新材料與新工藝

中德研究人員合作發(fā)現(xiàn)“柔性”半導(dǎo)體材料

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所與德國馬克斯-普朗克研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員合作，率先發(fā)現(xiàn)了具有良好的延展性和可彎曲性的半導(dǎo)體材料——α-Ag2S，或可廣泛應(yīng)用于柔性電子設(shè)備中，在信息、能源、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

柔性電子設(shè)備已成為當(dāng)前電子設(shè)備發(fā)展的重點(diǎn)之一，但目前的無機(jī)半導(dǎo)體材料均為脆性材料，在大彎曲、大變形或拉伸情況下極易發(fā)生斷裂而導(dǎo)致器件失效，有機(jī)半導(dǎo)體材料相對(duì)于無機(jī)半導(dǎo)體遷移率較低，且電學(xué)性能可調(diào)范圍較小，無法滿足半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展需求。

針對(duì)這一問題，研究人員制備了α-Ag2S薄膜，其比塊體材料具有更好的變形能力，且在數(shù)十，甚至上百次彎曲后，導(dǎo)電性能基本維持不變或變化很小。在α-Ag2S變形、滑移過程中，2個(gè)S原子沿著6個(gè)Ag原子構(gòu)成的滑軌移動(dòng)，此時(shí)，舊的Ag-S鍵減弱甚至斷裂，而新的Ag-S鍵加強(qiáng)甚至生成。其滑移面之間的作用力一直維持在Ag-S的成鍵狀態(tài)，在滑移過程中能量波動(dòng)較小，導(dǎo)致了小的滑移能量勢(shì)壘；同時(shí)，這種成鍵狀態(tài)保證了滑移面之間較強(qiáng)的作用力，避免了滑移過程中裂紋的產(chǎn)生甚至材料的解離。目前，研究人員正在尋找其它類似于α-Ag2S的半導(dǎo)體材料。

(科 苑)

中科院上海微系統(tǒng)所水溶性石墨烯制備研究獲進(jìn)展

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的研究人員在水溶性石墨烯材料制備方面取得了新的進(jìn)展：研究人員基于創(chuàng)新的電化學(xué)技術(shù)和超聲輔助分散機(jī)制，在NaOH與PTA（精對(duì)苯二甲酸）混合電解液體系中實(shí)現(xiàn)了少層高濃度水溶性石墨烯的制備。

在該體系中，研究人員通過控制電化學(xué)過程，使PTA析出并吸附于石墨電極，促進(jìn)石墨充分氧化和逐層剝離，再輔以超聲處理進(jìn)一步提高產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)率（87.3%）、高固含量（8.2g/L），以及高穩(wěn)定性（8個(gè)月以上）的少層微米尺寸水溶性石墨烯的制備。同時(shí)，采用該方法所制得的水溶性石墨烯極易成膜，制備成膜后，經(jīng)較低溫度熱還原即可獲得較高的電導(dǎo)率（9517S/m），在電熱方面表現(xiàn)出低電壓、高速升溫和溫度一致性好等優(yōu)點(diǎn)，有望用作新型電熱材料。

(科 苑)

中科院純單質(zhì)鎳/石墨烯復(fù)合材料研究獲進(jìn)展

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所的研究人員在純單質(zhì)鎳/石墨烯復(fù)合材料的制備及其甲醇氧化電催化研究方面取得進(jìn)展。研究人員利用液相激光熔蝕技術(shù)可獲得超小納米晶的優(yōu)勢(shì)，制備出了純單質(zhì)鎳（Ni）負(fù)載的石墨烯復(fù)合材料，為設(shè)計(jì)合成其它具有高電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的非鉑催化劑納米晶提供了新的思路和策略。

納米鎳基催化劑具有高催化活性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，已成為重要的非鉑基催化劑。獲得具有大量暴露活性位點(diǎn)且不團(tuán)聚生長的超細(xì)鎳單質(zhì)納米晶，是提高鎳基催化劑效率的有效途徑。

研究人員采用液相激光熔蝕法，利用Ni膠體納米顆粒（帶正電荷）與氧化石墨烯（GO，帶負(fù)電荷）的靜電作用首先得到高活性的NiOx負(fù)載納米復(fù)合材料，并在水合肼溶液中還原生成單質(zhì)鎳。NiOx被水合肼還原不斷產(chǎn)生N2，為生成的單質(zhì)鎳創(chuàng)造了無氧環(huán)境，并最終獲得了高度分散、超小尺寸的純單質(zhì)鎳（2.3nm±0.4nm）負(fù)載的石墨烯納米復(fù)合材料。其中，單質(zhì)鎳的超小尺寸為其催化性能的提升提供了大量的活性位點(diǎn)，石墨烯的存在限制了其在催化過程中的再生長和團(tuán)聚。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料在甲醇氧化電催化應(yīng)用中具有超高的質(zhì)量比活性（1600mA/mg）和優(yōu)良的穩(wěn)定性，循環(huán)1000次后，單質(zhì)鎳仍保持原尺寸和形貌，未發(fā)生團(tuán)聚和二次生長。

(合物院)

美國開發(fā)出3D打印耐高溫聚合物復(fù)合材料的方法

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室與美國國家航空航天局（NASA）格倫研究中心，以及路易斯維爾大學(xué)合作，開發(fā)出了3D打印耐高溫聚合物材料的方法。該方法采用浸漬了碳纖維絲的耐高溫?zé)峁绦詷渲瓦x區(qū)激光燒結(jié)工藝，目前已成功打印出了可承受300℃高溫的聚合物基復(fù)合材料部件，未來可用于制造渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管周圍的高溫區(qū)域部件，有望應(yīng)用于美國空軍B-1B槍騎兵和F-15戰(zhàn)斗機(jī)等裝備。

聚合物基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、耐高溫等特性，有助于增加飛機(jī)的航程，減少燃料消耗，因此，對(duì)空軍下一代裝備應(yīng)用具有極大的吸引力。采用激光燒結(jié)工藝進(jìn)行聚合物增材制造，能夠很好地打印聚合物粉末。但是，在對(duì)零件進(jìn)行后處理時(shí)，材料會(huì)發(fā)生熔化，導(dǎo)致無法使用。為了解決這一問題并更好地使分子在激光的熱量下纏繞并成形，研究人員在樹脂材料中加入了碳纖維填充材料，以更好地將激光的能量轉(zhuǎn)移到基體中。通過吸收激光的能量和傳導(dǎo)熱量，碳纖維可使激光器加熱材料的速度比單獨(dú)使用聚合物快得多。

目前，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功采用3D打印的聚合物基復(fù)合材料打印了一些測(cè)試樣件和支架，驗(yàn)證了利用3D打印技術(shù)制造耐高溫聚合物復(fù)合材料的能力。這一突破將使美國空軍能夠以更加經(jīng)濟(jì)、高效的方式制造出耐高溫復(fù)合材料零件。

(李良琦 )

美國Kason公司推出3D打印粉末回收系統(tǒng)

美國Kason公司推出一款金屬3D打印機(jī)粉末回收系統(tǒng)——3D-ReKlaimer。

與聚合物絲材3D打印相比，金屬粉末3D打印存在原材料利用不充分等問題，例如，熔融沉積成形（FDM）3D打印機(jī)在加工過程中需要用金屬粉末將融床全部覆蓋，但實(shí)際上僅一小部分粉末受激光照射熔融。解決該問題的一種方法是回收并重復(fù)利用未融化的金屬粉末。基于這一思路，Kason公司推出了3D-ReKlaimer，并表示，該系統(tǒng)適用于所有增材制造技術(shù)，還可根據(jù)不同3D打印機(jī)的要求進(jìn)行定制，甚至可以安裝輪子以用于多個(gè)3D打印系統(tǒng)。3D-ReKlaimer可以手動(dòng)與廢舊金屬粉末瓶相連，同時(shí)配備了一套真空輸送系統(tǒng)，可自動(dòng)將3D打印機(jī)未加工的金屬粉末轉(zhuǎn)移到3D-ReKlaimer篩分室上方的過濾接收器中。粉末經(jīng)篩分后可以儲(chǔ)存在該系統(tǒng)中，也可以輸送回3D打印機(jī)。

該系統(tǒng)采用的振動(dòng)篩名為“VIBROSCREEN”，通過振動(dòng)使尺寸合適的金屬粉末通過篩分器上的小孔，可篩分25μm/500目的金屬粉末，而大尺寸的金屬粉末不能再次送回3D打印機(jī)，將留在篩分器表面，并在隨后被清除。該系統(tǒng)采用封閉系統(tǒng)，以避免空氣和水對(duì)回收粉末造成污染。

(商 飛)

中科院合成新型發(fā)光材料 拒絕“鉛污染”

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究人員采用毒性較低的鉍（Bi）元素來取代重金屬元素鉛，成功合成了新型發(fā)光材料——非鉛雙鈣鈦礦納米晶。該新材料應(yīng)用在發(fā)光二極管（LED）、太陽能電池上，能夠有效地降低成本，提高使用效率，并避免重金屬元素鉛對(duì)環(huán)境造成的危害。

含鉛鈣鈦礦納米晶具有成本低、發(fā)光性能好、純度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是重要的下一代發(fā)光材料。但含鉛鈣鈦礦納米晶中含有重金屬元素鉛，會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，因此，尋找無毒且性能好的非鉛鈣鈦礦材料成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

研究人員采用毒性較低的Bi元素來取代鉛，已于2017年首次成功合成出了含Bi的非鉛鈣鈦礦納米晶，并揭示了其發(fā)光動(dòng)力學(xué)機(jī)理。近期，研究人員采用溶液法進(jìn)一步合成了非鉛雙鈣鈦礦納米晶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該新材料是一種性能良好的發(fā)光材料，在取代含鉛鈣鈦礦納米晶方面具有優(yōu)勢(shì)。研究人員還提出了通過降低表面缺陷來提高發(fā)光效率的新方案，將大力推動(dòng)非鉛鈣鈦礦材料的研究與應(yīng)用。

(新 華)