纳米材料

科学家首次创造出双层硼烯材料 比石墨烯更“逆天”

据报道，美国西北大学工程师首次创造出一种双层原子厚度的硼烯，打破了硼在单原子层限制之外形成非平面团簇的自然趋势。该研究发表在《自然·材料》杂志上。

硼烯是一种单原子厚的硼薄片，是由硼原子构成的单原子层厚的二维材料，比石墨烯更强、更轻、更柔韧，被科学界寄予厚望，或将成为继石墨烯之后又一种“神奇纳米材料”，有望给电池、电子产品、传感器、太阳能电池和量子计算带来革命性的变化。

然而，单原子层硼烯的合成是具有挑战性的。石墨烯可以使用像透明胶带这样简单的东西从固有的层状石墨中剥离，而硼烯不能仅从块状硼中剥离，取而代之的是，要获得硼烯通常需要制备生长，因此需要衬底作为载体或者支撑。

5年前，来自同一研究团队的科学家们首次创造了只有单原子厚度的硼烯。理论研究预测认为，制备双层硼烯是可能的，但这项研究的联合资深作者、西北大学的马克·赫萨姆说：“理论很少告诉你实现这种新结构所需的综合条件。”

如果生长单层硼烯都很困难，那么生长多层原子平面结构的硼烯似乎是不可能的。由于块状硼不像石墨那样是层状的，超出单原子层的生长会导致形成团簇，而不是平面结构。研究人员称，试图生长多层硼烯的关键就在于找到阻止团簇形成的生长条件。

研究团队发现，正确条件的关键是用来生长硼烯的衬底。在这项研究中，研究人员在平面的银质衬底上培养了硼烯。当暴露在非常高的温度下时，银会在原子级台阶结构之间形成异常平坦的“梯田”。

当在这些巨大而平坦的“梯田”上“种植”硼烯时，研究人员看到了第2层的形成。这种双层材料既保持了硼烯所有理想的电子性能，又存在新的优点。例如，这种材料由2层原子层厚的薄片黏合在一起，中间有空间，可用来储存能量或化学物质。

“有理论预测，双层硼烯是一种很有前途的电池材料，”赫萨姆说，“层与层之间的空间提供了容纳锂离子的地方。”研究团队希望继续生长更厚的硼烯，或者创造出具有不同原子几何结构的双层硼烯。（科技日报）

瑞典提出用新型石墨烯增强钠电池性能

据报道，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员提出用一种新型石墨烯作为更广泛的材料来生产高性能的钠电池电极。

在发表于《科学进展》期刊的一篇论文中，科学家解释称，改造后的石墨烯不仅仅能够储存钠离子，也能够使钠电池性能与现在的锂离子电池相媲美。

研究团队在论文中称，与锂不同，钠很丰富且价廉，因为在海水中和厨房里都能见到。但即使钠随手可得使得钠离子电池可能成为一种有益的和可持续的选择从而减少对关键原材料的依赖，但在其容量仍存在挑战。

容量问题意味着钠离子电池无法与锂离子电池竞争。到目前为止石墨是一个瓶颈因素，这种矿物由石墨烯层堆叠而成，用作锂离子电池的阳极材料。离子嵌入到石墨中，意味着它们可以在石墨烯层中进入而用来储能。但是，钠离子比离子大，作用方式不同。因此，它们不能有效地储存在石墨结构中。

研究人员对这个问题的解决方案是在石墨烯层的一侧增添分子间隔器。“当石墨烯层堆叠在一起，分子在石墨烯片之间创造了更大的空间，提供了反应点，能够使容量大幅增加”，论文第一作者孙金华表示。孙金华解释说，一般情况下，钠离子在标准石墨中插层容量为35mAh/g。这不到锂离子在石墨插层容量的1/10。不过，采用新型石墨烯，钠离子的容量能够达到332mAh/g，与离子在石墨中的容量相当。这位科学家称，结果还显示出完全可逆性和高循环稳定性。

“虽然研究仍处于早期阶段，但是该结果令人振奋”，论文共同作者亚历山大·马蒂奇表示。“这表明研制适合钠离子的有序排列的石墨烯层是可行的”。（自然资源部）

美在菱面3层石墨烯发现超导的最新突破

据报道，9月初，美国加州大学圣巴巴拉分校Andrea F.Young课题组连续在《自然》杂志背靠背发表两篇论文，报道了他们在菱面3层石墨烯发现超导的最新突破。值得一提的是，2篇论文的第一作者都是中国科学技术大学少年班的留学生周昊欣。

双层石墨烯和多层石墨烯的导电性通常优于单层石墨烯。套叠的双层或多层石墨烯，可以通过人工层状原子堆垛改变层间扭曲角度，从而改变体系的导电特性，实现绝缘体—导体—超导体的转变。

“在此次报道的两篇论文的第一篇中，研究团队在菱面3层石墨烯中发现超导性，在亚开尔文温度下表现为低电阻率或消失电阻率。第2篇论文中，研究团队在菱面3层石墨烯中发现‘半金属和‘1/4金属。”合肥工业大学微电子学院电子科学系副主任于永强副教授表示，此次晶体菱面3层石墨烯超导现象的发现，为石墨烯超导的研究带来更多的可能性。（科技日报）

新型纳米材料可增强树突状细胞疫苗抗新冠病毒作用

据报道，从军事科学院军事医学研究院获悉，该院詹林盛研究员领衔的科研团队发现新型纳米材料可增强树突状疫苗抗新冠病毒作用。相关研究成果在国际材料领域权威期刊《先进材料》上发表。

如果说T细胞是身体内抵御疾病感染、肿瘤细胞的英勇斗士，树突状细胞就是帮助T细胞找到病毒、细菌、肿瘤细胞等“坏分子”的“侦察兵”“通讯员”。鉴于树突状细胞在启动免疫反应中的重要作用，人们已成功建立树突状细胞体外诱导培养平台，对树突状细胞进行更高效的体外抗原负载和激活，将获得的功能健全的树突状细胞回输至受者体内，即可启动特异性免疫应答。据了解，詹林盛研究员领衔的科研团队致力于纳米技术在输血细胞治疗中的应用研究。在本项研究中，团队创新性地采用大尺度（片径大于1μm）氧化石墨烯纳米片层材料对树突状细胞疫苗进行工程化改造，进而促进树突状细胞与T细胞间“免疫突触”的形成和细胞团簇的聚集，首次揭示了二維纳米片层材料作为广谱性树突状细胞疫苗佐剂具有潜在应用前景。

该研究表明，二维纳米片层材料氧化石墨烯可通过调控树突状细胞与T细胞之间形成“免疫突触”，大幅提升树突状细胞疫苗抗新冠病毒效果。（科技日报）

科学家研制出干细胞纳米“创可贴”

据报道，中科院生物物理研究所研究员秦燕和北京科技大学教授温永强在干细胞-纳米伤口材料方面取得新进展。合作团队研制出一款纳米纤维气凝胶，具有优异的抗菌和抗氧化特性，可协同促进伤口愈合。相关研究近日发表于《生物材料》。

皮肤干细胞是一类具有强增殖能力的细胞，在人的毛囊组织内大量存在。当皮肤受损、创面较大或难于愈合时，如糖尿病人的皮肤损伤，利用增殖能力强的毛囊干细胞可以帮助破损创面的修复和愈合。该团队此前发现纳米材料对皮肤创面的血管修复有很好的疗效。应用干细胞的修复能力，将其与新型纳米材料结合，研制出干细胞-纳米“创可贴”。不同于传统创可贴在促进伤口愈合方面的薄弱功能，新材料中的纳米纤维是一种比头发丝的1/1 000还细的纤维，与细胞外基质结构高度类似，这种极细的纳米纤维可通过静电纺丝的方法获得。

通过对纳米纤维的物理和化学上的改性，该团队组获得了多种结构和功能的纳米纤维伤口敷料。由于结构的不断改进，他们研发的纳米纤维敷料具有良好的弹性，可以抵御外界压力对伤口的损伤，并且随着伤口愈合而适应不同时期伤口的形状。

研究团队还制备出可调节伤口渗出液的新一代纳米纤维敷料，该敷料具有多种生物活性功能，外可抵御细菌，内可调节伤口微环境。经糖尿病小鼠伤口模型表明，这种功能性纳米纤维敷料能够快速促进慢性伤口的愈合。这种纳米级伤口敷料，制备简单功能性强，有望成为新一代的“创可贴”。（中国科学报）