韓國(guó)成功開發(fā)新型陶瓷濾膜材料

隨著化石能源消耗量的增長(zhǎng)，霧霾也在持續(xù)增加，盡管業(yè)內(nèi)一直致力于開發(fā)去除霧霾的濾膜，但現(xiàn)有的霧霾濾膜材質(zhì)主要是塑料纖維材料，氣孔尺寸大，無(wú)法阻擋細(xì)微霧霾顆粒，而且大部分是一次性產(chǎn)品，如果隨意丟棄，對(duì)環(huán)境也有一定影響。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）全北分院復(fù)合材料技術(shù)研究所從2017年開始致力于太空電梯的開發(fā)，在科學(xué)技術(shù)信息通信部的支持下，實(shí)施了KIST開放型研究的4U復(fù)合材料項(xiàng)目。近期，KIST研究團(tuán)隊(duì)選用4U項(xiàng)目的核心材料——氮化硼納米管（BNNT），在全球最早開發(fā)出可以回收利用的高端陶瓷濾膜制造技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)制造的氮化硼納米管濾膜可經(jīng)受900℃超高溫的考驗(yàn)，通過(guò)將霧霾中的普通有機(jī)微粒子加熱到350℃以上，燃燒后分解為二氧化碳和水，由此實(shí)現(xiàn)了濾膜的重復(fù)利用。

濾膜為薄膜形態(tài)，按照名片尺寸制作，重量約100mg，相當(dāng)于1個(gè)咖啡豆，可以除去99.9%以上的超細(xì)微粒子。值得一提的是，不僅可以輕松調(diào)節(jié)氣孔的尺寸，即便反復(fù)灼燒，也可以維持良好的粒子去除性能，這有助于大幅節(jié)省濾膜更換的費(fèi)用。

KIST張世圭（音譯）博士表示，這一濾膜不僅可以去除細(xì)微粒子，還可以用于病毒、水處理、食品等提純過(guò)程。氮化硼納米管是散熱和屏蔽輻射的材料，應(yīng)用潛力巨大，未來(lái)將廣泛應(yīng)用于宇宙航空、電子、汽車、核電等行業(yè)。

主導(dǎo)KIST4U項(xiàng)目的洪載民（音譯）分院長(zhǎng)表示，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）在開發(fā)極寒宇宙環(huán)境專用材料的過(guò)程中，曾經(jīng)開發(fā)出了約2000件新技術(shù)，此次韓國(guó)極寒材料開發(fā)項(xiàng)目通過(guò)開發(fā)新材料，并投入商業(yè)應(yīng)用，將有助于提高全體國(guó)民的生活質(zhì)量。

純單質(zhì)鎳/石墨烯復(fù)合材料研究取得進(jìn)展

近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所液相環(huán)境激光制備與加工實(shí)驗(yàn)室在純單質(zhì)鎳/石墨烯復(fù)合材料的制備及其甲醇氧化電催化研究中取得新進(jìn)展。

納米鎳基催化劑因其高的催化活性和低成本而被研究者們廣泛認(rèn)識(shí)，并已成為重要的非鉑基催化劑。通過(guò)降低鎳基催化劑的尺寸來(lái)增加鎳的利用率，是提高鎳基催化劑效率的常用方法。然而，納米顆粒尺寸的減小總是不可避免地伴隨著顆粒團(tuán)聚和二次生長(zhǎng)。獲得具有大量暴露活性位點(diǎn)且不團(tuán)聚生長(zhǎng)的超細(xì)鎳單質(zhì)納米晶，是提高鎳基催化劑效率的有效途徑。

該研究以液相激光熔蝕法為技術(shù)手段，利用Ni膠體納米顆粒（帶正電荷）與氧化石墨烯（GO，帶負(fù)電荷）的靜電作用首先得到高活性的NiOx負(fù)載納米復(fù)合材料，并在水合肼溶液中還原生成單質(zhì)鎳。NiOx被水合肼還原不斷產(chǎn)生N2，為生成的單質(zhì)鎳創(chuàng)造了無(wú)氧環(huán)境，并最終獲得高度分散、超小尺寸的純單質(zhì)鎳（2.3±0.4nm）負(fù)載的石墨烯納米復(fù)合材料。其中，單質(zhì)鎳的超小尺寸為其催化性能的提升提供了大量的活性位點(diǎn)，石墨烯的存在極大限制了其在催化過(guò)程中的再生長(zhǎng)和聚集。實(shí)驗(yàn)表明，該材料在甲醇氧化電催化應(yīng)用中展現(xiàn)出了超高的質(zhì)量比活性（1600mA/mg）和優(yōu)良的穩(wěn)定性，循環(huán)1000次后，單質(zhì)鎳依舊保持原來(lái)的尺寸和形貌，沒有發(fā)生聚集和二次生長(zhǎng)。

該研究利用液相激光熔蝕技術(shù)獲得超小納米晶的優(yōu)勢(shì)，制備出了純單質(zhì)鎳負(fù)載的石墨烯復(fù)合材料，并展現(xiàn)出優(yōu)良的甲醇氧化電催化性能，為設(shè)計(jì)合成其它具有高電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的非鉑基催化劑納米晶提供了新的思路和策略。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《Chemical Communications》上。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院科研裝備研制項(xiàng)目和安徽省自然科學(xué)基金的資助。

中國(guó)科學(xué)家成功研制“海綿陶瓷”

一個(gè)由中國(guó)科學(xué)家率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種超輕質(zhì)新型陶瓷材料，不僅具備傳統(tǒng)陶瓷材料耐高溫、隔熱好等優(yōu)點(diǎn)，而且如同海綿一樣富有柔性和彈性，有望應(yīng)用于航空航天、電子信息等領(lǐng)域。

相關(guān)論文發(fā)表于美國(guó)《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)進(jìn)展》上。論文第一作者、加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校博士后研究員斯陽(yáng)對(duì)新華社記者說(shuō)，與傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠的珠鏈狀納米顆粒結(jié)構(gòu)不同，新材料在纖維冷凍成型技術(shù)的作用下，具有獨(dú)特的纖維狀腔壁結(jié)構(gòu)。

斯陽(yáng)介紹說(shuō)，這些纖維狀腔壁包含大量尺寸為100nm到1微米的網(wǎng)孔，其中陶瓷纖維緊密粘結(jié)，在外力作用下可快速形變和復(fù)原。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，纖維狀的陶瓷結(jié)構(gòu)中，纖維直徑為200nm，在1100℃高溫下仍可壓縮回彈；經(jīng)過(guò)多達(dá)500次壓縮后，塑性形變僅為12%。

此外，這種新型陶瓷的重量顯著降低，最低密度可達(dá)每立方厘米0.15mg；而且具有超高孔隙率和曲折網(wǎng)孔通道，可減少熱對(duì)流效應(yīng)，隔熱性能優(yōu)異。

韓國(guó)開發(fā)出新概念石墨烯合成技術(shù)

據(jù)韓國(guó)《亞洲經(jīng)濟(jì)》網(wǎng)站消息，韓國(guó)忠南大學(xué)研究組在加工石墨烯時(shí)，省略了必要的傳遞過(guò)程，利用鈦在低溫下開發(fā)出新型高品質(zhì)的大面積石墨烯合成技術(shù)。該研究成果發(fā)表在納米領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)雜志《ASC Nano》上。

石墨烯的導(dǎo)電率和熱傳導(dǎo)性好，機(jī)械強(qiáng)度高，柔軟性和透明性也很好。因此，可以廣泛應(yīng)用于二次電池、顯示器等領(lǐng)域。通過(guò)一般的化學(xué)氣相沉積法在合成石墨烯時(shí)，需要在其它基板上進(jìn)行傳遞工程，但這一過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，例如，需要克服內(nèi)部結(jié)合、與基板的粘合問(wèn)題、石墨烯結(jié)晶面的面積大小與控制界面，以及因石墨烯表面產(chǎn)生的褶皺導(dǎo)致特性低下等問(wèn)題。

研究組發(fā)現(xiàn)，鈦與石墨烯具有相同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，與碳元素的結(jié)合力非常強(qiáng)大。利用鈦去除石墨烯褶皺的研究成果，在10nm厚的鈦層上開發(fā)出了石墨烯合成技術(shù)。該技術(shù)在150度低溫條件下，可以將高品質(zhì)石墨烯合成后，大幅度改善工程的效率性和應(yīng)用性。

研究組表示，該研究能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有的石墨烯材料的缺點(diǎn)，并可以直接開發(fā)出新概念大面積石墨烯制造技術(shù)。石墨烯不僅可以應(yīng)用于透明柔軟的電子元件，還能替代現(xiàn)有的黃金、銅等金屬電極。

新型凈水濾紙可高效去除重金屬和細(xì)菌

美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)中心等機(jī)構(gòu)的研究人員最新開發(fā)出新型納米凈水濾紙，這種介孔陶瓷膜產(chǎn)品在不使用電壓、化學(xué)品或重力自流過(guò)濾的情況下，能高效過(guò)濾掉鉛和砷等重金屬以及細(xì)菌和病毒。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)研究人員、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)中心副教授程震接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)，該產(chǎn)品的核心技術(shù)是夾在兩層紙中間的介孔陶瓷層，在半張A4紙大小的陶瓷層里隱含著超過(guò)180億個(gè)納米鉤子。

美國(guó)夏威夷大學(xué)和中國(guó)醫(yī)科大學(xué)等機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室研究顯示，在不使用化學(xué)藥物和紫外線消毒等傳統(tǒng)滅菌方法的情況下，這種濾紙可快速過(guò)濾掉細(xì)菌和病毒。

“當(dāng)細(xì)菌或病毒經(jīng)過(guò)濾紙時(shí)會(huì)被鉤住，同釣魚用的爆炸鉤原理一樣，它們的保護(hù)膜會(huì)被破壞，從而使其DNA（脫氧核糖核酸）失去活力。”程震說(shuō)。

研究人員說(shuō)，這種濾紙可廣泛用于普通家庭水質(zhì)過(guò)濾、工業(yè)重金屬?gòu)U水過(guò)濾、核污染廢水處理和農(nóng)業(yè)灌溉等。研究人員日前在美國(guó)科羅拉多州丹佛市舉行的美國(guó)水質(zhì)協(xié)會(huì)年會(huì)上展示了這種凈水濾紙。