细胞修复ＤＮＡ损伤.两者联合发挥作用,能减少药物抵抗.
与直接注射药物相比,用这种加了转铁蛋白涂层的脂质体运送药物能起到更好的效果,实验鼠的脑部肿瘤缩小的幅度更大,生存率也更高.此外,新方法还能避免直接注射药物导致的一些不良反应.
研究人员说,该方法还能用于运送其他抗癌药物.血脑屏障的存在使许多药物无法用于脑肿瘤,新技术将改变这种状况,扩大选择范围.（新华社）
中美科学家构筑
新型超强韧石墨烯复合薄膜据报道,日前,北京航空航天大学程群峰教授课题组和美国得克萨斯大学达拉斯分校雷·鲍曼团队共同采用室温π—π共轭键和共价键有序交联策略,仿生构筑了超强、超韧、高导电的多功能石墨烯复合薄膜.这种廉价、低温的高性能多功能石墨烯纳米复合材料在航空航天、汽车、柔性电子器件等领域具有广泛应用前景,并有望替代目前广泛应用的碳纤维复合材料.
据了解,轻质高强的碳纤维复合材料在日常生活中具有广泛的应用,尤其是在航空、航天、汽车以及运动器材等领域.然而,碳纤维复合材料在制备和使用时存在诸多缺点：合成碳纤维需要高温（超过2 500℃）石墨化,成本较高；由于较弱的界面作用,碳纤维与聚合物基体之间容易发生分层；碳纤维复合材料的电学性能较低,不能满足特殊应用需求.而新材料可在45℃以下的室温进行制备,强度与碳纤维复合材料相当,成本更加低廉,易实现商业规模化制备.此外,这种薄膜材料的拉伸断裂强度是普通石墨烯薄膜的4.5倍,韧性是后者的7.9倍.
程群峰介绍,该研究通过原位拉曼表征,从分子尺度揭示了π—π共轭键和共价键有序界面交联作用的强韧机制,为制备高性能石墨烯纳米复合材料提供了重要理论指导.同时,这种小分子有序交联的石墨烯复合薄膜还具有高导电性能、高电磁屏蔽性能,以及优异的抗腐蚀性能和耐疲劳性能.（人民日报）
我国在超强碳纳米管纤维领域取得重大突破
据报道,在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项的支持下,清华大学魏飞教授团队与李喜德教授团队合作研究,在超强碳纳米管纤维领域取得突破,在世界上首次报道了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束的制备.
碳纳米管被认为是目前人类发现的强度最高的几种材料之一,其杨氏模量高达1 TPa以上,拉伸强度高达100 GPa以上,比强度更是高达62.5 GPa/(g/cm3),超过T1000碳纤维强度10倍以上.理论计算表明,碳纳米管是目前唯一有可能帮助我们实现太空电梯梦想的材料.
如何将一根根碳纳米管组装后仍保持其单根的优异力学性能是制备超强纤维必须首先解决的问题.然而,目前已报道的碳纳米管纤维的强度只有0.5 ～8.8G P a,远低于碳纳米管理论强度（>100G P a）.主要原因是形成纤维的碳纳米管长度较短,单元体之间以范德华力相互搭接,在拉力作用下极易发生相互滑移,无法充分利用碳纳米管固有的本征高强度.
在国家重点研发计划“纳米科技”重点专项的支持下,清华大学魏飞教授团队与李喜德教授团队合作研究,在超强碳纳米管纤维领域取得突破,在世界上首次报道了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束的制备.
清华大学魏飞教授团队与李喜德教授研究团队通过采用原位气流聚焦的方法,可控地制备了具有确定组成、结构完美且平行排列的厘米级连续超长碳纳米管管束,巧妙避免了上述的限制因素.通过制备含有不同数量单元的超长碳纳米管管束,定量分析其组成和结构对超长碳纳米管管束力学性能的影响,建立了确定的物理/数学模型.提出了一种“同步张弛”的策略,通过纳米操纵来释放管束中碳纳米管的初始应力,使其处于一个较窄的分布范围,进而可将碳纳米管管束的拉伸强度提高到80 GPa以上,接近单根碳纳米管的拉伸强度.所报道的超长碳纳米管管束拉伸强度优于目前发现的所有其他纤维材料.
这项工作揭示了超长碳纳米管用于制造超强纤维的光明前景,同时为发展新型超强纤维指明了方向和方法.（科技部网站）
大面积单层石墨烯薄膜规模化制备技术获突破
据报道,近日,由重庆墨希科技有限公司、中国科学院重庆绿色智能技术研究院、重庆莱宝科技有限公司和重庆大学等单位共同承担的“863计划”——“二维/三维石墨烯材料与光电器件的可控制备及示范应用（2015A A034801）”课题通过技术验收.该课题围绕光电领域对大面积单层石墨烯薄膜材料的迫切需求,攻克了石墨烯薄膜生长的均匀性、效率、质量、层数控制等关键技术难题,研制了分布式多腔室化学气相沉积装备、片对卷石墨烯转移装备,建设了规模化单层石墨烯薄膜生产线,完成了石墨烯触控组件等器件的批量生产,在触控显示、智能终端、光电探测等领域开展了应用示范.
石墨烯具有优异的光学和电学性质,其高光学透过率和超高载流子迁移率等特性及在新型光电器件中具有很好的应用前景.该课题在大面积单层石墨烯薄膜规模化制备技术上的突破,为我国石墨烯薄膜领域的应用技术产业化奠定了基础,对推动新型光电器件发展和产业升级有着重要意义.（科技部）
3 大石墨烯产业聚合区集聚效应凸显 多地形成新增长极
5月19日,在常州举办的2018石墨烯前沿技术高峰论坛上,中国经济信息社发布《2017—2018中国石墨烯发展年度报告》（以下简称“《年报》”）.《年报》认为,我国长三角、珠三角、环渤海三大产业聚合区集聚效应凸显,四川、重庆、福建、黑龙江等地形成新的增长极.
《年报》指出,长三角地区是目前国内石墨烯产业发展最活跃、产业体系最完善、下游应用市场开拓最迅速的地区,已经形成了涵盖石墨烯制备设备生产、原料制备、下游应用、科技服务等全产业链协同发展的产业格局.
江苏是国内最早进行石墨烯产业化应用的省份,已形成相对完整的石墨烯产业链,产业化进程全国领先.企业数量居全国首位,拥有常州第六元素、二维碳素、江苏同创、新纶科技、中超电缆、南京先丰纳米等一批骨干企业.2017年,江苏石墨烯技术专利申请量为6 379件,占全国总量的18%,位居全国第1.其中,常州、无锡等地产业发展领先全国.
珠三角地区石墨烯应用领域全国领先,企业集中在深圳、广东等地,拥有烯旺科技、鸿纳（东莞）新材料、贝特瑞等先进石墨烯企业.其中,烯旺科技在全球范围内最早将石墨烯科研成果产业化,先后推出石墨烯理疗保健护具、智能发热服等多款发热产品.
环渤海地区研发实力雄厚,产业发展势头强劲.北京是石墨烯产业智力核心,综合研发实力全国领先.2017年北京石墨烯产业创新中心成立,加强产学研用一体化.近年来,京津冀三地高校科研院所和企业共建唐山石墨烯产业集群,预计2017年,唐山石墨烯产业集群产值可达20亿元,形成京津冀石墨烯产业高地.
《年报》显示,四川、重庆、福建、广西、黑龙江等地石墨烯产业发展较为迅速,政府从资源保障、政策促进等方面推动产业发展,形成了新增长极.四川、重庆、广西分别在“十三五”相关规划中明确提出石墨烯产业发展目标,福建、黑龙江分别出台石墨烯专项规划,突破石墨烯前沿技术,壮大石墨烯产业.
《年报》分析认为,未来我国石墨烯产业资源要素将进一步向优势地区集聚,石墨烯热点城市和产业园将不断涌现,各地石墨烯产业有望实现差异化、特色化发展.（新华网）
世界首条石墨烯改性路面在广西建成
据报道,石墨烯产业化应用取得重大突破.近日,世界首条石墨烯复合橡胶改性沥青路面在广西南宁大桥建成,在世界上率先实现石墨烯在路桥高等级公路的商业化应用,打通了石墨烯产业从石墨烯宏量制备到规模化应用的产业链条,为石墨烯产业发展指明了新方向.
2009年建成的南宁大桥是广西地标式建筑之一,采用钢箱梁式结构.钢箱梁桥由于柔性大、感温性强、钢板与沥青混凝土层黏结难度大,在大交通流量的重车与超重车的作用下,桥面产生较大的弯、拉、剪切及温度变化应力而出现开裂、车辙、推移、脱层及拥包等病害,因此路面铺装技术一直是世界性难题.
此次南宁大桥在建成10年后的全封闭大修中,在保留原有道路结构设计的基础上采用广西大学沈培康教授团队与广西正路机械科技有限公司共同研发的石墨烯复合橡胶改性沥青技术进行桥面铺装.据介绍,石墨烯的添加使传统橡胶沥青改性路面各项指标得到大幅度提高,能有效降低路面温度,提高路面的高温动稳定度、低温抗裂性、路面黏结度、耐老化等特性,有效地解决钢箱梁桥面易出现的诸多问题.这项技术是交通新材料领域中的一项关键性突破,各项技术指标大幅高于传统路面技术规范指标,有效解决我国公路寿命低的普遍问题,此项技术具有高性价比,将会产生较大的社会效益和经济效益.（科技日报）
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