新材料与新工艺

新材料与新工艺

英国奎奈蒂克公司首推基于复合材料的形状记忆合金

英国奎奈蒂克（QinetiQ）公司在2016年英国范堡罗国际航展上推出了其最新研发的基于复合材料的形状记忆合金。

据悉，该形状记忆合金由高能量吸收钛合金丝绕织在碳纤维复合材料上组合而成，现已完成试验检测。奎奈蒂克公司模拟了该形状记忆合金与飞行器前端锐利部位（如机头和机翼等）相撞的效果。模拟结果显示，与同等质量的传统碳纤维材料相比，该形状记忆合金的强度提升了约3倍。此外，测试还表明，该形状记忆合金在防止飞机轮胎爆裂及机身底部残骸脱落等方面具有很大潜力。将该形状记忆合金材料应用于飞机中，可在不增加飞机重量的同时达到较高的强度，有利于节省燃料，减少碳排放，降低航空公司的运营成本。（陈济桁）

俄罗斯研制新材料为卫星散热器减重

俄罗斯联邦罗马申国家科学中心研制出一种新型碳纤维复合材料，可以减轻运载火箭的负担，还有助于延长卫星在轨寿命。

据悉，这种新型碳纤维复合材料具有良好的导热性且重量更轻，可以替代人造卫星散热器中的铝合金材料。测试结果显示，采用该新型碳纤维复合材料制作的卫星散热器，可确保卫星携带的各种设备稳定地处于正常温度范围内，并使散热器的总重量减轻约25%，可增加卫星上的燃料储备，延长卫星在轨工作寿命，同时还能让卫星携带更多的探测装备等有效载荷，有助于完成更多的科研任务。

目前，罗马申国家科学中心采用这种新型碳纤维复合材料制作的4台散热器已经通过了俄罗斯拉沃奇金科学生产公司的验收测试，将安装在该公司正在研制的“北极”气象卫星上。（KX.0802）

中科院手性等离子体纳米结构组装研究获突破

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的研究人员在各向异性手性等离子体纳米结构组装研究方面取得突破性进展。

研究人员针对手性等离子体纳米结构的可控组装研究现状，对各向同性和各向异性基元的手性等离子体纳米结构，以及手性分子与金属复合结构的组装原理与方法进行了系统的研究，并对自下而上自组装原理在手性等离子光学中的未来前景进行了深入分析与展望。

研究人员以金纳米棒作为各向异性基元，利用DNA纳米技术组装金纳米棒，充分发挥DNA模板的可编程性和精确可寻址性，解决了各向异性纳米材料在三维空间的精确定位和取向问题，在国际上首次制得了具有不同空间构型的金纳米棒三维离散手性结构及螺旋超结构。研究人员还通过实验测量和理论分析，揭示了等离子体手性光学活性与金纳米棒离散结构及超结构空间构型之间的内在关系。（科苑）

中外合作成功制备出超薄压电材料

新加坡南洋理工大学、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、南京大学、新加坡科技局先进制造研究所，以及美国杜克大学等机构合作，采用化学气相沉积法，成功制备出了高质量的压电材料——硫化镉（CdS）超薄纳米片薄膜（厚度仅为2nm～3nm）。

压电材料可通过外加电压获得细微形变，进而实现高精度驱动，也可应用于制作高精度的应变、位移与定位传感器。研究人员通过扫描探针显微镜等原位表征技术，对超薄CdS纳米片材料垂直方向的压电性能进行了研究，发现超薄CdS纳米片在垂直方向具有3倍于体相材料的压电常数（～33pm/V），并且理论模拟很好地验证了这一发现。

该项研究成果填补了原子尺度超薄材料（或二维材料）垂直方向压电性能研究的空白，为构筑超高精度驱动器，以及新型高灵敏度压力、位移和应变传感器和致动器奠定了重要的理论与实验基础。（KJ.0808）

仿玫瑰花瓣结构薄膜可显著提升太阳能电池效率

受玫瑰花瓣表面结构启发，德国卡尔斯鲁厄理工学院和巴登符腾堡州太阳能与氢能研究中心的研究人员合作，仿照玫瑰花瓣表面结构制作出一种薄膜，可显著提高太阳能电池的能量转换效率。

研究人员通过对大量植物表皮细胞光学性质的观察，发现植物外层具有吸收光的能力，且玫瑰花瓣的吸光能力最佳。玫瑰花瓣在电子显微镜下呈现一种无组织的复杂结构。这种结构不仅让玫瑰花能够吸收更多的光线，还能形成强烈的色彩吸引昆虫来帮助授粉。研究人员采用硅基聚合物印下了花瓣外层的结构，由此制作出了花瓣外层结构的模具，然后在模具中注入透明的光学粘结剂，再利用紫外线进行固化，最终获得了与玫瑰花瓣表面结构相同的透明薄膜。将这种薄膜覆盖在现有的太阳能电池上，研究人员发现，太阳能电池对垂直照射的太阳光的转化率提升了12%。

目前，研究人员正在研究无序表面结构的作用原理，以进一步提高太阳能电池的效率。 （志伟）

室温下印刷柔性电子器件技术取得新突破

香港理工大学的研究人员在室温印刷柔性电子器件研究方面取得突破性进展：设计了一种对紫外线敏感且可金属化的聚合物油墨，并借助自主开发的聚合物辅助无电沉积技术，实现了柔性太阳能电池、计算器、化学传感器，以及薄膜型晶体管等电子器件的制备。

该聚合物油墨原料廉价、制备简单、稳定性好且可实现千克级制备，同时，其化学修饰过程可控性强，可在空气环境下进行，可广泛应用于工业化器件制造。采用该聚合物油墨印制柔性电子器件可避免高温处理过程对器件带来的潜在危害，解决金属与柔性基底间的界面相容性问题，提高器件的柔性性能并大幅降低器件制造成本，其研制成功为低温高通量印制柔性器件提供了新的思路，具有一定的理论与现实意义。采用该聚合物油墨制造的柔性电子器件在保持了传统热蒸镀器件优良性能的同时，也具有优良的柔性性能。

该聚合物油墨适用范围广，可实现所有以有机材料为基底的柔性金属电极制备，且能够用于软光刻成型、丝网印刷和喷墨打印等图案化过程，实现从微米级到毫米级分辨率图案和器件的制备。（电工）

新型超材料可在纳米尺度下操纵可见光

复旦大学的研究人员在可见光超材料研究方面取得了新的进展。研究人员开发了一种纳米粒子组装方法——纳米固流体法，首次成功将高折射率的二氧化钛纳米粒子组装成了可工作于可见光波段的超材料光学器件，在常规光学显微镜下实现了超高分辨率（45nm）显微成像，突破了光学显微镜的分辨率极限（200nm）。

研究人员使用在可见光下具有高折射率和低吸收损耗特性的锐钛矿二氧化钛材料，巧妙地利用油水界面的特性，提出了一种由下而上的自组装制备可见光超材料方法，成功将15nm的锐钛矿二氧化钛粒子组装成了半球形和超半球形固体浸没超透镜。这些超透镜在可见光下具有高有效折射率及高透明性，纳米粒子间可产生局域电场增强效应。利用这一效应及二氧化钛的低吸收损耗特性，远场照明光可通过二氧化钛纳米粒子的间隙传导至待观察样品表面，形成大面积、亚波长尺寸的近场聚焦光斑；超透镜能够高效地将样品表面激发的近场消逝波转变成远场传播波；通过光学显微镜捕捉携带样品精细结构信息的传播波，便可实现超分辨率光学成像。

该项研究成果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，有望制备出结构紧凑、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，以及太阳能利用等领域。（科学）

中科大设计出具有缺陷态的氧化钨纳米结构

中国科学技术大学的研究人员采用无机固体精准制备化学技术，基于晶体缺陷工程原理，设计出一类具有缺陷态的氧化钨纳米结构。该结构在广谱光照条件下具有优异的有氧偶联催化性能，有望实现低能耗和低成本的有机化工技术。

研究人员针对金属氧化物作为光催化材料存在的氧分子活化体系设计问题，开发出一类具有精准可控氧空位缺陷态的氧化钨纳米结构。通常，金属氧化物的金属原子具有配位饱和的特点，无法通过化学吸附活化氧分子，而氧空位缺陷态的构筑克服了这一缺点，促进了光生电子从氧化物催化剂向氧分子的高效转移。另一方面，氧空位缺陷态的出现大幅扩宽了光催化剂的吸光范围，使其能够在可见光和近红外光区宽谱范围内俘获太阳能，实现了太阳能的有效俘获及能量转换传递，解决了氧化物催化剂在光催化有机合成中的瓶颈问题。（KX.0808）

日本东北大学研发超轻形状记忆镁钪合金

日本东北大学的研究人员发明了一种超轻形状记忆镁钪合金，密度为镍钛诺记忆合金的70%，适用于航天、航空等对轻量性要求较高的领域。

形状记忆合金在加热升温后能够完全消除其在较低温度下发生的形变，恢复形变前的原始状态，还可在特定温度下发生“超弹性”效应，能够承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。新的超轻镁钪合金除具有以往镁合金的六方最密堆积结晶构造外，还可形成体心立方结构，在-150℃时展现出“超弹性”特征。此外，其发生“超弹性”效应的温度还可通过改变钪的含量来调整。也因此，这种合金具有优异的弹性和形状记忆特性，在高强度和高延展性方面具有很好的平衡性。

据悉，目前的形状记忆合金以镍钛诺记忆合金为典型代表，该镁钪合金的发现，有望形成形状记忆合金新体系。（W.XH）

中国航天科工飞航技术研究院航天特种材料及工艺研究所成功突破了可溶性砂芯复合材料成型技术关键瓶颈，研制出了首件某异型四通道多轴弯管产品。

航天科工集团突破可溶性砂芯复合材料成型关键技术

该产品具有多通道、多轴向、多S弯等独特结构，且管路内壁光滑平整度要求极高，无法使用常规复合材料成型技术进行制备。研究人员另辟蹊径，首次提出了以可溶性砂芯为核心的成型技术方案，并在两个月时间内攻克了砂芯选材、制芯组合、表面封孔、模具设计等多项关键技术，打通了砂芯模成型异型构件的技术路线，研制出了首件整体结构异型弯管。（科工局）

新型碳纳米管“针”增强复合材料层间结合力

美国麻省理工学院的研究人员设计出一种新型碳纳米管“针”，其可以“穿针引线”，使复合材料层间实现良好结合，有助于制造出质量更轻、抗损伤性能更强的航空、航天飞行器部件。

研究人员使用碳纳米管将每层复合材料“栓”在一起。研究人员在类胶状聚合物基体中嵌入碳纳米管“森林”，然后“压紧”碳纤维复合材料层间的聚合物基体。碳纳米管的直径仅约为10nm，就像是细小的竖直排列的“针”，充当多层结构的支架，在层间部位进行“缝合”，且不会对复合材料造成损伤。测试结果表明，与现有通过聚合物胶粘接的复合材料相比，经碳纳米管“缝合”的复合材料的强度可提升约30%，断裂前能够承受更大的作用力，既增强了复合材料的层间结合力，也克服了三维编织或Z钉扎等方法可能会损伤碳纤维性能的缺陷，可用于制造强度更高、质量更轻的航空、航天部件。（W.XCL）