新材料與新工藝

新材料與新工藝

我國研制出可循環耐極端環境的剛性新一代熱縮管

哈爾濱工業大學的研究人員在世界上首次制備出了可循環使用的熱縮管。其熱收縮性能源于聚酰亞胺的可逆玻璃化轉變。這類聚酰亞胺熱縮管能夠較好地固定擴張尺寸并縮回起始尺寸。

熱縮管具有形狀記憶功能，在各種管線纜的續接中能夠起到密封、絕緣、防腐、防潮及標識等作用，廣泛適用于電子、建筑、交通、石油、化工、通訊、船舶、航天等領域。傳統熱縮管為一次性使用產品，其熱收縮性能源于不可逆的結晶熔融，完全恢復溫度范圍有限，運行低溫在-40℃～-85℃之間，而聚酰亞胺熱縮管的完全恢復溫度在180℃～330℃之間可調節，且能夠耐受-196℃的低溫，因此，適用于極端高低溫等環境，大大拓展了熱縮管的應用范圍和領域。此外，傳統高溫熱縮管為柔性或半剛性管，不能負載或固定重物。而聚酰亞胺熱縮管為剛性管，兼具縮頸接管效應，可連接并固定自身重量上千倍的重物。因此，聚酰亞胺熱縮管的縮頸接管效應可節省額外的支撐裝置，特別適用于復雜或精密的儀器裝備。

該聚酰亞胺熱縮管具有質量輕、固定好、可載重等優點，將進一步拓展熱縮管、聚酰亞胺和縮頸接管的應用范圍。

(GM.0330)

中科院提出金屬陶瓷超材料薄膜制備新方法

中國科學院寧波材料技術與工程研究所的研究人員提出了一種金屬陶瓷超材料薄膜制備新方法，其采用傳統的射頻共濺射沉積工藝，輔以襯底偏壓，制備出了定向排布Ag金屬納米線/氧化鋁陶瓷復合超材料薄膜。

該薄膜中的納米線間距（軸心到軸心）進入5nm以下區間，陣列中納米線的平均直徑約為3nm；納米線長徑比可根據沉積時間來靈活調整；利用PVD（物理氣相沉積）鍍膜良好的擴展性，不僅能夠實現大面積超材料薄膜的制備，還能夠方便地以“蓋樓”的方式構筑多層超材料薄膜結構，其中，不同層之間可以具有相同的直徑、間距、長徑比等幾何結構特性，也可“個性化定制”各層的結構特性；此外，由于是在近似室溫下制備，故無需單晶或導電襯底，甚至可以在PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）等柔性襯底上進行制備，為“柔性超材料”概念提供了實物支撐。該薄膜具有奇特的穩態和瞬態光學性能。其較小的納米線間距引發了納米線之間的強耦合作用，軸向的等離子共振吸收峰位可方便地從可見光區調控至近紅外區；該薄膜在可見光區也具有超快的非線性光學特性，等離激元漂白過程弛豫時間約為1.5ps。

(寧材所)

中科院等在六角氮化硼溝槽中成功制備石墨烯納米帶

中國科學院上海微系統與信息技術研究所與上海科技大學、華中科技大學等單位合作，在國際上首次通過模板法在六角氮化硼溝槽中實現了石墨烯納米帶的可控生長，成功打開了石墨烯的帶隙，并在室溫下驗證了其優良的電學性能，為研發石墨烯數字電路提供了一種可能的技術路徑。據悉，該方法現已獲得中國和美國發明專利授權。

研究人員通過金屬納米顆粒刻蝕六角氮化硼單晶襯底，切割出了單原子層厚度、邊緣平直且沿鋸齒型（Zigzag）方向、寬度具有一定可控性的納米溝槽，并通過化學氣相沉積法在溝槽中制備出了長度達到數微米且寬度小于10nm的高質量石墨烯納米帶。實驗結果表明，石墨烯在溝槽內通過臺階外延方式生長，與最頂層六角氮化硼形成晶格連續的面內異質結。研究人員制備了基于石墨烯納米帶的場效應晶體管，亞5nm器件在常溫下的電流開關比大于104，載流子遷移率約為750cm2/Vs，從電學測量中提取的電學輸運帶隙約為0.5eV，可以滿足數字電路研發的基本要求。

該項研究為進一步探索與CMOS（互補金屬氧化物半導體）集成電路兼容的石墨烯邏輯電路提供了重要的平臺。(W.KX)

英國研發新型超級材料能夠彎曲和聚焦聲波

英國蘇塞克斯大學和布里斯托大學的研究人員合作發明了一種具有內置“超級能力”的新型材料：其可以彎曲、成形和聚焦聲波，為拓展醫學成像、個人音頻和其它聲學設備的功能提供了新的可能性。

研究人員打造了16種不同類型的小磚塊，這些小磚塊以不同的方式組合在一起，可實現不同的性能，如可以使通過它們的聲波產生相變等。通過將16種不同類型的小磚塊布置在單層網格中，研究人員還能夠利用聲波來使微小的聚苯乙烯顆粒輕輕浮起。

據介紹，這種小磚塊可以被3D打印出來，然后組裝在一起形成特殊的聲場，可用于制造能夠操控聲波的聲學設備。該材料有望應用于醫學成像和消費型音頻產品等領域，如可用于醫療診斷或材料結構裂紋診斷等領域。

(W.CB)

新加坡開發出可3D打印的新型彈性材料

新加坡研究人員開發出一系列彈性材料，拉伸率可達1100%，是目前彈性性能最佳的材料，適合基于紫外光固化的3D打印技術制備。

該彈性材料彈性大，具有快速回彈和電熱絕緣性能，可用于機器人、柔性電子設備、下一代生物醫學設備等需要柔軟、柔性材料的應用。此外，由于采用了新配方，該彈性材料可采用高分辨3D打印技術制造，規避了高彈材料制備過程中的常規難題，可直接形成復雜的3D晶格或中空結構，實現極大變形。采用紫外光固化的3D打印技術，該彈性材料可將制備時間從“數小時甚至幾天”縮短到幾分鐘或幾個小時。研究人員利用該彈性材料制造了一個測試用三維巴克球光開關。測試結果表明，該彈性材料不僅具有很大的彈性變形，還能保持很好的機械可重復性，在壓縮1000多次后仍能繼續工作。

(美 設)

中科院制備出超高硬度與抗菌一體化涂層

中國科學院寧波材料技術與工程研究所海洋新材料與應用技術重點實驗室的研究人員利用多弧離子鍍復合技術制備出了多尺度耦合超硬TiSiN與Ag的復合涂層。

研究人員通過非晶納米晶TiSiN涂層阻隔和微通道輸運技術實現了原子及納米尺度Ag元素分布的精確調控和微量可控釋放，基于納米壓入測試模擬了涂層表面硬度分布譜，可直觀地獲得涂層表面A g元素的分布和尺度。測試結果表明，該復合涂層的硬度介于35GPa～45GPa之間；含微量Ag的TiSiN涂層在枯草芽孢桿菌溶液中24h的殺菌率達到100%，并具有顯著的抑制三角藻類在其表面貼附的效果。

該復合涂層在高端醫療器械抗菌方面，以及海洋關鍵零部件防污抗菌領域具有潛在的應用價值。

(科 苑)

歐盟研發出顯示屏透明傳導薄膜技術

歐盟第七研發框架計劃提供110萬歐元，總研發投入140萬歐元，由希臘、奧地利、英國、西班牙和塞浦路斯的7家顯示屏創新型中小企業（SMEs）組成的歐洲NanoDiGree研發團隊，成功研制出了基于高效銅納米線的顯示屏透明傳導薄膜技術，不僅明顯降低了顯示屏的制造成本，而且已成功擴展應用到可折疊觸摸顯示屏中。

該顯示屏透明傳導薄膜技術基于先進的電脈沖沉積方法和含有銅納米線的透明涂料技術，具有低成本、更綠色、可規模化生產等優良特性，適用于聚苯二甲酸乙二醇酯（PET）等柔性基質大規模卷到卷（Roll-to-Roll）生產過程中精確的對位噴墨打印，在生產過程中給予適當的低溫加熱，有助于形成高強度粘合的透明傳導薄膜層。

該技術可應用于智能手機、平板電腦等傳統的數字顯示屏，也可應用于可穿戴、可折疊顯示屏，甚至太陽能光伏發電領域。

(科技部)

北京科技大學覆銅陶瓷基板工程化制造研究獲突破

北京科技大學材料學院的研究人員在活性金屬釬焊（AMB）陶瓷覆銅基板工程化制造領域取得突破，在國內率先成功研制出了大面積（4.5〃×4.5〃）氮化鋁覆銅基板。

據悉，陶瓷覆銅基板是高壓大功率IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）模塊的重要組成部件，既具有陶瓷的高導熱、高電絕緣、高機械強度、低膨脹等特性，又具有無氧銅的高導電性和優異焊接性能，還能刻蝕出各種圖形。特別是活性金屬釬焊陶瓷覆銅基板具有獨特的耐高低溫沖擊失效能力，已成為新一代半導體（SiC）和新型大功率電力電子器件的首選封裝材料。

研究人員突破了高精度釬料涂覆技術，建立了降低焊接應力的理論，實現了高純度焊接和焊接層組織精密控制等工藝過程，經過反復優化，制造出了低應力、高可靠性、大面積的覆銅基板。該項研究成果為我國新一代半導體的研究與發展奠定了堅實的基礎，具有里程碑式的意義。目前，該項研究成果已在深圳落地轉化，建設了年產1萬片覆銅陶瓷基板生產線，預計2017年實現規模化生產。未來，研究人員還將繼續研發多種新型陶瓷覆銅板，如SiC、Si3N4等。

(W.XCL)

美國斯坦福大學研制出新型可拉伸塑料電極

美國斯坦福大學的研究人員開發出一種導電性和拉伸性俱佳的高分子材料，可用于制作可拉伸塑料電極，用于可穿戴電子器件中。

據悉，現有的剛性電極等電子器件在應用于測量中樞神經電流、心臟電流時，可能會損壞神經或心臟組織。為了研制柔性電極，研究人員選取了一種導電性能好且具有生物相容性的塑料，以使電極可以安全地與人體接觸。但能夠導電的塑料一般容易碎裂，不適合用于可穿戴電子器件。為了提高這種材料的韌性和機械性能，研究人員采用一種類似于表面活性劑的分子添加劑，改變了分子之間的作用力，使得原先分子形成的小顆粒狀形貌變成了漁網狀形貌，從而提高了高分子材料的拉伸性能。測試結果表明，該材料被拉伸到原來長度的兩倍時，仍可保持高導電率。

下一步，研究人員將驗證該材料是否可以植入生物體內，以及會否對生物體造成損害。

(新 華)

陜西研制出世界最輕的金屬結構材料

陜西省鎂鋰合金工程研究中心與西安交通大學聯合研制出一種新型鎂鋰合金材料，其密度根據用途可在0.96g/cm3～1.64g/cm3范圍內調整，是目前世界上最輕的金屬結構材料。我國于2016年12月發射的首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星中的高分辨率微納衛星上幾乎整顆應用了該新型超輕金屬結構材料。未來，該新型鎂鋰合金材料還將在電子產品、醫療器械、戶外器材等領域實現廣泛應用。

鎂鋰合金材料是目前金屬結構材料中密度最小的材料，具有超輕、高強、減震等特性。該新型鎂鋰合金的密度僅為鋁合金的一半，但比強度高于鋁合金，阻尼性能達到鋁合金的十幾倍，減震降噪效果好，在屏蔽電磁干擾方面具有優異的性能。其優良的性能為二氧化碳監測科學實驗衛星的成功發射奠定了基礎，大幅減輕了衛星重量，增加了有效載荷，降低了發射成本。

據悉，陜西省鎂鋰合金工程研究中心現已研制出擁有自主知識產權的3個型號的超輕鎂鋰合金，起草了我國首個鎂鋰合金材料國家標準，并積極推動新型鎂鋰合金從科研走向規模化生產，為鎂鋰合金在我國航天、航空等領域的廣泛應用打下了堅實的基礎。

(GM.0223)