纳米材料

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来源：《新材料产业》2020年第04期

石墨烯打造的新型纺织物：穿在身I-越热越凉爽

曼彻斯特大学的科学家们已经开发出一种新型智能纺织品，这种纺织品可以制成适应性服装，从而使穿着者可以在天热的时候让里面保持凉爽，反之亦然。

这种材料通过使用石墨烯来实现这一点，石墨烯可以通过调节来改变纺织品的热辐射，研究小组认为这种技术还可以应用在高级显示器乃至宇航服上。

这种材料能够通过微小的电流传导到嵌入材料的石墨烯层上。这可以改变通过材料表面发出的红外辐射的数量，在一个演示中，其能可以用来屏蔽红外摄像机对人的手的热信号。现在，该团队正着眼于其可调纺织品的积极作用。

研究小组通过制作一件衣服原型演示了这种动态热辐射控制。但他们设想这种能力可以用到其他各种用途，比如交互式显示甚至自适应宇航服。近期，该团队希望探索其解决轨道卫星面临的极端温度波动的潜力。（中国航空报）科学家创造出高强度纳米纤维材料耐热性比凯夫拉好20倍

据报道，凯夫拉（Kevlar）和特瓦伦（Twaton）是著名的坚韧材料，但在强度、耐热性和重量之间需要做出一点权衡。现在，哈佛大学的研究人员已经创造了一种新的纳米纤维版本的材料，它具有同样的强度，但更加隔热。该研究发表在（（Matter））杂志上。

Kevlar和Twaron的保护性能来自于它们的分子结构，而改变這种结构就会改变它们的有效作用。对于机械打击，如防弹背心，材料会呈现出高度有序的结构，从而使其能够重新分配力量。保温材料具有更多的多孔结构，可以最大限度地减少通过的热量。

通常情况下，由于材料的基本特性，设计用于保护肢体免受极端温度和伴随爆炸的致命弹丸的设备一直很困难。强度足以抵御弹道威胁的材料无法抵御极端温度，反之亦然。结果，当今的大部分防护装备是由多层不同的材料组成的，从而导致笨重而沉重的装备，如果戴在手臂和腿上，将严重限制士兵的行动能力。现在研究人员开始将两种类型的材料合二为一。

研究人员能够调整起始聚合物液体的粘度，使最终的线程具有所需的特性。最后，他们能够生产出长长的、排列整齐的纳米纤维片，它们之间有很多孔隙。下一步，他们必须测试纳米纤维片是否真的对弹道和热量都有保护作用。在向堆叠的片材发射类似BB弹的弹丸的测试中，研究小组发现，新材料和普通的Twaron编织材料一样耐用。“虽然还有改进的余地，但我们已经突破了可能的界限，并开始向这种多功能材料领域发展，”Gonzalez说。（新浪科技）

世界首个3D人工眼球问世

最近，香港科技大学与美国的科学家团队共同开发了世界上第一个3D人工眼球。经过测试，其功能要优于现有的仿生眼，甚至部分性能超越人眼。

研究人员将纳米光电传感器元件阵列集成到和人眼尺寸相当的由铝和钨制成的仿人类视网膜的半球形膜中，通过密封在软胶管中液态金属（共晶镓铟合金）制成的细软电线，将人工视网膜上的信号传输到外部电路进行信号处理。该3D人工仿生眼拥有100°的广阔视野，并具备超越人眼的高成像分辨率和响应率。这种仿生眼技术除了能够协助人们提高视力外还可被用于制作其他仿生光敏器材，目前正计划进行相关动物和临床试验。

虽然该人工眼球的整体性能较以往同类设备有了较大提升。但昂贵的制备成本，有限的使用寿命，较低的信号输出分辨率以及作为假眼移植时如何与视神经进行有效连接等诸多问题都有待进一步解决。（科技部）

用纳米纺织材料载药

据报道，南通大学戴家木博士研究出一套阿霉素负载多孔纳米碳纤维的药物缓释系统，利用织物材料作为药物载体，进行化学光热协同治疗，对提高肿瘤治疗效果具有重要意义。该研究成果已发表在国际权威期刊《化学工程》上。

目前，碳基光热试剂主要包括石墨烯和碳纳米管等材料。但是，现有碳基光热试剂制备条件苛刻，制作成本高，生产效率低，使肿瘤疾病的治疗受到局限。

戴家木团队利用非织造技术，使用静电纺丝制备了具有优良亲水性的多孔纳米碳纤维。该材料制备简单，且成本相对较低，一方面可以作为光热试剂将光能转换成热能，另一方面可以用作药物载体负载抗肿瘤药物。将纳米碳纤维制成制剂后注射到肿瘤部位，再使用近红外光照射该部位，升高局部温度杀死肿瘤细胞，并智能加速药物的释放速率，实现化学光热协同治疗，达到定点、微创且高效的治疗效果。这一研究成果对纳米和纺织材料在生物医用领域的应用提供了一个新的研究方向和可能性。（科技日报）

我国在石墨烯单晶晶圆研究中获进展

据报道，近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室在高迁移率的石墨烯单晶晶圆研究方面取得进展。 单晶石墨烯由于其超高的载流子迁移率，被认为是后硅CMOS时代最具潜力的沟道材料之一，直接在CMOs技术兼容的衬底上制备单晶石墨烯晶圆是石墨烯走向微电子应用的基础，目前依然存在挑战。工业界主流的CMOs技术基于（001）晶面硅晶圆，这意味着相较于（110）晶面的锗晶圆，（001）晶面的锗晶圆与CMOS工艺的兼容性更强。然而，通常（001）晶面锗上生长的石墨烯晶畴取向无法控制，晶畴合并形成的石墨烯晶圆含有大量晶界，无法获得石墨烯单晶晶圆烯，影响石墨烯在微电子领域的潜在应用。

研究发现，选用10°以上斜切角度的（001）晶面锗作为石墨烯的生长衬底，可以获得单一取向的石墨烯晶畴。通过将这些取向一致的石墨烯晶畴无缝拼接，研究人员在15°切角（001）晶面锗衬底表面制备出高迁移率的单晶石墨烯晶圆。实验结果和理论计算表明，石墨烯晶畴的形核取向与锗衬底的斜切角度紧密关联。同时，研究人员利用原子力显微镜对石墨烯生长行为进行连续观察，结果表明，15°切角（001）晶面锗衬底表面上沿着斜切方向的石墨烯的形核被抑制，而垂直于斜切方向的石墨烯形核不受影响。整个石墨烯生长过程中，无新的石墨烯形核产生，单晶石墨烯晶圆的制备是由取向一致的石墨烯晶畴无缝拼接而成。通过此技术制备出的单晶石墨烯晶圆展现出超高的载流子迁移率，有望对石墨烯纳米电子器件的研制提供材料支撑。（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）

源自蛋壳的新型仿生骨修复材料开发成功

据报道，上海交通大学医学院附属第九人民医院眼科教授范先群课题组与泉州师范学院教授杨大鹏课题组合作，开发了一种蛋壳来源的新型骨修复纳米材料，该材料具有环保、仿生、骨诱导的特性，为骨组织工程支架材料的开发提供思路。在人们的日常生活中，每天都有大量的蛋壳垃圾产生，蛋壳广泛的可及性、优越的生物物理特性赋予其在催化、能源和医药领域的重要价值。作为一种主体成分为碳酸钙的天然材料，蛋壳中富含的镁（Mg）、磷（P）、硅（si）、锶（Sr）、（钠）Na等微量元素在促进血管生成和成骨方面也发挥着重要作用，而其在骨再生领域中的应用研究甚少开展，基于此，范先群教授带领的眼眶骨修复研究团队和杨大鹏教授带领的纳米材料研发团队提出蛋壳颗粒或可作为一种生物填料，将其改性后掺入羧甲基壳聚糖（CMC）交联制备仿生型的骨修复材料。

该团队在充分考虑了Mg在成骨中的重要作用及其应用弊端后，决定选择氧化镁（MgO）纳米材料作为提高复合材料的突破口。团队采用简单的浸渍和煅烧法合成了MgO纳米粒子改性的蛋壳微晶体碳酸钙（caCO3）/MgO，并通过化学交联将CaCO3/MgO和BMP2复合到CMC基体中制备了仿生支架;随后测定了复合支架的生物相容性和矿化能力，并从分子水平、细胞水平和动物水平对复合支架的骨诱导性进行了系统评价和机制分析。实验表明，新型复合支架具有良好的骨缺损修复效果。据悉，该项研究旨在开发一种具有生物活性的仿生支架，从而为骨缺损修复治疗提供新的思路。（中国科学报）