纳米材料

美开发出制造纳米精度物体新方法

据报道，美国研究人员开发出一种新方法，可“打印”各种形状、多种材质的纳米精度三维物体，在光学、医疗、机器人等领域有广阔的应用前景。参与研究的麻省理工学院生物工程及大脑和认知科学副教授爱德华·博伊登说，这是一种多种材料创建纳米级精度三维结构的新方法。相关论文发表在新一期美国《科学》杂志上。

新研究采用了一种被称为“内爆制造”的技术。团队使用吸水性很强的聚丙烯酸酯凝胶作为微观制造支架，将支架浸泡在含有荧光素分子的溶液中。在双光子显微镜下，研究人员用激光激活荧光素分子，使其附着在凝胶的特定位置充当锚点，然后添加需要“打印”的材料分子与锚点结合，比如金属、量子点、脱氧核糖核酸（DNA）等。当所有分子就位，研究人员向凝胶中加酸使整个结构收缩，每个维度上可以缩小到1/10，整个体积缩小到原来的1/1 000。目前，研究人员可利用该方法制造出体积为1mm3、分辨率为50nm的物体。

研究人员认为，该技术最早的应用可能在光学领域，例如制造用以研究光的基本特性的特殊透镜以及用于手机摄像头、显微镜或内窥镜的镜头等。在更远的将来，该技术可用于生产纳米级电子产品或机器人等。（新华网）

“三合一”石墨烯基太赫兹探测器问世

据俄罗斯莫斯科物理技术学院（MIPT）报道，来自俄罗斯、英国、日本、意大利的科学家团队，开发出了一种基于石墨烯的太赫兹探测器。新设备既可充当灵敏的探测器，也可作为工作频率在太赫兹范围的光谱仪使用。

太赫兹波是介于微波和红外线之间的电磁波，具有穿透性强、安全性高、定向性好等优势，有望用于医疗、宇宙探索等领域。但现有太赫兹探测器存在效率低下的问题，主要是因为太赫兹波与检测元件（晶体管）之间尺寸不匹配。晶体管仅10-6m，而太赫兹辐射的波长是其100倍，導致太赫兹波从探测器身边溜走。

1996年，科学家提出了一个解决办法：将入射波能量压缩到与检测器大小相当的体积内。为此，探测器材料需要支持特种“紧凑波”——所谓的等离激元。从理论上来说，在波的谐振下，这种探测器的效率会得到进一步提升。

但实现这种探测器比预期更难。原因在于：在大多数半导体材料中，由于电子与杂质的碰撞，等离激元会快速衰减。石墨烯被认为可解决问题，但其还不够洁净。

在最新研究中，科学家解决了这个问题。他们制造了一个光电探测器，由封装在氮化硼晶体之间的双层石墨烯组成，并与太赫兹天线发生耦合。在这个“三明治”结构中，杂质被逐出石墨烯薄片之外，使等离激元更自由地传播。被金属铅束缚住的石墨烯片形成了一种等离激元谐振器，而石墨烯的双层结构使波速可在一个宽范围内调谐。

新设备实际上也是尺寸仅为几微米的太赫兹光谱仪，可通过电压调谐控制谐振频率。此外，它还可用于基础研究：在不同频率与电子密度下测量探测器中的电流，展示出了等离激元的特性。（科技日报）

港中大研发纳米3D打印机获选全球百大创新发明

据报道，香港中文大学12月17日宣布，由工程学院机械与自动化工程学系教授陈世祈及其团队研发的“数码全息纳米3D打印机”，获全球百大科技研发奖（R&D 100）评选为2018年度全球百大创新发明之一。该打印机采用革命性的数码全息激光扫描及光束整形技术，能以高速印制结构复杂、细如发丝的精细组件，并达至纳米级别的打印精度。

陈世祈介绍说，该打印机的多焦点扫描技术可在相同速度下，移动至打印空间中的任何一点，即使没有结构及材料支撑，仍可打印出复杂的悬垂结构及精密细致的微型成品，例如光子晶体、微纳流体器件、仿真生物组织及支架、药物传输工具等，为纳米科技、先进材料及医疗工具创造了革新技术。

在光遗传学研究应用中，该打印机还能准确刺激生物大脑中多个神经元而不伤害周围结构，可用于研究大脑神经回路及特定功能，例如小鼠的嗅觉、斑马鱼的视觉等，将3D激光扫描的优点延伸至医学及基础生物研究。

据介绍，具有56年历史的全球百大科技研发奖素有“创科界奥斯卡”之称，旨在表彰全球的研发先锋及其科技革命理念。历年来获奖的创新发明包括喷墨打印机（1967年）、锂电池（1971年）、ATM自动柜员机（1973年）、HDTV高清电视（1998年）及人工视网膜（2009年）等。（人民日报）

“可智能协同抗癌”的新型纳米材料研制成功

据报道，近日，中科院合肥物质科学研究院技术生物研究所吴正岩研究员课题组与上海交通大学医学院邹多宏教授团队合作，制备出一种对肿瘤微环境智能响应的新型纳米复合材料，可通过“智能造影”“智能送药”协同杀死癌细胞。日前国际生物医学工程领域权威学术期刊《生物材料》发表了该成果。

纳米诊疗一体化是当前国际抗癌研究的热点之一，但现有的纳米诊疗体系对癌症病灶组织的识别度差，对肿瘤微环境的响应不足，难以精确“观察”、高效治疗。对此，吴正岩、邹多宏等科研人员基于肿瘤微环境低酸碱度和谷胱甘肽高表达的特性，合成了对肿瘤组织酸碱度和谷胱甘肽敏感的硅酸锰“多孔纳米球”，在其表面沉积磁性氧化铁纳米颗粒，制备出磁性氧化铁与硅酸锰的纳米复合物。

据悉，这种新型纳米复合材料可“智能协同抗癌”，它在正常的组织和血液中不会发挥造影功能，而一旦进入肿瘤组织，即可释放出锰离子，发挥高效肿瘤T1磁共振造影功能。同时，该纳米复合材料装载的抗癌药物顺铂也会被释放出来，与锰离子和磁性氧化铁协同杀死癌细胞，达到协同治疗肿瘤的效果。（环球网）

中国科大研制出“纳米竹子”

据报道，从中国科大获悉，近日，中国科大研究团队成功制备了类似竹节结构的纳米“竹子”复合异质结，充分利用太阳能，并将其有效转化为氢能源。

近年来，科学家们通过设计新型半导体纳米材料以捕获太阳能并实现高效光化学转化，使我们看到了利用新型清洁能源的希望。但如何降低成本、进一步提高转化效率实现产业化，仍然是一个巨大挑战。

该研发团队设计了一种“脉冲式轴向外延生长”方法，成功制备了尺寸、结构可调的一维胶体量子点——纳米线分段异质结，该结构是类似竹节结构的纳米“竹子”复合异质结，可以充分利用太阳能，并将其有效转化为氢能源。

这种人造纳米“竹子”的竹节和竹茎，分别由硫化镉和硫化锌两种不同的半导体材料组成，二者交替生长，非常类似于我们生活中看到竹子拔地而起的生长过程。有趣的是，研究人员设计的这种独特生长方式，可以精确控制每根人造纳米“竹子”的粗细、节数以及每个竹节的间距。这种丰富的调控能力为进一步开发利用该类材料提供了更多的空间。

此外，研究者发现，此类人造纳米“竹子”中不同组分之间存在协同效应，二者的取向结合极大地提升了单一材料所具有的性能。相比于单一材料，纳米“竹子”的太阳能制氢效率提高了一个数量级，这为今后设计开发新型高效太阳能制氢材料提供了新途径。（合肥日报）

我学者成功构建石墨烯泡沫材料网络拓扑模型

据报道，近期，中国科学院合肥物质科学研究院等机构的学者们合作，通过研究石墨烯泡沫的扫描电子显微镜镜像，成功构建了一种三维孔片网络拓扑模型，并引入参数和几何量实现了对其力学行为的有效评估。国际知名学术期刊《美国化学会·纳米》日前发表了该成果。

石墨烯泡沫是以准二维石墨烯作为基本组件，以无序堆砌为主要建构方式铰接而成的三维多孔材料，由于兼具石墨烯与多孔材料的优点，受到国际科技界越来越多的关注。但由于不清楚其性能背后的物理机制，造成理论与实验的严重脱节，限制了应用。

近期，中科院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所王晓杰研究员团队的博士潘斗兴与中国科学院力学研究所博士王超合作，成功构建了一种同时含有本征孔和铰链键的三维孔片网络拓扑模型，并借助孔片网络对石墨烯泡沫进行了动态分析，进一步构建了一种新型的石墨环泡沫。该研究还发现，泡沫内部存在有趣的介观互锁现象，丰富了连续介质力学的内涵。

通过构建模型和发现新的物理性能，科研人员为推进石墨烯泡沫材料的研究及应用迈出了重要一步。（新华网）

有机硅改性石墨烯增强环氧防腐耐磨涂层研究取得进展

据报道，近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋功能材料团队与北京科技大学腐蚀控制系统工程团队展开合作，在研究员王立平、赵海超及教授李晓刚、张达威的共同指导下，博士生叶育伟等人设计系列实验克服了石墨烯（氧化石墨烯）在溶剂及基体树脂中的团聚问题，成功制备出具有优异防腐耐磨性的石墨烯增强型环氧复合涂层。通过插层溶胶-凝胶化反应制备出了有机硅/石墨烯杂化材料。该石墨烯杂化材料可以均匀分散至水性环氧树脂中，并具有一定的电活性，可在金属基底表面诱导钝化膜的形成，协同抑制腐蚀的发生。

双酚A型环氧树脂是环氧树脂中产量最大、使用最广的一种热固性树脂，具有固化收缩率低、成型容易、粘结能力强、力学强度高和耐化学腐蚀性优异的特点，被广泛用作涂料、粘结剂和复合材料等的树脂基体。环氧树脂固化形成的三维孔隙、缺陷等会导致树脂基体致密性差、阻隔性能低，抗剪切强度低和摩擦磨损性能差，进一步限制了其在防腐耐磨等领域中的应用。

研究团队通过插层溶胶-凝胶化反应制备出了有机硅/石墨烯杂化材料。该石墨烯杂化材料可以均匀分散至水性环氧树脂中，并具有一定的电活性，可在金属基底表面诱导钝化膜的形成，协同抑制腐蚀的发生。与此同时，研究人员采用化学改性法将多面体低聚倍半氧硅烷（POSS）接枝在氧化石墨烯（GO）表面，制备出了超疏水的POSS-GO纳米片，并实现了其在诸多有机溶剂（如无水乙醇、四氢呋喃、二甲苯等）中优异且稳定的分散。研究人员将所制备的POSS-GO添加至环氧树脂中，探究其在模拟海水中的腐蚀防护行为及摩擦学行为。研究发现，环氧涂层在经过POSS-GO强化后，硬度、结合强度、韧性均得到不同程度的提高。（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）

“冷冻”铜纳米颗粒催化剂可替代贵金属催化剂

据报道，从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所研究人员发现了一种可替代贵金属金或银的铜催化剂，它在催化加氢反应中表现出与传统铜催化剂完全不同却与金、银接近的性能，相关研究成果近日发表在《科学·进展》上。

原子的外圍电子结构常常决定着金属的化学性质。与金、银相比，同族的非贵金属铜更易获得并且价格便宜，但由于铜金属更容易失去外围电子，因而在催化反应中也更易被氧化。金属铜在氧化或加氢等催化反应中，常表现出铜零价和一价共存的化学态，因此铜催化剂的化学性质并不稳定。

为提高铜催化剂的稳定性，中国科学院大连化物所孙剑研究团队通过尝试“高能等离子体流轰击”的方法来改变铜的外围电子结构，使铜表现出贵金属金和银的特性，以此来替代金、银催化剂，这种等离子体流轰击铜改变其电子结构的过程被科研人员比喻为对铜催化剂的“冷冻”处理。

据了解，“冷冻”是采用磁控溅射装置，在电场驱动下，通过被等离子体化的氩气产生的高能粒子流，定向的轰击铜金属靶，使得金属铜以原子形式均匀沉积于载体表面。

实验结果显示，被“冷冻”的铜纳米颗粒在反应过程中可被锁定在金属态，反应过程中的“冷冻”铜纳米颗粒催化剂也表现出了与贵金属金或银极其类似的催化性能，颠覆了铜催化剂利于发生深度加氢反应而生成乙二醇和乙醇等醇类化合物的传统认知，从而证明了铜金属经过处理后，可以表现出与贵金属金或银极其类似的催化性能。（科技日报）

“上海制造”入选首条5nm芯片生产线

据报道，最近，中微半导体设备（上海）有限公司收到一个好消息：其自主研制的5nm等离子体刻蚀机经台积电验证，性能优良，将用于全球首条5nm制程生产线。

刻蚀机是芯片制造的关键装备之一。刻蚀尺寸的大小与芯片温度一一对应，中微自主研发的部件使刻蚀过程的温控精度保持在0.75℃内，达到国际领先水平。气体喷淋盘是刻蚀机的核心部件之一，中微和国内企业联合开发出一套创新工艺，用这套工艺制造的金属陶瓷，其晶粒十分精细、致密。与进口喷淋盘相比，国产陶瓷镀膜的喷淋盘使用寿命延长1倍，造价却不到1/5。中微突破关键核心技术，让“上海制造”跻身刻蚀机国际第一梯队。5nm，相当于头发丝直径（约0.1mm）的2万分之一，将成为集成电路芯片上的最小线宽。台积电计划明年进行5nm制程试产，预计2020年量产。