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纳米材料

2016-04-23

新材料产业 2016年9期
关键词:碳纳米管纳米材料

“纳米皮草”有望为清理水中油污提供新手段

据报道,德国科学家近日发现,以往人们谈之色变的水生漂浮杂草具有吸油功能,仿照水生植物结构合成的人工聚合物薄膜“纳米皮草”,也像水生蕨类一样具有超级疏水和亲油性,有望为清理水中油污提供一种更便捷的手段。

该研究由德国卡尔斯鲁厄技术学院微结构技术研究所(IMT)和波恩大学植物生物多样性尼斯研究所共同完成。研究团队将研究重点放在了一些水生蕨类植物上,包括一些长着毛茸茸叶子的槐叶苹科植物。这些毛茸茸的扩展体称为毛状体,分为4类。为了找出不同毛状体种类与吸油效果的关联性,研究人员对样品进行了精心处置。

“纳米皮草”像水生蕨类一样具有超级疏水和亲油性,可以选择性地吸油而不吸水。该研究的一个最初目的是通过了解植物来提高“纳米皮草”的吸油能力,但目前的研究结果也为其他研究提供了可能。

研究人员在论文中强调,水生蕨类在世界很多地区被看成杂草或有害物,利用其进行吸油或许可以同时解决2个问题——清除多余的自然植物及生产低成本的石油吸附剂材料。(科技日报)

以色列研究人员制造出思维控制纳米机器人

据报道,来自以色列拉马特甘巴伊兰大学和以色列赫兹利亚跨学科中心的研究者们利用DNA折叠的结构制造出空腔壳结构的纳米机器人。有了这种纳米机器人,医生便可以在一段时间内控制药物的释放,一次只释放小剂量的药物。他们声称,这种技术可以应用在治疗大脑疾病,比如精神分裂、抑郁症,以及注意力缺乏症。

药物首先经过化学处理,使用氧化铁颗粒将药物“锁住”,然后放入纳米机器人的空腔壳中。接着,用一个电磁铁加热并破坏DNA结构的壳,从而释放出药物。在纳米科技的首席科学家IDo Bachelet博士领导下,他们已经可以利用人类脑电波来控制这一过程。

为了实现脑电波控制,他们训练一种计算机算法来探查人类大脑是否处在复杂的思维活动变化中。当发现大脑活动变化时,计算机将触发电磁铁,解锁注射进蟑螂体内的纳米机器人。研究者们在蟑螂体内释放出一种荧光蛋白,以便追踪释放速率。

这种技术可以对个体的思维认知状态做出反应,从而在线控制活性分子的开关。研究者声称,这种技术经过改良,可以应用在人类身上,观测精神分裂、抑郁症或者癫痫发作时大脑活动的变化。(光明网)

石墨烯使普通纸变为柔性显示器

据报道,最近,土耳其比尔肯大学研究人员将一张普通的打印纸夹在2层石墨烯膜(由多层石墨烯构成)之间,使其变成了一种柔性电子显示器。他们还将石墨烯排布成多像素模式,把纸折成三维形状,在上面打印出彩色图案,展示了不同于晶片技术的另一类效果。

在柔性显示器中,石墨烯本身有多种用途,如用来替代另一种稀缺材料氧化铟锡(ITO,一种控制显示器像素的透明导体),也可以用在显示器底板上作为电极。

研究人员发表在《光子学》杂志上的论文称,目前要制造纸上光电子器材还有很大挑战,因为纸表面粗糙,与光学材料不相容。而他们是把石墨烯作为一种电配置光学介质,通过给纸上石墨烯施加偏置电压,触发石墨烯间的离子间层,使其光吸收性发生改变,从透明变黑或从黑变透明。论文作者柯斯昆·可卡巴什说,这个系统可作為一个框架,把普通打印纸变成光电显示器。

可卡巴什说,以往开发的基于电泳粒子运动、热致变色染料和液体电湿等原理的技术,也能实现电子纸效果,在消费电子领域有很大潜力,但这些技术与传统纤维素造的打印纸互不相容。他们开发的是一种在普通打印纸上通电显示信息的显示器。

研究人员表示,今后打算进一步研制出具备全部功能的电子纸,有像素和集成驱动电路,并希望这一技术还能用在辊轴制造工艺中。(科技日报)

伊朗采用纳米粒子研制隐身涂料

据报道,伊朗研究人员采用纳米粒子研制出一种隐身涂料并应用于飞机机身涂装。据该项目经理Karim Osouli Bostanabad表示,研究采用氧化磁铁纳米粒子和碳纤维材料等合成了一种雷达吸波涂料,产品的制备方法简单且性价比高,其涂层对雷达波的吸收率很高。

据其介绍,氧化磁铁纳米粒子能在碳纤维基材上形成薄涂层,而且纳米结构比微米结构具有更好的吸波性能。

Karim Osouli Bostanabad说:“该项目首先采用化学方法合成氧化磁铁纳米粒子,然后采用电沉积法将其涂覆于活性炭纤维基材上,并对合成温度、组分配比、涂层沉积时间等因素进行研究,以获得最佳工艺条件。”另外,项目还采用矢量网络分析仪(VNA)测试了涂层的电磁波吸收性能。(涂料工业)

中新研究团队合作研制出超薄纳米材料

据报道,日前,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所与新加坡南洋理工大学研究团队合作,研制出了一种新型超薄纳米材料,该结果填补了原子尺度超薄材料(或二维材料)在垂直方向压电性能研究的空白,为未来研制以超高精度实现原子操控的仪器奠定了重要的理论和实验基础。

精密的定位和驱动依赖致动器,而致动器的最重要核心之一为压电材料。简单地说,这种材料具有极性,可通过外加电压,获得细微形变,进而实现高精度驱动;反其道亦行之,压电材料可应用于高精度的应变、位移与定位的传感器。

该研究团队通过化学气相沉积法,制备出一种高质量硫化镉超薄纳米片薄膜,厚度仅有2~3nm,随后用扫描探针显微镜等原位表征技术,对硫化镉超薄纳米片材料的垂直方向压电性能进行了研究。

他们发现,这种超薄硫化镉纳米片在垂直方向的压电性能随着厚度降低到2~3nm而增强了3倍,而理论模拟研究也验证了这一结论。该结果填补了原子尺度超薄材料(或二维材料)在垂直方向压电性能研究的空白。

科研人员认为,短期来看,高性能的超薄压电材料对于制造高精度传感器、先进机电元件大有裨益,包括降低尺寸、增加集成度、改造为柔性电子器件等。长远而言,超薄压电材料甚至可以改变人类对世界的认知。(中国科学报)

中澳启动联合实验室研究石墨烯

据报道,8月18日,澳大利亚新南威尔士大学与杭电股份联合实验室启动仪式在悉尼举行,旨在研究石墨烯技术,这是中国境外首个火炬创新园区正式落户新南威尔士大学后的具体合作成果之一。

新南威尔士大学校长伊恩·雅各布斯说,他为学校能够设立中国境外的首个火炬创新园区感到非常骄傲,联合实验室的启动就是这些合作的具体成果。雅各布斯表示,石墨烯有着非常广阔的应用前景,他希望能利用这项技术开发更好的电缆材料。

中国科技部火炬中心主任张志宏向联合实验室的启动表示祝贺,他说这次来的中国高新区代表团中已有5家企业与新南威尔士大学签署了相关的备忘录,成果非常丰富。张志宏强调,联合实验室研究的石墨烯技术对中国输电线路将产生革命性影响,具有非常好的市场前景,因此他非常期待这项技术不断取得进展并最终实现产业化。

2016年4月澳大利亚总理特恩布尔访华期间,中国科技部火炬中心与澳大利亚新南威尔士大学签署了《关于在澳共建火炬创新园的谅解备忘录》。8月16日,中国境外首个火炬创新园区正式落户新南威尔士大学。(科技日报)

我国发布全球首款纳米“智能标签”

据报道,日前,中国科学院院士、北京大学教授严纯华发布了全球首款纳米“智能标签”。这是我国食品药品监测领域的一项重要发明,其将为生产方、物流方、销售方、消费者全程提供良好可靠的服务和保障,为产品品质保驾护航。

备受关注的食品药品安全监控问题,将随着一种“智能标签”的问世得到有效解决。在日前举行的2016年中国无菌包装产业发展论坛上,中科院院士、北京大学教授严纯华发布了全球首款纳米“智能标签”。这是我国食品药品监测领域的一项重要发明。

“智能标签”技术由北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室与香港中文大学合作发明,并获国家发明专利授权。北京大学参股企业——镧彩科技有限公司执行副总裁李伟认为,“智能标签”的市场化应用,将为生产方、物流方、销售方、消费者全程提供良好可靠的服务和保障。中国包装联合会副会长兼秘书长王跃中则表示,加强科技研发,采用高新科技实现包装智能化,是推动我国包装业技术升级的重要手段。(中国科学报)

可吸收纳米复合人工骨材料研究取得重要进展

据报道,近日,中国科学院长春应用化学研究所牵头承担的“可吸收纳米复合人工骨材料与器件的产业化关键技术研究”项目顺利通过由省科技厅组织的专家验收。该项目是吉林省“双十工程”重大科技攻关项目,专家组一致认为该项目在可吸收纳米复合人工骨材料方面的研究达到了国内领先水平,并建议进一步加快产品的临床应用和商业化进程,拓宽其应用领域。

该项目通过科研人员的不懈努力,圆满完成了从可降解原材料合成到自主开发可吸收纳米复合人工骨材料的研究任务,获得了系列具有自主知识产权的产业化关键技术,可指导规模化生产。该人工骨材料具有完全人工合成、降解时间可调以及具有骨传导和诱导作用等诸多特点,其物理化学性能和生物学性能等技术指标均达到任务合同要求。

在该项目执行期间,长春应化所与吉林大学骨科成立了联合共建的“骨科生物材料工程研究中心”,進一步为骨科材料基础与临床的合作研究和完善“产学研”开发体系提供了有力保障。(中国科学院长春应用化学研究所)

北大碳纳米管集成电路研制获重大进展

据报道,近期,在北京市科委支持下,北京大学彭练矛教授团队针对如何将碳纳米管从晶体管推向集成电路的世界性难题开展系统研究,取得重大进展。

碳纳米管器件和集成电路因速度、功耗等方面优势,被认为是未来最有可能替代现有硅基集成电路,延续摩尔定理的信息器件技术之一。经过近20年的研究,碳纳米管电子学在器件物理、器件制备和优化、简单集成电路和系统演示方面取得长足进展。

然而,受限于材料和加工工艺问题,碳纳米管晶体管的制备规模、成品率和均匀性始终难以达到较高水平,限制了碳纳米管集成电路技术进一步向产业化发展。

近期,彭练矛教授团队针对世界性难题开展系统研究,取得重大进展。课题组通过对碳纳米管材料、器件尺寸与结构、制备工艺的优化,实现了成品率100%的碳纳米管晶体管批量制备,使用该材料制备的晶体管已接近商用65nm技术节点硅基CMOS晶体管的水平;制备出包含140个晶体管的碳纳米管四位全加器电路和两位乘法器电路,是世界上目前集成度最高、复杂性最强的碳纳米管集成电路,该电路的研制成功说明碳纳米管技术已具备制作大规模集成电路的能力,将极大加快碳纳米管集成电路的实用化进程。(北京市科学技术委员会)

北京纳米肽材料高通量合成领域取得重要进展

据报道,近期,在北京市科委支持下,北京中科纳泰生物科技有限公司联合国家纳米科学中心成功研制出最高日产肽材料超过500条的高通量微量化的肽材料生产设备,并形成年产能10万条多肽的生产线。有关专家指出该设备填补了国产高通量肽材料生产设备的空白,突破了目前纳米医学、蛋白质组学等研究中多肽原料高通量低成本合成的技术瓶颈。

肽材料是以氨基酸为主要成分的功能化人造蛋白,因其结构功能多样、生物相容性好等特点,在药物、诊断试剂、食品、环保等领域有广阔的应用前景。随着蛋白质组学作为生命科学的新引擎,带动大量相关学科快速发展,基于蛋白质谱技术还是基于微阵列芯片技术,都需要高通量的肽材料合成。

该成果不仅服务于微量、高通量肽材料的供应,更为先进蛋白质组学技术、早期纳米诊断技术及个性化治疗策略制订等纳米生物医学技术的开拓与推广提供强大助力。(北京市科学技术委员会)

新型超材料纳米尺度可操纵可见光

据报道,复旦大学武利民教授课题组设计开发了一种新的纳米粒子组装方法——纳米固流体法,首次实现了将高折射率的二氧化钛纳米粒子组装成可工作于可见光波段的超材料光学器件。

该研究设计开发了一种新的纳米粒子组装方法——纳米固流体法,首次实现了将高折射率的二氧化钛纳米粒子组装成可工作于可见光波段的超材料光学器件。通过将15nm的锐钛矿二氧化钛纳米粒子组装成半球形和超半球形固体浸没超透镜,在常规的光学显微镜下实现了45nm的超分辨率显微成像,大大地突破了光学显微镜的极限分辨率200nm,并揭示了二氧化钛纳米粒子间的近场耦合效应在该可见光超材料中的重要作用。

探索低损耗的非金属超材料的制备与应用是近年来国际上超材料研究领域的热点之一,具有重要的意义。制备非金属超材料的难点在于,如何将具有高折射率、低吸收损耗的电介质材料加工成特定的亚波长结构。武利民团队使用在可见光下具有高折射率且低吸收损耗的锐钛矿二氧化钛材料,提出了一種由下而上的自组装方法来制备可见光超材料。该方法巧妙地利用了油水界面的特性,实现了将15nm的二氧化钛粒子组装成不同宏观形态的超材料光学器件,如可实现超分辨率显微成像的固体浸没超透镜。

该研究提供了一种在纳米尺度操纵可见光的途径,未来将该组装方法与纳米印迹、微纳流体等技术结合,有望制备出紧凑、低成本的超材料光学器件,应用于隐身、光子计算机、近场光学检测及太阳能利用等领域。(中国科学报)

中科大实现细胞内外智能自组装不同纳米纤维

据报道,近日,中国科学技术大学教授梁高林课题组设计出一种新型“智能”小分子水凝胶前驱体,可以实现细胞内外环境的区分并组装成不同结构的纳米纤维。该研究成果发表在8月17日的《美国化学会志》上。

肿瘤细胞内部通常是一个还原性的环境,存在高达毫摩尔量级的谷胱甘肽(GSH)。肿瘤细胞外部存在大量细胞分泌的磷酸酯酶。利用这种差异,研究人员设计出一种生物兼容的多功能小分子水凝胶前驱体。该小分子的磷酸根在胞外的磷酸酶的作用下被切除,引发第一级自组装形成线性纳米纤维。而当这些小分子进入细胞内部时,由于GSH的存在,小分子上的双硫键被GSH还原,从而露出半胱氨酸上的巯基硫醇结构。裸露的氨基硫醇结构又可以和小分子结构中的氰基苯并噻唑发生高效的点击缩合反应,生成环状的二聚体。由于π-π堆积作用,该二聚体分子之间会相互吸引,引发第二级自组装形成环状的纳米纤维。

该小分子水凝胶前驱体的“一石二鸟”设计的实现,是梁高林发现并推广的新型点击缩合反应(半胱氨酸和氰基苯并噻唑之间的反应)的又一成功应用。(中国科学技术大学)

全球首条石墨烯基锂电池生产线落户泰州

据报道,8月22-24日,东旭光电集团副总裁王忠辉专程赴泰州就新上全球首条石墨烯基锂电池生产线进行落地对接,这标志着该项目开始实质性启动。

此前,由东旭光电旗下的上海碳源汇谷公司推出的世界首款石墨烯基锂离子电池产品“烯王”在京发布。同时,东旭光电还与泰州海陵区正式“联姻”,决定投资5亿元在泰州新能源产业园建两条石墨烯基锂电池生产线。目前,已有2条中试生产线在海陵区进行安装调试,两三个月内即可小批量投产。(新华日报)

苏州工业园将打造世界最大“纳米城”

据报道,苏州工业园区作为中国改革开放的试验田、中国与新加坡2国国际合作示范区,自1994年成立至今,创造了很多个第一和唯一,如利用外资连续多年名列中国开发区第1、中国唯一的国家商务旅游示范区等。另外,园区内还“藏有”一座全球最大的“纳米城”。这座“纳米城”也被美国学者评为全球八8大纳米产业集聚区之一。

据悉,2010年,苏州工业园区就将纳米技术产业定位为“一号产业” ,先后在独墅湖科教创新区内建成了苏州生物纳米科技园、苏州纳米技术国家大学科技园等纳米产业区,还设立了苏州纳米科技协同创新中心。

为了进一步促进纳米产业发展,园区新打造了“纳米城”。“纳米城”是苏州另一个纳米技术产业化基地,建筑面积约154万m2,重点聚焦能源与清洁技术、纳米生物技术等领域,打造创新链、产业链、投资链、服务链,突破上游、高端环节,协同支撑并引领新兴产业发展,形成具有完备创新与产业化功能的产业综合社区。通过比较国内外专注纳米技术应用产业的产业园规模区后,园区认为,苏州纳米城是全球最大的纳米技术应用产业综合社区。(苏州工业园区新闻中心)

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