俄羅斯國立研究型技術(shù)大學(xué)與俄科學(xué)院微電子技術(shù)問(wèn)題研究所通過(guò)沉積石墨烯涂層技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種獨特的硅納米復合材料。這一研發(fā)成果將加速直接放置在電子產(chǎn)品印刷電路板上的“微電廠(chǎng)”技術(shù)的發(fā)展。
多孔硅結構被越來(lái)越多地應用于微電子技術(shù)和生物醫學(xué)。它的一個(gè)重要特性是大小不同的孔在整個(gè)材料中均勻分布。在醫學(xué)上，多孔硅膜起到過(guò)濾器的作用，例如用于血液透析。在便攜式電子產(chǎn)品中，它們被用作微型燃料電池的電極，微型燃料電池是一種有前途的氫能源，可以集成到印刷電路板中。但當與工作液體(水或弱堿性溶液)接觸時(shí)，納米多孔硅會(huì )逐漸被破壞。由于采用新方法處理硅結構，其表面電阻降低了數百倍，并且對弱堿性溶液的穩定性顯著(zhù)提高。此外，由于在孔道內表面形成了額外的凸起，材料表面有效面積增加了兩倍以上。所有這些都極大地改善了微燃料電池的特性，并提高了其中所使用的昂貴催化劑的耐久性。
另外，俄遠東聯(lián)邦大學(xué)和俄科學(xué)院遠東分院自動(dòng)化過(guò)程控制研究所開(kāi)發(fā)出一種激光打印硅納米顆粒的技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢在于速度快、制造成本低，能夠用顆粒覆蓋大面積的區域。這將使VR眼鏡和其他電子產(chǎn)品變得更小，制造成本更低。硅納米顆粒是生產(chǎn)微型光電開(kāi)關(guān)、超薄計算機芯片、微生物傳感器和遮蔽涂層的構建基元。借助激光印刷的硅納米塊可以控制入射到其上的光波的振幅、光譜和傳播方向等主要特性。
英 國 The UK
仿生技術(shù)可驅動(dòng) 充氣設備能止痛
◎實(shí)習記者 張佳欣
英國劍橋大學(xué)的研究人員模仿自然界中最堅固的材料之一——蜘蛛絲的特性，創(chuàng )造了一種基于植物的、可持續的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當今使用的許多普通塑料一樣堅固，可以取代許多普通家用產(chǎn)品中的一次性塑料。同時(shí)，該材料無(wú)須工業(yè)堆肥設備就可在大多數自然環(huán)境中安全降解，也可實(shí)現工業(yè)化大規模生產(chǎn)。
劍橋大學(xué)研究人員結合軟機器人制造技術(shù)、超薄電子學(xué)和微流體技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一種超薄充氣設備，可以治療最劇烈的肢體疼痛，如無(wú)法通過(guò)止痛藥治愈的腿部和背部疼痛，而無(wú)需進(jìn)行侵入性手術(shù)。該設備或可成為治療全球數百萬(wàn)人頑固性疼痛的長(cháng)期有效解決方案。
利物浦大學(xué)領(lǐng)導的一個(gè)合作研究小組發(fā)現了一種有史以來(lái)導熱率(又稱(chēng)導熱系數)最低的新無(wú)機材料。這一發(fā)現代表了材料設計在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進(jìn)廢熱轉化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開(kāi)發(fā)，為構建可持續發(fā)展社會(huì )找到新路。
劍橋大學(xué)找到了一種方法，可以從纖維素(植物、水果和蔬菜的細胞壁的主要組成部分)中制造出可持續、無(wú)毒、且可生物降解的閃光劑，利用自組裝技術(shù)可以產(chǎn)生色彩鮮艷的薄膜。
劍橋大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出一種柔軟而堅固的新材料，外觀(guān)和感覺(jué)就像軟軟的果凍，但其可承受相當于大象站在上面的重量，在壓縮時(shí)就像一塊超硬、防碎的玻璃。其還可完全恢復到原來(lái)的形狀，即使其80%的成分是水。
美 國 The US
氫化硼烯顯身手 量子研究新出口
◎本報記者 劉 霞
在新材料領(lǐng)域，美國科學(xué)家發(fā)揮自己的奇思妙想，獲得了多項突破。2004年“新材料之王”石墨烯問(wèn)世，人們自此開(kāi)始不斷地去嘗試設計新型二維材料，硼烯被認為比石墨烯更強、更輕、更柔韌，或將成為繼石墨烯之后又一種“神奇納米材料”。
阿貢國家實(shí)驗室等機構研制出了由硼和氫原子構成的氫化硼烯，這種二維材料僅兩個(gè)原子厚，且比鋼更堅固，有望在納電子學(xué)和量子信息技術(shù)領(lǐng)域大顯身手。西北大學(xué)的工程師首次創(chuàng )造出一種雙層原子厚度的硼烯，有望給太陽(yáng)能電池和量子計算等帶來(lái)革命性變化。
加州大學(xué)伯克利分?？茖W(xué)家首次研制出一種單原子厚且能在室溫下工作的超薄磁體，有望應用于下一代存儲器、計算機、自旋電子學(xué)以及量子物理等領(lǐng)域。
此外，卡內基大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種新方法，合成出了一種擁有六邊形結構的新型晶型硅，有可能被用于制造新一代電子和能源器件，新設備的性能將超過(guò)現有普通立方形結構硅制成設備的性能。普林斯頓大學(xué)研究人員研制出了世界上迄今最純凈的砷化鎵，每100億個(gè)原子僅含有一個(gè)雜質(zhì)，為進(jìn)一步探索量子現象鋪平了道路。
日 本 Japan
電池變得更長(cháng)壽 儲氫合金顯威力
◎本報駐日本記者 陳 超
日本物質(zhì)材料研究機構試制“金剛石電池”，也稱(chēng)“貝塔伏特電池”，是利用放射性物質(zhì)制成的“核電池”的一種。放射性物質(zhì)的原子核不穩定，會(huì )釋放各種放射線(xiàn)并衰變，其中碳14和鎳的放射性同位素鎳63等會(huì )釋放β射線(xiàn)。碳14的半衰期約為5700年，鎳63約為100年，所以可實(shí)現長(cháng)壽命電池。“金剛石電池”即利用此類(lèi)放射性物質(zhì)釋放β射線(xiàn)來(lái)實(shí)現發(fā)電。日本目前試制的“金剛石電池”壽命可達100年，可用作太空和地下設備的電源。
日本高知工科大學(xué)的研究團隊開(kāi)發(fā)出均勻含有14種元素，并且具有納米級微孔隨機連接的海綿結構“納米多孔超多元催化劑”。這種催化劑是通過(guò)制備含14種元素的鋁合金，并在堿性溶液中優(yōu)先溶解鋁脫合金化，然后聚集鋁以外的元素實(shí)現的。由于該合金只需溶解即可，因此可以進(jìn)行大規模生產(chǎn)。
日本量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機構、東北大學(xué)和高能加速器研究機構改良了合金的成分，發(fā)現無(wú)需使用稀有金屬，使用鋁和鐵也可以?xún)Υ鏆?。研究發(fā)現，雖然鋁和鐵都是不容易與氫發(fā)生反應的金屬，但使其在7萬(wàn)個(gè)大氣壓以上的環(huán)境下與650℃以上的高溫氫發(fā)生反應，則可以?xún)Υ鏆?，變成新的金屬氫化物。日本開(kāi)發(fā)出這類(lèi)不使用稀有金屬的儲氫合金，可以實(shí)現儲氫材料的低成本運輸。
東京工業(yè)大學(xué)、熊本大學(xué)等組成的研究團隊開(kāi)發(fā)出有助于燃料電池實(shí)現脫鉑的新物質(zhì)“十四元環(huán)鐵絡(luò )合物”。該研究團隊制作由14個(gè)原子固定鐵原子、結構比十六元環(huán)絡(luò )合物小一圈的芳香族十四元環(huán)鐵絡(luò )合物。利用電位掃描試驗評估新制備的催化劑的氧還原催化活性發(fā)現，與鐵酞菁相比具有更優(yōu)異的催化活性和耐久性。團隊之后的目標是，通過(guò)優(yōu)化十四元環(huán)的周邊結構，將催化活性提高至目前的30倍左右，以使鉑替代催化劑實(shí)現實(shí)用化。
法 國 France
國際合作顯其能 創(chuàng )新成果各不同
◎本報駐法國記者 李宏策
納米技術(shù)方面，法國南巴黎大學(xué)固體物理實(shí)驗室聯(lián)合奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)物理研究所，首次對納米表面聲子進(jìn)行了三維成像，有望促進(jìn)新的更有效的納米技術(shù)的發(fā)展。為了開(kāi)發(fā)新的納米技術(shù)，必須首先使表面聲子在納米尺度上實(shí)現可視化。在新研究中，科學(xué)家用電子束激發(fā)了晶格振動(dòng)，用特殊的光譜方法對其進(jìn)行測量，然后進(jìn)行了層析成像重建。
氫能源方面，法國國家科學(xué)研究中心和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新的氫催化劑。氫化酶是一種既可以催化電解水制氫,又能實(shí)現將氫轉化為電的逆反應的酶,研究人員將氫化酶納入“氧化還原聚合物”,從而使氫化酶能夠被嫁接到電極上。研究人員以此制造了一種系統,可以催化兩個(gè)方向的反應,即系統既可以作為燃料電池使用,也可以進(jìn)行相反的化學(xué)反應,通過(guò)電解水產(chǎn)生氫氣。
納米材料方面，法國國家科學(xué)研究中心聯(lián)合麻省理工學(xué)院混凝土可持續性中心成功利用納米炭黑讓水泥具備導電性。研究人員通過(guò)將便宜且易于大規模生產(chǎn)的納米碳材料引入到混合物中并驗證其導電性。通過(guò)在水泥混合物中加入體積為4%的納米炭黑顆粒，得到的樣品具有導電性。當施加低至5伏的電壓時(shí)可以將該水泥樣品的溫度提高到41攝氏度。由于它能提供均勻的熱量分布，這為室內地板采暖提供了可能，可以替代傳統的輻射采暖系統。此外其還可用于道路路面除冰。
韓 國 South Korea
納米研究投入大 經(jīng)費保障靠計劃
◎本報駐韓國記者 邰 舉
根據《2021年度納米技術(shù)發(fā)展實(shí)施計劃》和《第七次產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新計劃(2019—2023)2021年度實(shí)施計劃》，韓國政府提供的納米研究經(jīng)費連續三年高速增長(cháng)。
韓國成均館大學(xué)研究展示了在富鎳氧化物上涂布石墨烯涂層，從而在不使用傳統導電劑的情況下制備包含高導電活性陰極的新方向，進(jìn)一步揭示了Gr納米技術(shù)的應用可行性。
韓國研究團隊開(kāi)發(fā)了一種使用二硫化鈦作為活性材料且不使用固體電解質(zhì)的目前性能最好的納米薄膜正極。
韓國科學(xué)技術(shù)研究院利用半導體制造工程中使用的金屬薄膜沉積工藝，完成了氫燃料電池催化劑金屬納米粒子量產(chǎn)技術(shù)。制造過(guò)程中使用特殊基板以避免金屬沉積為薄膜。
韓國一項共同研究打造線(xiàn)寬4.3埃的導電通道獲得成功。該研究使用了透明的單原子厚度的二維黑磷作為導電材料。該材料有望成為代替石墨烯的新一代半導體器件。研究成果通過(guò)原子分辨率的透射電子顯微鏡進(jìn)行了驗證。
韓國科學(xué)技術(shù)研究院研發(fā)的超快脈沖激光器，將包含石墨烯的附加諧振器插入到工作在飛秒范圍內的光纖脈沖激光振蕩器，將現有激光器的脈沖頻率提升了1萬(wàn)倍。
以色列 Israel
根據環(huán)境去偽裝 隱身材料上戰場(chǎng)
◎本報駐以色列記者 胡定坤
以色列企業(yè)Polaris Solutions稱(chēng)其與以國防部合作研制出一種名為“Kit 300”的熱視覺(jué)隱身材料。該材料由金屬、聚合物和超細纖維組成，其主要用于在夜間幫助士兵避免被熱成像設備發(fā)現，但其也可根據作戰環(huán)境(如戈壁、叢林等)需求定制顏色和圖案，在可見(jiàn)光條件下幫助士兵偽裝。此外，該材料具有防水功能，具有較高的強度和柔韌性，可彎曲成U形作為臨時(shí)擔架。
以色列理工大學(xué)電氣和計算機工程學(xué)院的研究人員在《科學(xué)》雜志發(fā)文稱(chēng)，其研制了一種超薄的“二維材料(僅由一層原子組成)”，這種材料可以“捕獲”光，且科學(xué)家可使用特殊的“量子顯微鏡”觀(guān)察光在其中的傳播。這種材料有望為新一代微型光學(xué)技術(shù)鋪平道路，以色列理工大學(xué)卡米納教授稱(chēng)，該發(fā)現或可將光纖直徑由1微米減小到1納米。
以色列理工學(xué)院研究團隊發(fā)文稱(chēng)，在原始結構中去除一個(gè)氧原子，能夠顯著(zhù)提升鐵電材料的導電性能。研究人員發(fā)現，鐵電材料——鈦酸鋇的原子形成類(lèi)似立方體的晶格結構，通過(guò)在晶格結構中去除一個(gè)氧原子，可以形成一個(gè)名為“四極子”的獨特拓撲結構，材料的導電率將得到顯著(zhù)提升，該研究有助于未來(lái)降低電子設備的能耗。
德 國 Germany
電池效率創(chuàng )紀錄 人工合成鈇元素
◎本報駐德國記者 李 山
德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心用X射線(xiàn)顯微技術(shù)在1秒鐘內拍攝了1000張斷層圖像，刷新了材料研究領(lǐng)域的世界紀錄。該中心發(fā)明一種放置在硅和鈣鈦礦中間的自組裝甲基單層膜材料，提高了填充性能以及太陽(yáng)能電池的穩定性，并創(chuàng )造了鈣鈦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池效率的世界紀錄。于利希研究中心等合成和表征了所謂的二維材料，并證明該材料是磁振子的拓撲絕緣體。奧格斯堡大學(xué)根據量子效應阻礙磁序原理研發(fā)一種穩定化合物，可以替代順磁鹽實(shí)現超低溫。
馬克斯普朗克膠體和界面研究所研發(fā)一種氮化碳納米管膜，能以高轉化率催化各種光化學(xué)反應。這些碳納米管充當空間隔離的納米反應器可將污水轉化為清水。德國電子同步輻射加速器使用高強度的X射線(xiàn)來(lái)觀(guān)察單個(gè)催化劑納米粒子的工作情況，向更好地理解真正的工業(yè)催化材料邁出了重要一步。利用位于德國達姆施塔特的粒子加速器設施，德國科學(xué)家成功對114號元素鈇進(jìn)行了人工合成和研究，結果表明鈇核并不是所謂的“穩定島”。
弗里茨·哈伯研究所發(fā)現，通過(guò)用激光照射半導體氧化鋅，半導體表面可以變成金屬，然后又變回來(lái)。慕尼黑工業(yè)大學(xué)等發(fā)現，固態(tài)電池界面涂覆納米涂層可讓電池穩定?？査刽敹蚶砉W(xué)院發(fā)現，同時(shí)涂覆和干燥兩層電極，可以將干燥時(shí)間縮短至不到20秒，可使鋰離子電池的生產(chǎn)速度提高至少三分之一。
德國聯(lián)邦材料測試研究所于世界上首次認證測定熒光量子效率的標準物，可對新型熒光物質(zhì)及其測量技術(shù)進(jìn)行可靠和可比較的表征。弗萊堡大學(xué)開(kāi)發(fā)注塑成型玻璃工藝，可用于大批量生產(chǎn)復雜的玻璃結構、玻璃器件代替之前的塑料產(chǎn)品。弗勞恩霍夫建筑物理研究所開(kāi)發(fā)了一種脫礦工藝，可將工業(yè)炭黑從車(chē)輛輪胎的礦物灰中完全分離出來(lái)。
烏克蘭 Ukraine
納米晶體有特性 科學(xué)巧用來(lái)治病
◎本報駐烏克蘭記者 張 浩
近幾十年來(lái)，科學(xué)界對納米技術(shù)的使用及其在科學(xué)、工程和生物醫學(xué)領(lǐng)域提供的機會(huì )越來(lái)越感興趣。與大塊對應物相比，納米晶體具有獨特的物理特性，并且由于它們的尺寸小，可以很容易地進(jìn)入活細胞甚至單個(gè)細胞器。這使得納米晶體能夠成功用作藥物的載體，這極大地促進(jìn)了它們對單個(gè)細胞的靶向遞送，并且具有巨大的潛力，特別是在癌癥的化學(xué)療法中。
更有趣的是納米晶體，它不僅可以作為靶向藥物遞送的被動(dòng)劑，還可以積極參與活細胞內的生物過(guò)程。2021年10月，烏克蘭國家科學(xué)院閃爍材料研究所發(fā)布消息稱(chēng)，該研究所的納米結構材料室在納米生物材料領(lǐng)域對一種新型的具有生物活性的納米晶體(納米酶)進(jìn)行了研究，這些納米晶體具有類(lèi)似于酶的特性，具有控制細胞中生化過(guò)程速率的功能。他們發(fā)現這些納米晶體的特性主要取決于它們極強的抗氧化活性。
眾所周知，活細胞中不斷形成所謂的活性氧，由于其極高的氧化能力，可以破壞活細胞的各種成分，從而對身體產(chǎn)生負面影響。隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，這些病變會(huì )不斷積累，許多科學(xué)家認為這種人體結構變化的積累是導致衰老的關(guān)鍵原因之一。也就是說(shuō)，有效調節活細胞中活性氧的水平可以成為預防多種疾病甚至延緩衰老的因素之一。酶分子可以控制活細胞中活性氧的水平，研究最多的具有酶樣抗氧化活性的納米晶體類(lèi)型之一的氧化鈰納米晶體。該研究所的科學(xué)家研究證實(shí)了納米晶體能夠減緩小鼠的衰老過(guò)程，科學(xué)家們在研究過(guò)程中還建立了納米晶體在不同酸度環(huán)境中促進(jìn)氧化活性的具體機制。
