纳米材料

韩国利用CMOS和碳纳米管制成生物传感器

韩国科学技术院（KAIST）在半导体电路技术国际学会“ISSCC 2015”上发表论文演讲，介绍了使用CMOS与碳纳米管制成的医疗用传感器。该传感器是在利用0.35μm工艺制造的CMOS晶圆上配置碳纳米管电极制成的。

这种传感器的特点是不使用金属电极连接导线。导线主要用于与外部进行信号交换以及提供电源电压，而此次的传感器则是让笔式阅读器直接接触金属板上的传感器以加载电压，然后通过与笔式阅读器相连接的个人电脑和智能手机来读取测量结果。

碳纳米管可以加工成与生物分子同等程度的尺寸，因此经常被用作生物传感器。不过，碳纳米管与CMOS工艺搭配使用时，加工必须谨慎，以防止碳纳米管与金属电极接触后发生短路。

KAIST此次开发的传感器的优点是，无需防止短路的后处理和表面加工，因此与以往的使用CMOS和碳纳米管制成的传感器相比，制造成本更低。由于医疗领域的传感器大多都是一次性的，因此必须控制价格。（日经BP社）

美成功研制新型锂电池负极材料“红磷-石墨烯”纳米复合材料

锂离子电池作为高能量密度的储能设备被广泛的应用于手机，笔记本电脑等便携式电子产品中。而时下引人注目的电动汽车更是以锂离子电池作为主要动力来源。这对锂离子电池的性能提出了更为苛刻的要求：更高的能量密度、更久的使用寿命、更宽的工作温度窗口。而现今商业化的锂离子电池负极材料——石墨，因其较低的理论容量很难满足这些要求。因此世界各国相应领域的科研工作者都在寻找下一代锂离子电池负极材料。

据报道，针对这一问题，最近美国宾夕法尼亚州立大学王东海教授领导的，以于昭新、宋江选为主的科研梯队发明了一种新型锂离子电池负极材料：“红磷-石墨烯”纳米复合材料。该种材料是由红磷和石墨经球磨制备得到。红磷化学稳定性高，廉价易得，而且环境友好。其作为锂离子电池负极材料的理论容量可达2 600mAh/g，7倍于商用石墨电极。石墨/石墨烯因其极高的电子电导率被引入到该体系中以提升纳米复合材料整体的电子电导率。在高速球磨过程中，微米级的红磷颗粒被打碎至纳米级。石墨在球磨过程中剥离为大比表面积的石墨烯。经过长时间机械力作用，石墨烯相互搭接形成一个紧密结合的三维导电网络，而纳米级红磷颗粒均匀分散在该网络中。红外光谱测试显示，红磷和石墨烯以“磷-氧-碳（P-O-C）”的化学键形式结合在一起，这又为该材料出众的电池性能提供了保证。在室温下，该纳米复合材料的放电容量可达1 400mAh/g，4倍于现行商用化锂离子电池负极材料-石墨。经过300周的循环，放电容量仍然能保持在60%以上。高温环境（60℃）对于现行商用锂离子电池仍是很大的挑战。而该种材料，在60℃下，放电容量可进一步提升至1 650mAh/g。经过200周循环，放电容量保持率可在70%以上。

高容量、长寿命、价格低廉的原材料，适宜工业化生产的合成方法，这些因素都促使新型“红磷-石墨烯”纳米复合材料成为下一代锂离子电池负极材料的选择。（materialview china）

以英2国科研人员成功开发可修复视网膜的碳纳米薄膜

据报道，由以色列特拉维夫大学、耶路撒冷希伯来大学和英国纽卡斯特大学的研究人员组成的国际小组，开发出一种包含碳纳米管和纳米棒的薄膜，有望作为一种无线植入设备，可以达到极佳的诱导视网膜光刺激效果。在膜结构中，纳米棒散布于整个3维的多孔纳米管矩阵里，最后使膜形成一种适于植入的柔韧灵活的基质层。研究人员把这种膜贴附在14天大的小鸡的视网膜上，视网膜就会产生光致电流——这是一种神经信号，这种信号传入大脑后可以由大脑来解释处理。（中国纺织网）

中美合作成功研制超薄铂镍合金高效纳米催化剂

据报道，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室曾杰课题组与美国阿克伦大学教授彭振猛合作，通过在钯纳米晶上生长超薄铂镍合金原子层的方法，成功研制出钯—铂镍核壳纳米催化剂。该催化剂具有很高的铂原子利用率，在催化质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中表现良好。相关成果日前发表于《美国化学会志》。

近年来，以质子交换膜燃料电池为代表的新型清洁能源受到广泛关注。但该技术存在很多瓶颈，尤其是针对电池阴极的氧还原反应催化剂活性和稳定性较低，制约了电池的输出功率和充放电循环次数，从而阻碍了质子交换膜燃料电池的商业化进程。

曾杰课题组设计并研制出一种具有超薄铂镍合金原子层的核壳型纳米催化剂，并实现了对铂镍原子比例的调控。这种核壳型纳米催化剂的内部为一种低催化活性但非常稳定的钯核，外部为一种高催化活性的铂镍合金，使其不仅具有极高的铂原子利用率，还兼具氧还原反应所需的高活性表面晶面。研究表明，该催化剂对于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应的活性约为目前商用铂碳催化剂的5倍。此外，由于这种新型催化剂内部存在较为稳定的钯核，使得其整体稳定性大幅度提高，在循环充放电测试6 000次后，未见其性能有顯著降低。（中国科学报）

全球首批3万部石墨烯手机在重庆发布

据报道，全球首批3万部石墨烯手机于3月2日在重庆发布。该款手机采用了最新研制的石墨烯触摸屏、电池和导热膜，目前已可接受官方预定，16G售价2 499元。其核心技术由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发。

从外观上，石墨烯手机与传统的手机没有任何不同。但在性能方面，采用石墨烯材料的手机具有更好的触控性、更长的待机时间、更优的导热性能。由石墨烯薄膜制成的手机触摸屏，透光率高达97.7%，且色彩还原真实；石墨烯电池能量密度提升10%，寿命提高50%；同时，石墨烯导热膜能将局部50℃的高温均匀地传导至背部表面，使手机表面最高温度可降低至35℃以下，解决手机发烫等问题。

从2013年起，中国科学院重庆绿色智能技术研究院研究团队开始专注于石墨烯材料的生产、销售与应用技术开发，并于2013年底，建成全球首条大规模石墨烯薄膜生产线。中国科学院重庆绿色智能技术研究院研究员史浩飞称，下一步，将以石墨烯为契机，瞄准人体健康监测、可穿戴式智能设备、智能传感设备、人机交互设备的市场需求，研发多功能石墨烯柔性传感器，最终实现石墨烯柔性智能微系统。（人民网）

我国科学家发现类石墨烯结构人工二维超导体

日前，北京大学量子材料科学中心王健研究员与清华大学薛其坤院士、马旭村研究员、何珂、王立莉、季帅华、宋灿立等老师，以及北京大学谢心澄教授等人合作，首次发现了一种新的二维超导相：2个原子层厚（0.556nm）的晶体镓（Ga）生长在氮化镓（GaN）（0001）表面上，形成宏观面积的类似石墨烯或硅烯的六角蜂巢结构，是新的一种人造二维晶格，其原子结构与原子间距与所有Ga的体相都不同。

通过原位扫描隧道谱的探测以及非原位的电输运和磁化率测量，他们发现类石墨烯的Ga二维结构表现出约为5.4K的超导转变温度，是Ga体材料稳定相Tc的5倍高，显示出界面增强的超导特性，是一种新的二维超导体。同时类石墨烯的二维蜂巢结构使得Ga薄膜可能具有其他重要特性。此外，这种新的二维极限下的单晶薄膜，超导转变温度Tc超过体材料稳定相，并可以通过覆盖保护层在大气环境下存活，对于常规超导体而言尚属首次。由于GaN为半导体工业中重要的光电材料（2014年诺贝尔奖），在其上制备的2原子层厚的超导薄膜就为超导电子学与半导体工艺的结合提供了可能。因此，GaN衬底上的类石墨烯结构的单晶Ga超导薄膜的发现，具有重要的物理意义及应用潜力。

我国有望解决锗基石墨烯应用难题

据报道，中国科学院上海微系统与信息技术研究所在锗基石墨烯应用研究中取得新进展。信息功能材料国家重点实验室SOI材料课题组在国际上首次采用单侧氟化石墨烯作为锗基MOSFET的栅介质/沟道界面钝化层，调制界面特性，有望解决未来微电子技术进入非硅CMOS时代，锗材料替代硅材料所面临的栅介质/沟道界面不稳定的难题。

SOI材料课题组于2013年首次实现了锗基衬底CVD生长大尺寸连续单层石墨烯。在此基础上对锗基石墨烯的应用开展深入研究，发现石墨烯与衬底之间具有良好的界面性质，当对石墨烯进行单侧氟化后所得到的氟化石墨烯不仅具有高的致密性与结构强度，而且可以从金属性半导体转变为二维绝缘材料。于是，创新性地将氟化石墨烯作为界面钝化层应用于锗基MOSFET器件中。研究表明，氟化石墨烯能够有效抑制界面互扩散行为，尤其是抑制氧原子向锗基衬底的扩散，避免不稳定氧化物以及界面缺陷所导致的电荷陷阱的形成。MOS器件性能得到很大提升，栅极漏电流能够降低4～5个数量级并能够将等效氧化层厚度降低至1nm以下。研究工作将为锗材料替代硅材料，推动微电子技术进入非硅CMOS时代，继续延续摩尔定律发展提供了解决方案。（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）

纳米反应器限域合成石墨烯量子点研究获进展

石墨烯量子点兼具石墨烯材料的优异性能和量子点材料的边界效应，因而呈现一系列新的特性，目前受到化学、物理、材料等各领域科学家的广泛关注。自被发现以来，关于这种新型零维材料的制备研究已取得一些重要进展，但如何简易获得尺寸可控、粒径均一、分散性良好的石墨烯量子点仍是一个挑战。

据报道，中国科学院新疆理化技术研究所环境科学与技术研究室科研人员采用有序介孔二氧化硅作为纳米反应器，利用纳米空间的限域作用，通过硝酸蒸汽切断和原位收集策略，自上而下获得了粒径可控的石墨烯量子点，产率高达48%。研究表明，该介孔二氧化硅纳米反应器可重复利用，大大降低了制备成本。以该量子点为荧光探针构筑荧光传感器，实现了对铁离子快速、专一检测。进一步研究发现，当调控量子点表面的化学态，该量子点对铜、钴、锰和镍离子均具有较好的响应，这极大地拓宽了石墨烯量子点的应用范围。（中国科学院新疆理化技术研究所）

南开大学新型纳米材料汽车电池等领域获实际应用

据报道，由南开大学专家领衔研制开发的新型纳米材料，日前已成功应用于国家“863”汽车电池、军工卫星电池重大项目和抑制电磁辐射等领域，并获得了天津市科学技术自然科学一等奖。

这种基于单臂碳纳米管和石墨烯复合材料的新型纳米材料，可吸附电磁辐射和屏蔽电磁干扰，并具有比传统用材质量更轻、机械性能更好和热稳定性更高的优点，以有效抑制各种电磁波造成的辐射、干扰和信息泄露。

据了解，该新型纳米材料经过数十家科研机构的实际应用，已相继开发生产出高性能锂离子电池、多功能复合材料和超级电容器、高频晶体管等，并获得了国家“863”纳米专项、国家自然科学基金和天津市重点项目基金的支持，进一步推动了碳纳米管和石墨烯的产业化应用。（中国有色金属报）

氮化硼表面制备石墨烯单晶取得重大突破

据报道，中国科学院上海微系统所信息功能材料国家重点实验室唐述杰等研究人员，通过引入气态催化剂的方法，在国际上首次实现石墨烯单晶在六角氮化硼表面的高取向快速生長。相关研究论文发表于3月11日《自然·通讯》。

该团队在前期掌握石墨烯形核控制、确定单晶和衬底的取向关系的基础上，以乙炔为碳源，创新性地引入硅烷作为催化剂，通过化学气相外延的方法，制备晶畴尺寸超过20μm的石墨烯单晶，生长速率较之前的文献报道提高了2个数量级，超过90%的石墨烯单晶与氮化硼衬底严格取向，呈现由莫瑞条纹引起的二维超晶格结构，制备的石墨烯的典型室温霍尔迁移率超过2万平方厘米每伏秒。

石墨烯具有优异的电学性能、出众的热导率以及卓越的力学性能，但其电学性质受衬底的影响很大，电荷杂质和声子散射会使石墨烯的电学性能极大下降。在六角氮化硼表面通过化学气相沉积方法直接生长石墨烯单晶，可以避免因物理转移所带来的介面污染和破损缺陷，为其在集成电路领域的深入应用提供材料基础。然而，由于衬底缺乏催化能力，在六角氮化硼这类电介质表面直接生长石墨烯单晶一直是一项巨大难题。

该项研究提出的气态催化方法已经申请专利，可以为在介质衬底上制备高质量石墨烯单晶薄膜提供全新思路和技术方案。（中国科学报 ）

中科院高能所取得富勒醇纳米抗肿瘤材料理论研究重大突破

据报道，近期，在北京市科委先导与优势材料创新专项支持下，中国科学院高能物理研究所赵宇亮研究团队在富勒醇纳米抗肿瘤材料理论研究方面取得重大突破。

富勒醇纳米抗肿瘤材料是一种潜在高效低毒抗肿瘤药物，它通过“监禁”肿瘤细胞的方式抑制肿瘤生长和转移，与传统化疗“杀死”肿瘤细胞的原理相比，具有不杀死细胞，没有可观测的体内毒副作用、不诱发肿瘤的抗药性等优点。

然而，长期以来由于难以对富勒醇进行准确结构表征，制约了其细胞生物应用设计。近期，中科院研究团队在研究富勒醇含氧基团的种类和自由基阴离子性质的结构起源基础上，得到了迄今为止最为精确的富勒醇结构模型，通过计算不同合成条件下富勒醇的生成机制和含氧基团结构特征，预测了实验条件和富勒醇产物结构相关性。这些成果对理解富勒醇的化学结构和性质，合成条件和结构的关系，以及其生物医药应用具有重要意义，相关成果发表在Chemical Science和Nanoscale杂志上，并分别作为封面、封底报道。（北京市科委）

国家级石墨烯产业化基地正式落户常州

据报道，根据科技部刚刚下发的《关于认定2014年国家高新技术产业化基地和现代服务业产业化基地的通知》，常州国家石墨烯新材料高新技术产业化基地正式获批并落户常州西太湖科技产业园。这是全国首个“国字号”石墨烯产业化基地。该园区已注册成立石墨烯相关企业25家，初步形成了区域性的石墨烯产业集群。石墨烯专利申请总量达123件，持续领跑全国。高性能人工石墨膜、石墨烯电容式触摸屏、石墨烯电缆、石墨烯涂料等5项石墨烯产品成功转化，该园区已成为全国石墨烯产业发展的“领头雁”。（新华日报）

天津滨海新区纳米产业技术创新战略联盟正式成立

据报道，由国家纳米技术与工程研究院倡议发起，天津科技大学、天津国钠科技发展有限公司等产学研单位共同组建的天津滨海新区纳米产业技术创新战略联盟日前在天津成立，并制定和审议通过了《纳米产业技术创新战略联盟章程》。

据了解，该联盟将协同企业、高校和科研机构，以推进纳米产业关键技术研发、加快成果转化为目标，着力开拓创新链，延长产业链，做大做强纳米产业。同时，致力于实现纳米产业在技术、资源和服务等3个层面的突破，加快技术成果在实际生产生活中的应用。

近年来，天津滨海新区先后建立了以国家纳米研究院、国家纳米检测中心和纳米信息中心为代表的纳米产业发展促进平台，并汇聚了业内130多家相关企业，逐步形成了相对完整的纳米产业链条，年产值已超过40亿元，对区域的带动作用和聚集效应初步显现。（中国有色金属报）

丰台园石墨烯产业化进入新阶段

据报道，丰台力推的石墨烯产业化进入了新阶段。中关村丰台园管委会日前与英国国家物理实验室、北京丰泰新材料检测院三方签订谅解备忘录和保密协议，将全面启动石墨烯标准与检测体系的合作：在石墨烯和二维材料特性标准检测与计量方面展开合作，这也是我国石墨烯在产业化中的一个里程碑。

据悉，英国国家物理实验室历史悠久，创建于1900年，是英国国家测量基准研究中心，也是英国最大的应用物理研究组织。作为计量和材料科学领域的国家性独立研究中心，在国际上久负盛名。每年提供超过7 500万英镑的研究和知识转移项目，拥有600多位科技专家以及3 600m2的实验室、各类设施。在石墨烯特性研究与测试领域，英国国家物理实验室处于全球领先地位。

其实，这不是丰台园第一次涉足石墨烯产业，2014年9月丰台园联合园区企业中伦国际，与英国布鲁内尔大学等国内外数十家知名团队共同合作，启动中关村丰台园战略性新材料国际合作项目，这也是北京首个以石墨烯为关键技术的国际合作项目。作为新材料家族中的一员，石墨烯凭借优良的性能及广阔的应用，受到世界各国的重视。2014年10月，国家发改委、财政部、工信部共同发布《关键材料升级换代工程实施方案》，提出到2016年，推动包含石墨烯在内的20种重点新材料实现批量稳定生产和规模应用。

丰台区副区长、中关村丰台园管委会主任张婕透露，目前园区20%的企業与新材料相关，石墨资源非常丰富。丰台园的目标是用1～2年的时间在石墨烯领域获得新的技术突破，3～5年建成具有国际影响力的新材料产业基地。（北京商报）