新型仿生隔熱材料結(jié)構(gòu)類似北極熊毛發(fā)

據(jù)報(bào)道，中國(guó)科技大學(xué)化學(xué)系俞書宏教授課題組仿照單根北極熊毛發(fā)的中空結(jié)構(gòu)，并將其擴(kuò)展到由許多毛發(fā)組成的塊體材料上。研究成果6月6日發(fā)表在細(xì)胞出版社旗下期刊《化學(xué)》上。

“北極熊的毛發(fā)經(jīng)過進(jìn)化完善，使其具有在寒冷潮濕的環(huán)境中保溫的效果，這使它成為合成保溫材料的理想模型。通過組裝人工合成的碳管纖維，我們可以設(shè)計(jì)出一種具有彈性的輕質(zhì)材料，這種材料在使用期限內(nèi)不會(huì)明顯老化，而且能吸收熱量。”俞書宏說。

與人類或其它哺乳動(dòng)物的毛發(fā)不同，北極熊的毛發(fā)是中空的，每一根毛發(fā)都存在空腔結(jié)構(gòu)。這些空腔的形狀和間距形成了它們獨(dú)特的白色外殼，實(shí)際上北極熊的毛是透明的，光在內(nèi)部發(fā)生反射，引起發(fā)光，看起來像白色。同時(shí)，這也賦予了它們顯著的保溫性和疏水性，適宜人工隔熱材料效仿。

“中空的內(nèi)核限制了熱對(duì)流，中空結(jié)構(gòu)同樣也使單根毛發(fā)變得輕質(zhì)，這是材料科學(xué)中最突出的優(yōu)勢(shì)之一，”中國(guó)科技大學(xué)副教授劉建偉說，他們模擬了數(shù)百萬根中空碳管，每根碳管相當(dāng)于一根北極熊毛發(fā)，并將它們纏繞成像通心粉一樣的氣凝膠。

研究人員發(fā)現(xiàn)受北極熊毛發(fā)啟發(fā)仿生制備的空心管表現(xiàn)出輕質(zhì)、隔熱，也幾乎不受水的影響——這是一個(gè)使北極熊既能在游泳時(shí)保持溫暖，又能在潮濕條件下保持絕緣性的便利功能。另一個(gè)好處是，這種新材料與北極熊的毛發(fā)相比具有超彈性，這就進(jìn)一步提高了其在工程方面的適用性。

研究人員聚焦于這種材料的相關(guān)工業(yè)用途，下一步準(zhǔn)備將目前這種保溫材料的生產(chǎn)從厘米尺度擴(kuò)大到米級(jí)尺度。并探索其在航空航天領(lǐng)域等極端條件下的應(yīng)用。（科技日?qǐng)?bào)）

俄羅斯科學(xué)家打造出更具高強(qiáng)化能力的新型鋁基復(fù)合材料

據(jù)報(bào)道，俄羅斯莫斯科國(guó)立研究型技術(shù)大學(xué)鋼鐵合金學(xué)院的科學(xué)家們將鋁熔體與鎳和鑭混合，打造出了一種兼具復(fù)合材料和標(biāo)準(zhǔn)合金優(yōu)點(diǎn)的新型材料：非常柔韌、強(qiáng)度大且輕便。新材料為航空制造業(yè)和汽車制造業(yè)開辟出新前景。

要生產(chǎn)更輕、更快的飛行器和汽車，相應(yīng)地，需要更輕的材料。最有前景的材料是鋁，更準(zhǔn)確地說，是鋁基復(fù)合材料，即以鋁為基礎(chǔ)的材料。

如今，鋁主要通過使用納米顆粒來進(jìn)行強(qiáng)化，但是該過程非常昂貴且費(fèi)時(shí)，而且最后結(jié)果可能也并不盡如人意。例如，可能強(qiáng)度只增加了5%至20%，塑性等指標(biāo)卻下降了10%甚至幾倍。此外，納米粒子本身就太大，有100nm至1～2μm，而它們的體積百分比都非常小。俄羅斯國(guó)家研究型工藝技術(shù)大學(xué)“莫斯科鋼鐵合金學(xué)院”的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)解決了粉狀復(fù)合物強(qiáng)度不均或強(qiáng)度不強(qiáng)的問題。團(tuán)隊(duì)多年來致力于制造鋁基復(fù)合材料，鋁鎳鑭復(fù)合材料，就是打造天然鋁基復(fù)合材料的成果之一。新材料的特點(diǎn)是具備高強(qiáng)化能力，擁有超細(xì)結(jié)構(gòu)，熔化時(shí)，鋁鎳鑭復(fù)合材料加強(qiáng)顆粒的縱面直徑不超過30～70nm。

天然結(jié)晶使顆粒能均勻地分布，形成加筋框架，新型復(fù)合材料將比粉末狀復(fù)合物更堅(jiān)固、更柔軟。科學(xué)家稱，新材料可首先用于航空制造業(yè)、汽車制造業(yè)，也可用于改進(jìn)無人機(jī)在內(nèi)的現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)，因?yàn)闇p輕無人機(jī)的質(zhì)量至關(guān)重要。

新材料的結(jié)構(gòu)組織特點(diǎn)還決定了它可用于制作復(fù)雜的3D打印零件。目前，俄羅斯鋁業(yè)的主要盈利來自生鋁出口。高科技研發(fā)的新材料含高附加值，能擴(kuò)大國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)鋁的需求，進(jìn)而提高行業(yè)盈利。（俄羅斯衛(wèi)星通訊社）

為減少海洋塑料污染 加拿大擬禁用一次性塑料制品

據(jù)外媒報(bào)道，加拿大政府?dāng)?shù)據(jù)顯示，每年有800萬t塑料垃圾被人類丟進(jìn)海洋。到2050年，水中的塑料可能比魚多。鑒于此，當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月10日，加拿大總理特魯多稱，加拿大將于2021年開始禁止使用一次性塑料制品。

特魯多稱：“我很高興地宣布，到2021年前，加拿大會(huì)禁止對(duì)環(huán)境有害的一次性塑料制品。此外，據(jù)他介紹，大型公司要對(duì)自己產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期負(fù)責(zé)。他稱：“生產(chǎn)塑料產(chǎn)品和出售塑料包裝產(chǎn)品的公司要負(fù)責(zé)收集和回收塑料廢品?！?/p>

特魯多還表示，之后會(huì)擬定一份將被列入禁令的塑料制品目錄。這份目錄的制定將基于歐盟及其他國(guó)家在這一領(lǐng)域的科研成果及行動(dòng)。目前被考慮在內(nèi)的塑料制品類別包括塑料水瓶、塑料袋和吸管等。據(jù)悉，海洋垃圾已經(jīng)逐漸成為一個(gè)全球性的新興話題，其中，塑料垃圾對(duì)于海洋環(huán)境具有破壞性的影響。加拿大政府?dāng)?shù)據(jù)顯示，每年有800萬t塑料垃圾被人類丟進(jìn)海洋。2018年春，在加拿大魁北克省舉行的7國(guó)集團(tuán)（G7）峰會(huì)上，法國(guó)、德國(guó)、意大利和英國(guó)表示，到2030年要把塑料包裝減少55%；到2040年，力求能夠回收所有塑料。目前，加拿大只有不到10%的塑料被回收。（中國(guó)新聞網(wǎng)）

-23℃ 超導(dǎo)材料最高臨界溫度刷新

超導(dǎo)材料能無損耗傳輸電能，但其應(yīng)用卻因超導(dǎo)態(tài)嚴(yán)苛的低溫要求而受限。因此，實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)成為科學(xué)家的重要目標(biāo)，如今他們離這一目標(biāo)越來越近。在最新一期《自然》雜志上，美德2國(guó)科學(xué)家組成的研究小組發(fā)表論文稱，他們實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高壓下的氫化鑭在250K（K代表絕對(duì)溫標(biāo)開爾文，250K大約為-23℃）下中具有超導(dǎo)性。而250K，是迄今為止超導(dǎo)材料中已證實(shí)的最高臨界溫度。

過去的一個(gè)世紀(jì)里，科學(xué)家一直在尋找能在室溫下具有超導(dǎo)性的材料，隨著越來越多的超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)，最高臨界溫度的紀(jì)錄也在不斷刷新，逐步向室溫目標(biāo)邁進(jìn)。在2018年，兩個(gè)獨(dú)立研究小組幾乎同時(shí)報(bào)告稱，壓縮的氫化鑭化合物可能在更高的溫度下表現(xiàn)出超導(dǎo)性，其臨界溫度范圍從215K—280K不等。這一理論預(yù)測(cè)在當(dāng)時(shí)引起了廣泛關(guān)注。

此次，美德兩國(guó)研究人員通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論預(yù)測(cè)。他們使用一種被稱為金剛石壓腔的設(shè)備，利用兩顆金剛石擠壓一小塊兒鑭樣品，使其在170吉帕的高壓下轉(zhuǎn)化為氫化鑭化合物——LaH10，然后用X射線探測(cè)其結(jié)構(gòu)和成分。研究人員觀察到LaH10具有零電阻、在外加磁場(chǎng)作用下臨界溫度會(huì)降低、同位素效應(yīng)（臨界溫度依賴于同位素質(zhì)量的現(xiàn)象）這3個(gè)超導(dǎo)材料特征，但因樣本量太小而無法對(duì)超導(dǎo)材料的另一個(gè)重要特征——邁斯納效應(yīng)（一種超導(dǎo)體對(duì)磁場(chǎng)的排斥現(xiàn)象）進(jìn)行觀測(cè)。他們表示，其所觀察到的3個(gè)特征已可以證明，在250K的溫度下，氫化鑭在超過100萬倍地球大氣壓下會(huì)變成超導(dǎo)物質(zhì)。

250K，是目前人類高溫超導(dǎo)的最新紀(jì)錄，比此前的最高臨界溫度增加了50K左右。研究人員稱，這是向?qū)崿F(xiàn)室溫超導(dǎo)目標(biāo)邁出的令人鼓舞的一步。而同期《自然》雜志上刊發(fā)的評(píng)論文章則指出，這一研究結(jié)果表明，科學(xué)家對(duì)超導(dǎo)材料的研究可能進(jìn)入了一個(gè)新階段，開始從靠經(jīng)驗(yàn)規(guī)則、直覺或運(yùn)氣發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體向由具體理論預(yù)測(cè)指導(dǎo)研究過渡。

百年時(shí)間里，人類已實(shí)現(xiàn)數(shù)萬種材料的超導(dǎo)，但室溫超導(dǎo)一直還是“終極目標(biāo)”。這是因?yàn)?，目前大多?shù)超導(dǎo)體仍然僅在接近絕對(duì)零度的溫度下工作。其意味著實(shí)際應(yīng)用中需要依賴昂貴的低溫液體——例如液氦等來維持低溫環(huán)境。也因此超導(dǎo)應(yīng)用的成本急劇增加，甚至維持低溫的成本，都要遠(yuǎn)超材料本身的價(jià)值。如今誕生的又一全新紀(jì)錄，標(biāo)志著科學(xué)家實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)的步伐正在加快，也代表著我們距離跨入無電力損耗的全新時(shí)代更進(jìn)了一步。（科技日?qǐng)?bào)）

我國(guó)學(xué)者模仿蜘蛛網(wǎng)研制出“超彈性”硬碳材料

據(jù)報(bào)道，近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授課題組受自然界中的蜘蛛網(wǎng)啟發(fā)，研制出一種每秒彈速達(dá)0.86m、“壓扁”10萬次不變形的“超彈性”硬碳材料，且制作方法簡(jiǎn)單高效。國(guó)際材料學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《先進(jìn)材料》日前發(fā)表了該研究成果。

據(jù)介紹，根據(jù)碳原子排列方式的不同，碳材料可分為石墨碳、軟碳和硬碳3種。比如鉛筆芯的主要成分就是石墨碳，常見的煤炭則是軟碳和硬碳的復(fù)合體。石墨碳和軟碳的彈性高、易變形，但強(qiáng)度低；硬碳的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但性脆易碎。如何使硬碳既能保持“硬度”，又能變得更有彈性，是材料學(xué)界的一大挑戰(zhàn)。

近期，俞書宏教授課題組受自然界中的蜘蛛網(wǎng)啟發(fā)，通過模板法構(gòu)筑納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備了一種具有納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型硬碳材料，具有超彈性、抗疲勞以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

“如同蜘蛛網(wǎng)，這種材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是線與線之間交叉焊接，整體類似于一個(gè)‘毛線團(tuán)?！敝锌拼蟛┦可乇榻B，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)賦予了材料新的性能。實(shí)驗(yàn)顯示：其回彈速度每秒鐘達(dá)0.86m；“壓扁”10萬次，外形、性能幾乎復(fù)原如初；在-196℃的低溫環(huán)境中，還能保持超彈性及電阻穩(wěn)定性。（新華網(wǎng)）

替代金剛石的超硬材料研究取得新進(jìn)展

據(jù)報(bào)道，沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心材料結(jié)構(gòu)與缺陷研究部陳春林研究員、馬秀良研究員、葉恒強(qiáng)院士與東京大學(xué)Yuichi Ikuhara教授、NIMS谷口尚教授等人合作，利用像差校正電子顯微術(shù)在原子尺度上研究了纖鋅礦型氮化硼中的缺陷結(jié)構(gòu)及其對(duì)材料相變的影響，發(fā)現(xiàn)材料中的三維缺陷網(wǎng)絡(luò)可顯著提高該亞穩(wěn)超硬材料的穩(wěn)定性，突破了人們對(duì)材料缺陷與相變關(guān)系的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。相關(guān)成果于5月17日在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上在線發(fā)表。

纖鋅礦型氮化硼是硬度接近于金剛石的超硬材料，有望在許多應(yīng)用領(lǐng)域中替代金剛石。此外，纖鋅礦型氮化硼還是一種很有前景的寬帶半導(dǎo)體，具有比氮化鎵更寬的能隙、更高的導(dǎo)熱性等優(yōu)點(diǎn)，有望在高性能電子器件中得到應(yīng)用。然而，纖鋅礦型氮化硼是一種高壓亞穩(wěn)相，在常壓下極易轉(zhuǎn)變?yōu)榱堑穑ň哂蓄愃朴谑慕Y(jié)構(gòu)），通常僅能通過沖擊波壓縮法制備微米尺寸的纖鋅礦型氮化硼。目前，如何制備較大尺寸的纖鋅礦型氮化硼并使其在常溫常壓下保持穩(wěn)定的相關(guān)機(jī)理尚不清楚。

據(jù)介紹，中科院金屬所研究團(tuán)隊(duì)通過高溫高壓處理六角氮化硼單晶的方法制備了毫米尺寸的纖鋅礦型氮化硼晶體，并利用掃描透射電子顯微術(shù)與第一性原理計(jì)算相結(jié)合的方法系統(tǒng)地研究了纖鋅礦型氮化硼中的缺陷結(jié)構(gòu)及其對(duì)材料相變的影響。電子顯微學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，纖鋅礦型氮化硼中基面上的層錯(cuò)與棱柱面上的倒反疇界相交在一起從而形成一個(gè)三維缺陷網(wǎng)絡(luò)。該缺陷網(wǎng)絡(luò)將氮化硼晶體分割為平均尺寸約十幾納米的棱柱體，相鄰的棱柱體具有相反的晶體極性。層錯(cuò)與倒反疇界相交形成了數(shù)量眾多的“層錯(cuò)-倒反疇界結(jié)”，交叉點(diǎn)的核心結(jié)構(gòu)包含一個(gè)混合型不全位錯(cuò)。第一性原理計(jì)算表明三維缺陷網(wǎng)絡(luò)可顯著抑制鋅礦型氮化硼向六角氮化硼的相變，極大地提高了材料的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)相變理論認(rèn)為材料中的結(jié)構(gòu)缺陷具有較高的能量、易于偏析雜質(zhì)原子，通常是材料相變的易形核位置，會(huì)促進(jìn)相變的發(fā)生。該研究發(fā)現(xiàn)的三維缺陷網(wǎng)絡(luò)對(duì)材料相變的顯著抑制作用，突破了人們對(duì)材料缺陷與相變關(guān)系的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。（科技日?qǐng)?bào)）

中復(fù)神鷹西寧公司年產(chǎn)2萬t高性能碳纖維及配套原絲項(xiàng)目正式動(dòng)工

5月13日上午，中復(fù)神鷹西寧公司年產(chǎn)2萬t高性能碳纖維及配套原絲項(xiàng)目在四面環(huán)山、三川會(huì)聚的西寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)甘河工業(yè)園正式動(dòng)工。

中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)張國(guó)良首先對(duì)項(xiàng)目情況進(jìn)行介紹，項(xiàng)目總投資50億元，總體規(guī)劃分2期進(jìn)行。一期年產(chǎn)1萬t高性能碳纖維及配套原絲項(xiàng)目正式動(dòng)工，根據(jù)規(guī)劃將于2020下半年投產(chǎn)，2021年形成6 000t高性能碳纖維規(guī)模，2022年形成4 000t高性能碳纖維規(guī)模，屆時(shí)將極大提高國(guó)產(chǎn)高性能碳纖維的自主保障能力。

中國(guó)工程院院士、國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)副主任俞建勇在致辭中提到，碳纖維是國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可或缺的戰(zhàn)略性新材料，但是多年來我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)幾乎全部依賴進(jìn)口，生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外封鎖。而如今中復(fù)神鷹突破國(guó)外技術(shù)封鎖，攻克世界先進(jìn)的干噴濕紡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)碳纖維在民用領(lǐng)域的連續(xù)性盈利。現(xiàn)在，中復(fù)神鷹西寧公司年產(chǎn)2萬t高性能碳纖維及配套原絲項(xiàng)目在西寧動(dòng)工，這是整個(gè)碳纖維行業(yè)具有標(biāo)志性意義的事件，同時(shí)也必將給西寧新材料產(chǎn)業(yè)集群帶來高速發(fā)展的機(jī)遇。

中國(guó)建材集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)宋志平在講話中指出，近年來，中國(guó)建材積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)，其中碳纖維作為新材料的支柱產(chǎn)業(yè)，集團(tuán)一直大力支持推進(jìn)。經(jīng)過十余年的發(fā)展，中國(guó)建材集團(tuán)控股的中復(fù)神鷹已成長(zhǎng)為國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)的龍頭企業(yè)，在關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備等方面具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。此次，中復(fù)神鷹西寧公司年產(chǎn)2萬t高性能碳纖維及配套原絲項(xiàng)目正式動(dòng)工，待項(xiàng)目正式投產(chǎn)后，西寧基地將成為具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流碳纖維生產(chǎn)基地，將為青藏高原經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的新引擎貢獻(xiàn)綿綿動(dòng)力。

中復(fù)神鷹西寧公司年產(chǎn)2萬t高性能碳纖維及配套原絲項(xiàng)目是中復(fù)神鷹產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局的一項(xiàng)重要舉措，在開拓新市場(chǎng)及延伸企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的同時(shí)，計(jì)劃將此項(xiàng)目作為上下游產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品聯(lián)動(dòng)的重要支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)上下游產(chǎn)品導(dǎo)向性開發(fā)，助力國(guó)產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)做優(yōu)做強(qiáng)。