新材料與新工藝

新材料與新工藝

美國研發出可屏蔽輻射的新型輕量化泡沫金屬

美國北卡羅萊納州大學的研究人員研發出一種成本較低的新型超輕泡沫金屬材料，能夠屏蔽高強度X射線、γ射線、中子輻射等高能射線，并具有較高的強度。與采用傳統材料制成的笨重的輻射屏蔽裝置相比，采用新型泡沫金屬材料制成的輻射屏蔽裝置既輕便又具有高強度，不僅能夠屏蔽多種高能射線，對較低能級的γ射線及中子輻射也具有很好的屏蔽作用，應用前景廣闊。

該新型泡沫金屬材料基于用于軍事及運輸領域的普通不銹鋼合金，通過添加微量的鎢等元素的方法制造，并在合金中形成了中空小孔，最終形成了復合的輕量泡沫型鋼材。其電磁屏蔽性能極佳，但鉛含量較高，尚無法達到使用標準。研究人員正在研究改變各金屬元素含量，以替代鎢元素，實現X射線屏蔽作用。 (W.CB)

牛津大學突破商業化高質量石墨烯制備新技術

英國牛津大學的材料學家開發出一種生產大面積高質量石墨烯薄膜的技術，或將突破生產商業規模的可重復且質量穩定的石墨烯的“重大障礙”。該項發明目前正在申請專利。

研究人員使用中間包含液膜的過渡金屬硅襯底，采用化學氣相沉積（CVD）技術來生產商業規模的石墨烯薄膜，大大縮短了合成時間。研究人員稱，這是現有推進石墨烯商業化應用的最快方法，是振興英國石墨烯行業的重要法寶。目前，該技術的開發人員正在尋找合作伙伴，以改變英國在石墨烯研究和應用領域的落后局面。 (胡燕萍)

中科院冷凝微滴自去除及低能耗無霜納米技術開發獲進展

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的研究人員首次提出并證實：利用冷凝微滴自去除納米仿生界面，并結合間歇式微熱空氣流輔助加熱可實現材料表面持續無霜。與現有的高能耗加熱除霜技術相比，這種新型納米仿生技術及低能耗無霜策略原理可大大降低空調/熱泵的運行能耗，其與工程技術相結合的創新思路為研制更節能的空調/熱泵換熱器奠定了基礎。

在此基礎上，研究人員還提出了一種多步電化學陽極氧化與化學腐蝕相結合的技術，實現了鋁表面陽極氧化鋁棒—孔復合結構的可控制備，經低表面能化學修飾后，展現出了非凡的小尺度冷凝微滴自去除功能，為設計開發更節能的空調/熱泵鋁翅換熱器奠定了基礎。

該冷凝微滴自去除功能納米鋁材的工程化研究對于新一代更節能的空調/熱泵換熱器的研制具有重要的意義。 (蘇納所)

中美合作發現晶體微觀結構高性能熱電材料

中國科學院上海硅酸鹽研究所與美國密歇根大學和西北大學的研究人員合作，合成了一種既不同于尋常晶粒取向隨機的多晶

材料，也不同于無晶界的單晶材料，具有高度取向性的馬賽克晶體熱電材料，實現了類似玻璃的極低熱導率及晶體材料的優異電輸運性能，其熱電優值遠高于普通多晶材料體系，在余廢熱回收利用方面具有較大的應用潛力。

具有馬賽克晶體微觀結構的材料具有優異的熱電性能。傳統馬賽克晶體的制備通常采用閃冷法，即將材料加熱至高溫，采用超快冷卻迫使結構中的缺陷無法擴散至材料表面的方法。但由于熱電材料的熱導率一般很小，通常無法獲得足夠快的冷卻速度。研究人員發現，在Cu2S1-xTex固溶體中，利用S和Te兩種陰離子原子質量和原子半徑的巨大失配，可以在塊體熱電材料中獲得馬賽克晶體微觀結構，得到異于尋常的完全固溶體化合物。Cu2S1-xTex固溶體室溫為單相材料，具有高對稱性的六方晶體結構。經歷973K高溫后，其馬賽克晶體結構的特征依然保留，比其它材料體系具有更佳的性能。 (KX.0713)

美國研究出新型具有負剛度的吸能式蜂窩結構

美國德克薩斯大學考科瑞德工程學院的研究人員設計出一種具有負剛度（NS）的新型蜂窩結構。與傳統蜂窩結構相比，其可以承受更大的沖擊載荷，能夠在重復沖擊載荷作用后，恢復原來的結構。該蜂窩結構可廣泛應用于航空、軍用頭盔、車輛安全和體育等領域。

據了解，這種蜂窩結構可以采用多種材料制造成不同尺寸的部件。目前的實驗室原型的尺寸約為8.89cm，作用力的閾值為200N，可在0.03s內吸收1個速度為160km/h的棒球的能量。研究人員還采用尼龍材料，利用選擇性激光燒結技術試制出了微型NS蜂窩結構，通過壓縮和掉落測試，證實了這種NS蜂窩結構的能量吸收性能。

下一步，研究人員將對這種蜂窩結構進行包括彈道測試等在內的一系列測試，用于制造軍用頭盔原型并進行相關測試。 (胡燕萍)

高真空環境下氟化類金剛石碳基薄膜失效本質和延壽研究獲進展

中國科學院蘭州化學物理研究所的研究人員在高真空環境下氟化非晶碳基薄膜的失效本質和延壽研究方面取得新的突破，為拓展碳基薄膜在空間技術領域的應用奠定了扎實的理論和材料體系基礎。

氟化非晶碳基薄膜是高真空環境下理想的固體潤滑薄膜材料，但存在摩擦失效問題，磨損壽命無法滿足空間機械裝備運動機構對高可靠性和超長壽命的苛刻要求。研究人員針對氟化碳基薄膜高真空摩擦失效本質及延壽機制開展了系列理論計算和實驗研究。利用第一性原理計算和分子動力學方法，結合壓縮應力—應變關系，通過模型試驗，研究人員首次確認，在高真空環境下塑形變引起的石墨化產生的接觸界面間的強粘著直接導致了薄膜的本質失效。此外，研究人員還發現，摩擦界面的C-F鍵和C-C鍵對周圍的應力場分布和化學環境非常敏感，當施加應力或改變對偶材料的成鍵狀態時，與摩擦密切相關的界面電荷分布發生明顯改變，導致界面C-F鍵和C-C鍵的鍵長和鍵能發生相應變化，從而影響界面的穩定性和粘著相互作用。

在這些研究的基礎上，研究人員成功實現了氟化非晶碳基薄膜在高真空條件下的超長磨損壽命設計和可控制備。通過成分設計和多層界面微觀結構構筑，研究人員成功制備了具有低內應力的氟化非晶碳基薄膜，通過摩擦界面調控原位生成熱力學和結構穩定的FeF2納米晶摩擦膜，避免了摩擦界面之間的強粘著，該非晶碳基薄膜在高真空環境下具有低摩擦和超低磨損等優良的摩擦特性。 (蘭化物)

萃取提純技術高效制備石墨烯的方法獲發明專利

中國科學院蘭州化學物理研究所發明了基于萃取提純技術高效制備石墨烯的方法，現已獲得2項國家發明專利授權（專利號分別為ZL 201210050986.0和ZL 201210050990.7）。

該發明公開了一種基于萃取提純技術高效制備石墨烯的方法。其通過選擇合適的有機溶劑，利用液相萃取方法對氧化石墨烯進行多次萃取分離，縮短了傳統的水系提純氧化石墨烯清洗時間，可通過抽濾或離心的方法快速除去有機溶劑，還可通過選配合適的表面活性劑來提高萃取效率，最后利用微波還原技術將萃取提純的氧化石墨烯還原成石墨烯，為石墨烯的快速、規?；苽浯蛳铝嘶A。

該方法操作簡便、制備周期短，無需購置復雜、昂貴的設備和高成本原料即可制備出高純度石墨烯，適用于石墨烯的宏量制備，有望在超級電容器、鋰離子電池、燃料電池、密封材料、催化劑載體等領域獲得廣泛的應用。與現有技術相比，該方法減少了在制備氧化石墨烯過程中的雜質引入，選用相對低的原料配比降低了生產成本，縮短了制備時間，并提供了2種利用萃取技術進行氧化石墨烯批量化提純的關鍵技術，為石墨烯的宏量制備提供了有效途徑。 (W.KY)

新工藝可更低成本更清潔地生產聚乳酸材料

比利時魯汶大學表面化學與催化研究中心的研究人員成功開發出一種更簡單、成本更低，而且不產生廢物的聚乳酸（PLA）生產方法。

據了解，PLA具有可降解、翹曲性小等特點，但傳統的PLA生產方式工藝復雜、生產成本較高，而且會產生廢棄物。研究人

員發現了一種可通過沸石礦物操控的全新化學過程，能夠有效地解決這一問題。研究人員以沸石作為催化劑，加快和引導反應器中的化學過程，通過選擇特定的沸石孔形，可將乳酸直接轉換成用于構建PLA的材料。與傳統技術相比，這種新的生產方法無需使用金屬，無需制備較低品質的預塑材料，可規?；厣a聚乳酸，因此，生產工藝更簡單、材料浪費較少。

目前，該生產方法的技術專利已出售給一家化工企業，即將用于大規模工業生產，使PLA的生產成本更低、工藝更環保。 (W.3DP)

我國液晶與微納復合材料研究獲進展

北京大學工學院的研究人員在光驅動液晶與微納復合材料的制備與性能研究方面取得重要進展。

液晶材料具有自組裝性、流動性、長程有序性、分子協同效應，以及在聚合物表面或外場作用下取向會發生變化等特性。液晶與微納復合材料可將納米材料的表面與界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特性與液晶材料融合在1個體系中，并可通過適當的手段獲得新的性能。

研究人員將銅線圈引入到光驅動的液晶與微納復合材料的薄膜端，使其在運動過程中切割磁力線，產生電流，首次實現了光—機械—電能的轉換。該項研究為光能特別是太陽能的利用提供了一條有效的新途徑，也可為微機電系統等微型器件提供能量。 (KX.0801)

中美合作制成可調色石墨烯LED

清華大學與美國耶魯大學的研究人員合作，利用2種不同形式的石墨烯制作出了新型發光材料，首次在基于石墨烯材料的發光系統中證明，僅用1個發光二極管（LED）就可調整出幾乎覆蓋整個可見光光譜所有顏色的光。

據悉，現有的LED器件通過調整紅、綠、藍三種基色發光單元的亮度來顯示顏色或合成白光。實現可調節顏色LED的關鍵材料是石墨烯，可獲得可見光中除深藍色和紫色以外從450nm波長的藍光到750nm波長的紅光的各種顏色的光，并在保證顏色保真度的同時，減少顯示器件內發光單元的數量，從而優化電路、降低功耗。

這種新型LED改變了現有顯示器件的顏色合成方式，有望對顯示屏、照明燈具和通信技術產生重要影響。此外，由于光的顏色會隨特定化學物質而改變，其還可用于制造特殊的傳感器。 (KJ.0730)

美國研發出輕質高強金屬基復合泡沫層狀復合材料

美國紐約大學、深泉科技公司，以及美國陸軍研究實驗室的研究人員合作，成功制備出了由輕質金屬基復合泡沫和碳纖維復合材料構成的層狀復合材料。

金屬基復合泡沫通過引入中空顆粒在泡沫結構中形成氣孔，具有較好的抗壓強度，但剛度較低。與此前金屬基復合泡沫通常夾在剛性板材中間形成夾層結構不同，研究人員通過在碳纖維復合材料面板之間填充含有中空氧化鋁顆粒的鋁合金泡沫材料，制成了以金屬基復合泡沫材料為核的新型層狀復合材料。試驗結果表明，該層狀復合材料在減輕重量的同時也提高了剛度，并且具有較高的能量吸收能力。

金屬基復合泡沫夾芯材料在軍用或民用的汽車、火車、船舶，以及其它需要在被拉伸或壓縮時仍能保持強度的輕質結構組件領域中具有重要的應用價值，市場前景廣闊。 (船 信)