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《纳米晶钻石微砧创造未知新材料》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 姜山
  • 发布时间：2016-12-08

  • 美国阿拉巴马大学伯明翰分校Yogesh Vohra研究团队通过结合无掩膜（mask-less）光刻技术和化学气相沉积（CVD）技术创造出一种新型两级钻石微砧。利用微波等离子体CVD方法在钻石砧体a[100]晶面方向生长出一个直径为30 μm的纳米晶钻石微砧（micro-anvil）。纳米晶钻石微砧的钻石晶粒尺寸为115 nm，拉曼光谱和X-射线光谱分析表明，钻石含量为72%。在阿贡国家实验室对纳米晶钻石微砧进行264 GPa的压力测试，该材料没有任何变形。随着更多的测试和改进，纳米晶钻石将被用来研究过渡金属、合金和稀土金属在极端条件下的行为。这种新材料潜在的应用包括航空航天、生物医学和核行业等。

  • 原文来源：www.uab.edu
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相关报告

  • 《创造多功能材料新视界》
    • 来源专题：可穿戴技术
    • 编译者：高芳
    • 发布时间：2015-12-22
    • 多功能材料如若带有感知能力，例如视觉、触觉甚至味觉等，将会极度扩大工业设计许多领域的可能性。以一个来自大自然的提示为例，一个由哈佛大学保尔森学院工程与应用科学（SEAS）系、哈佛大学威斯研究所生物工程系与麻省理工学院的研究者们参与的跨机构合作中，已经破译了生物矿物诸如软体动物从组成护身衣到进化为形成一个将眼睛镶嵌其上的保护壳。这一发现可能有助于确定目前仍在探索期的人造多功能材料产生的时间。内容于11月20日公布在Science杂志上。 多功能材料可以在环境中感知身体刺激，并利用环境使我们建起避风港，不断地监测磨损撕裂以及有无损坏的迹象，甚至更好地传输药物来产生生物工程器官。 “迄今为止，人工材料执行多重任务或是结构上的相对功能的能力还暂缺，我们还不能理性地设计他们，但是研究存在于自然界的多功能生物材料终将使得我们能够演绎这个相对较新材料科学领域的关键法则。” SEAS材料科学教授同时也是威斯研究所核心委员的Joanna Aizenberg说。由Aizenberg完成的海生生物蛇尾的早期工作使用了相同的矿化材料并生长得到了骨架和视觉器官，这为探索多功能生物材料打好了基础。 如今，Daniel Speiser、Aizenberg 与 Christine Ortiz完成的早期生物学研究给MIT材料科学与工程系Morris Cohen带来了灵感，他建立了一个多学科团队来研究另一个大自然诉说着的故事：热带海生的海胆石鳖属多板纲软体动物的外保护壳上拥有着成百上千的小眼睛。Speiser作为南卡罗来纳大学的教授在这个哈佛与MIT共同领导的团队中付出了努力。 大多数自然界生物的眼睛是由有机分子组成的。而与此相反，石鳖的眼睛是无机的，由一种叫做霰石的结晶矿物组成，防身衣也是它的集成体。他们确保石鳖感知光线变化，从而在水下能通过拧紧提升抓地能力，来应对即将到来的天敌。 该团队利用一套高度分辨微观和结晶的设备，解开了眼睛的三维结构和几何形状，完成了石鳖神经系统所需要的外角膜，透镜以及容纳能够提供聚焦图像的感光细胞的下层室。值得一提的是，研究人员发现，透镜中的霰石晶体比外壳中的更大，而且组成了有规律的平面图，这是便于光线收集与捆绑传输。 “通过单独研究眼睛，我们确定了镜片材料具体如何在室里产生清晰的焦点，比如视网膜可以提供食肉性鱼类的图像。”Aizenberg的博士后研究员同时也是该研究的联合第一作者Ling Li说。 “我们还了解到，在两个功能的权衡中，相比于另一个保护壳来说，光学性能是作为第二功能的。有利于光学性能的材料性质通常不利于机械性能，这样一来进化的石鳖不得不限制眼睛的大小并把它们放置在强烈突出的被保护区内，以平衡其机械漏洞。” Li说。 对大自然最好的“多重艺术家”的调查可以为多功能材料的功能协同和权衡提供深刻见解，引导我们在仿生材料的研究中取得革命性进展。我们因而可能会离材料构成的房屋更近一步，不仅仅是机械性的，还带有灵活调节光线的透镜、测试体内温度、感知外部状况的功能。”Aizenberg说。
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  • 《跨界联合，让高端金属纳米材料“用起来”》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-07-19
    • 现代医学、药学、生物技术以及军事装备等领域，急需应用高品质的磁性纳米材料，而开发10纳米以下金属纳米材料，一直是全球科研开发上的一个难题。日前，科技日报记者从江苏盖姆科技纳米材料科技有限公司了解到：该公司通过与国内科研院所合作，经过两年的反复试验和工艺技术攻关，在全球独创了一种离子液体阳极电剥离过程氧化法，成功制取出10纳米以下金属纳米材料。目前，该技术已经在军事、环保、医药等领域有了应用和尝试，并有望短期内在应用成熟的项目上形成量产。 瞄准前沿，抢占市场“制高点” “近年来，我们瞄准世界前沿技术和国内产业存在的共性技术，通过产学研合作，已在基础理论与关键制备技术方面取得了一批突破性成果，对于地方新兴产业以及行业发展，将起到重要引领与支撑作用。”7月16日，江苏盖姆科技纳米材料科技有限公司董事长沈寒松说。 江苏盖姆科技公司是一家由海归博士、硕士创办的、从事石墨烯新材料下游产品应用与开发的科技型企业。 2016年以来，江苏盖姆科技公司针对超顺磁氧化铁纳米材料大多依然停留在实验室阶段的现状，依托建立的国际化科研团队，重点组织开展磁性纳米晶研究，加快制取40纳米以下金属纳米材料。 石墨烯应用产业技术创新战略联盟秘书长赵猛博士告诉记者，磁性纳米材料可以应用在医学、药学、生物技术等方面，还可用于微波吸附、催化剂以及传感等领域，尤其是具有在外磁场下可控运动的特点，一直是全球材料科学和化学研究上的热点。 目前，国际上在小颗粒纳米金属材料的制备方法上，存在着制取周期长、成本高、纯度难以保证、产物后期处理麻烦等生产与应用问题。 “其中，常规技术难以制取100纳米以下的小颗粒直径纳米金属材料，特别是制取10纳米以下的金属纳米材料，难度更大。应用现有工艺技术制取，已满足不了快速发展的现代医学和一些新兴产业的需求。因此，我们在研发上，加快布局，集中力量，抢占市场‘制高点’。”沈寒松说，公司成功制取出10纳米以下金属纳米材料，并且与环保企业合作，将这一成果应用到生产实践中。 突破难关，加速多领域应用 江苏盖姆科技公司在科研攻关时，并不是闭门造车，而是在加快引进高层次创新人才的同时，与东南大学电子材料学院、中国科学院苏州纳米所等单位合作，针对开发过程中基础理论和工艺技术难题，共同确定多方面研发课题，实施跨界联合攻关。 “在合作过程中，我们向科研团队提出了面临的难题以及技术需求，希望借助科研单位的基础研究优势和先进的实验测试装备，帮企业解决生产中的实际问题。”沈寒松说，科研团队解决了磁性纳米晶尺寸的均一性、 纯水相可分散性、生物适应性，以及宏量制备的可重现性等制取工艺技术难题。 在与企业充分沟通，了解企业的困难和需求后，团队进行了无数次的重复性实验，终于与企业一起找到了一种新的制取工艺技术，在世界首创离子液体阳极电剥离过程氧化法，成功制取出10纳米以下金属纳米材料。 “科技成果能够得到真正的转化，走向应用是一个重要的体现。目前，尽管我们已成功制取出10纳米以下金属纳米材料，但是，要实现产业化生产，能够在相关重点领域得到应用，仍需通过跨界联合攻关，来尽快解决多方面应用技术难题，才能使这项自主创新成果得到全面的转化。”沈寒松说。 江苏理工学院材料工程学院朱圣清博士介绍，应用离子液体阳极电剥离过程氧化法制取，不但成本低，批量大，更重要的是纯度高。利用制取的10纳米以下金属纳米材料做成的显影剂，由于粒径小，不但显影清楚，且对人体危害小；同时，由于其还具有超顺磁性，会与药物抱团，可作靶向药物的载体。这一医学显影剂正在试点医院进行测试应用，下一步，将向更多的医院及药厂进行应用推广。 “这一成果还做了更多的应用尝试，比如做成隐声材料应用于潜艇，这种新型隔音材料，能够弯曲潜艇周围的声波，使敌方声纳无法探测到潜艇的存在，达到悄无声息地实施有效打击。”沈寒松说。 尽管江苏盖姆科技公司成功制取出的10纳米以下金属纳米材料，已经应用于多个领域，但是，要实现产业化生产，仍有应用技术难题需要进一步解决。江苏盖姆科技公司透露，公司仍然坚持开放合作促进成果转化的一贯做法，正与国内外相关研究机构进一步合作，对制取装备和生产工艺进一步调整，短期内将在已有尝试并获得成功应用的医学、药学、环保等领域首先形成量产。
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