新材料與新工藝

美國LLNL優化雙光子光刻技術用于微納增材制造

美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員研發出一種用于優化雙光子光刻（TPL）技術性能的新方法，通過“折射率匹配”方法和對材料的優化設計改善了該技術應用于增材制造的效果，最小可制造納米結構。

常規TPL技術采用薄載玻片、透鏡及浸鏡油輔助激光進行增材制造，使激光聚焦在需固化的位置，可產生具備微小特征的激光點，可實現高加工分辨率。但TPL技術自下而上地構建結構，載玻片和透鏡之間的距離通常小于200μm，最終成形結構的最大尺寸受限。

研究人員通過改進加工工藝，將光敏材料直接置于透鏡上并透過光敏材料使激光聚焦，從而制造出了幾毫米高的結構。但激光在穿過光敏抗蝕劑材料時會發生折射，解決這一難題的關鍵在于“折射率匹配”方法。研究人員針對TPL技術優化了光敏材料，將光敏材料的折射率與透鏡浸潤介質（浸鏡油）的折射率相匹配，通過采用經過折射率匹配的光敏材料，使激光可以暢通無阻地通過，從而打破了傳統雙光子光刻技術對成形結構最大尺寸的限制，使得采用增材制造技術制造具備100nm結構特征的較大尺寸的結構成為可能。此外，研究人員還能夠調整并提高光敏材料對X射線的吸收率，使成形結構對X射線的吸收率比常規材料提高10倍以上，以便使用X射線計算機斷層掃描（CT）技術作為檢測工具，對增材制造結構內部進行無損成像檢測。

該項技術可用于光學超材料、機械超材料，以及電化學電池的增材制造，使其易于檢測。研究人員將繼續對該技術進行優化，以縮短加工時間。

(徐 可)

中科院研發出非鉛英寸級高質量鈣鈦礦單晶

中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室的研究人員成功制備出了非鉛英寸級高質量鈣鈦礦單晶。其作為潛在的雜化半導體材料，將進一步拓展非鉛無機/有機雜化鈣鈦礦材料在太陽能電池、光電探測等方面的應用范圍。

近年來，鉛基鹵素鈣鈦礦單晶憑借高吸光系數、長載流子遷移距離和高載流子遷移率等特性，展現出了優異的光電性能，但其鉛毒性等問題嚴重制約了其發展。發展非鉛鈣鈦礦晶體材料并組裝光電功能器件成為相關領域的研究熱點。

研究人員基于此前在分子基相變，以及鐵電化合物的結構設計、性能調控和光電器件研究等方面取得的研究成果，制備出了具有寬吸光范圍、極少缺陷態密度，以及較高載流子遷移率的非鉛鈣鈦礦單晶材料。利用該單晶材料制備成的平面陣列光探測器具有良好的探測性能，對晶體本征吸收區的光輻射可以實現高靈敏度、快速探測。

(科 苑)

中科院國產高強高模碳纖維研究獲進展

中國科學院寧波材料技術與工程研究所制備出了拉伸強度5.24GPa、拉伸模量593GPa的高強高模碳纖維，實現了國產M60J碳纖維關鍵制備技術的突破。

高強高模碳纖維具有拉伸模量高、熱膨脹系數小、尺寸穩定等優點，已成為航空、航天等領域的關鍵原材料。近年來，國產高強高模碳纖維技術發展迅速，寧波材料所、北京化工大學等先后突破了國產M55J高強高模碳纖維制備技術，部分企業也開展了M55J工程化技術攻關。寧波材料所進一步開展了高強高模碳纖維工藝分析、結構研究、性能優化等工作，成功實現了國產M60J高強高模碳纖維關鍵制備技術的突破。與日本東麗M60J高強高模碳纖維（拉伸強度3.92GPa、拉伸模量588GPa）相比，寧波材料所制備的碳纖維繼續保持了拉伸強度上的優勢。

未來，研究人員將進一步開展國產高強高模碳纖維穩定制備技術研究，并與國內碳纖維企業積極開展產學研合作，促進先進碳纖維技術發展及應用拓展。

(寧材所)

哈爾濱工業大學石墨烯材料生長技術獲突破

哈爾濱工業大學的研究人員在石墨烯材料生長技術研究方面取得了重大進展，成功采用熱化學氣相沉積法（CVD）生長出了三維石墨烯纖維。

哈爾濱工業大學的研究人員利用熱CVD成功實現了石墨烯片在電紡納米碳纖維表面的垂直定向生長，獲得了一種新型的三維石墨烯連續纖維材料，其主要結構和性能指標比現有的三維石墨烯材料大幅提高。該項研究成果首創了一種三維石墨烯連續纖維材料，突破了熱CVD不能生長立式石墨烯的難題，找到了快速生長石墨烯纖維的催化熱解方法，并進行了大尺寸塊體材料生長示范，消除了立式石墨烯規模化應用的主要障礙，有望快速實現規模化生產。

目前，研究人員已成功將該技術拓展至其它基底上生長立式石墨烯，如碳纖維、氧化物/碳化物/氮化物纖維、泡沫碳、炭黑、硅顆粒等，可廣泛應用于導熱/導電/高強復合材料、柔性導體、電磁屏蔽、吸聲、儲能、催化、吸附凈化等領域，具有巨大的應用潛力。

(哈工大)

美國研發預見性設計工具 欲設計新款經濟型碳纖維材料

美國西北太平洋國家實驗室聯合豐田汽車公司、PlastiComp公司、Autodesk公司、伊利諾伊大學、普渡大學、弗吉尼亞技術公司等多家機構的研究人員正在研發一款預見性軟件工具，旨在預判碳纖維材料的結構并降低其生產成本。

碳纖維復合材料是一種具有廣闊發展前景的輕量化材料，已在航空、航天、汽車等領域獲得了應用。但是，碳纖維復合材料的制備和應用仍面臨成本高、性能控制難度較大等諸多挑戰。

研究人員創建了多款軟件工具，用于預判復雜碳纖維熱塑零部件的纖維取向及長度分布。該工具可使車企及零部件設計師更快地體驗和探索新的產品設計理念。研究人員將模擬工具對碳纖維材料作出的屬性預判與模壓纖維測試結果進行比對，結果發現，該工具對纖維長度的分布預判結果準確性極高，對纖維取向的預判精度高達88%。

此外，研究人員還致力于降低碳纖維成本，以縮短其生產周期并降低碳纖維增強聚合物基復合材料的生產成本，為未來碳纖維材料的應用奠定基礎。

(蓋 世)

我國開發出碳化硼增強鋁中子吸收材料

中國科學院金屬研究所牽頭承擔的“龍舟-CNSC乏燃料運輸容器研制”項目中的原型樣機通過驗收。金屬所研制的碳化硼增強鋁（B4C/Al）中子吸收材料為容器國產化提供了重要支持。

B4C/Al中子吸收材料在國外已替代傳統硼不銹鋼等中子吸收材料大量應用于核燃料/乏燃料的高密度貯存和運輸，但我國B4C/Al中子吸收材料長期依賴進口。近年來，金屬所與中國核電工程有限公司合作，在B4C/Al中子吸收材料制備、模擬環境服役性能考核，以及全尺寸工程件研制等方面開展了研究，攻克了大尺寸坯錠制備過程中界面調控，高含量B4C/Al薄板的高效、高成品率軋制成型等難題，開發出了適用于復合材料焊接的焊接工具與焊接工藝，打通了從材料研制到器件成型的全鏈條技術途徑，為材料的工程化應用奠定了基礎；現已研制出B4C含量為15wt%～ 35wt%的系列中子吸收板材，并完成了加速腐蝕、高溫老化、加速輻照及硼均勻性測試等實驗考核，材料性能全面達到或明顯優于國外同類產品。

同時，金屬所針對全球首臺高溫氣冷堆新燃料元件運輸、貯存容器對中子吸收材料筒狀結構的要求，在國內首次實現了中子吸收材料的卷板操作和攪拌摩擦焊接，實現了中子吸收材料由板狀結構向筒狀結構的突破，承接了華能山東石島灣核電廠高溫氣冷堆核電站示范工程貯存容器中子吸收板的供貨任務。

(科 報)