超強(qiáng)高彈石墨烯互穿網(wǎng)絡(luò)新材料問世

超強(qiáng)高彈石墨烯互穿網(wǎng)絡(luò)新材料問世

燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與美國華盛頓卡內(nèi)基研究院的研究人員研制出一種輕質(zhì)的超強(qiáng)新型碳材料——壓縮玻璃碳，其硬度堪比鉆石，彈性超過了橡膠，同時(shí)還具有導(dǎo)電性，可大量生產(chǎn)，適用于從防彈背心到新型電子設(shè)備等各種應(yīng)用。

研究人員以玻璃碳為原料，利用高壓但比較溫和的溫度條件合成了新型碳同素異形體。其由玻璃碳?jí)嚎s獲得并保留了玻璃碳的一些特征，因此，研究人員將其命名為“壓縮玻璃碳”。壓縮玻璃碳同時(shí)具有sp3鍵和sp2鍵，兼具石墨和金剛石的特性，綜合性能優(yōu)異：其密度與石墨類似，單軸壓縮強(qiáng)度是通常金屬及合金材料的5倍以上，也遠(yuǎn)高于一般陶瓷材料；比強(qiáng)度（即強(qiáng)度質(zhì)量比）極高，是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上；硬度極高，可輕松刻劃高硬度的碳化硅單晶片；彈性恢復(fù)性明顯高于普通金屬和陶瓷，甚至高于高彈性的形狀記憶合金及有機(jī)橡膠等材料；具有導(dǎo)電性。

研究人員將進(jìn)一步研發(fā)合成方法，以研制出超高強(qiáng)度、超高硬度兼具超高彈性的材料。 (物 組)

我國制造出高導(dǎo)熱超柔性石墨烯膜

浙江大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種高導(dǎo)熱超柔性石墨烯組裝膜，其導(dǎo)熱率最高達(dá)到2053W/m·K，接近理想單層石墨烯導(dǎo)熱率的40%，可反復(fù)折疊6000次、彎曲10萬次，解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的難題，有望應(yīng)用于高效熱管理、新一代柔性電子器件及航空、航天等領(lǐng)域。

研究人員創(chuàng)造性地提出了“大片微褶皺”的材料制備方法：首先將大片單層石墨烯互相交疊，經(jīng)高溫?zé)崽幚砗?，材料中的含氧基團(tuán)釋放出氣體，在材料內(nèi)部形成微氣囊，最后降溫并用機(jī)械輥壓成膜，使微氣囊中的氣體排出形成微褶皺。在外力的作用下，石墨烯膜上的微褶皺會(huì)產(chǎn)生彈性變形，外力越大，形變就越明顯。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相較于傳統(tǒng)的石墨膜材料，該石墨烯膜的斷裂伸長率提高了2～3倍。石墨烯微褶皺的可延展性使其能夠耐受反復(fù)折疊、打結(jié)、扭曲、彎曲等多種復(fù)雜形變，也更適于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。此外，該石墨烯膜還具有優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，其導(dǎo)熱率平均值達(dá)到1900W/m·K。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員用這種石墨烯膜替代商用石墨膜，應(yīng)用到手機(jī)散熱膜上，手機(jī)處理器處的溫度可控制在33℃以下，較商用石墨膜降低了6℃，從而大幅延長了手機(jī)的使用壽命。 (W.HK)

由中國航天科工集團(tuán)公司第二研究院第二總體設(shè)計(jì)部牽頭承擔(dān)的“國產(chǎn)M40J碳纖維工程化研制及應(yīng)用” 項(xiàng)目取得重大進(jìn)展，突破了碳纖維穩(wěn)定化制備、碳纖維表面處理等關(guān)鍵技術(shù)，并分別在威海拓展纖維有限公司和中簡科技股份有限公司建成了百噸級(jí)M40J高模高強(qiáng)碳纖維生產(chǎn)線，標(biāo)志著我國M40J高模高強(qiáng)碳纖維進(jìn)入了穩(wěn)定生產(chǎn)階段。

我國研制成功M40J高性能碳纖維

據(jù)了解，M40J高模高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料制品具有輕量化、高比強(qiáng)度、高比剛度和抗振性等特點(diǎn)，是航天復(fù)雜產(chǎn)品不可或缺的關(guān)鍵材料，在高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程等領(lǐng)域均具有廣泛的用途，其研制成功將有力地助推“中國制造2025”的發(fā)展步伐。

作為項(xiàng)目牽頭單位，航天科工二院二部集中國內(nèi)優(yōu)勢力量攻關(guān)，打破了國外技術(shù)壁壘，形成了一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，滿足了航天復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的材料需求。同時(shí)，針對(duì)碳纖維及其復(fù)合材料的研制技術(shù)、試驗(yàn)與分析技術(shù)、表征與評(píng)價(jià)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，研究人員進(jìn)行了國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀全面分析對(duì)比，通過全面、科學(xué)的頂層設(shè)計(jì)，逐步建立和完善了高強(qiáng)高模碳纖維性能評(píng)價(jià)、表征方法和工藝標(biāo)準(zhǔn)等，為我國高強(qiáng)高模碳纖維系列化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 (科工局)

芬蘭與荷蘭共同開發(fā)出原子精度石墨烯納米帶新結(jié)構(gòu)

芬蘭阿爾托大學(xué)和荷蘭烏得勒支大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)的研究人員合作，開發(fā)出一種原子精度的石墨烯納米帶新結(jié)構(gòu)，有助于研制出運(yùn)行速度極快的二極管、隧道勢壘等石墨烯電子器件。

相關(guān)研究表明，石墨烯納米帶的電子性質(zhì)取決于其原子寬度。5原子寬的石墨烯納米帶與金屬線相似，具有良好的導(dǎo)電性，而7原子寬的石墨烯納米帶可以成為半導(dǎo)體。研究人員可通過合成石墨烯納米帶來控制石墨烯的電子性質(zhì)，例如，研究人員將5原子寬石墨烯納米帶和7原子寬石墨烯納米帶集成，獲得了金屬-半導(dǎo)體結(jié)。與目前計(jì)算機(jī)芯片結(jié)構(gòu)的制備方法不同，研究人員將前體分子蒸發(fā)到金晶體上，通過使前體分子與金晶體以受控方式發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制得了這種石墨烯納米帶新結(jié)構(gòu)。

此外，研究人員還采用先進(jìn)的微觀技術(shù)確定了石墨烯納米帶的電子性質(zhì)，有利于設(shè)計(jì)出新的石墨烯電子器件。 (電一所)

我國核島用橡膠膨脹節(jié)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化

由北京核工程研究設(shè)計(jì)院與江蘇永和高分子技術(shù)有限公司聯(lián)合研制的“核島用橡膠膨脹節(jié)”通過鑒定，標(biāo)志著我國核島用橡膠膨脹節(jié)技術(shù)成功突破國外技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了核島用橡膠膨脹節(jié)的國產(chǎn)化。

核島用橡膠膨脹節(jié)的使用工況不同于一般工業(yè)領(lǐng)域使用的橡膠膨脹節(jié)，需具有抗震、耐海水腐蝕、耐輻照、耐沖擊、耐疲勞等特性。為了驗(yàn)證橡膠膨脹節(jié)在核島上應(yīng)用的可行性，北京核工程研究設(shè)計(jì)院與江蘇永和高分子有限公司依據(jù)試驗(yàn)大綱，對(duì)橡膠膨脹節(jié)依次疊加進(jìn)行了水壓試驗(yàn)、真空試驗(yàn)、輻射試驗(yàn)等試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該橡膠膨脹節(jié)可以滿足核島使用要求。

目前，國產(chǎn)橡膠膨脹節(jié)尚未正式用于核島工藝系統(tǒng)，同類產(chǎn)品主要依賴進(jìn)口。 (中核網(wǎng))

新型石墨烯滲透膜透析速度比現(xiàn)有材料快10倍

美國麻省理工學(xué)院的研究人員利用石墨烯研發(fā)出一種新型膜材料，其能夠過濾溶液中的納米級(jí)分子，過濾速度比目前的透析系統(tǒng)快10倍以上，有望為石墨烯在醫(yī)療、物質(zhì)過濾和水凈化等領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

滲透膜除了能夠幫助腎臟無法正常工作的患者清除血液中的廢物外，還可用來分離雜質(zhì)分子，凈化藥物，并從化學(xué)溶液中除去不需要的殘留物。目前已有的滲透膜由于厚度較大（約20nm厚），過濾速度緩慢，但該新型石墨烯滲透膜的厚度不到1nm，因此，可加速過濾過程。測試結(jié)果表明，在過濾水溶液中的納米級(jí)尺寸的分子時(shí)，該新型石墨烯滲透膜比目前最先進(jìn)的滲透膜的過濾速度高10倍，如果完全采用石墨烯材料，新型滲透膜的過濾速率還可再提高10倍。

研究人員計(jì)劃在高聚碳酸酯基底上蝕刻孔隙來增加膜的整體滲透率，并進(jìn)一步擴(kuò)大膜的尺寸，以提高石墨烯滲透膜的性能。 (W.PO)

美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種可以通過體熱獲取能量的新型柔性自愈可穿戴設(shè)備，有望減少未來穿戴設(shè)備的耗電量。

新型柔性自愈可穿戴設(shè)備可通過體熱獲取能量

據(jù)介紹，該新型可穿戴設(shè)備充分結(jié)合了剛性和柔性系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用含有液態(tài)金屬的混合物（EGaIn/鎵銦合金），不僅能夠自愈，還可以有效地傳導(dǎo)能量。EGaIn/鎵銦合金的電阻率極低，因此，其發(fā)電效率更高。其可以制造成智能手表、腕帶、T恤貼、口袋、手電筒等多種外形，能夠更好地接觸皮膚，穿戴舒適度也更高。

下一步，研究人員計(jì)劃通過調(diào)整材料和方法、消除可能會(huì)消耗能量的部件，以進(jìn)一步提升效率。目前，該項(xiàng)研究成果已申請1項(xiàng)技術(shù)專利。 (W.CB)

中外合作有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦分子壓電材料研究獲進(jìn)展

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院與東南大學(xué)、南京大學(xué)、北京大學(xué)，以及美國托萊多大學(xué)等單位聯(lián)合，在有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦分子壓電材料研究方面取得了突破。

無機(jī)陶瓷鐵電體具有優(yōu)良的性能，但存在成膜成本高、制備需高溫?zé)Y(jié)、含有毒性元素等缺點(diǎn)。而分子鐵電體兼具輕量、柔性、結(jié)構(gòu)靈活、易成膜、全液相合成、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，更能適應(yīng)新一代薄膜器件、微電子機(jī)械系統(tǒng)、可穿戴設(shè)備的需求。

研究人員制備出了兩種具有高居里溫度（＞400K）的有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦型多極軸分子鐵電體：三甲基氯甲基銨氯酸錳（II）鹽（TMCM-MnCl3）和三甲基氯甲基銨鎘酸鹽（TMCM-CdCl3）。其特殊的全鐵電-半鐵彈特性使其在應(yīng)力下可以發(fā)生特殊的極化旋轉(zhuǎn)，從而獲得了高達(dá)185pC/N和220pC/N的壓電系數(shù)（d33）。這兩種分子的壓電系數(shù)不僅超過以往所有分子材料，還接近甚至超越了鈦酸鋇。除了體相塊材的鐵電、壓電特性外，研究人員還利用壓電力顯微鏡在微米尺度上對(duì)材料的6個(gè)極軸方向進(jìn)行了標(biāo)定，同時(shí)，通過簡單的溶液法制備出了厚度為微米級(jí)的薄膜樣品，并成功觀測到了鐵電翻轉(zhuǎn)和壓電效應(yīng)。

該項(xiàng)研究成果成功打破了無機(jī)金屬氧化物在壓電材料領(lǐng)域的壟斷地位，為分子材料在機(jī)-電轉(zhuǎn)換、超聲換能、聲探測、聲檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展開辟了嶄新的道路。

(深研院)

中英合作研制出有助于高超聲速飛行的新材料

英國曼徹斯特大學(xué)、羅伊斯研究所與我國中南大學(xué)的研究人員合作，研制出一種新型碳化物涂層材料，將為高超聲速客機(jī)、航天飛行器，以及其它國防領(lǐng)域帶來革新。

高超聲速飛行意味著飛機(jī)將以5 Ma以上的速度飛行，高速飛行會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使周圍環(huán)境溫度達(dá)到2000℃～3000℃，氧化和熱燒蝕可能對(duì)飛機(jī)或?qū)椀慕Y(jié)構(gòu)完整性造成嚴(yán)重影響。為解決這一問題，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和高超聲速飛行器通常需使用超高溫陶瓷材料（UHTC）。但傳統(tǒng)的UHTC尚不能滿足在極限速度和溫度下飛行的相關(guān)熱燒蝕性能要求。

研究人員采用“反應(yīng)熔體滲透法”（RMI）工藝技術(shù)，開發(fā)出了這種由碳、鋯、鈦、硼組成的碳化物復(fù)合材料涂層，并大大縮短了材料的制備周期。該涂層的耐熱性可達(dá)常規(guī)UHTC（碳化鋯ZrC）的12倍，可耐受高達(dá)3000℃的高溫，具有非常顯著的優(yōu)勢。此外，其還利用碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行了增強(qiáng)，從而大幅提升了材料的抗氧化性和抗燒蝕性能。研究結(jié)果表明，將這種陶瓷引入碳纖維增強(qiáng)的碳基復(fù)合材料中，或?qū)⒂行岣卟牧系目篃峒げ芰Α?(W.HK)

美國國家航空航天局（NASA）蘭利研究中心采用新工藝制備出了具有均一尺寸的碳納米管。制備的碳納米管可用于制造電子場發(fā)射源、平板或場發(fā)射顯示器等電子器件，也可用于生產(chǎn)高強(qiáng)度、輕質(zhì)、多功能復(fù)合結(jié)構(gòu)的功能添加劑。

NASA采用新工藝制備均一尺寸的碳納米管材料

該工藝以蔗糖為原料，采用介孔二氧化硅或氧化鋁模板“引導(dǎo)”碳納米管的生長，蔗糖沉積在模板的介孔中，在高溫條件下分解后，蔗糖中的碳就逐漸形成單壁碳納米管，在模板的“引導(dǎo)”下，最終得到尺寸高度均一的碳納米管。在此過程中，生長后的碳納米管既可均勻地分散、嵌入到模板中，也可從模板中分離，形成單獨(dú)的碳納米管。

該工藝所采用的模板材料和碳納米管原材料來源廣泛、價(jià)格低廉，制備過程可采用標(biāo)準(zhǔn)加熱爐設(shè)備提供所需的溫度，無需真空設(shè)備，因而大大降低了制造成本，簡化了工藝。此外，采用該工藝制備的碳納米管不含其它金屬雜質(zhì)、純度高，應(yīng)用廣泛。目前，NASA正在積極尋求與相關(guān)企業(yè)開展合作，以推進(jìn)該工藝的商業(yè)化。 (系統(tǒng)院)