新型材料

輕質、高強以及缺陷不敏感的熱解碳納米點陣

清華大學航天航空學院李曉雁課題組與浙江大學及美國布朗大學、加州理工學院合作，制備實現了同時具有超輕、高強度、大變形、缺陷不敏感的熱解碳納米點陣。研究論文發表于《美國國家科學院院刊》（PNAS）。研究團隊制備出了同時具有超輕、高強、大變形和缺陷不敏感的微納米力學超材料。這些新型熱解碳納米點陣展示了前所未有的力學性能：不僅具有超低的密度，而且具有超高的強度和比強度以及奇特的缺陷不敏感性。這些優異的力學性能主要歸功于：對于點陣幾何結構的拓撲優化設計；將結構中桿件的特征尺寸控制在了納米量級；采用高溫熱解方法獲得了優質的熱解碳材料。

熱解碳納米點陣的力學性能（圖片來源于清華大學新聞中心）

熱解碳納米點陣的兩步法制備及其微結構（圖片來源于清華大學新聞中心）

綠色可回收塑料

北京大學化學與分子工程學院呂華課題組從膠原蛋白中廣泛存在的天然氨基酸4-羥基L-脯氨酸(4-HYP)出發，制備了一系列橋環內硫酯(NR-PTL)單體，用廉價催化劑與溫和條件實現了其可控聚合，制備了分散度小（通常低于1.15），分子量可控（最高達259kg/mol）的聚硫酯高分子（PNRPTE）。研究論文發表于Journal of the American Chemical Society。合成高分子如各類塑料制品在過去半個世紀為社會發展與生活便捷做出了巨大貢獻。該系列聚硫酯在常規環境中極為穩定而在弱堿稀溶液中可以完全化學解聚，100%產率回收得到純凈的內硫酯單體。

超柔性納米發電復合材料

上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室郭益平教授和劉河洲教授課題組在超柔性納米發電復合材料領域取得的重要進展，研究成果發表于Nano Energy。利用具有層次結構的電子級玻璃纖維布材料體系為基底，通過浸漬的方法在其上沉積具有層次結構的納米壓電發電材料。制備的壓電纖維布復合材料中每根纖維表面都包裹了一層納米級厚度的PZT材料，每根纖維之間的PZT之間互相連接，形成了一種類似于玻璃纖維布的多層次結構。電子級玻璃纖維布本身所具有的宏觀超柔性和微觀剛性給予了這種壓電纖維布具有高效的能量傳遞、轉換及超柔性。這種壓電纖維布可以實現插指電極掩膜設計和上下柔性電極貼合封裝設計。

新型水凈化過濾紙

中國科學院上海硅酸鹽研究所朱英杰研究員帶領科研團隊，在羥基磷灰石超長納米線應用于環境保護領域研究工作的基礎上，以具有良好生物相容性的羥基磷灰石超長納米線作為主要構建材料，與天然植物纖維復合，研制出新型水凈化過濾紙，相關研究結果發表于ACS Applied Materials & Interfaces。新型水凈化過濾紙的純水通量隨著羥基磷灰石超長納米線含量的增加而提高，與高打漿度植物纖維過濾紙（添加聚酰胺環氧氯丙烷樹脂）相比純水通量可提高約3200倍。新型水凈化過濾紙可應用于微米顆粒、納米顆粒、細菌等污染物的高效過濾和去除，其去除效率可達到或接近100%。

有機小分子致介孔沸石材料

北京大學深圳研究生院洪梅副教授、上海大學劉軼教授和廣東省納米微米材料研究重點實驗室科研人員合作，提出了一種有機小分子致分子篩晶內介孔的新機理，研究成果發表于Chemistry of Materials。沸石分子篩由于具有均一的微孔結構，內在可調的酸性，良好的水熱穩定性以及擇形選擇性。研究人員提出有機小分子致介孔的機理：首先有機小分子在合成液中去質子化形成穩定的有機負離子，該有機負離子通過親核進攻使骨架Si-O和Al-O鍵斷裂，同時反應液中的鈉離子與有機負離子通過靜電作用進行自組裝形成團簇，從而產生尺寸遠大于有機小分子的介孔孔道。

有機小分子致介孔劑的選擇標準和工作機理（圖片來源于北京大學深圳研究生院新聞網）

Chemistry of Materials封面，該封面圖描繪了小分子在沸石結晶中產生層級結構的能力（圖片來源于北京大學深圳研究生院新聞網）

具有超高電導率的砷化鈮納米帶

復旦大學修發賢教授團隊與中國科學院強磁場科學中心、南京大學等研究人員合作，開展外爾半金屬砷化鈮納米帶中的超高電導率的相關研究，研究論文發表于Nature Materials。研究團隊基于費米弧這個低散射率機制，制備出了具有超高電導率的砷化鈮納米帶，而且費米弧這一特性即使在室溫也仍然有效。這一發現為材料科學尋找高性能導體提供了新思路。導體是集成電路制造中不可或缺的材料之一，廣泛用于元器件間的互連、構成電感元件等。隨著集成電路的特征尺寸越來越小、集成度越來越高、器件之間的相互連接越來越密集，尋找超高導電材料成為人們研究的一個重要目標。

高性能石墨烯陰極防腐涂層

中國科學院寧波材料技術與工程研究所先進涂料與黏合劑團隊針對石墨烯/聚合物復合防腐涂層破損后會加速金屬基體腐蝕這一隱患，分別采用生物質呋喃環氧單體通過DA反應對石墨烯進行表面封裝，實現了石墨烯/環氧涂層的長效防腐。研究成果發表于Carbon。由于存在活性鏈段，FmG可有效提高與環氧基體之間的界面相容性，改善涂層致密性，并極大地增強氧氣或水蒸氣等物質透過涂層的“迷宮”效應，延緩涂層的失效。電化學測試表明，FmG材料具有優良的防護性能，復合涂層電阻相對空白涂層增加了3～4個數量級。結合機理研究，表明采用絕緣改性“鈍化”石墨烯也可以有效地抑制“陰極腐蝕促進活性”。

納米金屬機械穩定性的反常晶粒尺寸效應

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心盧柯院士、李秀艷研究員等人帶領合作團隊，發現納米金屬機械穩定性的反常晶粒尺寸效應。研究論文發表于Physical Review Letters。研究發現對于塑性變形制備的納米晶Cu、Ag、Ni樣品，準靜態拉伸變形時，隨著晶粒尺寸從亞微米減小至納米量級，晶界遷移先逐漸增強，而當晶粒尺寸小于臨界值時，晶界遷移逐漸受到抑制。采用合適退火工藝對Cu中臨界尺寸附近未發生機械弛豫的納米晶進行熱處理，使其晶界發生熱弛豫，同時保持晶粒尺寸基本穩定，在后續進一步拉伸變形過程中其晶界遷移明顯受到抑制，晶粒表現出更高的機械穩定性。