新材料與新工藝

美國研發(fā)出可屏蔽輻射的新型輕量化泡沫金屬

美國北卡羅萊納州大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種成本較低的新型超輕泡沫金屬材料，能夠屏蔽高強(qiáng)度X射線、γ射線、中子輻射等高能射線，并具有較高的強(qiáng)度。與采用傳統(tǒng)材料制成的笨重的輻射屏蔽裝置相比，采用新型泡沫金屬材料制成的輻射屏蔽裝置既輕便又具有高強(qiáng)度，不僅能夠屏蔽多種高能射線，對(duì)較低能級(jí)的γ射線及中子輻射也具有很好的屏蔽作用，應(yīng)用前景廣闊。

該新型泡沫金屬材料基于用于軍事及運(yùn)輸領(lǐng)域的普通不銹鋼合金，通過添加微量的鎢等元素的方法制造，并在合金中形成了中空小孔，最終形成了復(fù)合的輕量泡沫型鋼材。其電磁屏蔽性能極佳，但鉛含量較高，尚無法達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。研究人員正在研究改變各金屬元素含量，以替代鎢元素，實(shí)現(xiàn)X射線屏蔽作用。(W.CB)

牛津大學(xué)突破商業(yè)化高質(zhì)量石墨烯制備新技術(shù)

英國牛津大學(xué)的材料學(xué)家開發(fā)出一種生產(chǎn)大面積高質(zhì)量石墨烯薄膜的技術(shù)，或?qū)⑼黄粕a(chǎn)商業(yè)規(guī)模的可重復(fù)且質(zhì)量穩(wěn)定的石墨烯的“重大障礙”。該項(xiàng)發(fā)明目前正在申請(qǐng)專利。

研究人員使用中間包含液膜的過渡金屬硅襯底，采用化學(xué)氣相沉

積（CVD）技術(shù)來生產(chǎn)商業(yè)規(guī)模的石墨烯薄膜，大大縮短了合成時(shí)間。研究人員稱，這是現(xiàn)有推進(jìn)石墨烯商業(yè)化應(yīng)用的最快方法，是振興英國石墨烯行業(yè)的重要法寶。目前，該技術(shù)的開發(fā)人員正在尋找合作伙伴，以改變英國在石墨烯研究和應(yīng)用領(lǐng)域的落后局面。(胡燕萍)

中科院冷凝微滴自去除及低能耗無霜納米技術(shù)開發(fā)獲進(jìn)展

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所的研究人員首次提出并證實(shí)：利用冷凝微滴自去除納米仿生界面，并結(jié)合間歇式微熱空氣流輔助加熱可實(shí)現(xiàn)材料表面持續(xù)無霜。與現(xiàn)有的高能耗加熱除霜技術(shù)相比，這種新型納米仿生技術(shù)及低能耗無霜策略原理可大大降低空調(diào)/熱泵的運(yùn)行能耗，其與工程技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新思路為研制更節(jié)能的空調(diào)/熱泵換熱器奠定了基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，研究人員還提出了一種多步電化學(xué)陽極氧化與化學(xué)腐蝕相結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鋁表面陽極氧化鋁棒—孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的可控制備，經(jīng)低表面能化學(xué)修飾后，展現(xiàn)出了非凡的小尺度冷凝微滴自去除功能，為設(shè)計(jì)開發(fā)更節(jié)能的空調(diào)/熱泵鋁翅換熱器奠定了基礎(chǔ)。

該冷凝微滴自去除功能納米鋁材的工程化研究對(duì)于新一代更節(jié)能的空調(diào)/熱泵換熱器的研制具有重要的意義。(蘇納所)

中美合作發(fā)現(xiàn)晶體微觀結(jié)構(gòu)高性能熱電材料

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所與美國密歇根大學(xué)和西北大學(xué)的研究人員合作，合成了一種既不同于尋常晶粒取向隨機(jī)的多晶材料，也不同于無晶界的單晶材料，具有高度取向性的馬賽克晶體熱電材料，實(shí)現(xiàn)了類似玻璃的極低熱導(dǎo)率及晶體材料的優(yōu)異電輸運(yùn)性能，其熱電優(yōu)值遠(yuǎn)高于普通多晶材料體系，在余廢熱回收利用方面具有較大的應(yīng)用潛力。

具有馬賽克晶體微觀結(jié)構(gòu)的材料具有優(yōu)異的熱電性能。傳統(tǒng)馬賽克晶體的制備通常采用閃冷法，即將材料加熱至高溫，采用超快冷卻迫使結(jié)構(gòu)中的缺陷無法擴(kuò)散至材料表面的方法。但由于熱電材料的熱導(dǎo)率一般很小，通常無法獲得足夠快的冷卻速度。研究人員發(fā)現(xiàn)，在Cu2S1-xTex固溶體中，利用S和Te兩種陰離子原子質(zhì)量和原子半徑的巨大失配，可以在塊體熱電材料中獲得馬賽克晶體微觀結(jié)構(gòu)，得到異于尋常的完全固溶體化合物。Cu2S1-xTex固溶體室溫為單相材料，具有高對(duì)稱性的六方晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)歷973K高溫后，其馬賽克晶體結(jié)構(gòu)的特征依然保留，比其它材料體系具有更佳的性能。 (KX.0713)

美國研究出新型具有負(fù)剛度的吸能式蜂窩結(jié)構(gòu)

美國德克薩斯大學(xué)考科瑞德工程學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)出一種具有負(fù)剛度（NS）的新型蜂窩結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)相比，其可以承受更大的沖擊載荷，能夠在重復(fù)沖擊載荷作用后，恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)。該蜂窩結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于航空、軍用頭盔、車輛安全和體育等領(lǐng)域。

據(jù)了解，這種蜂窩結(jié)構(gòu)可以采用多種材料制造成不同尺寸的部件。目前的實(shí)驗(yàn)室原型的尺寸約為8.89cm，作用力的閾值為200N，可在0.03s內(nèi)吸收1個(gè)速度為160km/h的棒球的能量。研究人員還采用尼龍材料，利用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)試制出了微型NS蜂窩結(jié)構(gòu)，通過壓縮和掉落測試，證實(shí)了這種NS蜂窩結(jié)構(gòu)的能量吸收性能。

下一步，研究人員將對(duì)這種蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行包括彈道測試等在內(nèi)的一系列測試，用于制造軍用頭盔原型并進(jìn)行相關(guān)測試。(胡燕萍)

高真空環(huán)境下氟化類金剛石碳基薄膜失效本質(zhì)和延壽研究獲進(jìn)展

中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所的研究人員在高真空環(huán)境下氟化非晶碳基薄膜的失效本質(zhì)和延壽研究方面取得新的突破，為拓展碳基薄膜在空間技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了扎實(shí)的理論和材料體系基礎(chǔ)。

氟化非晶碳基薄膜是高真空環(huán)境下理想的固體潤滑薄膜材料，但存在摩擦失效問題，磨損壽命無法滿足空間機(jī)械裝備運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)高可靠性和超長壽命的苛刻要求。研究人員針對(duì)氟化碳基薄膜高真空摩擦失效本質(zhì)及延壽機(jī)制開展了系列理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究。利用第一性原理計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)方法，結(jié)合壓縮應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，通過模型試驗(yàn)，研究人員首次確認(rèn)，在高真空環(huán)境下塑形變引起的石墨化產(chǎn)生的接觸界面間的強(qiáng)粘著直接導(dǎo)致了薄膜的本質(zhì)失效。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，摩擦界面的C-F鍵和C-C鍵對(duì)周圍的應(yīng)力場分布和化學(xué)環(huán)境非常敏感，當(dāng)施加應(yīng)力或改變對(duì)偶材料的成鍵狀態(tài)時(shí)，與摩擦密切相關(guān)的界面電荷分布發(fā)生明顯改變，導(dǎo)致界面C-F鍵和C-C鍵的鍵長和鍵能發(fā)生相應(yīng)變化，從而影響界面的穩(wěn)定性和粘著相互作用。

在這些研究的基礎(chǔ)上，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了氟化非晶碳基薄膜在高真空條件下的超長磨損壽命設(shè)計(jì)和可控制備。通過成分設(shè)計(jì)和多層界面微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)筑，研究人員成功制備了具有低內(nèi)應(yīng)力的氟化非晶碳基薄膜，通過摩擦界面調(diào)控原位生成熱力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的FeF2納米晶摩擦膜，避免了摩擦界面之間的強(qiáng)粘著，該非晶碳基薄膜在高真空環(huán)境下具有低摩擦和超低磨損等優(yōu)良的摩擦特性。(蘭化物)

萃取提純技術(shù)高效制備石墨烯的方法獲發(fā)明專利

中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所發(fā)明了基于萃取提純技術(shù)高效制備石墨烯的方法，現(xiàn)已獲得2項(xiàng)國家發(fā)明專利授權(quán)（專利號(hào)分別為ZL 201210050986.0和ZL 201210050990.7）。

該發(fā)明公開了一種基于萃取提純技術(shù)高效制備石墨烯的方法。其通過選擇合適的有機(jī)溶劑，利用液相萃取方法對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行多次萃取分離，縮短了傳統(tǒng)的水系提純氧化石墨烯清洗時(shí)間，可通過抽濾或離心的方法快速除去有機(jī)溶劑，還可通過選配合適的表面活性劑來提高萃取效率，最后利用微波還原技術(shù)將萃取提純的氧化石墨烯還原成石墨烯，為石墨烯的快速、規(guī)?；苽浯蛳铝嘶A(chǔ)。

該方法操作簡便、制備周期短，無需購置復(fù)雜、昂貴的設(shè)備和高成本原料即可制備出高純度石墨烯，適用于石墨烯的宏量制備，有望在超級(jí)電容器、鋰離子電池、燃料電池、密封材料、催化劑載體等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法減少了在制備氧化石墨烯過程中的雜質(zhì)引入，選用相對(duì)低的原料配比降低了生產(chǎn)成本，縮短了制備時(shí)間，并提供了2種利用萃取技術(shù)進(jìn)行氧化石墨烯批量化提純的關(guān)鍵技術(shù)，為石墨烯的宏量制備提供了有效途徑。(W.KY)

新工藝可更低成本更清潔地生產(chǎn)聚乳酸材料

比利時(shí)魯汶大學(xué)表面化學(xué)與催化研究中心的研究人員成功開發(fā)出一種更簡單、成本更低，而且不產(chǎn)生廢物的聚乳酸（PLA）生產(chǎn)方法。

據(jù)了解，PLA具有可降解、翹曲性小等特點(diǎn)，但傳統(tǒng)的PLA生產(chǎn)方式工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高，而且會(huì)產(chǎn)生廢棄物。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可通過沸石礦物操控的全新化學(xué)過程，能夠有效地解決這一問題。研究人員以沸石作為催化劑，加快和引導(dǎo)反應(yīng)器中的化學(xué)過程，通過選擇特定的沸石孔形，可將乳酸直接轉(zhuǎn)換成用于構(gòu)建PLA的材料。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這種新的生產(chǎn)方法無需使用金屬，無需制備較低品質(zhì)的預(yù)塑材料，可規(guī)?；厣a(chǎn)聚乳酸，因此，生產(chǎn)工藝更簡單、材料浪費(fèi)較少。

目前，該生產(chǎn)方法的技術(shù)專利已出售給一家化工企業(yè)，即將用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，使PLA的生產(chǎn)成本更低、工藝更環(huán)保。(W.3DP)

我國液晶與微納復(fù)合材料研究獲進(jìn)展

北京大學(xué)工學(xué)院的研究人員在光驅(qū)動(dòng)液晶與微納復(fù)合材料的制備與性能研究方面取得重要進(jìn)展。

液晶材料具有自組裝性、流動(dòng)性、長程有序性、分子協(xié)同效應(yīng)，以及在聚合物表面或外場作用下取向會(huì)發(fā)生變化等特性。液晶與微納復(fù)合材料可將納米材料的表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性與液晶材料融合在1個(gè)體系中，并可通過適當(dāng)?shù)氖侄潍@得新的性能。

研究人員將銅線圈引入到光驅(qū)動(dòng)的液晶與微納復(fù)合材料的薄膜端，使其在運(yùn)動(dòng)過程中切割磁力線，產(chǎn)生電流，首次實(shí)現(xiàn)了光—機(jī)械—電能的轉(zhuǎn)換。該項(xiàng)研究為光能特別是太陽能的利用提供了一條有效的新途徑，也可為微機(jī)電系統(tǒng)等微型器件提供能量。 (KX.0801)

中美合作制成可調(diào)色石墨烯LED

清華大學(xué)與美國耶魯大學(xué)的研究人員合作，利用2種不同形式的石墨烯制作出了新型發(fā)光材料，首次在基于石墨烯材料的發(fā)光系統(tǒng)中證明，僅用1個(gè)發(fā)光二極管（LED）就可調(diào)整出幾乎覆蓋整個(gè)可見光光譜所有顏色的光。

據(jù)悉，現(xiàn)有的LED器件通過調(diào)整紅、綠、藍(lán)三種基色發(fā)光單元的亮度來顯示顏色或合成白光。實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)顏色LED的關(guān)鍵材料是石墨烯，可獲得可見光中除深藍(lán)色和紫色以外從450nm波長的藍(lán)光到750nm波長的紅光的各種顏色的光，并在保證顏色保真度的同時(shí)，減少顯示器件內(nèi)發(fā)光單元的數(shù)量，從而優(yōu)化電路、降低功耗。

這種新型LED改變了現(xiàn)有顯示器件的顏色合成方式，有望對(duì)顯示屏、照明燈具和通信技術(shù)產(chǎn)生重要影響。此外，由于光的顏色會(huì)隨特定化學(xué)物質(zhì)而改變，其還可用于制造特殊的傳感器。 (KJ.0730)

美國研發(fā)出輕質(zhì)高強(qiáng)金屬基復(fù)合泡沫層狀復(fù)合材料

美國紐約大學(xué)、深泉科技公司，以及美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，成功制備出了由輕質(zhì)金屬基復(fù)合泡沫和碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成的層狀復(fù)合材料。

金屬基復(fù)合泡沫通過引入中空顆粒在泡沫結(jié)構(gòu)中形成氣孔，具有較好的抗壓強(qiáng)度，但剛度較低。與此前金屬基復(fù)合泡沫通常夾在剛性板材中間形成夾層結(jié)構(gòu)不同，研究人員通過在碳纖維復(fù)合材料面板之間填充含有中空氧化鋁顆粒的鋁合金泡沫材料，制成了以金屬基復(fù)合泡沫材料為核的新型層狀復(fù)合材料。試驗(yàn)結(jié)果表明，該層狀復(fù)合材料在減輕重量的同時(shí)也提高了剛度，并且具有較高的能量吸收能力。

金屬基復(fù)合泡沫夾芯材料在軍用或民用的汽車、火車、船舶，以及其它需要在被拉伸或壓縮時(shí)仍能保持強(qiáng)度的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)組件領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，市場前景廣闊。(船信)