纳米周报新年特刊（上）:铁——穿戴技术的垫脚石

2016农历新年刚刚结束不久，材料牛的编辑小伙伴们为大家送上纳米周报新年特刊，邀您一览。

1、碳纳米管也能量产——高强度碳纳米管的制作

来自华东理工大学和上海交通大学的研究人员在高强度碳纳米管薄膜领域中做出重要突破，在他们的论文中介绍了这种材料的性能和技术。

这种单层碳原子层的薄片拥有优异的导电性和弹性，研究人员一直在研究对本身性质不会产生影响的量产方法。在最新的研究中，这支来自中国的联合研究团队已经找到了一种可以在保留其性能的同时，制备这种材料的方法。

在此前的尝试中，材料无法得到量产的主要原因在于人们未能将碳纳米管排列在最后的产品上。在新的方法中，在2100℃下使用氮气将碳纳米管固定在管的表面上，从烤箱里取出来后，将它绕在卷筒上，然后通过辊进一步压缩。测试结果表明，这种材料的抗拉强度达到9.6GPa，是其他类型碳纳米管的5倍。相比之下，碳纤维和凯夫拉只有7GPa和3.7GPa。

研究人员认为这种新材料可以用于制造可穿戴设备和人造肌肉，或者给士兵和运动员制造护具。

2、纳米材料蓝图——基于二维基块构建大体积纳米块

最近的一项研究表明，靠一种新型的双金属策略，二维材料的种类（特别是双过渡金属碳化物）可以大大被扩展。

这种二维体系对于其他的纳米结构来说是一种有效的补充，研究者开始更注重于按比例放大后的纳米块，而不是单个纳米。这篇“基于二维基块构建大体积纳米块的一个蓝图”文章在材料工程科学中是一个非常有前瞻性的文章，作者构造出一种构建纳米块的蓝图，并指出其中的关键挑战和目标。作者认为构建高密度、大体积的可伸缩材料，二维薄片是唯一适用这种蓝图的材料。原因是这些优异的纳米级属性可以被放大到宏观层面上。

作者最后表示构造纳米工程材料，二维材料可能是最有前途的基块，二维的材料能够形成致密的面接触，然后一起弯曲，皱折，或者揉成团。有一些甚至可以在塑性变形时都在同一层次。因此，他们可以构建出拥有较大自由体积和多孔性的高密度材料。

3、铁——穿戴技术的垫脚石

在可穿戴技术发展前进的道路上时刻闪耀着铁的光芒。而密歇根理工大学的物理学教授领导的课题，正是研究将铁原子设置在硼氮纳米管上，突破电子金属制品的发展界限。

不同于半导体，纳米管上的电子移动无经典阻力，也意味着没有热量。而且，纳米管晶体材料极小，也相当灵活，而这也是可穿戴电子产品的福音，推动了可穿戴技术向前发展。

相关研究成果已经发表在Scientific Reports上。

4、最小旋转设备面世 新闻链接

2011年德国汉堡大学物理学教授罗兰的研究小组正制造使用单原子自旋的自旋逻辑器件，这是代表小型化的最终极限的壮举。而现在，该小组已经证明自旋逻辑器件是由分子而不是原子，通过超交换磁耦合精确定位，从而具有更高的稳定性。

最小自旋设备的面世对未来的纳米电子学将是极其有益的。由于极低的功耗和非常高的稳定性，它的未来必不会让我们失望。相关研究成果已经发表在Nano Letters上。

5、肿瘤治疗的曙光，就在生活当中

由Avik Som和Samuel Achilefu博士领导的研究小组和应用科学学院的两个实验室合作, 使用两种新颖的方法从静脉注射治疗实体肿瘤的小鼠模型碳酸钙中来获取纳米粒子。该化合物改变肿瘤所处环境的pH值（从酸性到碱性）,并且阻止癌细胞增长。

碳酸钙晶体通常比治疗癌症的纳米粒子大10～103倍。通过与其他材料科学研究人员的合作，Som通过构建一种称为醇助扩散的方法，又发现了另一个能获取102纳米级碳酸钙的方法。未来，研究人员计划确定它的最佳剂量，提高肿瘤定位的准确性并确定它是否可以用于化疗药物中。

6、Haydale落实复合材料管道测试设备

近日，Haydale's HCS宣布调试复合材料管道测试设备，该设备将被用来评估新的石墨烯增强复合材料。

长期测试的新设备包括8个独立控制的“坦克”，可以在压力达500bar和温度高达80℃的条件下进行复合管的短期和长期测试。该测试设备是通用的，可以进行短期爆破压力（STBP）试验，确定长期静水压（LTHP）评级以及执行动态、疲劳和复合管循环测试，能满足一系列国际标准，包括API 15s、ISO 14692和ASTM d2992。

HCS目前正在开发新的用于管道建设的石墨烯增强高分子材料。这些新的测试设备将会极大地帮助新材料测试、审批和认证。

7、让金属如水一般--石墨烯新性能

研究人员在研究石墨烯性能时，首次发现金属中电子可以如水般流动。该研究成果或有助于新型热电设备的研发，并有助于探索黑洞和高能量等离子体。

通常情况下，三维金属结构中电子之间很难相互影响。但是在石墨烯这种二维蜂窝状网络结构中，电子像无质量的粒子一样快速运动（光速的三分之一）--每分钟可以碰撞十万亿次。在金属中，这种强烈的相互作用从未被发现。“当材料仅有一层原子的厚度，将易受环境影响”，相关文章的第一作者Jesse Crossno解释道，“如果石墨烯在某种表面粗糙无序的物体上，将会影响该物体中电子的运动。制备不受环境影响的石墨烯至关重要。”

相关研究成果发表在Science上。

8、石墨烯或可有效屏蔽化学效应

目前有研究表明，石墨烯可有效地屏蔽化学相互作用，或有助于改进二维碳材料表面上充电缺陷中心的“去充电”现象。另一重要能力是控制碳基片上的负载型金属催化剂的选择性和活性。

该小组研究表面缺陷的碳材料具有活性，需要被保护。实验表明，在缺陷区域与多种分子都有反应活性。然而，只要缺陷处覆盖几层石墨烯薄片，反应活性中心的分布变得均匀（在缺陷区域无明显反应性中心）。简单地说，覆盖石墨烯后，表面缺陷的充电缺陷影响减弱，使缺陷在分子水平上的化学反应中“隐身”了。

本刊由编辑部 杨旻朗、汪凯、袁翔、池凤瑶、李馥旭编写。

材料牛编辑整理。