美3D打印制備技術為三維電磁超材料研制奠定技術

 

    【美國AZOm網站2017年5月5日報道】杜克大學的研究人員利用一種與3D打印機兼容的導電材料，3 d打印出有效的電磁超材料。本項目受到美國海軍研究辦公室的多學科大學研究計劃資助（N00014-13-1-0631）。該項技術可以為無線射頻應用的快速設計和原型設計帶來一場革命，比如無線網絡、藍牙、無線傳感和通信設備。

 

    超材料是由許多單獨的特征結構單元組成的合成材料，具備了自然界中材料不存在的特性。當電磁波穿過超材料時，波就會被每一個特征結構單元所操縱，以決定波的整體行為。

 

    為了具有超自然的特性，我們可以定制超材料，比如完全吸收特定波長的光，或將電磁波聚焦在多個區域，并向后彎曲光線。然而，先前的研究努力都局限在2D超材料電路板上，導致超材料的能力和效率受到限制。

 

    杜克大學材料科學家和化學家在應用物理快報上發表的一篇新論文中，展示了一種利用普通3D打印機制備三維電磁超材料的方法。杜克大學電氣和計算機工程學院Steve Cummer教授表示，人們可以想象、設計許多復雜的三維超材料結構，以證明它們是可行的。復雜設計的挑戰便是制造過程。在普通的3D打印機上，任何人都可以在幾小時內構建和測試一個潛在的原型，而且成本相對較低。

 

    在3D打印電磁超材料成為現實之前，找到可在商業3D打印機上打印的完美的導電材料起著至關重要的作用。通常情況下，商業3D打印機使用塑料，而塑料導電性很差。

 

    一些商業上可行的解決方案是將金屬和塑料混合在一起，但是沒有一種導電性足夠產生可行的電磁超材料。盡管金屬3D打印機已經上市，但其成本幾乎為100萬美元，而且設備巨大。

 

    杜克大學化學的團隊非常擅長制造導電材料，他們看到了這一差距，并意識到有一個巨大的未開發的空間。研究人員開發出一種可3D打印的材料，導電性是目前市場上其他3D打印材料的100倍。這種材料目前正由Multi3D公司（由研發人員創建）冠以Electrifi品牌對外銷售。盡管它的導電性與常規銅有一定差距，研究人員認為它的導電性足夠開發3D打印電磁超材料。測試結果表明，3D打印出的超材料立方體與電磁波的作用比二維對應超材料好14倍。

 

    （來源：國防科技信息網，作者：中國航空工業發展研究中心 胡燕萍）

 

    華盛頓州立大學開發出新型熱固性碳纖維復合材料回收技術

 

    【英國工程師網站2017年5月3日報道】華盛頓州立大學的研究人員已經開發出一種回收現代飛機和風力渦輪機中碳纖維復合材料的方法。這項工作為回收利用碳纖維和復合材料其他構成材料提供了一種有效的方法。碳纖維增強復合材料輕且強，在許多行業都得到了應用，但這種材料也很難分解或回收利用。熱塑性樹脂可以融化和重用，但大部分飛機用復合材料都是采用熱固性材料，無法融化后回到原來的狀態。

 

    為了回收這些材料，研究人員到目前為止嘗試過用機械的方法把它們磨碎，或者用高溫或化學物質來分解這些材料來回收碳纖維。后一種工藝的問題在于化學物質的腐蝕性，這些化學物質是有害的，很難處理。它們還破壞了復合材料中的樹脂材料基體，造成了化學物質的混合和額外的浪費問題。

 

    華盛頓州立大學的研究團隊開發了一種新的化學回收方法，使用溫和的酸作為催化劑在液態乙醇中在較低溫度下分解熱固性材料。

 

    為取得更好的分解效果，研究人員在實驗過程中對材料進行升溫，使含有催化劑的液體能夠更好的浸入復合材料內部，破壞其中已經固化的復雜結構。研究人員使用利用乙醇使樹脂發生膨脹，再利用氯化鋅破壞碳氮鍵。

 

    研究人員能夠將碳纖維和樹脂材料保存在一種很有用的材料中，這種材料很容易被重新利用。他們已經申請了一項專利，并正在努力將他們的方法商業化。

 

    研究人員已經能夠將碳纖維以及樹脂材料分別保存，并重新獲得應用。該團隊已經為其申請了技術專利，并試圖投入商業化應用。

 

    （來源：國防科技信息網，作者：中國航空工業發展研究中心 胡燕萍）

 

    具有類蛇皮自脫落特征的自愈型超疏水材料問世

 

    【據NewAtlas新聞網5月3日報道】超疏水材料具有自清潔、防水等多種優異特性，但強度低、耐久性差等問題制約了其規模化應用。近日，德國弗萊堡大學開發出一種具有自愈性能的超疏水涂層，或將突破其應用瓶頸。這種超疏水材料表面具有類似蛇褪去外皮的特性，可實現表面受損后超疏水性能的自愈。該研究成果近日發表于《朗繆爾》期刊。

 

    受到如荷葉或水黽等自然界中的疏水表面的啟發，近年來涌現出大量超疏水材料。最典型的超疏水材料制備方法使在具有微米尺度的粗糙材料表面上構造具有納米結構。然而，這種微納米多級結構在受到外力摩擦時極易受損，導致疏水性能被破壞。

 

    為克服這一短板，弗萊堡大學的研究團隊開發出一種具有多層結構的自愈型超疏水材料。該材料表層為具有疏水特性的聚四氟丙烯酸酯（PFA）膜，該PFA層表面由針狀的“納米草叢”結構組成，下面一層為常用與醫用設備的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶性高分子層，底層為具有“納米草叢”結構的超疏水硅涂層。當涂層表面受到磨損后，將涂層浸入水中，中間層的水溶性PVP層將被水溶解，使表面受損層脫落，暴露出底層的超疏水層。

 

    根據研究團隊表示，目前該研究仍然處于實驗室探索階段，團隊正致力于提升材料表層的耐磨損性能，以防止材料底層的磨損。該研究為新型耐久、自愈型超疏水材料研發提供了新思路。

 

    （來源：國防科技信息網，作者：中國船舶工業綜合技術經濟研究院 志偉）

 

    中國團隊研制出最強鎂合金材料登上nature封面

 

    中國科學家研制的一種高強度鎂合金材料接近了理論上鎂基合金的強度極限。

 

 

    在剛剛出版的《自然》雜志中，香港城市大學副校長呂堅、浙江大學朱林利副教授等中國科學家聯合發表的論文《采用雙相納米結構制成高強度鎂合金材料》（Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys）成為本期雜志的封面文章。

 

 

    在這篇重磅論文中，幾位中國科學家介紹了他們研制的一種高強度鎂合金材料——這種材料的強度，超過了所有已知鎂基納米材料，并接近理論上鎂基合金的強度極限。

 

    在公眾看來，鎂合金似乎沒有鋁合金那樣有名。其實，小到一分錢的硬幣、手機筆記本電腦的外殼，大到飛機火箭都離不開鎂合金材料。鎂合金材料具有重量輕、性能良好，易于加工等諸多優勢，一直是材料學的研究熱點。

 

    人們的常識中，固態金屬在常溫下是以金屬晶體的相態存在的。同種單質金屬或合金比例不變的情況下，構成金屬材料的微結構（如晶粒、孿晶等）形態、比例、大小等發生變化都會顯著影響金屬材料的性質，這就是材料學中一個被稱作金相學的獨立分支。隨著現代電子顯微鏡技術的發展，科學家和工程師們已經能夠從微觀的角度觀察金屬晶體了。

 

    上世紀后半葉，科學家們發現隨著構成金屬材料的微結構尺寸不斷減小，材料的某些性質會發生變化。當單個晶粒的直徑達到100納米以下時，這些現象變得尤其明顯，例如材料的強度和硬度會大幅提高，而延展性和韌性會下降。（本刊記者提示：材料的硬度和強度不是相同的概念，天然硬度最高的鉆石雖然非常耐磨，但在比它“軟”得多的鐵錘面前不堪一擊，所以千萬不要在家拿婚戒試！）由這種納米級微結構構成的金屬材料被稱作納米金屬材料，目前已經廣泛應用的納米結構硬質合金就是其中的代表。例如，鎢-碳納米硬質合金可以用來制造直徑不足一毫米的高強度鉆頭。

 

    不為大眾所知的是，金屬材料能以勻質的非晶體相態存在，這一點和玻璃的微觀結構類似，因此此種形態下的金屬被稱為金屬玻璃。金屬玻璃具有良好的彈性和抵抗塑性形變的能力，高爾夫球桿的擊球部位就是由金屬玻璃制成的，可以在承受巨大沖擊后保持形狀不變。

 

    過去的納米金屬材料很難達到理論上的強度。原因主要是在制備納米金屬晶體時存在一定的缺陷，從而導致整體材料強度不足。在相對低應力下，這一點表現的尤其突出。雖然近年來納米金屬材料的制備工藝顯著進步，但通過工藝改善單一相態的金屬納米材料存在極限。

 

    呂堅等人嘗試了另一種思路，用非晶態的金屬玻璃包裹金屬納米晶體顆粒。呂堅等將納米級鎂－銅合金晶體嵌入了鎂－銅－釔合金的非晶態金屬外殼，制成了一種新型的鎂基雙相納米合金材料，并將此種其命名為超納米雙相玻璃－晶體結構。

 

 

 

    鎂基雙相納米合金的顯微結構這種新型納米材料是由單個不足10納米的具有“外殼”的顆粒組成，單個顆粒核心成分是鎂：銅＝2:1（原子數比例，以下同）的典型晶體組成，外殼據估算是由鎂：銅：釔＝69:11:20的典型非晶態金屬構成。整體的合金材料可以寫成鎂49銅46釔9的形式。通過檢測目前得到的薄層材料，可以確定這種雙相納米鎂基合金材料強度達到了3.3吉帕，超過了所有已知鎂基納米材料并接近了理論上鎂基合金的極限。

 

    今天上午，《環球科學》記者第一時間連線nature封面文章作者之一、浙江大學的朱林利副教授，請他介紹了關于這項研究的更多信息。

 

    《環球科學》： 傳統的納米材料有什么缺陷？你們研發的新材料解決了這些問題了嗎？

 

    朱林利：  一般而言，納米結構金屬材料如納米晶材料相比較于傳統金屬材料具有超高強度的力學特性。但是，隨著晶粒尺寸的進一步減小，如晶粒尺寸小于10納米，材料的強度會出現軟化現象，即材料強度不再隨著晶粒尺寸的減小而增強（反Hall-Petch關系），使得材料的強度無法達到理想強度（彈性模量E的十分之一或二十分之一）。在我們研發的雙相鎂合金中，晶粒尺寸和非晶區域的厚度均小于10納米，材料的強度接近鎂基非晶的理想強度E/20。

 

    《環球科學》： 為什么選擇鎂－銅合金材料作為研究對象？

 

    朱林利：  這是因為鎂基合金在工業和生物醫學領域均存在大量的潛在應用。比如，我們此次選擇鎂基合金是想提高它在醫學臨床應用中的力學特性如降低摩擦系數等（編者注：鎂是人體必須的金屬元素，體內組織或血液中含量很高，因此鎂制的醫療器械植入人體后不會產生毒副作用）。

 

    《環球科學》： 文章中描述的超納米材料有什么應用前景？

 

    朱林利：  由于雙相超納材料的兩相幾何尺寸均小于10納米，我們相信這種新型結構的納米材料將會表現出非常不同的力學和物理學性能。目前，針對超納金屬材料，將會在超高強度輕質結構的工業應用中存在巨大潛力，比如用于制作航空航天和自動化領域的高強度、輕量化零件。

 

    《環球科學》： 實驗中制備的超納米雙相材料，是否適合工業化生產？成本如何？

 

    朱林利：  我們采用磁控濺射方法有制備出超納雙相鎂合金直徑約為10cm的圓形薄膜。磁控濺射的方法本身已經非常成熟，而且可以應用于大規模材料制備，因此成本并不高。同時，我們正在通過研發其他制備方法，提高制備超納雙相材料的效率。

 

    論文鏈接：Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys，DOI: 10.1038/nature21691（來源： 環球科學，作者： 陳耕石）

 

    美國開發出室溫下3D打印透明玻璃的方法

 

    【據激光電子世界網站2017年5月5日報道】美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家及其學術合作者已經展示了通過3D打印合成透明玻璃。這一發展可能最終導致改變激光器和其他包含光學元件器件的設計和結構。該合成過程在發表于《先進材料》的論文中有詳細介紹。

 

    其他研究機構已經表明玻璃的3D印刷是可能的，然而先前的演示涉及通過加熱印刷頭擠出熔融玻璃絲，或者使用激光來選擇性地熔融和熔化玻璃粉末。LLNL的做法不依賴于印刷熔融玻璃，而是研制了由玻璃顆粒的濃縮懸浮液形成的定制油墨，其流動性高度可控，因此可以在室溫下印刷。然后將印刷的元件進行合理設計的熱處理，使其致密化并消除印刷過程的痕跡。最后，將處理后的元件進行光學質量拋光。研究人員表示，該方法提高了光學元件實現光學均勻性的可能性。

 

    LLNL材料工程師杜阮毅先生說：“為了印刷高品質的光學元件，不應該看到任何毛孔和線條，它們必須是透明的。”在找到合適的材料組分之前，他們試驗了大量的材料混合物。 “當我們得到一個普通的配方，我們可以調整它，使材料可以在印刷過程中相融合。大多數其他印刷玻璃的方法是首先融化玻璃，然后冷卻下來，這可能會有殘余應力導致開裂，而我們在室溫下打印，不存在這個問題。”

 

    LLNL的方法使用通過直接墨水書寫過程擠出二氧化硅顆粒的漿料。印刷出的產品不透明，但干燥和熱處理后變得透明。研究人員說，與使用熔融玻璃的3D打印不同，該方法在打印期間不需要高溫，從而可實現更高的分辨率。

 

    Nguyen說：“拋光復雜的或非球面的鏡片是相當勞動密集型的，需要很多的技能，但拋光平面更容易。通過控制印刷組件的折射率，可以改變光線的彎曲度，從而使可以拋光的鏡面平坦化。”

 

    研究人員說，他們不是替代傳統的光學器件，而是探索目前市場上不存在的化學成分梯度的新應用。設計新穎的光學元件替代現成的光學元件可以減小光學系統的尺寸，重量或成本。

 

    研究人員說，該研究可以擴大光學工程師的設計空間，也可能產生光學器件之外的應用，包括具有復雜且先前無法獲得的玻璃微流體器件。由于具有光學透明性、耐化學腐蝕性、機械性能以及具有調整其表面化學性能和官能度的能力，玻璃是微流體學的一種珍貴材料。然而，玻璃難以加工和蝕刻以實現幾何形狀復雜的微流體裝置。玻璃的3D打印可能會改變這一現狀，研究團隊還展示了簡單的微流控網絡的3D打印。

 

    現在該研究團隊已經證明印刷透明玻璃是可能的，研究人員正在通過改變玻璃的組成，實現制作高品質光學和漸變折射率透鏡。下一個需要克服的障礙是漸變折射率（GRIN）光學元件，這將需要對過程進行更多的熟悉和控制。

 

    （來源：國防科技信息網，作者：工業和信息化部電子第一研究所  張慧）

 

    有機單晶電子的黎明

 

    【據固態電子技術網站2017年5月2日報道】日本國立自然科學研究院分子科學研究所的研究人員開發了一種高效摻雜有機單晶的方法。此外，他們成功實現該單晶的霍爾效應測量，這是世界上第一例。該研究已發表在《先進材料》中。

 

    20世紀無機單晶電子技術的核心技術是通過摻雜微量雜質來控制p型和n型半導體中負責導電的“空穴”和“電子”，代表器件是硅芯片，太陽能電池和發光二極管。通過摻雜產生的載流子（空穴和電子）的數量及其移動速度（遷移率）可以通過測量磁場的“霍爾效應”得知。然而，在21世紀出現的有機電子領域，沒有人試圖進行有機單晶摻雜，也沒有測量其霍爾效應。

 

    “我們將紅熒烯有機單晶生長技術與我們原有的超慢沉積技術（10 nm/s）相結合，其中包括一個具有孔徑的旋轉快門。”日本綜合大學院大學（SOKENDAI）的博士研究生Chika Ohashi解釋說。 “我們第一次成功地生產了1 ppm摻雜的有機單晶，并檢測到其霍爾效應信號。”有機單晶的摻雜效率為24％，遠高于真空沉積相同材料的多孔膜僅為1％的摻雜效率。

 

    實驗室主任Masahiro Hiramoto教授認為，目前的結果是有機單晶電子的黎明，其意義類似于硅單晶電子學，將來可能開發諸如高性能有機單晶太陽能電池的器件。

 

    （來源：國防科技信息網，作者：工業和信息化部電子第一研究所  張慧）

 

    德國應用固態物理研究所開發出高靈敏度銦鎵砷微波功率放大器

 

    【據今日半導體網站2017年5月2日報道】未來，歐洲航天局將發射一系列新型氣象衛星，更準確地測量重要的氣象數據（如降雨量、水蒸氣或者溫度）。測量設備的核心是極靈敏的銦鎵砷微波放大器，它由德國應用固態物理研究所開發，可以感知極微弱的環境信號，因而可更準確地預報天氣。

 

    對天氣預報而言，氣象學家利用計算機模擬處理數千條測量數據。幾十年來，這類數據主要由衛星提供，衛星利用靈敏的傳感器測量地球上的溫度或者降水。傳感器越靈敏，測量值越準確，因而天氣預報越準確。未來兩年，歐洲航天局將發射第二代氣象運行衛星（共6個），配備最先進的測量技術。歐洲航天局投入14億歐元用于制造衛星（不包括發射和運行）。

 

    高層大氣測量能吸收微波輻射的小型高精度放大器也將隨著衛星發射。每個物體表面都會發出輻射。研究人員將放大器校準為微波頻率，其可提供關鍵氣象信息。該放大器捕捉由水蒸氣、雨、霧或冰晶發出的微波，尤其是卷云中的冰晶，它對氣候和天氣具有重要影響。由于微波輻射，研究人員也可以根據地面溫度得出非常準確的結果。

 

    然而，衛星微波天線收到的信號非常微弱，僅幾個納瓦。為了可靠地測量微波信號，需要高靈敏度放大器。然而，由硅制成的晶體管不夠靈敏。

 

    德國應用固態物理研究所邁克爾·施勒希特韋格博士說：“電子易于穿過銦鎵砷，即使驅動電子的電場非常小。” 因此，非常微弱的微波信號可使晶體管中的電子運動起來，這使得晶體管非常靈敏。歐洲航天局項目經理說：“由于采用固態物理研究所開發的微波電路，氣象運行衛星將能更準確地測量溫度、水蒸氣和降水類型。這增加了天氣預報的可靠性。”

 

    高精度小型電極除了使用銦鎵砷，放大器小型化有助于使其更加靈敏。晶體管電極長僅50-35納米，因而可測量微弱的電流（信號）。施勒希特韋格說：“高靈敏度和小型化是25年的研究成果，期間，我們開發出一種高精度制造工藝，通過150個生產步驟制作放大器電路（包括用電子束形成電極）。”

 

    在氣象運行衛星上，微波功率放大器可用于三種不同的測量設備中，它們分別測量降水、水蒸氣、冰晶或者溫度。因此，需要制備不同的傳感器，并校正相應的微波頻率（54GHz和243GHz之間的五個頻帶，頻率越高所需放大器功率越高）。

 

    除了歐洲航天局，最近一家美國公司對微波功率放大器也很感興趣，因此，美國衛星有可能采用它。

 

    美研究人員開發出2D材料快速檢測方法

 

    【據化合物半導體網站2017年5月3日報道】美國賓夕法尼亞州立大學研究人員開發了一種用于分析2D半導體材料缺陷的快速、無損的光學方法。該研究論文發表在走近科學雜志上。

 

    要理解在二維材料中發生了什么，如WS2（其結構類似三明治，在兩個單層硫原子層之間夾著單層鎢原子層），通常會使用能夠看到單個原子及空穴的大功率電子顯微鏡。

 

    賓夕法尼亞州立大學材料研究所科學家Bernd Kabius及論文共同作者的說，透射電子顯微鏡（TEM）的好處是，可以獲得圖像，可以直接看到發生的事情——即獲得直接證據。但是缺點是可能會損壞精細的2D材料、所需樣品的復雜準備以及需要的時間——一整天進行儀器操作完成單個樣品成像，以及一周或以上的時間來解釋成像結果。

 

    由于這些原因和其他原因，研究人員希望將TEM與另一種更簡單快捷的樣本檢測的方法相結合。該方法由物理學、材料科學與工程與化學教授Mauricio Terrones和他的團隊使用熒光顯微鏡開發出來，使用特定波長的激光照射在樣品上。

 

    被激發的電子被推到更高的能量水平，當它們下降到較低的能量水平時，每個電子發射較長波長的光子。通過光譜測量所發出的較長波長，能夠獲得關于樣品的缺陷類型和位置的信息。然后，團隊可以將結果與TEM下的觀察結果確認相關聯。理論計算也有助于驗證光學結果。

 

    樣品必須放置在溫度控制的樣品架中，溫度降至77開爾文。在這個溫度下，產生熒光的電子 - 空穴對與缺陷結合。在這種情況下，三明治結構頂層的一組硫空位發出比材料的原始區更強的信號。

 

    Terrones實驗室前博士后研究員Victor Carozo表示：“我們第一次在二維材料中建立了光學響應與原子缺陷量之間的直接關系。對于半導體行業來說，這是一種快速測量，可用于評估二維材料系統缺陷的非破壞性光學方法。重要的是我們可以將我們的光學方法與TEM和原子模擬相關聯，我認為方法可以非常有助于建立二維結晶材料表征方案。”

 

    2DLM博士后和理論家兼該研究的合作者王毅熙補充說：“我們的計算表明，由空位俘獲的電子發射的光不同于無缺陷區域的發射波長。在這些波長發射光的區域可以輕松識別樣本內的空缺。”

 

    賓夕法尼亞州立大學物理與材料科學與工程與化學杰出教授Vincent Crespi說：“我們不僅可以確定某些缺陷的存在與改良的發光之間的經驗相關性，而且還可以通過第一性原理計算首次確定相關性的原因。”

 

    該項研究工作可以增強的器件應用包括具有選擇性孔徑的膜（用于從水中去除鹽或進行DNA測序）、氣體傳感器（當氣體分子與特定空位結合時）和摻雜外來原子的2D材料的摻雜屬性。

 

    （來源：國防科技信息網，作者：工業和信息化部電子第一研究所  張慧）

 

    美能源部功能納米材料研究中心將電子束光刻工藝分辨率提升至1納米創世界紀錄！

 

    【據物理學組織網站2017年4月28日報道】隨著能夠獲得更小尺寸圖形的材料圖形化工藝技術的不斷完善，納米技術得到了長足的進步。作為材料圖形化工藝的主要方法之一，電子束光刻（EBL, electron-beam lithography）技術在這一發展過程起到了不可替代的作用。電子束光刻是將對電子束敏感的材料暴露在聚焦電子束下來實現材料的圖形化的。當材料的特征尺寸從宏觀尺度縮小至納米尺度，單個原子和分子便可以被操縱來改變材料的性質，如材料的顏色、化學活性、導電性和光交互性等。

 

    為了找到合適的方法來滿足對材料圖形化特征尺寸進一步縮小持續增長的需求，美國能源部（DOE）科學辦公室布魯克海文國家實驗室功能納米材料研究中心（CFN）的科研人員一直在電子束光刻技術研發領域尋求突破，最近，剛剛創造了一項新的記錄。他們在掃描透射電子顯微鏡（STEM）的輔助下利用電子束光刻工藝在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜上成功實施了特征尺寸約1納米、間距11納米的圖形化工藝，得到的圖形面密度可高達每平方厘米一萬億個。這一創紀錄的研究成果已在《納米快報》上發表。

 

    研究人員表示，他們從事該研究的主要目的是想了解材料的光、電、熱及其它性能是如何隨特征尺寸的減小而發生改變的。直到現在，還從未有過以如此可控、高效的方式實現1納米分辨率的圖形化工藝。

 

    商業電子束光刻設備典型的材料圖形化尺寸一般在10到20納米之間。可實現更高分辨率圖形的技術一般都需要特殊的條件，這些苛刻的條件不但限制了這些技術的實用性，而且效率并不高。在本研究中，研究人員突破傳統電子束光刻工藝分辨率極限的秘訣在于他們在功能材料研究中心的一臺相差校正掃描透射電子顯微鏡（STEM是一種可提供原子尺度聚焦電子束的特殊顯微鏡）中安裝了一個圖形發生器（一種根據計算機軟件輔助設計精確控制電子束在材料樣品上的移動從而實現材料圖形工藝的電子系統）。通過這樣的方式，研究人員將一個單純的成像工具轉變成了一個不僅可以實現原子級分辨率成像而且還可以制作原子級分辨率圖形結構的繪圖工具。

 

    測量實驗結果顯示，該設備將現有圖形化特征尺寸縮小了約200%（從5納米縮小到了1.7納米），圖形面密度增加了一倍（從每平方厘米4000億增加到每平方厘米8000億），圖形間距從16納米縮減到11納米。

 

    經研究人員圖形化處理的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜可作為模板將接近1納米尺寸分辨率的圖形轉移到其它材料。研究人員憑借這一思路成功在金屬材料（金鈀）和半導體材料（氧化鋅）上實現了特征尺寸小于5納米的圖形化工藝。

 

    研究人員指出，電子束光刻工藝的分辨率會受到很多因素的影響，其中包括設備局限性、電子束間相互作用、聚合物材料特性和分子尺寸及光刻化學工藝制程控制等。

 

    該研究成果最令人興奮之處還在于實現了遠小于聚甲基丙烯酸甲酯高聚物26納米有效半徑的圖形尺寸。接下來，研究團隊計劃用該技術研究1納米尺寸圖形化材料的性質。一個短期目標是證明傳統半導體硅材料在接近1納米尺寸時的電學及光學性能會發生改變。

 

    新的相差校正電子束光刻技術為材料工程開啟了很多令人激動的可能性，原子尺度的材料性能調控將不再是無法實現的夢想！

 

    （來源：國防科技信息網，作者：工業和信息化部電子第一研究所  李鐵成）

 

    密蘇里科技大學化學家創造出具有橡膠般彈性的形狀記憶氣凝膠

 

 

    聚合氣凝膠是結合了某些最理想的材料特性的納米多孔結構材料，例如柔韌性和機械強度。對于這種目前世界上最前沿的輕質材料來說，進一步從材料本身進行材料特性的提高幾乎是不可能的。但是，來自密蘇里科技大學的化學家們，制備得到了具有橡膠般彈性的氣凝膠，可以實現“形狀記憶”。

 

    氣凝膠是通過用二氧化硅，金屬氧化物或聚合物凝膠中的氣體代替液體溶劑而產生的。它們可用在各類產品中，從海底石油管道的絕緣隔熱材料到NASA太空任務中使用的各類隔熱材料。

 

    密蘇里科技大學化學教授、項目主管研究員Nicholas Leventis博士表示，我們創造的特定類型的聚亞胺酯氣凝膠具有超強彈性，這意味著它們可以在向任何方向彎曲或被壓扁后，仍然恢復到原來的形狀。我們的這種超強彈性氣凝膠不同于橡膠，因為它們可以按照指令回到某種特定的形狀，也就是表現出強烈的形狀記憶特性，這意味著它們在變形和冷卻后，可永遠保持變形后的形狀。

 

    但是，當溫度回升到室溫時，他們就恢復成原來的未變形形狀。形狀記憶效應的概念并不新鮮，形狀記憶合金和聚合物在多年前已經被熟知。但是，形狀記憶氣凝膠是輕質材料中尚待開發的領域。

 

    Leventis和他的團隊通過塑造能夠模擬協調肌肉功能的“仿生手”，展示了這種氣凝膠的獨特的性質，這種氣凝膠手可以靈活的抓取鉛筆。

 

    Levantis說，我們相信這項工作已經產生了氣凝膠領域的“圣杯”。將來我們會看到很多這些氣凝膠的仿生應用，它們的靈活性與彈性相結合，大大提高了其可能使用的范圍。

 

    來源：國防網（ID:dsti_net），作者：中國航空工業發展研究中心

 

    陳濟桁歐洲SAMPE會議探索復合材料創新

 

    【據復合材料世界2017年4月27日報道】國際先進材料與工藝技術學會（SAMPE）歐洲的2017年巴黎會議在JEC世界2017展會前召開。會議涵蓋了航空航天、汽車、先進制造等領域。SAMPE歐洲將在11月舉辦2017年斯圖亞特會議。

 

    波音方面，高級技術研究員介紹了先進無損檢測（NDI）研究與技術。他強調復合材料設計者需要不僅僅面向性能進行設計，還要面向檢測和可檢測性來實施設計，NDI是一個可以最終提升制造的工具。NDI持續向制造工藝的上游移動，以更好地實施工藝控制。

 

    空客方面，研究與技術高級副總裁針對當前空客推動創新和材料改進的計劃進行了概覽和一些案例。多功能組件和結構、更多非熱壓罐（OOA）工藝和優化的增材制造項目正在執行，還有電力推進、混合發動機以及開式轉子發動機設計。結構健康監測和工廠全數字生產正在向前邁進，盡管距離實施還有幾年。他提到了一個“大型設計空間”，超越了僅僅改進原始的波音707“帶機翼飛行管道”布局——空客考慮許多可能的飛機構型。

 

    巴西航空工業公司方面，復合材料研發項目經理談到了飛機復合材料使用以及公司位于葡萄牙的新復合材料中心。她提到當前飛機上使用了20%的復合材料，指出公司正考慮使用更多的復合材料元素，可能在某些型號上是全復材機身和機翼，盡管最終決策還未做出。

 

    國際先進材料與工藝技術學會（SAMPE）SAMPE是一家以航空航天復合材料研發起家、以先進復合材料為主要關注點的國際性專業學會組織，通過組織技術論壇、出版期刊及書籍的方式，為專業人士提供了一個交流思想及發布信息的極好平臺，以達到共享新材料及其制造技術信息的目的。SAMPE 學會在全球范圍內擁有45 個專業分會及59 個學生分會。SAMPE創立于1944年，總部設于美國加州Covina，目前所轄分會遍布全球，主要的分會包括美國、加拿大、歐洲、澳洲、日本、北京、上海和臺灣。SAMPE 學會在全球范圍內擁有45 個專業分會及59 個學生分會，會員人數超過15000人，其會員涵蓋了航空航天、汽車、紡織、大學院校、醫藥、國防、制造業及運動休閑器材等各界人士。

 

    （來源：國防科技信息網，作者：中國航空工業發展研究中心 劉亞威）

 

 

 

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責任編輯：王元

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