俄羅斯研發(fā)出新型納米磁性復(fù)合材料

據(jù)俄科學(xué)院西伯利亞分院網(wǎng)站報道，該分院克拉斯諾亞爾斯克科學(xué)中心物理研究所會同西伯利亞聯(lián)邦大學(xué)及西伯利亞科技大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊研究了納米磁性復(fù)合材料的遲滯現(xiàn)象，建立了這種材料的微磁理論及模型，在此基礎(chǔ)上所研發(fā)的材料可用于電工、信息技術(shù)等領(lǐng)域以及新型功能元器件的制造。

納米磁性材料的性能決定了這種材料的應(yīng)用領(lǐng)域主要為納米電子、催化技術(shù)、環(huán)保和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，并且一部分材料可發(fā)生遲滯現(xiàn)象。磁場中單個磁納米顆粒子的性能已得到深入的研究，正在研究大規(guī)格磁性材料中顆粒間相互作用效應(yīng)這個課題，這其中主要是磁偶極—偶極相互作用這個現(xiàn)象。團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒間距離的增加，其相互作用力的減弱相對很慢，這說明材料的性能取決于磁性顆粒的體積密度，并且這種復(fù)合材料具有非常大的飽和磁化強度、高的電阻率及非常寬的磁導(dǎo)率范圍。

在考慮到顆粒軟磁軸向的情況下，對不同平均密度平面隨機(jī)分布納米顆粒的磁偶極—偶極相互作用力與顆粒間距離關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)核算，其結(jié)果完全符合（磁性顆粒分布于非磁性基材中）標(biāo)準(zhǔn)磁粉磁力學(xué)研究的條件，并且磁偶極—偶極相互作用力可用于調(diào)節(jié)矯頑力與材料中磁性顆粒密度之間的非線性關(guān)系，這是由單個磁顆粒各向異性的能量及偶極能量所決定。所建立的模型能夠描述納米磁性復(fù)合材料的性能，這其中重要的一點是薄膜材料的磁性能取決于材料磁性和非磁性相的比例關(guān)系，正確選擇材料的磁性顆粒密度可大大優(yōu)化其性能。

添加磁性納米顆粒的薄膜屬于功能材料，可用于無線電電子、微電子高頻裝置、計算機(jī)設(shè)備等領(lǐng)域，用于制造磁傳感器、磁屏及光磁存儲器元件等，如用于無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域可提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取＃萍疾浚?/p>

荷蘭科學(xué)家研發(fā)具分色效果的3D打印納米材料

據(jù)報道，來自荷蘭瓦格寧根大學(xué)的科研團(tuán)隊近日開發(fā)了一種合成納米材料，制造了具有分色效果的3D打印物體。

流傳了數(shù)百年的雙色玻璃技術(shù)，將玻璃經(jīng)過各種金屬氧化物的處理生產(chǎn)的分色玻璃（Dichroic glass），也被稱為雙色玻璃，從不同角度看起來具有多種色彩。研究團(tuán)隊在聚乙烯醇（PVA）中，混入不同直徑的金納米顆粒，制備的合成PVA材料最后用于制造3D打印物體，其擁有類似分色玻璃材料的效果，在不同角度的觀察下可以看到3D打印物體（如高腳杯）呈現(xiàn)出了不同的顏色，如果觀察者和光源在3D打印物體的同一側(cè)，3D打印物體呈現(xiàn)不透明棕色，而當(dāng)光源透過該物體進(jìn)入觀察者眼睛時，會發(fā)現(xiàn)其變成了透明紫色。

科研團(tuán)隊目前還在嘗試添加不同的納米顆粒材料于PVA材料，是否會產(chǎn)生更多奇妙顏色的分色效果3D打印物。（環(huán)球網(wǎng)）

納米碳化鈦助力特種鋁合金焊接

據(jù)報道，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的工程師借助納米碳化鈦顆粒，讓無法被焊接的常用特種鋁合金AA 7075變得可被焊接，得到的產(chǎn)品有望應(yīng)用于汽車制造等領(lǐng)域，使其零件更輕便、更節(jié)能，同時堅固程度不變。

比較常見的鋁合金中強度最好的就是7075合金。它幾乎與鋼一樣堅固，但質(zhì)量僅為鋼的1/3，普遍用在CNC切削制造的零部件，飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼、智能手機(jī)外殼和攀巖登山扣等上。但這種合金很難被焊接，特別是無法用汽車制造中使用的焊接方法焊接，使其無法被廣泛采用。這是因為，當(dāng)這種合金在焊接過程中被加熱時，其分子結(jié)構(gòu)會使其構(gòu)成元素鋁、鋅、鎂和銅流動不均勻，導(dǎo)致焊接出來的產(chǎn)品存在裂縫。

現(xiàn)在，加州大學(xué)洛杉磯分校的工程師將碳化鈦納米顆粒注入AA 7075的焊絲內(nèi)，讓這些納米顆粒充當(dāng)連接件之間的填充材料。使用這種新方法，生產(chǎn)出的焊接接頭的抗拉強度高達(dá)392MPa。相比之下，廣泛用于飛機(jī)和汽車零部件的AA 6061鋁合金焊接接頭的抗拉強度僅為186MPa。

據(jù)研究，焊后進(jìn)行熱處理，可將AA 7075接頭的抗拉強度提高到551 MPa，堪與鋼材相媲美。新研究還顯示，注入了納米粒子的填充焊絲也可以更容易地連接其他難以焊接的金屬和金屬合金。

該研究主要負(fù)責(zé)人說：“新技術(shù)有望使這種高強度的鋁合金廣泛應(yīng)用于那些能大規(guī)模制造的產(chǎn)品，比如汽車或自行車上。公司可以使用他們已經(jīng)擁有的相同工藝和設(shè)備，將這種超強鋁合金納入其制造工藝中，使其產(chǎn)品更輕便、更節(jié)能，同時仍能保持其強度?！毖芯咳藛T已經(jīng)與一家自行車制造商合作，使用該合金制造自行車車身。（科技日報）

我國學(xué)者發(fā)明新型納米晶鐵電材料結(jié)構(gòu)

據(jù)報道，在國家自然科學(xué)基金項目資助下，西安電子科技大學(xué)韓根全、郝躍等在鐵電場效應(yīng)晶體管研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，發(fā)明了新型納米晶鐵電材料并制備了鐵電負(fù)電容晶體管器件。

利用鐵電材料作為柵介質(zhì)制備的鐵電晶體管是有望突破傳統(tǒng)MOSFET器件玻爾茲曼限制的新型信息器件之一，在低功耗電路和非易失存儲等方面有廣泛應(yīng)用前景。2011年德國研究人員在摻雜氧化鉿（HfO2）材料中觀測到鐵電性，和傳統(tǒng)鐵電材料（如PZT、SBT等）相比，HfO2基鐵電和CMOS工藝完全兼容，因此HfO2基鐵電晶體管很快引起了微電子研究人員的極大關(guān)注。然而，從目前研究看，HfO2基鐵電材料尚存在以下問題：摻雜HfO2的本征缺陷導(dǎo)致鐵電材料存在不可避免的喚醒效應(yīng)、印刻效應(yīng)和易極化疲勞；實驗研究顯示HfO2基鐵電晶體管用作非易失存儲器時柵介質(zhì)厚度一般為8～10nm，而用作負(fù)電容晶體管時柵介質(zhì)厚度為4nm左右，這限制了HfO2基鐵電晶體管在集成電路先進(jìn)技術(shù)節(jié)點的應(yīng)用。

針對上述問題，研究團(tuán)隊采用先進(jìn)的原子層沉積（ALD）工藝，在非晶順電介質(zhì)二氧化鋁（Al2O3）中嵌入少量氧化鋯（ZrO2）納米晶顆粒，實現(xiàn)了新型的納米晶鐵電薄膜。該材料的鐵電參數(shù)不僅可以通過改變ZrO2含量來大范圍調(diào)整，而且通過使用更致密的Al2O3和ZrO2代替HfO2，有效克服了摻雜HfO2本征缺陷引起的喚醒效應(yīng)、印刻效應(yīng)和極化疲勞，從而提高了器件的耐久和保持特性。器件測試結(jié)果表明，和HfO2基鐵電器件相比，基于該新型納米晶鐵電材料的鐵電晶體管可在柵介質(zhì)厚度更薄的情況下實現(xiàn)穩(wěn)定的負(fù)電容效應(yīng)，且晶體管亞閾值擺幅突破了60mV/ decade物理極限。論文工作為實現(xiàn)3～5nm負(fù)電容奠定了材料基礎(chǔ)，也為我國“后摩爾時代”新器件研發(fā)提供了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)方案。（西安電子科技大學(xué)）

新型納米纖維氣凝膠分離材料制備成功

據(jù)報道，近日，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心的功能納米纖維研究團(tuán)隊在蛋白吸附分離材料研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。他們將納米纖維氣凝膠成型技術(shù)與原位改性方法相結(jié)合，首次制備出一種新型高羧基化納米纖維氣凝膠基離子交換型蛋白質(zhì)吸附分離層析材料。

該離子交換納米纖維氣凝膠具有超低的體積密度、優(yōu)異的水下超彈性以及良好的形狀記憶功能。此外，該離子交換納米纖維氣凝膠還具有優(yōu)異的蛋白質(zhì)吸附分離性能，其靜態(tài)蛋白質(zhì)吸附容量可達(dá)2.9×103mg/g、動態(tài)蛋白質(zhì)吸附容量可達(dá)1.7×103mg/g、重力驅(qū)動下從處理通量可達(dá)2.17×104L/（m2h），在大型規(guī)模化蛋白質(zhì)分離純化工業(yè)中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

蛋白分離與純化作為一種重要的生物分離技術(shù)，在生物醫(yī)藥、生命科學(xué)研究、食品加工等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。目前，蛋白分離純化主要通過使用微米級多孔顆粒型層析介質(zhì)來實現(xiàn)，在使用過程中存在傳質(zhì)效率低、阻力壓降大、處理通量小等問題，難以充分滿足當(dāng)前蛋白質(zhì)產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)過程中高效、快速的要求。（中國化工報）

納米發(fā)電機(jī)控制的藥物精準(zhǔn)遞送系統(tǒng)實現(xiàn)高效的腫瘤治療

據(jù)報道，近日，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李舟課題組完成了磁性互斥結(jié)構(gòu)植入式摩擦納米發(fā)電機(jī)的研制，并與中科院過程工程研究所研究員魏煒合作，將其用于控制載藥紅細(xì)胞在腫瘤部位的定點藥物釋放，實現(xiàn)了高效的腫瘤治療效果。磁鐵的同極斥力使得磁鐵納米發(fā)電機(jī)在封裝和植入后仍然能夠保持長久穩(wěn)定的電能輸出，納米發(fā)電機(jī)的電場對裝載阿霉素的紅細(xì)胞膜具有精準(zhǔn)的控制釋放作用：施加電場時，藥物釋放加速為本底值的3～4倍；而在電場消失后，藥物釋放量迅速回歸本底值，從而實現(xiàn)了藥物的可控釋放。將磁鐵納米發(fā)電機(jī)與叉指電極或微針電極結(jié)合，在二維腫瘤細(xì)胞、三維腫瘤球團(tuán)以及小鼠體內(nèi)的實體腫瘤3個層面，均實現(xiàn)了低濃度給藥前提下的優(yōu)異腫瘤治療效果。尤其是在活體實驗中，該納米發(fā)電機(jī)與微針電極相結(jié)合的藥物遞送和釋放系統(tǒng)，顯著延長了荷瘤小鼠的生存壽命，并且對荷瘤小鼠毒副作用更低。基于磁性互斥結(jié)構(gòu)納米發(fā)電機(jī)微型化和高電壓低電流輸出的特點，該藥物可控釋放系統(tǒng)可安全地作為穿戴式或植入式電源應(yīng)用于實際的醫(yī)療場景，為可控藥物遞送系統(tǒng)以及腫瘤治療提供新的解決方案。

該項工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及國家萬人計劃“青年拔尖”人才的經(jīng)費支持。（中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所）

寧波材料所在二維納米防護(hù)薄膜材料方面取得進(jìn)展

據(jù)報道，近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室研究員王立平團(tuán)隊利用CVD技術(shù)在多晶銅襯底上成功制備了一系列的氮摻雜石墨烯薄膜，通過調(diào)節(jié)NH3的氣流量獲得不同氮濃度的氮摻雜石墨烯薄膜。同時，研究發(fā)現(xiàn)氮摻入石墨烯晶格網(wǎng)絡(luò)中會造成薄膜體系的導(dǎo)電率相比于原始石墨烯下降，在大氣長效暴露試驗條件下，低導(dǎo)電的氮摻雜石墨烯薄膜可抑制電子在腐蝕界面的傳輸，降低銅和氮摻雜石墨烯界面處的電化學(xué)腐蝕速率，有效延緩腐蝕區(qū)域的擴(kuò)散，表現(xiàn)出更佳的長效腐蝕防護(hù)性能，但該方法仍不能根除薄膜在生長過程中形成的結(jié)構(gòu)缺陷，以及所造成的表面不均勻的腐蝕點。

另一方面，六方氮化硼（h-BN）納米片作為一種石墨烯類似物，也具有很好的抗?jié)B透性。王立平團(tuán)隊通過CVD法在多晶銅襯底上生長出不同層數(shù)的h-BN薄膜，由于h-BN自身的絕緣特性，無論是單層或是多層h-BN薄膜，將其包覆在銅襯底表面都表現(xiàn)出優(yōu)異的大氣長效防護(hù)性能。在高溫加熱條件下（200℃），單層h-BN薄膜包覆銅箔的氧化主要發(fā)生在薄膜晶界和缺陷處，而多層h-BN的氧化主要集中在薄膜的褶皺區(qū)；相比于單層h-BN薄膜，多層h-BN薄膜能夠有效阻礙氧氣的橫向擴(kuò)散，顯著提高了基底銅的抗氧化性能。（中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所）

高性能納米復(fù)合塊材有望工業(yè)化

據(jù)報道，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授研究團(tuán)隊采用一種新型生物合成法首次制備出系列宏觀尺度功能納米復(fù)合材料，該創(chuàng)新成果近日在線發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。該方法可與目前食品工業(yè)細(xì)菌纖維素生產(chǎn)工藝靈活結(jié)合，有望實現(xiàn)高性能納米復(fù)合材料塊材的工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

該研究團(tuán)隊發(fā)展的的生物合成方法是固態(tài)基底—氣溶膠生物合成法。該方法通過將傳統(tǒng)木醋桿菌液態(tài)發(fā)酵基底替換為固態(tài)，穩(wěn)定了微生物合成納米纖維素的界面，并通過程序化控制，在納米纖維素生長界面上沉積不同納米單元，實現(xiàn)納米纖維素與納米單元均勻復(fù)合，首次成功制備出一系列納米結(jié)構(gòu)單元含量可控、形狀規(guī)則的宏觀尺度大塊細(xì)菌纖維素納米復(fù)合材料。與傳統(tǒng)漿料法相比，該生物合成過程完整地保留了細(xì)菌纖維素的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所制備的復(fù)合材料在保留其納米單元納米尺度優(yōu)良性能的同時，具有更優(yōu)異的力學(xué)強度。

研究表明，這種合成法是一種通用方法，可制備一系列由不同納米材料與細(xì)菌纖維素組成的宏觀復(fù)合塊材，包括零維納米單元（二氧化硅納米球、四氧化三鐵微球、炭黑顆粒等）、一維納米單元（碳納米管、硅酸鈣納米線、碳化硅線等）、二維納米單元（氮化硼納米片、氧化石墨烯、納米黏土片等）。在所制備的塊材中，納米材料含量重量比在0～85%范圍內(nèi)可調(diào)，而且微觀納米材料可均勻地分布在宏觀尺度的三維納米纖維素塊材網(wǎng)絡(luò)中。

據(jù)介紹，運用這種方法制備的塊材能很好保留其納米單元納米尺度的優(yōu)良性能。其中，所制備的碳納米管/細(xì)菌纖維素復(fù)合材料薄膜的導(dǎo)電性與力學(xué)強度綜合性能優(yōu)于以往報道的所有同類材料。在保持高強度的同時，這種復(fù)合材料薄膜的電磁屏蔽性能也優(yōu)于已報道的同類材料。此外，這種常溫常壓下的微生物發(fā)酵過程不使用任何有機(jī)溶劑，也不產(chǎn)生和排放任何有害物質(zhì)，具有環(huán)境友好、成本低等優(yōu)勢。

納米材料具有許多優(yōu)異性能，將納米材料組裝成宏觀尺度體材料可實現(xiàn)微觀性能向宏觀的“集成”，并具有單個納米顆粒所不具備的性質(zhì)，如光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)及離子傳導(dǎo)性能等。但如何將納米材料組裝成宏觀尺度體材料并保持其納米尺度的獨特性能，是納米材料獲得實際應(yīng)用的關(guān)鍵，也是目前面臨的重要挑戰(zhàn)之一。（中國化工報）