突破性人体研究证实"神奇材料"石墨烯是安全的

突破性人体研究证实"神奇材料"石墨烯是安全的 临床试验透视首次人体受控接触临床试验使用的是超纯氧化石墨烯薄膜一种与水兼容的材料。研究人员表示，还需要进一步研究这种氧化石墨烯材料或其他形式的石墨烯是否会产生不同的效果。研究小组还希望确定，长时间接触这种比头发丝还要细几千倍的材料是否会带来额外的健康风险。科学家于 2004 年首次分离出石墨烯，并将其誉为"神奇"材料。可能的应用领域包括电子产品、手机屏幕、服装、涂料和水净化。全世界都在积极探索石墨烯，以帮助对癌症和其他健康问题进行有针对性的治疗，并以植入式设备和传感器的形式使用石墨烯。不过，在用于医疗之前，所有纳米材料都需要经过测试，以确定是否存在潜在的不良影响。研究方法和结果爱丁堡大学和曼彻斯特大学的研究人员招募了 14 名志愿者，在严格控制的接触和临床监测条件下参与研究。志愿者们在从荷兰国家公共卫生研究所带到爱丁堡的一个专门设计的移动暴露室中骑自行车时，通过面罩呼吸了这种物质两个小时。在暴露前和每隔两小时测量一次对肺功能、血压、凝血和血液中炎症的影响。几周后，志愿者被要求返回诊所，重复接触不同大小的氧化石墨烯或清洁空气，以进行比较。结果发现，石墨烯对肺功能、血压或其他大多数生物参数没有不良影响。不过，研究人员注意到，吸入这种材料可能会影响血液凝结的方式，但他们强调这种影响非常小。结论和未来方向爱丁堡大学心血管科学中心的马克-米勒（Mark Miller）博士说："石墨烯等纳米材料前景广阔，但我们必须确保它们是以安全的方式制造的，然后才能更广泛地应用于我们的生活。能够在人体志愿者身上探索这种独特材料的安全性，是我们在了解石墨烯如何影响人体方面迈出的一大步。通过精心设计，我们可以安全地充分利用纳米技术"。曼彻斯特大学和巴塞罗那加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICN2）的科斯塔斯-科斯塔雷洛斯（Kostas Kostarelos）教授说："这是有史以来第一项涉及健康人群的对照研究，它证明了非常纯净的氧化石墨烯（具有特定的尺寸分布和表面特征）可以进一步开发，从而最大限度地降低对人类健康的危害。""我们花了十多年的时间，从材料和生物科学的角度，同时也从临床能力的角度，通过召集该领域的一些世界顶尖专家，安全地开展了这项受控研究"。英国心脏基金会首席科学与医学官布莱恩-威廉姆斯（Bryan Williams）教授说："这种石墨烯可以安全地开发出来，而且短期副作用极小，这一发现为开发新设备、创新治疗方法和监测技术打开了大门。我们期待在更长的时间内看到更大规模的研究，以更好地了解我们如何安全地使用石墨烯等纳米材料，在向患者提供救命药物方面取得飞跃。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现双层石墨烯中的电子像没有质量的粒子一样运动

研究发现双层石墨烯中的电子像没有质量的粒子一样运动 艺术家绘制的天然双层石墨烯中的移动电荷。资料来源：Lukas Kroll此外，他们还证明，电流可以"开关"，这为开发微小、节能的晶体管提供了可能就像家里的电灯开关，但却是纳米级的。美国麻省理工学院（MIT）和日本国立材料科学研究所（NIMS）也参与了这项研究。研究成果发表在科学杂志《自然通讯》上。安娜-塞勒博士。图片来源：Christian Eckel石墨烯的特性与挑战石墨烯于 2004 年被发现，是由单层碳原子组成的。石墨烯具有许多不寻常的特性，其中最著名的是其超高的导电性，这是因为电子在这种材料中以高速、恒定的速度穿行。这一独特的特性让科学家们梦想着利用石墨烯制造速度更快、能效更高的晶体管。所面临的挑战是，要制造出晶体管，需要控制材料在高导电状态之外还具有高绝缘状态。然而，在石墨烯中，载流子速度的这种"切换"并不容易实现。事实上，石墨烯通常没有绝缘状态，这限制了石墨烯作为晶体管的潜力。石墨烯晶体管研究取得突破性进展哥廷根大学的研究小组现在发现，自然形成的双层石墨烯中的两层石墨烯结合了两方面的优点：除了绝缘状态外，这种结构还能支持电子像光一样以惊人的速度运动，就像它们没有质量一样。研究人员发现，通过施加垂直于材料的电场，可以改变这种状况，使双层石墨烯成为绝缘体。托马斯-韦茨教授。资料来源：T Weitz快速移动电子的这一特性早在 2009 年就已在理论上得到预测，但由于 NIMS 提供的材料以及与麻省理工学院在理论方面的密切合作，样品质量显著提高，才有可能在实验中发现这一特性。虽然这些实验是在低温条件下进行的低于冰点约 273°但它们显示了双层石墨烯制造高效晶体管的潜力。"我们早就知道这个理论。但是，现在我们已经进行了实验，实际显示了电子在双层石墨烯中类似光的分散。对于整个团队来说，这是一个非常激动人心的时刻，"哥廷根大学物理系的托马斯-韦茨教授说。哥廷根大学博士后研究员、第一作者 Anna Seiler 博士补充说："我们的工作只是迈出了关键的第一步。研究人员下一步将研究双层石墨烯是否真的能改善晶体管，或者研究这种效应在其他技术领域的潜力。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员实现石墨烯中惰性气体簇的首次成像

研究人员实现石墨烯中惰性气体簇的首次成像 两个石墨烯层之间的氙纳米团簇，大小在两个到十个原子之间。图片来源：Manuel Längle维也纳大学的科学家与赫尔辛基大学的同事合作取得了这一突破，其关键在于将惰性气体原子限制在两层石墨烯之间。这种方法克服了惰性气体在常温实验条件下无法形成稳定结构的难题。该方法的细节和有史以来第一张惰性气体（氪和氙）结构的电子显微镜图像现已发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。惰性气体陷阱维也纳大学的亚尼-科塔科斯基（Jani Kotakoski）研究小组在研究如何利用离子辐照来改变石墨烯和其他二维材料的特性时，发现了一些不同寻常的现象：当使用惰性气体进行辐照时，它们会被困在两片石墨烯之间。当惰性气体离子的速度足以穿过第一层石墨烯而不是第二层石墨烯时，就会发生这种情况。一旦被困在两层石墨烯之间，惰性气体就可以自由移动。这是因为它们不会形成化学键。然而，为了容纳惰性气体原子，石墨烯会弯曲形成微小的口袋。在这里，两个或更多的惰性气体原子可以相遇并形成规则、密集的二维惰性气体纳米簇。显微镜带来的乐趣"我们使用扫描透射电子显微镜来观察这些簇，它们真的非常迷人，非常有趣。当我们对它们进行成像时，它们会旋转、跳跃、生长和缩小"，该研究的第一作者曼努埃尔-莱恩格尔（Manuel Längle）说。"获取层间原子是这项工作最难的部分。现在我们已经做到了这一点，我们有了一个简单的系统来研究与材料生长和行为有关的基本过程。"在谈到研究小组未来的工作时，亚尼-科塔科斯基（Jani Kotakoski）说："下一步工作是研究含有不同惰性气体的簇合物的特性，以及它们在低温和高温下的行为。由于惰性气体在光源和激光器中的应用，这些新结构将来可能会应用于量子信息技术等领域。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科研人员在月壤样本首次发现天然石墨烯

中国科研人员在月壤样本首次发现天然石墨烯 中国科研人员通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤的观察分析，首次发现了天然形成的少层石墨烯。 据科技日报星期天（6月23日）报道，来自吉林大学、中国科学院金属研究所、国家深空探测实验室、探月与航天工程中心等的科研人员通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤的观察分析，首次发现了天然形成的少层石墨烯。 报道称，相关研究为月球的地质活动和演变历史以及月球的环境特点提供了新见解，为月球的原位资源利用提供了重要信息及线索。 据估计，星际碳总量中约1.9%是以石墨烯的形式存在，其形态和性质由特定的形成过程决定。因此，天然石墨烯的组成和结构特征将为星体的地质演化和月球的原位资源利用提供重要的参考和信息。 在这项研究中，科研团队采用电镜拉曼联用技术，在月壤样品含碳量相对较高的位置采集了拉曼光谱，确认了月壤样品中石墨碳的结晶质量相对较高。值得注意的是，月壤样品中存在碳的区域含有铁化合物，这与石墨烯的形成密切相关。 科研团队还通过扫描电子显微成像、透射电子显微成像、冷冻条件下球差电镜的高角环形暗场像和高分辨像、能谱和电子能量损失谱、飞行二次质谱等多种表征技术的综合运用及测试结果的多方面严谨比对分析，探究并证实了月壤样品中检测到的石墨碳是少层石墨烯。 2020年12月，中国月球探测器嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品，是人类首次获得的月表年轻火山岩区样品。截至今年6月初，嫦娥五号月壤样品已完成向40家科研机构的114个科研团队发放258份77.7克，目前已有多个领域70余项嫦娥五号月球样品研究成果在中外重要学术期刊发表。 石墨烯具有优秀的力学特性和超强导电性导热性等出色的材料特性，其下游应用主要涵盖基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。 2024年6月24日 7:55 AM

纳米级发电厂：用石墨烯带将热能转化为电能

纳米级发电厂：用石墨烯带将热能转化为电能 他回忆说："当时，物理学家们刚刚开始谈论量子技术和量子计算机的潜力。如今，这一领域已有数十家初创公司，各国政府和公司正投资数十亿美元进一步开发这项技术。我们现在看到了计算机科学、密码学、通信和传感器领域的首批应用。"佩林的研究开辟了另一个应用领域：利用量子效应发电，能量损失几乎为零。为了实现这一目标，这位 36 岁的科学家结合了物理学中两个通常独立的学科：热力学和量子力学。米卡尔-佩兰。图片来源：SNF去年，佩兰的研究质量及其未来应用潜力为他带来了两项殊荣：他不仅获得了年轻研究人员梦寐以求的欧洲研究理事会启动基金之一，还获得了瑞士国家科学基金会 (SNS)F 的 Eccellenza 教授奖学金。现在，他在 Empa 领导一个九人研究小组，同时还是苏黎世联邦理工学院量子电子学助理教授。在阿姆斯特丹读完高中后，他于 2005 年开始在代尔夫特理工大学攻读应用物理学学位。从一开始，Perrin 就对具体应用比理论更感兴趣。正是在师从量子电子学领域的先驱 Herre van der Zant 时，佩兰第一次体验到了微米级和纳米级微小器件工程的魅力。他很快就意识到分子电子学带来的无限可能性，因为根据所选分子和材料的不同，电路具有完全不同的特性，可以用作晶体管、二极管或传感器。纳米工程的挑战在攻读博士学位期间，佩林在代尔夫特理工大学的纳米实验室洁净室里度过了大量时光全身始终笼罩在白色的罩子里，以防止毛发或灰尘颗粒污染微型电子设备。洁净室为制造几纳米大小的机器提供了技术基础（比人的头发直径小约 1 万倍）。佩兰解释说："一般来说，你想建造的结构越小，你所需要的机器就越大、越贵。例如，光刻机用于在微芯片上绘制复杂的微型电路图案。纳米加工和实验物理学需要大量的创造力和耐心，因为几乎总会出错。然而，奇怪和意想不到的结果往往最令人兴奋"。博士毕业一年后，佩兰在米歇尔-卡拉梅（Michel Calame）的实验室获得了一个职位。从那时起，拥有法国和瑞士双重国籍的他就与伴侣和两个女儿居住在杜本多夫。在 Empa，这位年轻的研究员可以自由地继续进行纳米材料实验。一种材料很快引起了他的特别注意：石墨烯纳米带，一种由碳原子制成的材料，其厚度与单个原子一样薄。这些纳米带是由 Roman Fasel 在 Empa 的研究小组以最高精度制造的。佩林能够证明这些纳米带具有独特的性能，可用于一系列量子技术。与此同时，他开始密切关注将热能转化为电能。2018 年，事实证明量子效应可用于将热能有效地转化为电能。迄今为止，问题在于这些理想的物理特性只出现在极低的温度下接近绝对零度（0 开尔文；-273°C）。这与智能手机或微型传感器等未来潜在应用关系不大。佩林想到了利用石墨烯纳米带来规避这一问题。与其他材料相比，石墨烯纳米带的特殊物理特性意味着温度对量子效应的影响要小得多，因此也就更容易产生理想的热电效应。他在 Empa 的研究小组很快就证明，石墨烯纳米带的量子效应即使在 250 开尔文（即零下 23 摄氏度）的环境下也基本保持不变。未来，该系统有望在室温下也能工作。未来的挑战和雄心要使我们的智能手机使用更少的电能，还有许多挑战需要克服。极度微型化意味着不断需要特殊元件，以确保内置系统能够真正工作。佩林与来自中国、英国和瑞士的同事最近共同研究发现，直径仅为一纳米的碳纳米管可以作为电极集成到这些系统中。不过，佩林估计，至少还需要 15 年的时间才能大规模制造出这些精致而高度复杂的材料，并将其集成到设备中。"我的目标是研究出应用这项技术的基本依据。只有这样，我们才能评估其实际应用的潜力"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

石墨烯的新挚友：新研发的UV胶带可轻松转移这种神奇材料

石墨烯的新挚友：新研发的UV胶带可轻松转移这种神奇材料 九州大学和日东电工的研究人员开发出一种胶带，它能在紫外线照射下改变对二维材料的"粘性"。资料来源：九州大学阿戈实验室现在，九州大学的一个研究小组与日本日东电工公司合作开发出了一种胶带，可用于将二维材料粘贴到许多不同的表面上，而且操作简便、易于使用。他们的研究成果发表在 2024 年 2 月 9 日的《自然-电子学》（Nature Electronics）杂志上。"转移二维材料通常是一个非常技术性和复杂的过程；材料很容易撕裂或受到污染，从而大大降低其独特的性能，"领衔作者、九州大学全球创新中心的 Hiroki Ago 教授说。"我们的胶带提供了一种快速、简单的替代方法，并能减少损坏"。九州大学的研究人员发现，使用紫外线胶带而不是聚合物转移石墨烯能更好地保持材料的完整性并减少缺陷。资料来源：九州大学阿戈实验室研究人员首先关注石墨烯。石墨烯由碳原子薄片制成，具有坚韧、柔韧、轻质、高导热性和高导电性等特点。石墨烯一经发现就被誉为"神奇材料"，可应用于生物传感、抗癌药物输送、航空和电子设备等领域。"制造石墨烯的主要方法之一是化学气相沉积法，即在铜膜上生长石墨烯。但要发挥正常性能，石墨烯必须与铜分离，并转移到硅等绝缘基底上，"阿戈教授解释说。"要做到这一点，需要在石墨烯上覆盖一层保护性聚合物，然后使用酸等蚀刻溶液去除铜。附着到新基底后，再用溶剂溶解聚合物保护层。这一过程成本高、耗时长，而且可能导致石墨烯表面出现缺陷或留下聚合物的痕迹。"因此，阿戈教授和他的同事旨在提供一种转移石墨烯的替代方法。他们利用人工智能技术开发了一种被称为"紫外线胶带"的特殊聚合物胶带，这种胶带在紫外线照射下会改变对石墨烯的吸引力。新设计的紫外线胶带能够将二维材料（包括石墨烯和过渡金属二卤化物）转移到一系列不同的基底上，包括硅、陶瓷、玻璃和塑料。资料来源：九州大学阿戈实验室在紫外线照射之前，胶带与石墨烯的粘附力很强，可以将其"粘"住。然而，紫外线照射后，原子键发生变化，与石墨烯的粘附力降低了约 10%。紫外线胶带也会变得稍硬，更容易剥离。综合来看，这些变化使得胶带可以从设备基板上剥离，同时留下石墨烯。研究人员还开发出了可以转移另外两种二维材料的胶带：白石墨烯（hBN）和过渡金属二卤化物（TMDs），前者是一种绝缘体，可以在二维材料堆叠时充当保护层，后者则是下一代半导体的理想材料。重要的是，当研究人员仔细观察二维材料转移后的表面时，他们发现与目前使用传统技术转移时相比，二维材料表面更光滑，缺陷更少。在测试这些材料的特性时，他们还发现它们的效率更高。迄今为止，九州大学和日东电工的研究人员已经成功地利用紫外线胶带转移了直径达 10 厘米的石墨烯晶片。对于较小的 UV 胶带，粘贴和剥离可以用手完成。不过，在大规模生产时，机器是非常有用的。资料来源：Nakatani 等人，《自然-电子学》，与目前的转印技术相比，使用紫外线胶带进行转印还具有许多其他优势。由于 UV 胶带可以弯曲，而且转印过程不需要使用塑料溶解溶剂，因此可以使用柔性塑料作为设备的基底，从而扩大了潜在的应用范围。"例如，我们制作了一个塑料装置，利用石墨烯作为太赫兹传感器。与 X 射线一样，太赫兹辐射可以穿过光线无法穿过的物体，但不会对人体造成伤害，"阿戈教授说。"它在医学成像或机场安检方面大有可为。"更重要的是，UV 磁带可以按尺寸裁剪，因此只需传输准确数量的二维材料，从而最大限度地减少浪费，降低成本。不同材料的二维层还可以很容易地以不同的方向相互叠加，使研究人员能够探索叠加材料的新特性。下一步，研究人员的目标是将紫外线胶带的尺寸扩大到制造商所需的规模。目前，可以转移的最大石墨烯晶片直径为 10 厘米。阿戈教授和他的同事们还在努力解决胶带上形成的褶皱和气泡问题，这些褶皱和气泡会造成小缺陷。研究小组还希望提高二维材料的稳定性，以便二维材料能更长时间地附着在紫外线胶带上，并分发给最终用户，如其他科学家。"最终用户只需像贴儿童贴纸一样贴上和撕下紫外线胶带，就能将材料转移到所需的基底上，无需任何培训，"阿戈教授说。"这种简便的方法可以从根本上改变研究风格，加快二维材料的商业开发。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：