纳米材料

碳纳米管制成的微处理器面世 有望超越硅材料

据报道，英国《自然》杂志近日发表了一项计算科学最新进展：美国麻省理工学院团队利用14 000多个碳纳米管晶体管，制造出16位微处理器，并生成这样一条信息。其设计和制造方法克服了之前与碳纳米管相关的挑战，将为先进微电子装置中的硅带来一种高效能替代品。

电子器件中所用的硅晶体管正达到一个临界点，无法进行有效扩展以推动电子学的进步。而碳纳米管是一种潜在的可用于制造高效能器件的替代材料，又名巴基管，重量很轻，结构特殊——主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。目前碳纳米管已经表现出优异的力学和电学性能，但其自身的缺陷和可变性，限制了这些微型碳原子圆柱体在大规模系统中的应用。

此次，麻省理工学院科学家马克斯·舒拉克及同事设计和构建了一种碳纳米管微处理器，来解决这类问题。他们利用一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起，以防晶体管无法正常工作。此外，通过精细的电路设计，减少了金属型碳纳米管而非半导体型碳纳米管的数量，后者的存在不会影响电路的功能，从而克服了和碳纳米管杂质相关的问题。

研究团队将该微处理器命名为“RV16X-NANO”，并在测试中成功执行了一个程序，生成信息：“你好，世界！我是RV16XNano，由碳纳米管制成。”

研究人员总结称，鉴于这个微处理器的设计和制造采用了行业标准，因此这项研究为超越硅的电子学指明了一个富有前景的发展方向。（科技日报）

迄今最黑材料可吸收99.995%入射光

据报道，中美科学研制出了一种比之前最黑材料还要黑10倍的材料。新材料由碳纳米管（CNT）阵列制成，可捕获99.995%的入射光，是迄今为止最黑的材料。

研究作者之一、麻省理工学院（MIT）航空航天教授布莱恩·沃德尔说，这种新材料除了具有艺术表现力外，还可能具有实用价值，例如用于遮光罩中减少不必要的眩光；帮助太空望远镜发现系外行星等。

最新研究合作者、上海交通大学材料科学与工程学院副教授崔可航介绍说，他和沃德尔最初并不打算设计一种超黑材料，他们正尝试让CNT在铝等导电材料上生长，希望借此提高材料的电学和热学性能。

但让CNT在铝上生长遇到了麻烦：铝暴露于空气中会被氧化，氧化物会覆盖铝，就像绝缘体一样，导致铝的导电和加热性能无法改善。于是，他开始寻找去除铝氧化层的方法，结果发现盐（氯化钠）可以解决。

当时，沃德尔团队正尝试让CNT在盐和其他产品（如小苏打和洗涤剂等）上生长。在对盐进行测试时，崔可航注意到氯离子会侵蚀铝的表面并溶解其氧化层。

崔可航发现，如果把铝箔浸泡在盐水中，可以去除氧化层。然后，他将铝箔转移到无氧环境中，防止其再氧化；最后，他将蚀刻的铝放入反应器中，并通过化学气相沉积法来生长碳纳米管。结果表明，去除氧化层后，他们能在更低温度下（否则需要100℃左右）让CNT在铝上生长。他们还发现，CNT与铝的“联姻”显著提高了材料的热学和电学性能。

崔可航说：“最令我们吃惊的是得到的新材料极黑，对新材料光学反射率的测量表明，该材料从各个角度吸收的入射光都大于99.995%。”

研究人员目前还不能完全确定新材料为何会如此，但他们推测这可能与有点发黑的蚀刻铝与CNT相结合有关。他们认为，碳纳米管可以捕获大部分入射光并将其转化为热，反射回去的光微乎其微，因此碳纳米管具有特别的黑色。（科技日报）

二元石墨烯薄膜可高效淡化海水

据报道，近日，武汉大学/湖南大学袁荃和美国加州大学洛杉矶分校段镶锋等人组成的研究团队，采用石墨烯纳米筛和碳纳米管相结合的方法，制备出二元结构的石墨烯薄膜，兼具有较强的选择性分离效率和一定的机械强度，可应用于海水淡化。

此前的理论计算证明，相比传统海水淡化膜，石墨烯制成的单层纳米孔二维薄膜具有超高的选择性分离效率。然而，大面积石墨烯内部存在的晶界会降低石墨烯的机械性能，引入纳米孔的过程将会进一步降低机械性能，导致分离薄膜容易发生局部破裂，降低分离效率和分离选择性。

研究人员介绍，碳纳米管具有优异的机械性能，并且与石墨烯的结构类似。由碳纳米管搭接形成的碳纳米管薄膜，不仅可以与石墨烯的结构完美匹配，也不会影响水渗透率。因此，研究团队想到将纳米孔石墨烯与碳纳米管结合来弥补上述缺陷。他们先在铜箔上生长出一层单层石墨烯，再在上面的一些区域覆盖相互连通的碳纳米管网络，将铜箔溶蚀掉之后就得到了一张碳纳米管支撑的石墨烯薄膜。这种薄膜可以不经聚合物支撑，在悬空、弯曲、拉张时不产生明显裂缝。测试和计算结果显示，薄膜能承受380.6MPa应力，杨氏模量达到9.7GPa，相当于纳米孔石墨烯薄膜2.4倍的拉伸刚度和10 000倍的弯曲刚度。

此外，相较于商用的三乙酸纤维素淡化膜，新型石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜的水渗透率提高了100倍，抗污染能力更强。而且由于不受内部浓差极化效应制约，薄膜在高浓度盐环境下仍然可以保持较高的水渗透率。

目前的石墨烯海水淡化膜分为2类，一类是以麻省理工学院科研团队为代表所研究的單原子层厚的纳米多孔薄膜。但单原子层厚的石墨烯机械强度较弱，所以实验研究中用到的石墨烯都用了聚合物膜支撑，并且直接通过高能电子束轰击或氧等离子体刻蚀在石墨烯内部引入亚纳米孔，孔径分布范围较广，极大地降低了分离效率，所以无法应用于实际。

另外一类是诺贝尔物理学奖得主、曼彻斯特大学教授Andre Geim团队研究的氧化石墨烯膜。氧化石墨烯容易量产，但是氧化石墨烯膜浸润在溶液中之后，氧化石墨烯片层之间会吸水扩大层间距，降低了海水淡化效率，因此现有的研究工作主要集中于如何控制氧化石墨烯片层之间的层间距。

此次制成的新型石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜不需要聚合物支撑就结实耐用，并兼具多种渗透效率优点，为石墨烯应用于海水淡化打开了一条新的思路。若解决量产问题，未来人们或将能喝上“石墨烯淡化水”。（中国科学报）

我国科学家实现世界上最小尺寸石墨烯折叠

据报道，从中国科学院获悉，中国科学院物理研究所高鸿钧研究团队的陈辉博士等人近日首次实现了对石墨烯纳米结构的原子级精准的可控折叠，构筑出一种新型的准三维石墨烯纳米结构。该研究9月6日发表在美国《科学》杂志上。

探索新型低维碳纳米材料及其新奇物性一直是当今科技领域的前沿科学问题之一。相关研究曾在1996年和2010年2次获得诺贝尔奖。但是，目前在单原子层次上精准构筑和调控基于石墨烯的低维碳纳米结构仍存在巨大挑战。

该工作在国际上首次实现了原子级精准控制、按需定制的石墨烯折叠，这是目前世界上最小尺寸的石墨烯折叠。基于这种原子级精准的“折纸术”，还可以折叠其它新型二维原子晶体材料和复杂的叠层结构，进而制备出功能纳米结构及其量子器件，研究其新奇物理现象。例如，探索魔角旋转堆垛双层二维原子晶体材料的超导电性、拓扑特性和磁性，以及研究一维异质结的输运性质及其应用等等。

据了解，该研究工作对构筑量子材料和量子器件具有重要的科学与技术上的意义。（人民网）

碳纳米管或将成为集成电路材料下一条“赛道”

集成电路是现代信息技术的基石，随着摩尔定律逐渐逼近极限，寻找硅材料替代品显得尤为迫切。下一条集成电路材料“賽道”在哪里？日前举行的东方科技论坛吸引了国内多位专家参与研讨。目前，相比于石墨烯、二维材料等选项，碳纳米管呼声相对较高，被认为是比较有希望取代硅的未来电子材料。

如今，世界上最领先的集成电路工艺已经达到7nm，想要做得更小，硅材料在散热、功耗等方面就呈现出短板。早在2006年，国际半导体技术路线图委员会就认为，摩尔定律将在2020年达到极限。故此，他们推荐碳基纳电子学（包括碳纳米管和石墨烯）作为可能在未来5～10年内显现出商业价值的下一代技术。根据测算，在步入10nm技术节点后，碳纳米管的芯片性能和功耗都比硅芯片有了明显改善。例如，从硅基7nm技术到5nm技术，芯片速度大约提升20%，而碳纳米管基7nm技术的芯片速度将提升300%。

尽管碳纳米管被认为未来前景可期，但在实际研发中仍遇到了不少问题。北京大学信息学院教授、纳米器件物理与化学教育部重点实验室主任彭练矛告诉记者，由于碳分子结构稳定，很难像硅材料一样通过掺杂其他物质改变性能，因此在需要可塑性N型晶体管的研制上一直没有进展，其性能也未能超越硅材料。

碳纳米管要实现产业化，尚有很长一段路要走。彭练矛表示，碳基集成电路研制是一个庞大的系统，除了材料学，还涉及微纳加工技术、电子器件设计与制备、系统集成等多个领域。他还建议，我国要尽快建立碳基电子学国家战略。

华南理工大学材料科学与工程学院马於光教授同样认为，2020年是一个重要时间节点。目前，美、欧、日、韩等国纷纷启动投入高达数十亿美元的研究计划，大力支持和推动下一代电子技术的材料研究。他还表示，除集成电路外，我国要突破光刻机、锂电池、射频器件等一系列“卡脖子”技术，很大程度上取决于材料科学的研究进展。眼下，高性能分子材料与现代电子技术的融合，已到了从基础研究转向应用的关键时期。（文汇报）

天奈科技招股 科创板将迎来碳纳米管龙头

据报道，天奈科技于9月4日至10日在北京、深圳、上海三地举行为期4天的网下路演。这意味着，科创板新材料板块很快将迎来纳米级碳材料的科技龙头。

据了解，天奈科技主要从事纳米级碳材料及相关产品的研发、生产及销售，公司产品包括碳纳米管粉体、碳纳米管导电浆料、石墨烯复合导电浆料、碳纳米管导电母粒等。目前公司是中国最大的碳纳米管生产企业之一，在碳纳米管及其相关复合材料领域处于行业领先水平。

作为一种新型材料，碳纳米管自被发现以来就因为其优异的电学、力学、化学等性能，在多项领域中显示出巨大的应用潜能。在锂电池领域，公司客户涵盖比亚迪、ATL（新能源科技）、CATL（宁德时代）、天津力神、孚能科技、欣旺达、万向等国内一流锂电池生产企业，改变了我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面。根据高工产研锂电研究所（GGII）统计数据显示，最近2年公司碳纳米管导电剂产品出货量和销售额均居行业首位。

今年以来，天奈科技在锂电池领域的市场销售颇为亮眼。据公司半年报披露，上半年公司主营业务收入同比增长43.39%，主要原因是新能源汽车持续向好发展，三元动力锂电池出货量和碳纳米管导电浆料需求量继续上升，公司碳纳米管导电浆料销售收入较去年同期上涨所致。

导电塑料领域也是公司产品主要应用市场之一。据悉，天奈科技已经和SABIC 公司、Total（道达尔）、Clariant（科莱恩）和Polyone （普立万）等国际知名化工企业展开合作，公司生产的碳纳米管导电母粒产品已完成部分客户认证并开始小量供货，该系列产品将有望成为公司未来重要的利润增长点。（上海证券报）

江苏新奥碳纳米材料应用技术研究院揭牌

据报道，江苏新奥碳纳米材料应用技术研究院近日在江苏常州西太湖科技产业园揭牌开业。江苏新奥碳纳米材料应用技术研究院隶属于新奥集团旗下石墨烯新材料产业全资子公司。

该研究院开业后，将发挥新奥集团的技术、市场、资本和品牌优势，构建“平台化技术+低成本材料+颠覆性应用”的能源新材料研发及应用生态网络，打造一流的新型研发机构；重点在复合材料、新能源、储能等领域布局高性能、低成本的先进碳纳米材料应用技术研发及成果转化，开发先进碳材料的颠覆性应用和产品技术，为节能节水、低成本储能、安全环保及5G通信、电子信息、装备制造、航空航天等产业的先进碳纳米材料应用提供整体解决方案。

近年来，西太湖科技产业园大力发展以石墨烯为代表的先进碳材料产业，截至目前，累计引进、孵化石墨烯相关企业150多家，诞生了10多项“国际国内第1”，2018年石墨烯相关产业产值达到30亿元。

据介绍，新奥碳纳米材料应用技术研究院将以市场为导向，加强与创投机构、在常高校、石墨烯企业的联动合作，持续加大创新投入力度，孕育更多创新人才，着力加速创新成果落地转化，研究开发出更多代表行业技术前沿的优秀产品。（中国建材报）