氧化石墨烯可用于加固3D打印混凝土并使其电气化

氧化石墨烯可用于加固3D打印混凝土并使其电气化用增强混凝土制作的3D打印测试结构之一通常，混凝土建筑、桥梁和其他结构都是通过将湿混凝土浇注到木模（又称模板）中制成的，一旦混凝土硬化，木模就会被拆除。相比之下，3D打印技术则是将挤出的混凝土层层叠加，并在硬化过程中粘合在一起。不幸的是，这些层之间的粘结有时会成为薄弱点，从而降低结构的整体强度。为了解决这个问题，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMITUniversity）和墨尔本大学（UniversityofMelbourne）的科学家们尝试将氧化石墨烯添加到用作3D打印混凝土粘结剂的水泥中。氧化石墨烯是石墨烯的氧化形式，而石墨烯又是由一个原子厚的碳原子片以蜂窝状连接在一起。在试验了不同的用量后发现，当氧化石墨烯的用量为水泥重量的0.015%时，混凝土的层间粘合效果更好。整体强度提高了10%。皇家墨尔本理工大学副教授乔纳森-陈（JonathanTran）说："氧化石墨烯表面具有官能团，这些官能团就像材料表面的粘点，可以抓住其他东西。这些'粘点'主要由含氧的各种官能团组成，它们在促进氧化烯与水泥等其他材料的牢固结合方面发挥着至关重要的作用。这种强大的粘合力可以提高混凝土的整体强度。"较高剂量的氧化石墨烯实际上降低了混凝土的强度和用途还有一个额外的好处，由于石墨烯具有很强的导电性，因此可以通过硬化的混凝土传递电流。希望有一天这种功能能用于裂缝检测系统，即使是最小的裂缝也能中断贯穿混凝土结构的电路。在这方面还需要进行更多的研究，而且科学家们还没有确定增强3D打印混凝土的强度与传统浇注混凝土的强度相比如何。由皇家墨尔本理工大学博士生刘俊利领导的这项研究的论文最近发表在《增材制造通讯》（AdditiveManufacturingLetters）杂志上。在以前的研究中，氧化石墨烯曾被用于在混凝土上形成保护层，以及增加用于加固混凝土的碎面罩纤维的粘合强度。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402273.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402273.htm

科学家用切碎的PPE制造更坚固的混凝土 强度提高22%

科学家用切碎的PPE制造更坚固的混凝土强度提高22%科学家们在更耐用的混凝土形式方面不断取得进展，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）的工程师们在这项研究的最前沿已经工作了一段时间。他们的最新例子同时解决了正在进行的大流行病所产生的大量废物，展示了一种结合了切碎的个人防护设备（PPE）的混凝土形式，以提高性能。RMIT的研究人员在思考混凝土的新方法时并不害怕发挥创造力，他们从轮胎、龙虾壳和钢渣等各种材料中寻找灵感。去年，他们还展示了如何将一次性口罩加工成更坚固的再生混凝土骨料，用于道路铺设。这一次，该团队扩大了他们的工作范围，包括新冠大流行产生的其他废物。据研究人员称，全球每天平均生产约54000吨个人防护设备，全世界每月约有1290亿个一次性口罩被丢弃。他们的研究可能发现了一种赋予这些材料第二次生命的新方法。在三项研究中，研究小组将粉碎的医用罩衣、橡胶手套和口罩以不同的浓度加入到混凝土中，浓度从0.1到0.25%不等。研究发现，橡胶手套可以将混凝土的抗压强度提高22%，而口罩可以将其提高17%。同时，切碎的罩衣将抗压强度提高了15%，弹性提高了12%，抗弯曲应力提高了21%。李杰教授说：“我们都见过一次性口罩在我们的街道上乱扔，但即使这些废物被妥善处理，最终也都被填埋了。通过循环经济的方法，我们可以使这些废物不被填埋，同时充分利用这些材料的全部价值来创造更好的产品--这是一个全方位的胜利。”该团队的目标是调查将不同PPE项目混合在一起的性能优势，并与卫生和建筑行业合作，努力进行现场试验。该研究的共同负责人RajeevRoychand博士说：“虽然我们的研究还处于早期阶段，但这些有希望的初步发现是朝着开发有效的回收系统，使一次性PPE废物不被填埋的方向迈出的重要一步。”这三项研究发表在《建筑材料案例研究》、《整体环境科学》和《清洁生产杂志》等杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308521.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308521.htm

全新石墨烯纳米电子平台有望完美取代硅 芯片更小更高效

全新石墨烯纳米电子平台有望完美取代硅芯片更小更高效研究人员指出，“石墨烯的力量在于其平坦的二维结构，这种结构由已知最强的化学键结合在一起。相较于硅，石墨烯可微型化的程度更深、能以更高的速度运行并产生更少的热量。这意味着，原则上，单一的石墨烯芯片要比硅芯片内可封装更多器件。”为了创建新的纳米电子平台，研究人员在碳化硅晶体基板上创建了一种改良形式的外延石墨烯，用电子级碳化硅晶体生产了独特的碳化硅芯片。研究人员使用电子束光刻技术（微电子学中常用的一种方法）来雕刻石墨烯纳米结构，并将其边缘焊接到碳化硅芯片上。这一过程机械地稳定和密封石墨烯的边缘，否则它会与氧气和其他可能干扰沿边缘电荷运动的气体发生反应。最后，为了测量石墨烯平台的电子性能，该团队使用了一个低温设备，使他们能够记录从接近零摄氏度到室温下的特性。他们的研究成果已于近期发表在了《自然·通讯》杂志上。研究小组在石墨烯边缘态下观察到的电荷类似于光纤中的光子，可以在不散射的情况下长距离传播。他们发现电荷在散射之前沿边缘移动了数万纳米。在之前的技术中，石墨烯电子只能移动约10纳米，然后就会撞到小缺陷并向不同方向散射。在金属中，电流由带负电的电子传递。但与研究人员的预期相反，他们的测量表明，边缘电流不是由电子或空穴携带的。相反，电流是由一种不同寻常的准粒子携带的，这种准粒子既没有电荷也没有能量，但运动时没有阻力。尽管是单个物体，但观察到混合准粒子的成分在石墨烯边缘的相对侧移动。研究人员表示，其独特的性质表明，这种准粒子可能是物理学家几十年来一直希望利用的粒子——马约拉纳费米子。“在无缝连接的石墨烯网络中使用这种新的准粒子开发电子产品将改变游戏规则。”他们补充道，“我们可能还需要5到10年才能拥有第一个基于石墨烯的电子产品。但由于我们团队新的外延石墨烯平台，技术比以往任何时候都更接近让石墨烯成为硅的继承者。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336115.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336115.htm

研究人员利用净化的粉煤灰生产更环保、更坚固的混凝土

研究人员利用净化的粉煤灰生产更环保、更坚固的混凝土考虑到这个问题，科学家们已经尝试用粉煤灰代替混凝土混合物中的一些水泥（其他成分是沙子和/或砾石以及水）。粉煤灰是煤炭燃烧后留下的废物，虽然它的质量与水泥相似，但它也含有有毒的重金属。如果将含有这种灰的混凝土用于道路或人行道，这些重金属可能会逐渐渗出并进入周围环境。为了解决这一缺陷，德克萨斯州莱斯大学的科学家们开发了一种工艺，首先将粉煤灰与导电的碳黑粉末混合。利用一种被称为闪电焦耳加热的技术，然后将该混合物放在两个铜或石墨电极（与一个电容器相连）之间，向该材料提供一个短的电脉冲。该电流的应用使该混合物迅速加热到大约3000ºC（5432ºF）的温度，导致重金属蒸发成蒸汽，并在一个真空室中被捕获并回收。"通过使用这种方法，我们可以以非常高的效率消除粉煤灰中的重金属，"该研究的共同第一作者、博士后研究助理邓冰说。"对于不同的重金属，如砷、镉、钴、镍和铅，去除效率在短短一秒钟内就能达到70%至90%。"研究主要作者孟伟（左）和邓冰，与使用净化粉煤灰制作的混凝土样品GustavoRaskosky/Rice大学作为一个额外的好处，用净化后的粉煤灰制作的混凝土也比用纯水泥制作的混凝土更坚固。更具体地说，当科学家们用粉煤灰取代混凝土混合物中30%的水泥时，发现所得的混凝土比对照样品强51%，弹性高28%。"这对结构工程和建筑业非常有意义，因为可以用更少的水泥建造更强大的结构，"另一位共同第一作者、博士后研究助理孟伟说。关于这项研究的论文最近发表在《通信工程》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351845.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351845.htm

纳米波纹石墨烯成为强大的催化剂

纳米波纹石墨烯成为强大的催化剂科学家们发现，石墨烯中的纳米波纹使它成为一种强大的催化剂，尽管它被认为是化学惰性的。他们发表在PNAS上的研究表明，石墨烯表面的纳米级波纹可以加速氢气的分裂，就像最好的金属基催化剂一样，而且这种效应可能存在于所有二维材料中。本周发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的研究表明，表面有纳米级波纹的石墨烯可以加速氢气的分裂，就像最好的金属基催化剂一样。这种意想不到的效果可能存在于所有二维材料中，这些材料本身都是不平坦的。曼彻斯特团队与来自中国和美国的研究人员合作进行了一系列的实验，以证明石墨烯的非平坦性使其成为一种强大的催化剂。首先，利用超灵敏的气流测量和拉曼光谱，他们证明了石墨烯的纳米级波纹与它与分子氢（H2）的化学反应性有关，并且它解离成原子氢（H）的活化能相对较小。顶部有离解氢原子的波纹石墨烯。资料来源：曼彻斯特大学研究小组评估了这种反应性是否足以使该材料成为高效的催化剂。为此，研究人员使用了氢气和氘气（D2）的混合气体，发现石墨烯确实表现为一种强大的催化剂，将氢气和D2转化为HD。这与石墨和其他碳基材料在相同条件下的行为形成了鲜明的对比。气体分析显示，单层石墨烯产生的HD量与已知的氢气催化剂（如氧化锆、氧化镁和铜）大致相同，但石墨烯只需要极少量，不到后者催化剂的100倍。"我们的论文表明，独立的石墨烯与化学性质极其惰性的石墨和原子平坦的石墨烯都有很大不同。"论文第一作者孙鹏展博士说："我们还证明了与石墨烯表面的空位、边缘和其他缺陷等'通常嫌疑人'相比，纳米级的波纹对催化作用更为重要。"论文的第一作者Geim教授补充说："由于热波动和不可避免的局部机械应变，所有原子级薄的晶体都会自然发生纳米波纹，其他二维材料也可能显示出类似的增强反应性。至于石墨烯，我们当然可以期待它在其他反应中具有催化和化学活性，而不仅仅是涉及氢气的反应。""二维材料最常被认为是原子级的平板，由不可避免的纳米级波纹造成的影响至今被忽视。我们的工作表明，这些影响可能是戏剧性的，这对二维材料的使用有重要影响。例如，块状硫化钼和其他茂金属经常被用作三维催化剂。现在我们应该想一想，它们在二维形式下是否会更加活跃"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349743.htm

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（MarkMiller）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（KostasKostarelos）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（BryanWilliams）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418551.htm