新材料与新工艺

新材料与新工艺

美国研发出可屏蔽辐射的新型轻量化泡沫金属

美国北卡罗莱纳州大学的研究人员研发出一种成本较低的新型超轻泡沫金属材料，能够屏蔽高强度X射线、γ射线、中子辐射等高能射线，并具有较高的强度。与采用传统材料制成的笨重的辐射屏蔽装置相比，采用新型泡沫金属材料制成的辐射屏蔽装置既轻便又具有高强度，不仅能够屏蔽多种高能射线，对较低能级的γ射线及中子辐射也具有很好的屏蔽作用，应用前景广阔。

该新型泡沫金属材料基于用于军事及运输领域的普通不锈钢合金，通过添加微量的钨等元素的方法制造，并在合金中形成了中空小孔，最终形成了复合的轻量泡沫型钢材。其电磁屏蔽性能极佳，但铅含量较高，尚无法达到使用标准。研究人员正在研究改变各金属元素含量，以替代钨元素，实现X射线屏蔽作用。 (W.CB)

牛津大学突破商业化高质量石墨烯制备新技术

英国牛津大学的材料学家开发出一种生产大面积高质量石墨烯薄膜的技术，或将突破生产商业规模的可重复且质量稳定的石墨烯的“重大障碍”。该项发明目前正在申请专利。

研究人员使用中间包含液膜的过渡金属硅衬底，采用化学气相沉积（CVD）技术来生产商业规模的石墨烯薄膜，大大缩短了合成时间。研究人员称，这是现有推进石墨烯商业化应用的最快方法，是振兴英国石墨烯行业的重要法宝。目前，该技术的开发人员正在寻找合作伙伴，以改变英国在石墨烯研究和应用领域的落后局面。 (胡燕萍)

中科院冷凝微滴自去除及低能耗无霜纳米技术开发获进展

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的研究人员首次提出并证实：利用冷凝微滴自去除纳米仿生界面，并结合间歇式微热空气流辅助加热可实现材料表面持续无霜。与现有的高能耗加热除霜技术相比，这种新型纳米仿生技术及低能耗无霜策略原理可大大降低空调/热泵的运行能耗，其与工程技术相结合的创新思路为研制更节能的空调/热泵换热器奠定了基础。

在此基础上，研究人员还提出了一种多步电化学阳极氧化与化学腐蚀相结合的技术，实现了铝表面阳极氧化铝棒—孔复合结构的可控制备，经低表面能化学修饰后，展现出了非凡的小尺度冷凝微滴自去除功能，为设计开发更节能的空调/热泵铝翅换热器奠定了基础。

该冷凝微滴自去除功能纳米铝材的工程化研究对于新一代更节能的空调/热泵换热器的研制具有重要的意义。 (苏纳所)

中美合作发现晶体微观结构高性能热电材料

中国科学院上海硅酸盐研究所与美国密歇根大学和西北大学的研究人员合作，合成了一种既不同于寻常晶粒取向随机的多晶

材料，也不同于无晶界的单晶材料，具有高度取向性的马赛克晶体热电材料，实现了类似玻璃的极低热导率及晶体材料的优异电输运性能，其热电优值远高于普通多晶材料体系，在余废热回收利用方面具有较大的应用潜力。

具有马赛克晶体微观结构的材料具有优异的热电性能。传统马赛克晶体的制备通常采用闪冷法，即将材料加热至高温，采用超快冷却迫使结构中的缺陷无法扩散至材料表面的方法。但由于热电材料的热导率一般很小，通常无法获得足够快的冷却速度。研究人员发现，在Cu2S1-xTex固溶体中，利用S和Te两种阴离子原子质量和原子半径的巨大失配，可以在块体热电材料中获得马赛克晶体微观结构，得到异于寻常的完全固溶体化合物。Cu2S1-xTex固溶体室温为单相材料，具有高对称性的六方晶体结构。经历973K高温后，其马赛克晶体结构的特征依然保留，比其它材料体系具有更佳的性能。 (KX.0713)

美国研究出新型具有负刚度的吸能式蜂窝结构

美国德克萨斯大学考科瑞德工程学院的研究人员设计出一种具有负刚度（NS）的新型蜂窝结构。与传统蜂窝结构相比，其可以承受更大的冲击载荷，能够在重复冲击载荷作用后，恢复原来的结构。该蜂窝结构可广泛应用于航空、军用头盔、车辆安全和体育等领域。

据了解，这种蜂窝结构可以采用多种材料制造成不同尺寸的部件。目前的实验室原型的尺寸约为8.89cm，作用力的阈值为200N，可在0.03s内吸收1个速度为160km/h的棒球的能量。研究人员还采用尼龙材料，利用选择性激光烧结技术试制出了微型NS蜂窝结构，通过压缩和掉落测试，证实了这种NS蜂窝结构的能量吸收性能。

下一步，研究人员将对这种蜂窝结构进行包括弹道测试等在内的一系列测试，用于制造军用头盔原型并进行相关测试。 (胡燕萍)

高真空环境下氟化类金刚石碳基薄膜失效本质和延寿研究获进展

中国科学院兰州化学物理研究所的研究人员在高真空环境下氟化非晶碳基薄膜的失效本质和延寿研究方面取得新的突破，为拓展碳基薄膜在空间技术领域的应用奠定了扎实的理论和材料体系基础。

氟化非晶碳基薄膜是高真空环境下理想的固体润滑薄膜材料，但存在摩擦失效问题，磨损寿命无法满足空间机械装备运动机构对高可靠性和超长寿命的苛刻要求。研究人员针对氟化碳基薄膜高真空摩擦失效本质及延寿机制开展了系列理论计算和实验研究。利用第一性原理计算和分子动力学方法，结合压缩应力—应变关系，通过模型试验，研究人员首次确认，在高真空环境下塑形变引起的石墨化产生的接触界面间的强粘着直接导致了薄膜的本质失效。此外，研究人员还发现，摩擦界面的C-F键和C-C键对周围的应力场分布和化学环境非常敏感，当施加应力或改变对偶材料的成键状态时，与摩擦密切相关的界面电荷分布发生明显改变，导致界面C-F键和C-C键的键长和键能发生相应变化，从而影响界面的稳定性和粘着相互作用。

在这些研究的基础上，研究人员成功实现了氟化非晶碳基薄膜在高真空条件下的超长磨损寿命设计和可控制备。通过成分设计和多层界面微观结构构筑，研究人员成功制备了具有低内应力的氟化非晶碳基薄膜，通过摩擦界面调控原位生成热力学和结构稳定的FeF2纳米晶摩擦膜，避免了摩擦界面之间的强粘着，该非晶碳基薄膜在高真空环境下具有低摩擦和超低磨损等优良的摩擦特性。 (兰化物)

萃取提纯技术高效制备石墨烯的方法获发明专利

中国科学院兰州化学物理研究所发明了基于萃取提纯技术高效制备石墨烯的方法，现已获得2项国家发明专利授权（专利号分别为ZL 201210050986.0和ZL 201210050990.7）。

该发明公开了一种基于萃取提纯技术高效制备石墨烯的方法。其通过选择合适的有机溶剂，利用液相萃取方法对氧化石墨烯进行多次萃取分离，缩短了传统的水系提纯氧化石墨烯清洗时间，可通过抽滤或离心的方法快速除去有机溶剂，还可通过选配合适的表面活性剂来提高萃取效率，最后利用微波还原技术将萃取提纯的氧化石墨烯还原成石墨烯，为石墨烯的快速、规模化制备打下了基础。

该方法操作简便、制备周期短，无需购置复杂、昂贵的设备和高成本原料即可制备出高纯度石墨烯，适用于石墨烯的宏量制备，有望在超级电容器、锂离子电池、燃料电池、密封材料、催化剂载体等领域获得广泛的应用。与现有技术相比，该方法减少了在制备氧化石墨烯过程中的杂质引入，选用相对低的原料配比降低了生产成本，缩短了制备时间，并提供了2种利用萃取技术进行氧化石墨烯批量化提纯的关键技术，为石墨烯的宏量制备提供了有效途径。 (W.KY)

新工艺可更低成本更清洁地生产聚乳酸材料

比利时鲁汶大学表面化学与催化研究中心的研究人员成功开发出一种更简单、成本更低，而且不产生废物的聚乳酸（PLA）生产方法。

据了解，PLA具有可降解、翘曲性小等特点，但传统的PLA生产方式工艺复杂、生产成本较高，而且会产生废弃物。研究人

员发现了一种可通过沸石矿物操控的全新化学过程，能够有效地解决这一问题。研究人员以沸石作为催化剂，加快和引导反应器中的化学过程，通过选择特定的沸石孔形，可将乳酸直接转换成用于构建PLA的材料。与传统技术相比，这种新的生产方法无需使用金属，无需制备较低品质的预塑材料，可规模化地生产聚乳酸，因此，生产工艺更简单、材料浪费较少。

目前，该生产方法的技术专利已出售给一家化工企业，即将用于大规模工业生产，使PLA的生产成本更低、工艺更环保。 (W.3DP)

我国液晶与微纳复合材料研究获进展

北京大学工学院的研究人员在光驱动液晶与微纳复合材料的制备与性能研究方面取得重要进展。

液晶材料具有自组装性、流动性、长程有序性、分子协同效应，以及在聚合物表面或外场作用下取向会发生变化等特性。液晶与微纳复合材料可将纳米材料的表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性与液晶材料融合在1个体系中，并可通过适当的手段获得新的性能。

研究人员将铜线圈引入到光驱动的液晶与微纳复合材料的薄膜端，使其在运动过程中切割磁力线，产生电流，首次实现了光—机械—电能的转换。该项研究为光能特别是太阳能的利用提供了一条有效的新途径，也可为微机电系统等微型器件提供能量。 (KX.0801)

中美合作制成可调色石墨烯LED

清华大学与美国耶鲁大学的研究人员合作，利用2种不同形式的石墨烯制作出了新型发光材料，首次在基于石墨烯材料的发光系统中证明，仅用1个发光二极管（LED）就可调整出几乎覆盖整个可见光光谱所有颜色的光。

据悉，现有的LED器件通过调整红、绿、蓝三种基色发光单元的亮度来显示颜色或合成白光。实现可调节颜色LED的关键材料是石墨烯，可获得可见光中除深蓝色和紫色以外从450nm波长的蓝光到750nm波长的红光的各种颜色的光，并在保证颜色保真度的同时，减少显示器件内发光单元的数量，从而优化电路、降低功耗。

这种新型LED改变了现有显示器件的颜色合成方式，有望对显示屏、照明灯具和通信技术产生重要影响。此外，由于光的颜色会随特定化学物质而改变，其还可用于制造特殊的传感器。 (KJ.0730)

美国研发出轻质高强金属基复合泡沫层状复合材料

美国纽约大学、深泉科技公司，以及美国陆军研究实验室的研究人员合作，成功制备出了由轻质金属基复合泡沫和碳纤维复合材料构成的层状复合材料。

金属基复合泡沫通过引入中空颗粒在泡沫结构中形成气孔，具有较好的抗压强度，但刚度较低。与此前金属基复合泡沫通常夹在刚性板材中间形成夹层结构不同，研究人员通过在碳纤维复合材料面板之间填充含有中空氧化铝颗粒的铝合金泡沫材料，制成了以金属基复合泡沫材料为核的新型层状复合材料。试验结果表明，该层状复合材料在减轻重量的同时也提高了刚度，并且具有较高的能量吸收能力。

金属基复合泡沫夹芯材料在军用或民用的汽车、火车、船舶，以及其它需要在被拉伸或压缩时仍能保持强度的轻质结构组件领域中具有重要的应用价值，市场前景广阔。 (船 信)