納米周報新年特刊（上）:鐵——穿戴技術的墊腳石

2016農歷新年剛剛結束不久，材料牛的編輯小伙伴們為大家送上納米周報新年特刊，邀您一覽。

1、碳納米管也能量產——高強度碳納米管的制作

來自華東理工大學和上海交通大學的研究人員在高強度碳納米管薄膜領域中做出重要突破，在他們的論文中介紹了這種材料的性能和技術。

這種單層碳原子層的薄片擁有優異的導電性和彈性，研究人員一直在研究對本身性質不會產生影響的量產方法。在最新的研究中，這支來自中國的聯合研究團隊已經找到了一種可以在保留其性能的同時，制備這種材料的方法。

在此前的嘗試中，材料無法得到量產的主要原因在于人們未能將碳納米管排列在最后的產品上。在新的方法中，在2100℃下使用氮氣將碳納米管固定在管的表面上，從烤箱里取出來后，將它繞在卷筒上，然后通過輥進一步壓縮。測試結果表明，這種材料的抗拉強度達到9.6GPa，是其他類型碳納米管的5倍。相比之下，碳纖維和凱夫拉只有7GPa和3.7GPa。

研究人員認為這種新材料可以用于制造可穿戴設備和人造肌肉，或者給士兵和運動員制造護具。

2、納米材料藍圖——基于二維基塊構建大體積納米塊

最近的一項研究表明，靠一種新型的雙金屬策略，二維材料的種類（特別是雙過渡金屬碳化物）可以大大被擴展。

這種二維體系對于其他的納米結構來說是一種有效的補充，研究者開始更注重于按比例放大后的納米塊，而不是單個納米。這篇“基于二維基塊構建大體積納米塊的一個藍圖”文章在材料工程科學中是一個非常有前瞻性的文章，作者構造出一種構建納米塊的藍圖，并指出其中的關鍵挑戰和目標。作者認為構建高密度、大體積的可伸縮材料，二維薄片是唯一適用這種藍圖的材料。原因是這些優異的納米級屬性可以被放大到宏觀層面上。

作者最后表示構造納米工程材料，二維材料可能是最有前途的基塊，二維的材料能夠形成致密的面接觸，然后一起彎曲，皺折，或者揉成團。有一些甚至可以在塑性變形時都在同一層次。因此，他們可以構建出擁有較大自由體積和多孔性的高密度材料。

3、鐵——穿戴技術的墊腳石

在可穿戴技術發展前進的道路上時刻閃耀著鐵的光芒。而密歇根理工大學的物理學教授領導的課題，正是研究將鐵原子設置在硼氮納米管上，突破電子金屬制品的發展界限。

不同于半導體，納米管上的電子移動無經典阻力，也意味著沒有熱量。而且，納米管晶體材料極小，也相當靈活，而這也是可穿戴電子產品的福音，推動了可穿戴技術向前發展。

相關研究成果已經發表在Scientific Reports上。

4、最小旋轉設備面世 新聞鏈接

2011年德國漢堡大學物理學教授羅蘭的研究小組正制造使用單原子自旋的自旋邏輯器件，這是代表小型化的最終極限的壯舉。而現在，該小組已經證明自旋邏輯器件是由分子而不是原子，通過超交換磁耦合精確定位，從而具有更高的穩定性。

最小自旋設備的面世對未來的納米電子學將是極其有益的。由于極低的功耗和非常高的穩定性，它的未來必不會讓我們失望。相關研究成果已經發表在Nano Letters上。

5、腫瘤治療的曙光，就在生活當中

由Avik Som和Samuel Achilefu博士領導的研究小組和應用科學學院的兩個實驗室合作, 使用兩種新穎的方法從靜脈注射治療實體腫瘤的小鼠模型碳酸鈣中來獲取納米粒子。該化合物改變腫瘤所處環境的pH值（從酸性到堿性）,并且阻止癌細胞增長。

碳酸鈣晶體通常比治療癌癥的納米粒子大10～103倍。通過與其他材料科學研究人員的合作，Som通過構建一種稱為醇助擴散的方法，又發現了另一個能獲取102納米級碳酸鈣的方法。未來，研究人員計劃確定它的最佳劑量，提高腫瘤定位的準確性并確定它是否可以用于化療藥物中。

6、Haydale落實復合材料管道測試設備

近日，Haydale's HCS宣布調試復合材料管道測試設備，該設備將被用來評估新的石墨烯增強復合材料。

長期測試的新設備包括8個獨立控制的“坦克”，可以在壓力達500bar和溫度高達80℃的條件下進行復合管的短期和長期測試。該測試設備是通用的，可以進行短期爆破壓力（STBP）試驗，確定長期靜水壓（LTHP）評級以及執行動態、疲勞和復合管循環測試，能滿足一系列國際標準，包括API 15s、ISO 14692和ASTM d2992。

HCS目前正在開發新的用于管道建設的石墨烯增強高分子材料。這些新的測試設備將會極大地幫助新材料測試、審批和認證。

7、讓金屬如水一般--石墨烯新性能

研究人員在研究石墨烯性能時，首次發現金屬中電子可以如水般流動。該研究成果或有助于新型熱電設備的研發，并有助于探索黑洞和高能量等離子體。

通常情況下，三維金屬結構中電子之間很難相互影響。但是在石墨烯這種二維蜂窩狀網絡結構中，電子像無質量的粒子一樣快速運動（光速的三分之一）--每分鐘可以碰撞十萬億次。在金屬中，這種強烈的相互作用從未被發現。“當材料僅有一層原子的厚度，將易受環境影響”，相關文章的第一作者Jesse Crossno解釋道，“如果石墨烯在某種表面粗糙無序的物體上，將會影響該物體中電子的運動。制備不受環境影響的石墨烯至關重要。”

相關研究成果發表在Science上。

8、石墨烯或可有效屏蔽化學效應

目前有研究表明，石墨烯可有效地屏蔽化學相互作用，或有助于改進二維碳材料表面上充電缺陷中心的“去充電”現象。另一重要能力是控制碳基片上的負載型金屬催化劑的選擇性和活性。

該小組研究表面缺陷的碳材料具有活性，需要被保護。實驗表明，在缺陷區域與多種分子都有反應活性。然而，只要缺陷處覆蓋幾層石墨烯薄片，反應活性中心的分布變得均勻（在缺陷區域無明顯反應性中心）。簡單地說，覆蓋石墨烯后，表面缺陷的充電缺陷影響減弱，使缺陷在分子水平上的化學反應中“隱身”了。

本刊由編輯部 楊旻朗、汪凱、袁翔、池鳳瑤、李馥旭編寫。

材料牛編輯整理。