“金刚石纳米高压舱” 有望实现高压材料广泛应用

“金刚石纳米高压舱”有望实现高压材料广泛应用记者17日从北京高压科学研究中心获悉，该中心研究员曾桥石带领的国际研究团队合成了一种由金刚石构成的纳米压力舱，能够把物质的高压状态永久封存其中。高压态物质因此可以摆脱传统压力装置的束缚，如普通材料一样在常压条件下独立存在，从而扫除了高压态物质基础研究和广泛应用面临的一个主要障碍。该成果刊登在8月17日的《自然》杂志上。高压下发现的许多新奇物理现象，诸如近室温超导，当压力去除时也随即消失。因此，将高压下的新物态和性质完好保留到常压环境，是高压材料实现应用的前提，也是人们长期追求的一个科学梦想。由北京高压科学研究中心科学家领导的国际团队另辟蹊径，摆脱传统上利用高压机械装置来维持材料压力的思路，在材料合成过程中，把材料的高压态直接植入并封存到由坚硬的金刚石构筑的复合材料中。作为示范，他们把一种富含纳米空洞的“玻璃碳”和氩气一起在压力装置中加压到大约50万个大气压，这时，“玻璃碳”犹如海绵吸水一样把氩气吸纳到其纳米空洞中，然后他们再利用高温（1800℃）促使“玻璃碳”转变成金刚石。当样品从压力装置中取出时，处于常温常压环境中的金刚石样品的纳米腔体中成功保留了处于极高压力态（22万个大气压）的氩。他们把这种全新的由金刚石包含大量高压物质纳米颗粒的复合材料命名为“金刚石纳米高压舱”。曾桥石表示，“金刚石纳米高压舱”的概念可以应用到包括气体、液体、固体各种形态的目标材料，并且可以通过多次合成聚集成大块高压态材料，方便日常生活中的实际应用。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1305755.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1305755.htm

新型金刚石织物涂层制成的衣物能让穿着者感觉更凉爽

新型金刚石织物涂层制成的衣物能让穿着者感觉更凉爽在沙迪-豪希亚尔（ShadiHoushyar）和艾莎-雷曼（AishaRehman）博士的带领下，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家团队最近将纳米金刚石粉末与聚氨酯和溶剂混合在一起。然后通过电纺丝技术将所得溶液应用于普通棉布的一面。经过固化后，溶液形成了一层涂层，由纳米纤维网和较大的棉纤维粘合而成。如果织物用于服装，涂层面将朝向穿着者的皮肤。外表面则没有涂层，以免吸入环境热量。棉布的涂层面（左）和未涂层面--涂层也可用于其他类型的织物皇家墨尔本理工大学CherryCai将材料样品未涂层的一面朝向附近的100ºC（212ºF）热板放置10分钟，然后从该区域移开，再冷却10分钟。结果发现，与未经处理的棉花对照样本相比，经过处理的样本在冷却期间通过其涂层面释放的热量要多出2至3ºC（3.6至5.4ºF）。经过处理的棉花还能更好地抵御紫外线，它的透气性和吸湿性不如未经处理的棉花，但仍在可接受的范围内。豪希亚尔说："虽然两到三度的变化看似不大，但在长时间的舒适度和对健康的影响方面确实存在差异，而且在实际应用中，这可能是关闭或打开空调的区别。我们还有可能探索如何利用纳米金刚石来保护建筑物不致过热，从而带来环境效益。"有关这项研究的论文最近发表在《先进技术聚合物》（PolymersforAdvancedTechnologies）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418163.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418163.htm

科学家研发出新型散热材料超薄金刚石膜 可将电动汽车充电速度提升五倍

科学家研发出新型散热材料超薄金刚石膜可将电动汽车充电速度提升五倍德国弗劳恩霍夫研究所的科学家们利用超薄金刚石膜成功降低了电子元件的热负荷，并有望将电动汽车的充电速度提升五倍。这项技术突破的关键在于金刚石优异的导热性和绝缘性。项目研究员表示，金刚石可以加工成导电通路，能非常高效地将热量传递给铜质散热器。同时，由于金刚石纳米膜具有柔性和独立性，可以被放置在元件或铜板上任何位置，甚至直接集成到散热回路中。研究人员估计，金刚石纳米膜可以将电子元件的热负荷降低10倍，从而显著提升其使用寿命和整体设备的能效。此外，如果将该技术应用于充电系统，还可以将电动汽车的充电速度提升五倍。更令人振奋的是，金刚石纳米膜可以直接在硅晶片上制备，易于实现大规模量产。目前，该团队已为这项技术申请了专利，并计划在今年晚些时候将其应用于电动汽车和电信领域的逆变器和变压器中进行测试。

金属/聚合物复合材料使3D打印的纳米结构更加坚固

金属/聚合物复合材料使3D打印的纳米结构更加坚固在一个称为双光子光刻的现有工艺中，激光被照射到液体树脂混合物中。只要该光束的最中心照射到其中一个纳米团块，就会发生化学反应，导致树脂在该特定区域变硬。因此，通过在树脂中精确地移动激光束，有可能建立起非常小而复杂的物体。当用这种特殊材料打印的晶格被测试时，发现它们能够吸收的能量是用其他常用材料打印的晶格的两倍。根据新复合材料制成的格子的类型，一些格子擅长承受重物而不变形，而另一些格子则擅长压扁变形吸收冲击力，然后弹回其原始的无损状态。在打印晶格时，金属纳米簇允许化学反应的发生比在其他利用不同类型的光敏分子的材料中要快得多。即使在复合材料中使用了一些不同的聚合物，也不难注意到这种效果--在一种情况下，当使用一种基于蛋白质的聚合物时，物品的打印速度比以前使用这种聚合物时快100倍。关于这项研究的一篇论文的通讯作者WendyGu助教说："现在人们对设计不同类型的3D结构以获得机械性能很感兴趣。我们在此基础上所做的是开发出一种真正善于抵抗力的材料，因此它不仅仅是三维结构，而且是提供非常好的保护的材料。"这篇论文最近发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336975.htm

金刚石纳米膜可使电子设备的温度降低10倍 充电速度提高5倍

金刚石纳米膜可使电子设备的温度降低10倍充电速度提高5倍热量通常是电的一种不幸的副作用，过多的热量会损坏元件和设备，有时甚至会造成危险。因此，管理和消除热量是电子设计的一个主要考虑因素，散热器通常由铜或铝制成。问题是，这些金属也是良好的导电体，因此通常还需要另一个绝缘层。因此，在这项新研究中，弗劳恩霍夫研究小组转向了金刚石，因为金刚石是热的优良导体，但却是电的绝缘体。该项目的科学家马蒂亚斯-米勒（MatthiasMühle）说："我们希望用我们的金刚石纳米膜取代中间层，因为金刚石可以被加工成导电路径，所以它能非常有效地将热量传递到铜上。由于我们的膜是柔性的、独立的，它可以放置在元件或铜的任何位置，也可以直接集成到冷却电路中。"研究小组的钻石纳米膜样品弗劳恩霍夫美国中西部中心CMW金刚石散热器早已经开始投入使用，但其厚度通常超过2毫米，很难粘贴到元件上。而纳米膜只有一微米厚，柔韧性好，只要轻轻加热到80°C（176°F），就能粘合到电子元件上。研究小组通过在硅晶片上生长多晶金刚石，然后分离和蚀刻金刚石层来制造纳米散热膜。研究人员估计，金刚石纳米膜可将电子元件的热负荷降低10倍，这当然会提高这些元件和整个设备的能效和使用寿命。研究小组表示，如果将其应用到充电系统中，这种薄膜可将电动汽车的充电速度提高五倍。也许最重要的是，由于金刚石纳米膜可以在硅晶片上制造，因此制造工艺应该比较容易扩大到工业用途。该团队已经为这项技术申请了专利，并计划于今年晚些时候开始在电动汽车和电信领域的逆变器和变压器中进行测试。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422420.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422420.htm

光电纳米技术的创新：麻省理工学院培育出精确的纳米LED阵列

光电纳米技术的创新：麻省理工学院培育出精确的纳米LED阵列麻省理工学院的一个新平台使研究人员能够"生长"卤化物包晶纳米晶体，并精确控制每个晶体的位置和尺寸，将它们集成到纳米级发光二极管中。图为纳米晶体阵列发光效果图。图片来源：SampsonWilcox,RLE提供卤化物钙钛矿是一类材料，因其优异的光电特性以及在高性能太阳能电池、发光二极管和激光器等器件中的潜在应用而引起人们的关注。这些材料已主要应用于薄膜或微米尺寸的设备应用中。在纳米尺度上精确集成这些材料可以开辟更非凡的应用，例如片上光源、光电探测器和忆阻器。然而，实现这种集成仍然具有挑战性，因为这种精致的材料可能会被传统的制造和图案化技术损坏。为了克服这一障碍，麻省理工学院的研究人员发明了一种技术，可以在需要的地方现场生长单个卤化物钙钛矿纳米晶体，并精确控制位置，尺寸在50纳米以内。（一张纸的厚度为100000纳米）纳米晶体的尺寸也可以通过该技术精确控制，这一点很重要，因为尺寸会影响其特性。由于材料是局部生长的，具有所需的特征，因此不需要可能造成损坏的传统光刻图案化步骤。NanOLED阵列（如图所示）可应用于光通信和计算、无透镜显微镜、新型量子光源以及用于增强和虚拟现实的高密度、高分辨率显示器。图片来源：研究人员提供该技术还具有可扩展性、多功能性，并且与传统的制造步骤兼容，因此它可以使纳米晶体集成到功能性纳米级器件中。研究人员用它来制造纳米级发光二极管（nanoLED）阵列，这是一种在电激活时发光的微小晶体。这种阵列可应用于光通信和计算、无透镜显微镜、新型量子光源以及用于增强和虚拟现实的高密度、高分辨率显示器。“正如我们的工作所示，开发新的工程框架将纳米材料集成到功能性纳米器件中至关重要。通过超越纳米制造、材料工程和设备设计的传统界限，这些技术可以让我们在极端纳米尺度上操纵物质，帮助我们实现非常规设备平台，这对于满足新兴技术需求非常重要。”Landsman电气工程和计算机科学(EECS)职业发展助理教授、电子研究实验室(RLE)成员，也是描述这项工作的新论文的资深作者。Niroui的合著者包括主要作者PatriciaJastrzebska-Perfect，她是EECS研究生；朱伟坤，化学工程系研究生；MayuranSaravanapavanantham、SarahSpector、RobertoBrenes和PeterSatterthwaite，均为EECS研究生；郑莉，RLE博士后；RajeevRam，电气工程教授。该研究于7月6日发表在《自然通讯》杂志上。微小的晶体，巨大的挑战使用传统的纳米级制造技术将卤化物钙钛矿集成到片上纳米级器件中是极其困难的。在一种方法中，可以使用光刻工艺对易碎的钙钛矿薄膜进行图案化，该工艺需要可能损坏材料的溶剂。在另一种方法中，首先在溶液中形成较小的晶体，然后以所需的图案从溶液中拾取并放置。“这两种情况都缺乏控制、分辨率和集成能力，这限制了材料扩展到纳米设备的方式，”尼鲁伊说。相反，她和她的团队开发了一种方法，可以在精确的位置直接“生长”卤化物钙钛矿晶体到所需的表面，然后在该表面上制造纳米器件。他们的流程的核心是本地化纳米晶体生长中使用的解决方案。为此，他们创建了一个带有小孔的纳米级模板，其中包含晶体生长的化学过程。它们修改模板的表面和孔的内部，控制一种称为“润湿性”的特性，因此含有钙钛矿材料的溶液不会聚集在模板表面上，并将被限制在孔内。“现在就有了这些非常小的、确定性的反应堆，材料可以在其中生长，”她说。他们将含有卤化物钙钛矿生长材料的溶液施加到模板上，随着溶剂蒸发，材料生长并在每个孔中形成微小的晶体。一种多功能且可调节的技术研究人员发现孔的形状在控制纳米晶体的位置方面起着关键作用。如果使用方形孔，由于纳米级力的影响，晶体有相同的机会放置在孔的四个角中。对于某些应用来说，这可能已经足够了，但对于其他应用来说，纳米晶体的放置需要更高的精度。通过改变孔的形状，研究人员能够设计这些纳米级的力，使晶体优先放置在所需的位置。当溶剂在孔内蒸发时，纳米晶体会经历压力梯度，产生定向力，确切的方向由孔的不对称形状确定。Niroui说：“这使我们不仅在生长方面，而且在这些纳米晶体的放置方面都具有非常高的精度。”他们还发现可以控制井内形成的晶体的大小。改变孔的大小以允许内部更多或更少的生长溶液产生更大或更小的晶体。通过制造精确的nanoLED阵列展示了其技术的有效性。在这种方法中，每个纳米晶体都被制成发光的纳米像素。这些高密度nanoLED阵列可用于片上光通信和计算、量子光源、显微镜以及增强和虚拟现实应用的高分辨率显示器。未来，研究人员希望探索这些微小光源的更多潜在应用。他们还想测试这些设备的极限，并努力将它们有效地整合到量子系统中。除了纳米级光源之外，该过程还为开发基于卤化物钙钛矿的片上纳米器件开辟了其他机会。他们的技术还为研究人员提供了一种更简单的方法来研究单个纳米晶体水平的材料，他们希望这将激励其他人对这些和其他独特材料进行更多研究。Jastrzebska-Perfect补充道：“通过高通量方法研究纳米级材料通常需要对材料进行精确定位并按该规模进行设计。通过提供局部控制，我们的技术可以改善研究人员研究和调整材料性能以适应不同应用的方式。”“该团队开发了一种非常聪明的方法，可以在基板上确定性地合成单个钙钛矿纳米晶体。他们可以以前所未有的规模控制纳米晶体的精确放置，从而为基于单纳米晶体制造高效纳米级LED提供了一个平台。”加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授AliJavey说道，他没有参与这项研究。“这是一项令人兴奋的工作，因为它克服了该领域的基本挑战。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370463.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370463.htm