新材料與新工藝

新材料與新工藝

新型負折射率超材料使“隱形”更接近現實

美國亞利桑那大學的研究人員采用3D打印機，利用金屬、塑料和其它物質制造出了一種新型的負折射率超材料，可用來構建具有超透鏡的顯微鏡，以觀察分子水平的細節。未來，采用這種新型超材料，或可實現飛機或人體的部分或完全隱形。

據介紹，該新型超材料形似多孔塑料保齡球或小型銅線電路板，配置在精確的幾何模型中能以非自然的方式彎曲波，尤其是其負折射率特性意味著其可以反向彎曲波。另外，傳統的負折射率超材料會產生能量損失，使波衰減，而亞利桑那大學的研究人員通過在這種新型超材料中嵌入簡單的電池供電隧道二極管，并采用微波納米裝配技術，不僅可防止能量的損失，甚至還可強化微波，引發能量增益。

該項研究由美國空軍科學研究局資助。該項研究成果將有助于工程師攻克透鏡衍射難題，研制出能探究蛋白和病毒的顯微鏡。除生物醫學領域外，該新型超材料也可用于研制高性能的微波電路、更節能且抗震的建筑、更強大的太陽能變換器、更高性能的傳感器，以及更小的天線等，將用于健康監測、軍事偵察等領域中更靈活、高效和實用的無線設備。目前，該新型超材料仍處于測試階段。

(KJ.0128)

中科院實現太陽電池超細柵電極的噴印制造

中國科學院沈陽自動化研究所的研究人員采用噴墨印刷技術，成功制造出了高“高寬比”的太陽電池超細柵電極，實現了關鍵技術突破，并自主研發出了國內首臺太陽電池超細柵電極噴墨打印系統樣機。

研究人員深入研究了噴墨打印技術的微滴噴射機制，開展了國產納米銀漿料物理性質與噴印工藝的適配性研究，并自主研發出了工程化高速、高精度噴印控制及大陣列噴頭聯動控制技術。該技術優化了噴射速率、噴印分辨率、固化條件等制造工藝，實現了正表面金屬柵極寬度＜40μm、高寬比＞0.6、三維形貌均勻的太陽電池超細柵電極噴印核心工藝，設計開發出了國內首臺太陽電池超細柵電極噴墨打印系統樣機，為開展光伏裝備50MW中試生產線研發及產業化工作，形成高效低成本超細柵電池生產線解決方案奠定了基礎。

研究顯示，將噴墨打印技術應用于太陽電池超細柵電極圖形制備后，通過減小電極柵線寬度、數字化制備電極圖形、非接觸式打印和連續不間斷傳輸等關鍵技術提升，可提高生產線生產能力，降低生產碎片率和運行成本，節約材料損耗，提高光電轉換效率，以50MW標準電池生產線為例，引入噴墨打印設備后，轉換效率可提高0.6%，銀消耗量減少40%，單片運行成本降低0.60元～0.80元。

(沈自)

用于柔性電子器件的超高彈性導線纖維制備成功

中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究人員成功制備出了具有超高彈性（＞500%）的高電導率彈性導電纖維。該彈性導電纖維在各種苛刻的外力變形條件下仍能夠保持優異的導電能力，在柔性電子產品領域具有廣闊的應用前景。該項研究工作已申請發明專利1項。

研究人員以雙層螺旋包覆紗為彈性支架材料，采用浸漬涂布法將銀納米線均勻包覆于棉纖維表面作為導電材料，制備出的彈性導電纖維的電導率可達4000s/ cm，并且，在拉伸至500%的應變條件下，電導率仍可保持在688s/cm。在循環變形測試中，1000次200%應變拉伸變形后，電導率穩定在188s/cm；在1000次彎曲變形后，電導率一直保持穩定不變。在應用展示中，研究人員利用彈性導電纖維作為導線系統，將LED陣列直接集成組裝在柔性聚合物基底上，得到的LED陣列在拉伸、彎曲等各種變形下都能夠穩定工作，充分顯示了該彈性導電纖維在大面積柔性電子學領域的應用潛力。

目前，研究人員已開展了小鼠背部皮下的植入實驗，證明了該彈性導電纖維的生物兼容性，為其在可植入柔性器件領域的應用奠定了基礎。

(科苑)

航天科工203所研制成功耐高溫二氧化硅電纜組件

中國航天科工集團公司第二研究院第203研究所成功研制出耐高溫二氧化硅電纜組件。該電纜組件能夠承受1000℃高溫，產品性能達到國內領先水平，填補了我國耐1000℃高溫電纜組件的空白，具有顯著的社會效益和經濟效益。

據悉，為解決行業內電纜組件耐高溫的技術難題，該研究所創新性地采用具有耐高溫特性的特種材料，克服了常用材料在特定使用環境下耐高溫性能差的缺陷；采用陶瓷基片作為連接器的絕緣支撐，保證了連接器產品的耐高溫性能；通過優化設計、選材，提高了連接器的精度，保證了連接器的電性能指標；在電纜組件的裝配過程中，采用激光焊接，通過瞬間高溫，將連接器與同軸電纜很好地融合在一起，完成整個電纜組件的裝配，避免了采用焊錫焊接時焊錫融化易造成的各種問題。

未來，該研究所將繼續推進電纜組件產品的系列化，以更好地滿足用戶不同層次的需求，更好地服務于國防與經濟建設。

(吳巍)

美國研究人員研制出高強玻璃制造方法

美國芝加哥大學和迪遜大學的研究人員開發出一種新的玻璃制造方法，能夠使玻璃的機械性能大幅提升，還能夠讓玻璃像琥珀一樣永久保存。

研究人員將玻璃加熱融化成蒸汽，然后讓蒸汽層層沉積在一個堅硬的表面上，獲得了一種密度更高、硬度更大的材料。這種材料能夠比普通的玻璃耐受更高的溫度。以蒸汽分層的過程為模型，通過計算模擬發現，該材料是一種超級穩定的玻璃，其擁有規則、強大的分子結構，玻璃分子的不同排序能夠產生不同強度的玻璃，玻璃的機械性能與分子結構有明顯的關聯性。

該方法或可推廣應用于超強金屬材料制備，甚至還可應用到制藥研究中，以提高藥物分子結構的分散性，使其能夠快速分解。

(W.TX)

中科院化學所成功制備柔性懸浮柵有機薄膜晶體管

中國科學院化學研究所的研究人員在多功能有機薄膜晶體管（OTFT）的制備和功能應用研究方面開展了系統的研究，在OTFT壓力傳感研究方面獲得重要進展。

研究人員首次構建了柔性懸浮柵有機薄膜晶體管（SGOTFT），有效避免了介電層彈性極限問題，并使得器件的壓力傳感特性決定于柵極的機械性質。基于該原理，研究人員構建了靈敏度高達192kPa-1的超高靈敏度壓力傳感器。據稱，這是目前已報道的柔性壓力傳感器的最高水平。此外，該類器件具有非常優異的柔韌性、穩定性和低電壓操作特性，相應的器件陣列已成功應用于人體脈搏監測和微小物體的運動追蹤，在人工智能和可穿戴健康監測方面具有廣闊的應用前景。

(化學所)

我國在非晶金屬玻璃結構研究方面獲突破

中國科學院物理研究所、中國人民大學，以及北京大學的研究人員合作，發現了金屬玻璃衍射數據中所隱含的結構拓撲序列，揭開了非晶金屬玻璃原子結構研究的序幕，為進一步深入認識和理解非晶材料衍射數據所隱含的微觀結構信息提供了新的分析方法和思路。

金屬玻璃又稱非晶態合金，是采用現代快速凝固冶金技術阻止金屬合金熔體的晶化而合成的一種新型非晶材料，具有優異的力學、物理和化學性能，可廣泛應用于材料、工程、能源、兵器、航空、航天等領域。研究人員基于對大量數據的分析對比，利用計算機模擬、球差電鏡等技術發現了金屬玻璃衍射數據中所隱含的結構上的中程拓撲序列，這一序列與晶體中的球周期序有著緊密的聯系。

該項研究目前尚處于基礎研究階段，未來或將為新型高性能非晶材料的設計和結構調控提供新的途徑。

(KJ.0310)

上海微系統所鍺基石墨烯應用研究獲進展

中國科學院上海微系統與信息技術研究所在鍺基石墨烯應用研究方面取得新進展，在國際上首次采用單側氟化石墨烯作為鍺基金屬—氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）的柵介質/溝道界面鈍化層，以調制界面特性，有望解決未來非硅微電子時代鍺材料替代硅材料面臨的柵介質/溝道界面不穩定的難題。

研究人員于2013年首次實現了鍺基襯底化學氣相沉積（CVD）生長大尺寸連續單層石墨烯，并在此基礎上對鍺基石墨烯的應用開展了深入研究，發現石墨烯與鍺基襯底之間具有良好的界面性質，對石墨烯進行單側氟化后所得到的氟化石墨烯不僅致密性與結構強度較高，而且可以從金屬性半導體轉變為二維絕緣材料。因此，研究人員創新性地將氟化石墨烯作為界面鈍化層應用于鍺基MOSFET器件中。

研究表明，氟化石墨烯能夠有效抑制界面互擴散行為，尤其是氧原子向鍺基襯底的擴散，避免不穩定氧化物及界面缺陷所導致的電荷陷阱的形成，使MOSFET器件性能得到大幅提升，柵極漏電流可減小4～5個數量級并能夠將等效氧化層厚度減少至1nm以下。

(科苑)

航天科技800所鑄造成形技術填補國內空白

中國航天科技集團公司上海航天技術研究院第800研究所積極開展超大型鎂合金振動臺面鑄造技術研究，突破了鑄造過程中的燒蝕預防、噸級鎂合金熔體精煉，以及整體鑄造成形技術，完成了國內首個邊長2m～3m、重量1t～3t的超大型鎂合金振動臺面的生產，填補了國內生產超大型鎂合金振動臺面鑄件的空白，為國內生產30t以上載荷的超大型振動設備提供了有力的結構保障。

(HT.0402)

我國碳納米管陣列的大面積轉移研究取得進展

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所和南京理工大學的研究人員合作，在碳納米管陣列的大面積無損快速轉移技術研究方面獲得了突破性的進展。

研究人員采用熱弱氧化輔助法來轉移碳納米管陣列，經過一定時間的熱弱氧化之后，碳納米管陣列可以大面積無損壞地從基底上完整地剝離下來，成為獨立自支撐的膜，之后可使用任意膠黏劑，單雙面不限轉移至特定的應用基底上。拉曼光譜和熱重分析測試結果表明，在弱氧化過程中，碳納米管陣列的質量無明顯下降，保證了其良好的導熱性能。研究人員進一步將碳納米管陣列獨立薄膜的上下表面進行等離子刻蝕處理后，用電子束

蒸發鍍上金屬納米表層，制備出了具有“三明治”結構的柔性可壓縮熱界面材料。其機械性能、導熱性能，以及界面熱阻均優于原始的碳納米管陣列，在電子封裝用熱界面材料領域具有較大的應用潛力。

(W.KY)

加拿大發明金屬薄膜超低成本制造新方法

加拿大不列顛哥倫比亞大學的研究人員發明了一種制作金屬薄膜材料的低成本新方法，或可應用于從制氫到開發柔性消費電子產品等諸多領域。

與此前需使用昂貴的化學品、紫外燈，甚至高要求的潔凈空間的薄膜制備技術不同，該方法利用成本低廉的簡單加熱燈，使金屬鹽在短時間內炸開，即可在玻璃、塑料、金屬等物質的上方形成一層薄的導電金屬涂層，成本比以往方法降低了至少1個數量級。此外，研究發現，該方法幾乎對每種試驗金屬均有效，還可在不熔化塑料底層的前提下在其上涂覆導電涂層，因而可在智能紡織品和柔性電子產品等領域應用。研究人員還希望將該方法應用于電解制氫或電致變色窗戶的制造等領域。

研究人員稱，該方法提供了一種簡便、低成本的薄膜材料制備方法，適用于大規模制造，計劃為該方法申請專利。

(KJ.0318)