化工新型材料

新型仿生隔热材料结构类似北极熊毛发

据报道，中国科技大学化学系俞书宏教授课题组仿照单根北极熊毛发的中空结构，并将其扩展到由许多毛发组成的块体材料上。研究成果6月6日发表在细胞出版社旗下期刊《化学》上。

“北极熊的毛发经过进化完善，使其具有在寒冷潮湿的环境中保温的效果，这使它成为合成保温材料的理想模型。通过组装人工合成的碳管纤维，我们可以设计出一种具有弹性的轻质材料，这种材料在使用期限内不会明显老化，而且能吸收热量。”俞书宏说。

与人类或其它哺乳动物的毛发不同，北极熊的毛发是中空的，每一根毛发都存在空腔结构。这些空腔的形状和间距形成了它们独特的白色外壳，实际上北极熊的毛是透明的，光在内部发生反射，引起发光，看起来像白色。同时，这也赋予了它们显著的保温性和疏水性，适宜人工隔热材料效仿。

“中空的内核限制了热对流，中空结构同样也使单根毛发变得轻质，这是材料科学中最突出的优势之一，”中国科技大学副教授刘建伟说，他们模拟了数百万根中空碳管，每根碳管相当于一根北极熊毛发，并将它们缠绕成像通心粉一样的气凝胶。

研究人员发现受北极熊毛发启发仿生制备的空心管表现出轻质、隔热，也几乎不受水的影响——这是一个使北极熊既能在游泳时保持温暖，又能在潮湿条件下保持绝缘性的便利功能。另一个好处是，这种新材料与北极熊的毛发相比具有超弹性，这就进一步提高了其在工程方面的适用性。

研究人员聚焦于这种材料的相关工业用途，下一步准备将目前这种保温材料的生产从厘米尺度扩大到米级尺度。并探索其在航空航天领域等极端条件下的应用。（科技日报）

俄罗斯科学家打造出更具高强化能力的新型铝基复合材料

据报道，俄罗斯莫斯科国立研究型技术大学钢铁合金学院的科学家们将铝熔体与镍和镧混合，打造出了一种兼具复合材料和标准合金优点的新型材料：非常柔韧、强度大且轻便。新材料为航空制造业和汽车制造业开辟出新前景。

要生产更轻、更快的飞行器和汽车，相应地，需要更轻的材料。最有前景的材料是铝，更准确地说，是铝基復合材料，即以铝为基础的材料。

如今，铝主要通过使用纳米颗粒来进行强化，但是该过程非常昂贵且费时，而且最后结果可能也并不尽如人意。例如，可能强度只增加了5%至20%，塑性等指标却下降了10%甚至几倍。此外，纳米粒子本身就太大，有100nm至1～2μm，而它们的体积百分比都非常小。俄罗斯国家研究型工艺技术大学“莫斯科钢铁合金学院”的科学家团队解决了粉状复合物强度不均或强度不强的问题。团队多年来致力于制造铝基复合材料，铝镍镧复合材料，就是打造天然铝基复合材料的成果之一。新材料的特点是具备高强化能力，拥有超细结构，熔化时，铝镍镧复合材料加强颗粒的纵面直径不超过30～70nm。

天然结晶使颗粒能均匀地分布，形成加筋框架，新型复合材料将比粉末状复合物更坚固、更柔软。科学家称，新材料可首先用于航空制造业、汽车制造业，也可用于改进无人机在内的现代机器人技术，因为减轻无人机的质量至关重要。

新材料的结构组织特点还决定了它可用于制作复杂的3D打印零件。目前，俄罗斯铝业的主要盈利来自生铝出口。高科技研发的新材料含高附加值，能扩大国内外市场对铝的需求，进而提高行业盈利。（俄罗斯卫星通讯社）

为减少海洋塑料污染 加拿大拟禁用一次性塑料制品

据外媒报道，加拿大政府数据显示，每年有800万t塑料垃圾被人类丢进海洋。到2050年，水中的塑料可能比鱼多。鉴于此，当地时间6月10日，加拿大总理特鲁多称，加拿大将于2021年开始禁止使用一次性塑料制品。

特鲁多称：“我很高兴地宣布，到2021年前，加拿大会禁止对环境有害的一次性塑料制品。此外，据他介绍，大型公司要对自己产品的整个寿命周期负责。他称：“生产塑料产品和出售塑料包装产品的公司要负责收集和回收塑料废品。”

特鲁多还表示，之后会拟定一份将被列入禁令的塑料制品目录。这份目录的制定将基于欧盟及其他国家在这一领域的科研成果及行动。目前被考虑在内的塑料制品类别包括塑料水瓶、塑料袋和吸管等。据悉，海洋垃圾已经逐渐成为一个全球性的新兴话题，其中，塑料垃圾对于海洋环境具有破坏性的影响。加拿大政府数据显示，每年有800万t塑料垃圾被人类丢进海洋。2018年春，在加拿大魁北克省举行的7国集团（G7）峰会上，法国、德国、意大利和英国表示，到2030年要把塑料包装减少55%；到2040年，力求能够回收所有塑料。目前，加拿大只有不到10%的塑料被回收。（中国新闻网）

-23℃ 超导材料最高临界温度刷新

超导材料能无损耗传输电能，但其应用却因超导态严苛的低温要求而受限。因此，实现室温超导成为科学家的重要目标，如今他们离这一目标越来越近。在最新一期《自然》杂志上，美德2国科学家组成的研究小组发表论文称，他们实验证实，高压下的氢化镧在250K（K代表绝对温标开尔文，250K大约为-23℃）下中具有超导性。而250K，是迄今为止超导材料中已证实的最高临界温度。

过去的一个世纪里，科学家一直在寻找能在室温下具有超导性的材料，随着越来越多的超导材料被发现，最高临界温度的纪录也在不断刷新，逐步向室温目标迈进。在2018年，两个独立研究小组几乎同时报告称，压缩的氢化镧化合物可能在更高的温度下表现出超导性，其临界温度范围从215K—280K不等。这一理论预测在当时引起了广泛关注。

此次，美德两国研究人员通过实验验证了这一理论预测。他们使用一种被称为金刚石压腔的设备，利用两颗金刚石挤压一小块儿镧样品，使其在170吉帕的高压下转化为氢化镧化合物——LaH10，然后用X射线探测其结构和成分。研究人员观察到LaH10具有零电阻、在外加磁场作用下临界温度会降低、同位素效应（临界温度依赖于同位素质量的现象）这3个超导材料特征，但因样本量太小而无法对超导材料的另一个重要特征——迈斯纳效应（一种超导体对磁场的排斥现象）进行观测。他们表示，其所观察到的3个特征已可以证明，在250K的温度下，氢化镧在超过100万倍地球大气压下会变成超导物质。

250K，是目前人类高温超导的最新纪录，比此前的最高临界温度增加了50K左右。研究人员称，这是向实现室温超导目标迈出的令人鼓舞的一步。而同期《自然》杂志上刊发的评论文章则指出，这一研究结果表明，科学家对超导材料的研究可能进入了一个新阶段，开始从靠经验规则、直觉或运气发现超导体向由具体理论预测指导研究过渡。

百年时间里，人类已实现数万种材料的超导，但室温超导一直还是“终极目标”。这是因为，目前大多数超导体仍然仅在接近绝对零度的温度下工作。其意味着实际应用中需要依赖昂贵的低温液体——例如液氦等来维持低温环境。也因此超导应用的成本急剧增加，甚至维持低温的成本，都要远超材料本身的价值。如今诞生的又一全新纪录，标志着科学家实现室温超导的步伐正在加快，也代表着我们距离跨入无电力损耗的全新时代更进了一步。（科技日报）

我国学者模仿蜘蛛网研制出“超弹性”硬碳材料

据报道，近期，中国科学技术大学俞书宏教授课题组受自然界中的蜘蛛网启发，研制出一种每秒弹速达0.86m、“压扁”10万次不变形的“超弹性”硬碳材料，且制作方法简单高效。国际材料学领域学术期刊《先进材料》日前发表了该研究成果。

据介绍，根据碳原子排列方式的不同，碳材料可分为石墨碳、软碳和硬碳3种。比如铅笔芯的主要成分就是石墨碳，常见的煤炭则是软碳和硬碳的复合体。石墨碳和软碳的弹性高、易变形，但强度低；硬碳的结构稳定，但性脆易碎。如何使硬碳既能保持“硬度”，又能变得更有弹性，是材料学界的一大挑战。

近期，俞书宏教授课题组受自然界中的蜘蛛网启发，通过模板法构筑纳米纤维网络结构，制备了一种具有纳米纤维网络结构的新型硬碳材料，具有超弹性、抗疲劳以及稳定性好等优点。

“如同蜘蛛网，这种材料的内部结构是线与线之间交叉焊接，整体类似于一个‘毛线团。”中科大博士生秦冰介绍，这种结构设计赋予了材料新的性能。实验显示：其回弹速度每秒钟达0.86m；“压扁”10万次，外形、性能几乎复原如初；在-196℃的低温环境中，还能保持超弹性及电阻稳定性。（新华网）

替代金刚石的超硬材料研究取得新进展

据报道，沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部陈春林研究员、马秀良研究员、叶恒强院士与东京大学Yuichi Ikuhara教授、NIMS谷口尚教授等人合作，利用像差校正电子显微术在原子尺度上研究了纤锌矿型氮化硼中的缺陷结构及其对材料相变的影响，发现材料中的三维缺陷网络可显著提高该亚稳超硬材料的稳定性，突破了人们对材料缺陷与相变关系的传统认识。相关成果于5月17日在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上在线发表。

纤锌矿型氮化硼是硬度接近于金刚石的超硬材料，有望在许多应用领域中替代金刚石。此外，纤锌矿型氮化硼还是一种很有前景的宽带半导体，具有比氮化镓更宽的能隙、更高的导热性等优点，有望在高性能电子器件中得到应用。然而，纤锌矿型氮化硼是一种高压亚稳相，在常压下极易转变为六角氮化硼（具有类似于石墨的结构），通常仅能通过冲击波压缩法制备微米尺寸的纤锌矿型氮化硼。目前，如何制备较大尺寸的纤锌矿型氮化硼并使其在常温常压下保持穩定的相关机理尚不清楚。

据介绍，中科院金属所研究团队通过高温高压处理六角氮化硼单晶的方法制备了毫米尺寸的纤锌矿型氮化硼晶体，并利用扫描透射电子显微术与第一性原理计算相结合的方法系统地研究了纤锌矿型氮化硼中的缺陷结构及其对材料相变的影响。电子显微学研究发现，纤锌矿型氮化硼中基面上的层错与棱柱面上的倒反畴界相交在一起从而形成一个三维缺陷网络。该缺陷网络将氮化硼晶体分割为平均尺寸约十几纳米的棱柱体，相邻的棱柱体具有相反的晶体极性。层错与倒反畴界相交形成了数量众多的“层错-倒反畴界结”，交叉点的核心结构包含一个混合型不全位错。第一性原理计算表明三维缺陷网络可显著抑制锌矿型氮化硼向六角氮化硼的相变，极大地提高了材料的稳定性。传统相变理论认为材料中的结构缺陷具有较高的能量、易于偏析杂质原子，通常是材料相变的易形核位置，会促进相变的发生。该研究发现的三维缺陷网络对材料相变的显著抑制作用，突破了人们对材料缺陷与相变关系的传统认识。（科技日报）

中复神鹰西宁公司年产2万t高性能碳纤维及配套原丝项目正式动工

5月13日上午，中复神鹰西宁公司年产2万t高性能碳纤维及配套原丝项目在四面环山、三川会聚的西宁经济技术开发区甘河工业园正式动工。

中复神鹰碳纤维有限责任公司董事长张国良首先对项目情况进行介绍，项目总投资50亿元，总体规划分2期进行。一期年产1万t高性能碳纤维及配套原丝项目正式动工，根据规划将于2020下半年投产，2021年形成6 000t高性能碳纤维规模，2022年形成4 000t高性能碳纤维规模，届时将极大提高国产高性能碳纤维的自主保障能力。

中国工程院院士、国家新材料产业发展专家咨询委员会副主任俞建勇在致辞中提到，碳纤维是国民经济不可或缺的战略性新材料，但是多年来我国碳纤维产业几乎全部依赖进口，生产技术长期被国外封锁。而如今中复神鹰突破国外技术封锁，攻克世界先进的干喷湿纺技术，实现了国产碳纤维在民用领域的连续性盈利。现在，中复神鹰西宁公司年产2万t高性能碳纤维及配套原丝项目在西宁动工，这是整个碳纤维行业具有标志性意义的事件，同时也必将给西宁新材料产业集群带来高速发展的机遇。

中国建材集团党委书记、董事长宋志平在讲话中指出，近年来，中国建材积极推进产业结构调整和转型升级，其中碳纤维作为新材料的支柱产业，集团一直大力支持推进。经过十余年的发展，中国建材集团控股的中复神鹰已成长为国内碳纤维行业的龙头企业，在关键技术、核心装备等方面具有完全自主知识产权。此次，中复神鹰西宁公司年产2万t高性能碳纤维及配套原丝项目正式动工，待项目正式投产后，西宁基地将成为具有国际竞争力的世界一流碳纤维生产基地，将为青藏高原经济高质量发展的新引擎贡献绵绵动力。

中复神鹰西宁公司年产2万t高性能碳纤维及配套原丝项目是中复神鹰产业战略布局的一项重要举措，在开拓新市场及延伸企业产业链的同时，计划将此项目作为上下游产业结构及产品联动的重要支撑平台，实现上下游产品导向性开发，助力国产碳纤维产业做优做强。