美3D打印制备技术为三维电磁超材料研制奠定技术

 

  【美国AZOm网站2017年5月5日报道】杜克大学的研究人员利用一种与3D打印机兼容的导电材料，3 d打印出有效的电磁超材料。本项目受到美国海军研究办公室的多学科大学研究计划资助（N00014-13-1-0631）。该项技术可以为无线射频应用的快速设计和原型设计带来一场革命，比如无线网络、蓝牙、无线传感和通信设备。

 

  超材料是由许多单独的特征结构单元组成的合成材料，具备了自然界中材料不存在的特性。当电磁波穿过超材料时，波就会被每一个特征结构单元所操纵，以决定波的整体行为。

 

  为了具有超自然的特性，我们可以定制超材料，比如完全吸收特定波长的光，或将电磁波聚焦在多个区域，并向后弯曲光线。然而，先前的研究努力都局限在2D超材料电路板上，导致超材料的能力和效率受到限制。

 

  杜克大学材料科学家和化学家在应用物理快报上发表的一篇新论文中，展示了一种利用普通3D打印机制备三维电磁超材料的方法。杜克大学电气和计算机工程学院Steve Cummer教授表示，人们可以想象、设计许多复杂的三维超材料结构，以证明它们是可行的。复杂设计的挑战便是制造过程。在普通的3D打印机上，任何人都可以在几小时内构建和测试一个潜在的原型，而且成本相对较低。

 

  在3D打印电磁超材料成为现实之前，找到可在商业3D打印机上打印的完美的导电材料起着至关重要的作用。通常情况下，商业3D打印机使用塑料，而塑料导电性很差。

 

  一些商业上可行的解决方案是将金属和塑料混合在一起，但是没有一种导电性足够产生可行的电磁超材料。尽管金属3D打印机已经上市，但其成本几乎为100万美元，而且设备巨大。

 

  杜克大学化学的团队非常擅长制造导电材料，他们看到了这一差距，并意识到有一个巨大的未开发的空间。研究人员开发出一种可3D打印的材料，导电性是目前市场上其他3D打印材料的100倍。这种材料目前正由Multi3D公司（由研发人员创建）冠以Electrifi品牌对外销售。尽管它的导电性与常规铜有一定差距，研究人员认为它的导电性足够开发3D打印电磁超材料。测试结果表明，3D打印出的超材料立方体与电磁波的作用比二维对应超材料好14倍。

 

  （来源：国防科技信息网，作者：中国航空工业发展研究中心 胡燕萍）

 

  华盛顿州立大学开发出新型热固性碳纤维复合材料回收技术

 

  【英国工程师网站2017年5月3日报道】华盛顿州立大学的研究人员已经开发出一种回收现代飞机和风力涡轮机中碳纤维复合材料的方法。这项工作为回收利用碳纤维和复合材料其他构成材料提供了一种有效的方法。碳纤维增强复合材料轻且强，在许多行业都得到了应用，但这种材料也很难分解或回收利用。热塑性树脂可以融化和重用，但大部分飞机用复合材料都是采用热固性材料，无法融化后回到原来的状态。

 

  为了回收这些材料，研究人员到目前为止尝试过用机械的方法把它们磨碎，或者用高温或化学物质来分解这些材料来回收碳纤维。后一种工艺的问题在于化学物质的腐蚀性，这些化学物质是有害的，很难处理。它们还破坏了复合材料中的树脂材料基体，造成了化学物质的混合和额外的浪费问题。

 

  华盛顿州立大学的研究团队开发了一种新的化学回收方法，使用温和的酸作为催化剂在液态乙醇中在较低温度下分解热固性材料。

 

  为取得更好的分解效果，研究人员在实验过程中对材料进行升温，使含有催化剂的液体能够更好的浸入复合材料内部，破坏其中已经固化的复杂结构。研究人员使用利用乙醇使树脂发生膨胀，再利用氯化锌破坏碳氮键。

 

  研究人员能够将碳纤维和树脂材料保存在一种很有用的材料中，这种材料很容易被重新利用。他们已经申请了一项专利，并正在努力将他们的方法商业化。

 

  研究人员已经能够将碳纤维以及树脂材料分别保存，并重新获得应用。该团队已经为其申请了技术专利，并试图投入商业化应用。

 

  （来源：国防科技信息网，作者：中国航空工业发展研究中心 胡燕萍）

 

  具有类蛇皮自脱落特征的自愈型超疏水材料问世

 

  【据NewAtlas新闻网5月3日报道】超疏水材料具有自清洁、防水等多种优异特性，但强度低、耐久性差等问题制约了其规模化应用。近日，德国弗莱堡大学开发出一种具有自愈性能的超疏水涂层，或将突破其应用瓶颈。这种超疏水材料表面具有类似蛇褪去外皮的特性，可实现表面受损后超疏水性能的自愈。该研究成果近日发表于《朗缪尔》期刊。

 

  受到如荷叶或水黾等自然界中的疏水表面的启发，近年来涌现出大量超疏水材料。最典型的超疏水材料制备方法使在具有微米尺度的粗糙材料表面上构造具有纳米结构。然而，这种微纳米多级结构在受到外力摩擦时极易受损，导致疏水性能被破坏。

 

  为克服这一短板，弗莱堡大学的研究团队开发出一种具有多层结构的自愈型超疏水材料。该材料表层为具有疏水特性的聚四氟丙烯酸酯（PFA）膜，该PFA层表面由针状的“纳米草丛”结构组成，下面一层为常用与医用设备的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶性高分子层，底层为具有“纳米草丛”结构的超疏水硅涂层。当涂层表面受到磨损后，将涂层浸入水中，中间层的水溶性PVP层将被水溶解，使表面受损层脱落，暴露出底层的超疏水层。

 

  根据研究团队表示，目前该研究仍然处于实验室探索阶段，团队正致力于提升材料表层的耐磨损性能，以防止材料底层的磨损。该研究为新型耐久、自愈型超疏水材料研发提供了新思路。

 

  （来源：国防科技信息网，作者：中国船舶工业综合技术经济研究院 志伟）

 

  中国团队研制出最强镁合金材料登上nature封面

 

  中国科学家研制的一种高强度镁合金材料接近了理论上镁基合金的强度极限。

 

 

  在刚刚出版的《自然》杂志中，香港城市大学副校长吕坚、浙江大学朱林利副教授等中国科学家联合发表的论文《采用双相纳米结构制成高强度镁合金材料》（Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys）成为本期杂志的封面文章。

 

 

  在这篇重磅论文中，几位中国科学家介绍了他们研制的一种高强度镁合金材料——这种材料的强度，超过了所有已知镁基纳米材料，并接近理论上镁基合金的强度极限。

 

  在公众看来，镁合金似乎没有铝合金那样有名。其实，小到一分钱的硬币、手机笔记本电脑的外壳，大到飞机火箭都离不开镁合金材料。镁合金材料具有重量轻、性能良好，易于加工等诸多优势，一直是材料学的研究热点。

 

  人们的常识中，固态金属在常温下是以金属晶体的相态存在的。同种单质金属或合金比例不变的情况下，构成金属材料的微结构（如晶粒、孪晶等）形态、比例、大小等发生变化都会显著影响金属材料的性质，这就是材料学中一个被称作金相学的独立分支。随着现代电子显微镜技术的发展，科学家和工程师们已经能够从微观的角度观察金属晶体了。

 

  上世纪后半叶，科学家们发现随着构成金属材料的微结构尺寸不断减小，材料的某些性质会发生变化。当单个晶粒的直径达到100纳米以下时，这些现象变得尤其明显，例如材料的强度和硬度会大幅提高，而延展性和韧性会下降。（本刊记者提示：材料的硬度和强度不是相同的概念，天然硬度最高的钻石虽然非常耐磨，但在比它“软”得多的铁锤面前不堪一击，所以千万不要在家拿婚戒试！）由这种纳米级微结构构成的金属材料被称作纳米金属材料，目前已经广泛应用的纳米结构硬质合金就是其中的代表。例如，钨-碳纳米硬质合金可以用来制造直径不足一毫米的高强度钻头。

 

  不为大众所知的是，金属材料能以匀质的非晶体相态存在，这一点和玻璃的微观结构类似，因此此种形态下的金属被称为金属玻璃。金属玻璃具有良好的弹性和抵抗塑性形变的能力，高尔夫球杆的击球部位就是由金属玻璃制成的，可以在承受巨大冲击后保持形状不变。

 

  过去的纳米金属材料很难达到理论上的强度。原因主要是在制备纳米金属晶体时存在一定的缺陷，从而导致整体材料强度不足。在相对低应力下，这一点表现的尤其突出。虽然近年来纳米金属材料的制备工艺显著进步，但通过工艺改善单一相态的金属纳米材料存在极限。

 

  吕坚等人尝试了另一种思路，用非晶态的金属玻璃包裹金属纳米晶体颗粒。吕坚等将纳米级镁－铜合金晶体嵌入了镁－铜－钇合金的非晶态金属外壳，制成了一种新型的镁基双相纳米合金材料，并将此种其命名为超纳米双相玻璃－晶体结构。

 

 

 

  镁基双相纳米合金的显微结构这种新型纳米材料是由单个不足10纳米的具有“外壳”的颗粒组成，单个颗粒核心成分是镁：铜＝2:1（原子数比例，以下同）的典型晶体组成，外壳据估算是由镁：铜：钇＝69:11:20的典型非晶态金属构成。整体的合金材料可以写成镁49铜46钇9的形式。通过检测目前得到的薄层材料，可以确定这种双相纳米镁基合金材料强度达到了3.3吉帕，超过了所有已知镁基纳米材料并接近了理论上镁基合金的极限。

 

  今天上午，《环球科学》记者第一时间连线nature封面文章作者之一、浙江大学的朱林利副教授，请他介绍了关于这项研究的更多信息。

 

  《环球科学》： 传统的纳米材料有什么缺陷？你们研发的新材料解决了这些问题了吗？

 

  朱林利：  一般而言，纳米结构金属材料如纳米晶材料相比较于传统金属材料具有超高强度的力学特性。但是，随着晶粒尺寸的进一步减小，如晶粒尺寸小于10纳米，材料的强度会出现软化现象，即材料强度不再随着晶粒尺寸的减小而增强（反Hall-Petch关系），使得材料的强度无法达到理想强度（弹性模量E的十分之一或二十分之一）。在我们研发的双相镁合金中，晶粒尺寸和非晶区域的厚度均小于10纳米，材料的强度接近镁基非晶的理想强度E/20。

 

  《环球科学》： 为什么选择镁－铜合金材料作为研究对象？

 

  朱林利：  这是因为镁基合金在工业和生物医学领域均存在大量的潜在应用。比如，我们此次选择镁基合金是想提高它在医学临床应用中的力学特性如降低摩擦系数等（编者注：镁是人体必须的金属元素，体内组织或血液中含量很高，因此镁制的医疗器械植入人体后不会产生毒副作用）。

 

  《环球科学》： 文章中描述的超纳米材料有什么应用前景？

 

  朱林利：  由于双相超纳材料的两相几何尺寸均小于10纳米，我们相信这种新型结构的纳米材料将会表现出非常不同的力学和物理学性能。目前，针对超纳金属材料，将会在超高强度轻质结构的工业应用中存在巨大潜力，比如用于制作航空航天和自动化领域的高强度、轻量化零件。

 

  《环球科学》： 实验中制备的超纳米双相材料，是否适合工业化生产？成本如何？

 

  朱林利：  我们采用磁控溅射方法有制备出超纳双相镁合金直径约为10cm的圆形薄膜。磁控溅射的方法本身已经非常成熟，而且可以应用于大规模材料制备，因此成本并不高。同时，我们正在通过研发其他制备方法，提高制备超纳双相材料的效率。

 

  论文链接：Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys，DOI: 10.1038/nature21691（来源： 环球科学，作者： 陈耕石）

 

  美国开发出室温下3D打印透明玻璃的方法

 

  【据激光电子世界网站2017年5月5日报道】美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家及其学术合作者已经展示了通过3D打印合成透明玻璃。这一发展可能最终导致改变激光器和其他包含光学元件器件的设计和结构。该合成过程在发表于《先进材料》的论文中有详细介绍。

 

  其他研究机构已经表明玻璃的3D印刷是可能的，然而先前的演示涉及通过加热印刷头挤出熔融玻璃丝，或者使用激光来选择性地熔融和熔化玻璃粉末。LLNL的做法不依赖于印刷熔融玻璃，而是研制了由玻璃颗粒的浓缩悬浮液形成的定制油墨，其流动性高度可控，因此可以在室温下印刷。然后将印刷的元件进行合理设计的热处理，使其致密化并消除印刷过程的痕迹。最后，将处理后的元件进行光学质量抛光。研究人员表示，该方法提高了光学元件实现光学均匀性的可能性。

 

  LLNL材料工程师杜阮毅先生说：“为了印刷高品质的光学元件，不应该看到任何毛孔和线条，它们必须是透明的。”在找到合适的材料组分之前，他们试验了大量的材料混合物。 “当我们得到一个普通的配方，我们可以调整它，使材料可以在印刷过程中相融合。大多数其他印刷玻璃的方法是首先融化玻璃，然后冷却下来，这可能会有残余应力导致开裂，而我们在室温下打印，不存在这个问题。”

 

  LLNL的方法使用通过直接墨水书写过程挤出二氧化硅颗粒的浆料。印刷出的产品不透明，但干燥和热处理后变得透明。研究人员说，与使用熔融玻璃的3D打印不同，该方法在打印期间不需要高温，从而可实现更高的分辨率。

 

  Nguyen说：“抛光复杂的或非球面的镜片是相当劳动密集型的，需要很多的技能，但抛光平面更容易。通过控制印刷组件的折射率，可以改变光线的弯曲度，从而使可以抛光的镜面平坦化。”

 

  研究人员说，他们不是替代传统的光学器件，而是探索目前市场上不存在的化学成分梯度的新应用。设计新颖的光学元件替代现成的光学元件可以减小光学系统的尺寸，重量或成本。

 

  研究人员说，该研究可以扩大光学工程师的设计空间，也可能产生光学器件之外的应用，包括具有复杂且先前无法获得的玻璃微流体器件。由于具有光学透明性、耐化学腐蚀性、机械性能以及具有调整其表面化学性能和官能度的能力，玻璃是微流体学的一种珍贵材料。然而，玻璃难以加工和蚀刻以实现几何形状复杂的微流体装置。玻璃的3D打印可能会改变这一现状，研究团队还展示了简单的微流控网络的3D打印。

 

  现在该研究团队已经证明印刷透明玻璃是可能的，研究人员正在通过改变玻璃的组成，实现制作高品质光学和渐变折射率透镜。下一个需要克服的障碍是渐变折射率（GRIN）光学元件，这将需要对过程进行更多的熟悉和控制。

 

  （来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所  张慧）

 

  有机单晶电子的黎明

 

  【据固态电子技术网站2017年5月2日报道】日本国立自然科学研究院分子科学研究所的研究人员开发了一种高效掺杂有机单晶的方法。此外，他们成功实现该单晶的霍尔效应测量，这是世界上第一例。该研究已发表在《先进材料》中。

 

  20世纪无机单晶电子技术的核心技术是通过掺杂微量杂质来控制p型和n型半导体中负责导电的“空穴”和“电子”，代表器件是硅芯片，太阳能电池和发光二极管。通过掺杂产生的载流子（空穴和电子）的数量及其移动速度（迁移率）可以通过测量磁场的“霍尔效应”得知。然而，在21世纪出现的有机电子领域，没有人试图进行有机单晶掺杂，也没有测量其霍尔效应。

 

  “我们将红荧烯有机单晶生长技术与我们原有的超慢沉积技术（10 nm/s）相结合，其中包括一个具有孔径的旋转快门。”日本综合大学院大学（SOKENDAI）的博士研究生Chika Ohashi解释说。 “我们第一次成功地生产了1 ppm掺杂的有机单晶，并检测到其霍尔效应信号。”有机单晶的掺杂效率为24％，远高于真空沉积相同材料的多孔膜仅为1％的掺杂效率。

 

  实验室主任Masahiro Hiramoto教授认为，目前的结果是有机单晶电子的黎明，其意义类似于硅单晶电子学，将来可能开发诸如高性能有机单晶太阳能电池的器件。

 

  （来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所  张慧）

 

  德国应用固态物理研究所开发出高灵敏度铟镓砷微波功率放大器

 

  【据今日半导体网站2017年5月2日报道】未来，欧洲航天局将发射一系列新型气象卫星，更准确地测量重要的气象数据（如降雨量、水蒸气或者温度）。测量设备的核心是极灵敏的铟镓砷微波放大器，它由德国应用固态物理研究所开发，可以感知极微弱的环境信号，因而可更准确地预报天气。

 

  对天气预报而言，气象学家利用计算机模拟处理数千条测量数据。几十年来，这类数据主要由卫星提供，卫星利用灵敏的传感器测量地球上的温度或者降水。传感器越灵敏，测量值越准确，因而天气预报越准确。未来两年，欧洲航天局将发射第二代气象运行卫星（共6个），配备最先进的测量技术。欧洲航天局投入14亿欧元用于制造卫星（不包括发射和运行）。

 

  高层大气测量能吸收微波辐射的小型高精度放大器也将随着卫星发射。每个物体表面都会发出辐射。研究人员将放大器校准为微波频率，其可提供关键气象信息。该放大器捕捉由水蒸气、雨、雾或冰晶发出的微波，尤其是卷云中的冰晶，它对气候和天气具有重要影响。由于微波辐射，研究人员也可以根据地面温度得出非常准确的结果。

 

  然而，卫星微波天线收到的信号非常微弱，仅几个纳瓦。为了可靠地测量微波信号，需要高灵敏度放大器。然而，由硅制成的晶体管不够灵敏。

 

  德国应用固态物理研究所迈克尔·施勒希特韦格博士说：“电子易于穿过铟镓砷，即使驱动电子的电场非常小。” 因此，非常微弱的微波信号可使晶体管中的电子运动起来，这使得晶体管非常灵敏。欧洲航天局项目经理说：“由于采用固态物理研究所开发的微波电路，气象运行卫星将能更准确地测量温度、水蒸气和降水类型。这增加了天气预报的可靠性。”

 

  高精度小型电极除了使用铟镓砷，放大器小型化有助于使其更加灵敏。晶体管电极长仅50-35纳米，因而可测量微弱的电流（信号）。施勒希特韦格说：“高灵敏度和小型化是25年的研究成果，期间，我们开发出一种高精度制造工艺，通过150个生产步骤制作放大器电路（包括用电子束形成电极）。”

 

  在气象运行卫星上，微波功率放大器可用于三种不同的测量设备中，它们分别测量降水、水蒸气、冰晶或者温度。因此，需要制备不同的传感器，并校正相应的微波频率（54GHz和243GHz之间的五个频带，频率越高所需放大器功率越高）。

 

  除了欧洲航天局，最近一家美国公司对微波功率放大器也很感兴趣，因此，美国卫星有可能采用它。

 

  美研究人员开发出2D材料快速检测方法

 

  【据化合物半导体网站2017年5月3日报道】美国宾夕法尼亚州立大学研究人员开发了一种用于分析2D半导体材料缺陷的快速、无损的光学方法。该研究论文发表在走近科学杂志上。

 

  要理解在二维材料中发生了什么，如WS2（其结构类似三明治，在两个单层硫原子层之间夹着单层钨原子层），通常会使用能够看到单个原子及空穴的大功率电子显微镜。

 

  宾夕法尼亚州立大学材料研究所科学家Bernd Kabius及论文共同作者的说，透射电子显微镜（TEM）的好处是，可以获得图像，可以直接看到发生的事情——即获得直接证据。但是缺点是可能会损坏精细的2D材料、所需样品的复杂准备以及需要的时间——一整天进行仪器操作完成单个样品成像，以及一周或以上的时间来解释成像结果。

 

  由于这些原因和其他原因，研究人员希望将TEM与另一种更简单快捷的样本检测的方法相结合。该方法由物理学、材料科学与工程与化学教授Mauricio Terrones和他的团队使用荧光显微镜开发出来，使用特定波长的激光照射在样品上。

 

  被激发的电子被推到更高的能量水平，当它们下降到较低的能量水平时，每个电子发射较长波长的光子。通过光谱测量所发出的较长波长，能够获得关于样品的缺陷类型和位置的信息。然后，团队可以将结果与TEM下的观察结果确认相关联。理论计算也有助于验证光学结果。

 

  样品必须放置在温度控制的样品架中，温度降至77开尔文。在这个温度下，产生荧光的电子 - 空穴对与缺陷结合。在这种情况下，三明治结构顶层的一组硫空位发出比材料的原始区更强的信号。

 

  Terrones实验室前博士后研究员Victor Carozo表示：“我们第一次在二维材料中建立了光学响应与原子缺陷量之间的直接关系。对于半导体行业来说，这是一种快速测量，可用于评估二维材料系统缺陷的非破坏性光学方法。重要的是我们可以将我们的光学方法与TEM和原子模拟相关联，我认为方法可以非常有助于建立二维结晶材料表征方案。”

 

  2DLM博士后和理论家兼该研究的合作者王毅熙补充说：“我们的计算表明，由空位俘获的电子发射的光不同于无缺陷区域的发射波长。在这些波长发射光的区域可以轻松识别样本内的空缺。”

 

  宾夕法尼亚州立大学物理与材料科学与工程与化学杰出教授Vincent Crespi说：“我们不仅可以确定某些缺陷的存在与改良的发光之间的经验相关性，而且还可以通过第一性原理计算首次确定相关性的原因。”

 

  该项研究工作可以增强的器件应用包括具有选择性孔径的膜（用于从水中去除盐或进行DNA测序）、气体传感器（当气体分子与特定空位结合时）和掺杂外来原子的2D材料的掺杂属性。

 

  （来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所  张慧）

 

  美能源部功能纳米材料研究中心将电子束光刻工艺分辨率提升至1纳米创世界纪录！

 

  【据物理学组织网站2017年4月28日报道】随着能够获得更小尺寸图形的材料图形化工艺技术的不断完善，纳米技术得到了长足的进步。作为材料图形化工艺的主要方法之一，电子束光刻（EBL, electron-beam lithography）技术在这一发展过程起到了不可替代的作用。电子束光刻是将对电子束敏感的材料暴露在聚焦电子束下来实现材料的图形化的。当材料的特征尺寸从宏观尺度缩小至纳米尺度，单个原子和分子便可以被操纵来改变材料的性质，如材料的颜色、化学活性、导电性和光交互性等。

 

  为了找到合适的方法来满足对材料图形化特征尺寸进一步缩小持续增长的需求，美国能源部（DOE）科学办公室布鲁克海文国家实验室功能纳米材料研究中心（CFN）的科研人员一直在电子束光刻技术研发领域寻求突破，最近，刚刚创造了一项新的记录。他们在扫描透射电子显微镜（STEM）的辅助下利用电子束光刻工艺在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜上成功实施了特征尺寸约1纳米、间距11纳米的图形化工艺，得到的图形面密度可高达每平方厘米一万亿个。这一创纪录的研究成果已在《纳米快报》上发表。

 

  研究人员表示，他们从事该研究的主要目的是想了解材料的光、电、热及其它性能是如何随特征尺寸的减小而发生改变的。直到现在，还从未有过以如此可控、高效的方式实现1纳米分辨率的图形化工艺。

 

  商业电子束光刻设备典型的材料图形化尺寸一般在10到20纳米之间。可实现更高分辨率图形的技术一般都需要特殊的条件，这些苛刻的条件不但限制了这些技术的实用性，而且效率并不高。在本研究中，研究人员突破传统电子束光刻工艺分辨率极限的秘诀在于他们在功能材料研究中心的一台相差校正扫描透射电子显微镜（STEM是一种可提供原子尺度聚焦电子束的特殊显微镜）中安装了一个图形发生器（一种根据计算机软件辅助设计精确控制电子束在材料样品上的移动从而实现材料图形工艺的电子系统）。通过这样的方式，研究人员将一个单纯的成像工具转变成了一个不仅可以实现原子级分辨率成像而且还可以制作原子级分辨率图形结构的绘图工具。

 

  测量实验结果显示，该设备将现有图形化特征尺寸缩小了约200%（从5纳米缩小到了1.7纳米），图形面密度增加了一倍（从每平方厘米4000亿增加到每平方厘米8000亿），图形间距从16纳米缩减到11纳米。

 

  经研究人员图形化处理的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜可作为模板将接近1纳米尺寸分辨率的图形转移到其它材料。研究人员凭借这一思路成功在金属材料（金钯）和半导体材料（氧化锌）上实现了特征尺寸小于5纳米的图形化工艺。

 

  研究人员指出，电子束光刻工艺的分辨率会受到很多因素的影响，其中包括设备局限性、电子束间相互作用、聚合物材料特性和分子尺寸及光刻化学工艺制程控制等。

 

  该研究成果最令人兴奋之处还在于实现了远小于聚甲基丙烯酸甲酯高聚物26纳米有效半径的图形尺寸。接下来，研究团队计划用该技术研究1纳米尺寸图形化材料的性质。一个短期目标是证明传统半导体硅材料在接近1纳米尺寸时的电学及光学性能会发生改变。

 

  新的相差校正电子束光刻技术为材料工程开启了很多令人激动的可能性，原子尺度的材料性能调控将不再是无法实现的梦想！

 

  （来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所  李铁成）

 

  密苏里科技大学化学家创造出具有橡胶般弹性的形状记忆气凝胶

 

 

  聚合气凝胶是结合了某些最理想的材料特性的纳米多孔结构材料，例如柔韧性和机械强度。对于这种目前世界上最前沿的轻质材料来说，进一步从材料本身进行材料特性的提高几乎是不可能的。但是，来自密苏里科技大学的化学家们，制备得到了具有橡胶般弹性的气凝胶，可以实现“形状记忆”。

 

  气凝胶是通过用二氧化硅，金属氧化物或聚合物凝胶中的气体代替液体溶剂而产生的。它们可用在各类产品中，从海底石油管道的绝缘隔热材料到NASA太空任务中使用的各类隔热材料。

 

  密苏里科技大学化学教授、项目主管研究员Nicholas Leventis博士表示，我们创造的特定类型的聚亚胺酯气凝胶具有超强弹性，这意味着它们可以在向任何方向弯曲或被压扁后，仍然恢复到原来的形状。我们的这种超强弹性气凝胶不同于橡胶，因为它们可以按照指令回到某种特定的形状，也就是表现出强烈的形状记忆特性，这意味着它们在变形和冷却后，可永远保持变形后的形状。

 

  但是，当温度回升到室温时，他们就恢复成原来的未变形形状。形状记忆效应的概念并不新鲜，形状记忆合金和聚合物在多年前已经被熟知。但是，形状记忆气凝胶是轻质材料中尚待开发的领域。

 

  Leventis和他的团队通过塑造能够模拟协调肌肉功能的“仿生手”，展示了这种气凝胶的独特的性质，这种气凝胶手可以灵活的抓取铅笔。

 

  Levantis说，我们相信这项工作已经产生了气凝胶领域的“圣杯”。将来我们会看到很多这些气凝胶的仿生应用，它们的灵活性与弹性相结合，大大提高了其可能使用的范围。

 

  来源：国防网（ID:dsti_net），作者：中国航空工业发展研究中心

 

  陈济桁欧洲SAMPE会议探索复合材料创新

 

  【据复合材料世界2017年4月27日报道】国际先进材料与工艺技术学会（SAMPE）欧洲的2017年巴黎会议在JEC世界2017展会前召开。会议涵盖了航空航天、汽车、先进制造等领域。SAMPE欧洲将在11月举办2017年斯图亚特会议。

 

  波音方面，高级技术研究员介绍了先进无损检测（NDI）研究与技术。他强调复合材料设计者需要不仅仅面向性能进行设计，还要面向检测和可检测性来实施设计，NDI是一个可以最终提升制造的工具。NDI持续向制造工艺的上游移动，以更好地实施工艺控制。

 

  空客方面，研究与技术高级副总裁针对当前空客推动创新和材料改进的计划进行了概览和一些案例。多功能组件和结构、更多非热压罐（OOA）工艺和优化的增材制造项目正在执行，还有电力推进、混合发动机以及开式转子发动机设计。结构健康监测和工厂全数字生产正在向前迈进，尽管距离实施还有几年。他提到了一个“大型设计空间”，超越了仅仅改进原始的波音707“带机翼飞行管道”布局——空客考虑许多可能的飞机构型。

 

  巴西航空工业公司方面，复合材料研发项目经理谈到了飞机复合材料使用以及公司位于葡萄牙的新复合材料中心。她提到当前飞机上使用了20%的复合材料，指出公司正考虑使用更多的复合材料元素，可能在某些型号上是全复材机身和机翼，尽管最终决策还未做出。

 

  国际先进材料与工艺技术学会（SAMPE）SAMPE是一家以航空航天复合材料研发起家、以先进复合材料为主要关注点的国际性专业学会组织，通过组织技术论坛、出版期刊及书籍的方式，为专业人士提供了一个交流思想及发布信息的极好平台，以达到共享新材料及其制造技术信息的目的。SAMPE 学会在全球范围内拥有45 个专业分会及59 个学生分会。SAMPE创立于1944年，总部设于美国加州Covina，目前所辖分会遍布全球，主要的分会包括美国、加拿大、欧洲、澳洲、日本、北京、上海和台湾。SAMPE 学会在全球范围内拥有45 个专业分会及59 个学生分会，会员人数超过15000人，其会员涵盖了航空航天、汽车、纺织、大学院校、医药、国防、制造业及运动休闲器材等各界人士。

 

  （来源：国防科技信息网，作者：中国航空工业发展研究中心 刘亚威）

 

 

 

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