纳米结构材料

近年来，中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室俞书宏课题组在低温水热碳化生物质制备功能性碳基材料方面的研究取得显著进展，其中有关生物质水热碳化制备高活性富碳纳米功能材料的一系列工作引起国际关注。最近，该课题组应邀撰写观点透视综述论文，并以封面文章形式发表在Dalton Trans上，英国皇家化学会网站也进行了报道。 多功能碳基材料由于其在催化剂载体、固碳、吸附剂、储气、电极、碳燃料电池和药物传递等领域潜在的重要应用，使其合成技术研究成为一个热门课题。目前，该领域研究的重点已经从化石燃料转变到以生物质作为原料合成碳基材料，同时也有望为合理利用过剩的生物质，为储存碳能源和避免直接焚烧对环境的严重污染等提供新的解决方案。 该课题组研究发现，由非晶态纤维素组成软质的植物组织主要产生球状碳纳米颗粒，它们的尺寸很小，孔隙主要是间隙孔隙；由固定结构的晶态纤维素组成的硬质植物组织，能够保留外部形状以及大范围内宏观和微观结构特征，在纳米尺度上产生了显著的结构变化，形成介孔网状结构。同时，利用碳水化合物能够控制合成出具有特殊形态和结构的碳基纳米材料、多孔碳材料及复合材料，诸如纳米球、纳米纤维、亚纳米线、亚纳米管、纳米电缆和核壳结构等，而且富含能显著改善其亲水性和化学活性的官能团。所制备的碳基材料和复合材料具有优异的固碳效率、催化性质和电学性质，在固碳，色谱分离、催化剂载体和电极材料、气相选择吸附剂、药物传递等领域具有潜在的应用前景。 目前，该课题组正着力研究水热碳化过程机理和进一步提高碳化效率，为高效制备一系列多功能化、高活性碳基纳米结构材料及实际应用打下基础。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员金海军团队将脱合金与电沉积相结合，在完全互溶且热力学稳定不易分解的Cu-Au合金体系中构筑出类似调幅分解产生的纳米结构，形成仿调幅分解结构合金(spinodoid alloy)或人工调幅合金。这一新型纳米金属材料具有接近理论值的高强度，并表现出粗晶材料的塑性变形特征，为材料的强韧化和功能化设计提供了新思路。相关研究成果以Ultrastrong Spinodoid Alloys Enabled by Electrochemical Dealloying and Refilling为题，发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。科研团队利用脱合金腐蚀将固溶体Cu-Au中Cu(或Ag-Au中的Ag)选择性溶解，促使未溶解Au原子自组装形成纳米多孔Au，再用电化学沉积将Cu回填入纳米孔，形成全致密仿调幅分解结构Cu/Au合金。新材料保留了前驱体合金的粗大晶粒，其晶内由同为面心立方结构、晶体取向一致、且在纳米尺寸互相贯通Cu、Au两相构成；两相间呈三维空间连续、弯曲的半共格界面，相界上规则地排列着高密度的失配位错；两相特征结构尺寸可在纳米至亚微米区间变化。与多层膜等纳米材料在较高临界尺寸以下即发生软化不同，仿调幅分解结构Cu/Au合金的强度随尺寸减小而持续升高，直至接近其理论强度(失配位错弓出临界应力)。随着特征尺寸细化至50纳米以下，其塑性变形从传统复合材料向单相材料变形方式转变。在此临界尺寸以下，新材料在获得纳米材料高强度的同时，具备单相粗晶材料的变形行为特征，展现出综合力学和物理性能优化的广阔空间。本工作将理论计算与实验结合，通过分子动力学模拟，强调了界面曲率也是三维连续相界的重要结构特征，且对纳米材料力学行为产生重要影响。研究对Gyroid双相晶体进行的原子尺度模拟计算，揭示了零平均曲率半共格界面的结构，并从理论上澄清了该类光滑连通三维复杂界面与材料理论强度之间的关系，阐明了仿调幅结构双相纳米材料的强度上限。单相固溶体可通过调幅分解自发转变为晶体结构相同、成分在纳米尺度波动的双连续双相结构。而受制于热力学与动力学条件，该转变的适用合金体系极为有限，其成分调制幅度和界面形态结构难以控制与优化。本研究突破了传统调幅分解的固有限制，拓展了此类材料的合金体系、成分范围和性能空间，促进其研究和应用。此外，新材料的超高密度位错、近极小面三维连续相界、低能(半)共格界面、极低三叉晶界密度等独特结构也为探索纳米金属变形与稳定性中的一些基础科学问题、发展高性能结构功能一体化新材料提供了新机遇。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、沈阳材料科学国家研究中心基础前沿及共性关键技术创新项目的支持。南京理工大学科研人员参与研究。图1.仿调幅分解结构Cu/Au合金的制备及结构特征。(a)脱合金与电沉积结合形成仿调幅分解结构的示意图；(b)EBSD照片显示该材料粗大的晶粒尺寸，(c)TEM照片显示其双连续纳米双相结构，(d)HRTEM照片显示半共格界面和高密度失配位错。图2.仿调幅分解结构Cu/Au合金的分子动力学模拟。(a)典型Gyroid双相结构及其光滑连续半共格界面，(b)界面上大量失配位错组成的三维位错网络。图3.仿调幅分解结构Cu/Au合金屈服强度的特征结构尺寸效应，其强度随结构尺寸减小而持续上升，并逼近理论计算的理论强度。图4.仿调幅分解结构Cu/Au合金屈服强度的晶粒尺寸效应。(a)虽然该材料晶粒尺寸(d)比结构尺寸()高几个数量级，其强度仍表现出显著的晶粒尺寸(d)效应。(b-c)SEM照片显示晶界对剪切带有明显的阻碍作用，与强度的晶粒尺寸效应相一致。

2010年5月10日至12日，第二届全国纳米材料与结构、检测与表征研讨会今天在厦门大学开幕。天美(中国)科学仪器有限公司作为特约赞助商参加了此次盛会。本届研讨会由中国微米纳米技术学会纳米科学技术分会主办，中科院、国家纳米科学中心、各大高校的纳米研究领域的知名专家学者，围绕纳米材料与纳米结构材料的制备技术、纳米材料与纳米结构性能与机理研究、纳米材料应用与纳米器件、低成本纳米材料和器件的开发和产业化、纳米检测技术标准化等内容做专题报告。　　 　　谢思深、薛其坤、江雷和田中群等多位院士参加了会议，其中薛其坤院士和江雷院士先后作了专题报告。　　 　　薛其坤院士作“拓扑绝缘体薄膜的MBE生长与奇特性质”的报告 　　科技部从2006年开始的国家重大研究计划(973) “纳米标准物质和检测用纳米标准样品的可控合成、量产及微加工标准化研究”，由国家纳米中心、中科院物理所和微电子所联合负责，目前已取得了多项科研成果，国家纳米科学中心和中科院微电子所的多位专家作了报告。　　 　　国家纳米科学中心的吴晓春研究员作“中国纳米标准物质/样品研究进展”的报告　　 　　中科院微电子所陈宝钦教授作“应用于电镜倍率校准的纳米尺度标准物质制造技术的研究”的报告 　　中国计量科学研究院李红梅研究员作了“纳米检测技术标准化对计量技术的需求”的报告 　　中国的扫描电镜的倍率校准标样和计量方法的推出已为期不远，这将改变电镜倍率校准只有行业标准、标准样品只能进口的现状，这对国内纳米尺度的检测有重要意义。　　 　　 多个报告中引用了日立S-4800场发射扫描电镜的图片，可见日立S-4800电镜在纳米界的应用十分广泛。

2010年5月9-12日由中国微米纳米技术学会纳米科学技术分会主办，全国纳米技术标准化技术委员会纳米检测技术标准化工作组协办，厦门大学和国家纳米科学中心联合承办的&ldquo 第二届全国纳米材料与结构、检测与表征研讨会&rdquo 在福建厦门大学举行。会议将邀请国内相关领域的知名专家做大会专题报告，会议期间还将召开纳米科学技术分会第二届理事会会议。 天美（中国）科学仪器有限公司将作为赞助商参加此次研讨会，展示天美公司用于&ldquo 表面及微结构&rdquo 、&ldquo 触摸纳米世界&rdquo 表征的综合方案，为促进我国纳米科学技术交流与合作，提升我国纳米科学技术的创新能力做出自己的贡献。 时间：2010年5月9-12日 地点：福建&bull 厦门大学

p 　　2017年7月底，《科学》杂志发表了爱尔兰圣三一大学牵头完成的一项研究成果：纳米铜膜表面不可能是平的。文章指出，构成铜表面的晶体颗粒不可能完美契合，相互之间有倾斜和角度变化，造成错位和表面粗糙。英国、美国科学家和英特尔公司的研究人员也参与了此项研究。 /p p 　　材料的电子、温度和机械等特性一般是由组成材料的晶粒的构成方式决定的。过去普遍认为这些晶粒象积木块一样组合起来，相互之间会有些隙缝。爱尔兰的研究人员重点研究了集成电路中广泛使用的纳米级金属铜，用扫描隧道显微镜测量其三维结构，包括相邻晶粒间的角度，发现晶粒间是有旋转角度的。因此，纳米膜的表面不可能是绝对平滑的。 /p p 　　这项研究将对纳米级材料的设计产生前所未有的影响。课题组找到了如何通过控制晶粒的旋转从而操控材料性能的方法。如，通过设计减少电阻，从而延长手机等移动终端的电池寿命。除消费类电子产品外，该项研究对医学植入和诊断等也有应用价值。 /p p /p

p 　　2017年7月底，《科学》杂志发表了爱尔兰圣三一大学牵头完成的一项研究成果：纳米铜膜表面不可能是平的。文章指出，构成铜表面的晶体颗粒不可能完美契合，相互之间有倾斜和角度变化，造成错位和表面粗糙。英国、美国科学家和英特尔公司的研究人员也参与了此项研究。 br/ /p p 　　材料的电子、温度和机械等特性一般是由组成材料的晶粒的构成方式决定的。过去普遍认为这些晶粒象积木块一样组合起来，相互之间会有些隙缝。爱尔兰的研究人员重点研究了集成电路中广泛使用的纳米级金属铜，用扫描隧道显微镜测量其三维结构，包括相邻晶粒间的角度，发现晶粒间是有旋转角度的。因此，纳米膜的表面不可能是绝对平滑的。 /p p 　　这项研究将对纳米级材料的设计产生前所未有的影响。课题组找到了如何通过控制晶粒的旋转从而操控材料性能的方法。如，通过设计减少电阻，从而延长手机等移动终端的电池寿命。除消费类电子产品外，该项研究对医学植入和诊断等也有应用价值。 /p p br/ /p

【科学背景】随着纳米技术的快速发展，工程纳米材料（ENMs）引起了广泛关注。ENMs是具有独特物理和化学特性的材料，它们与其大块材料相比，表现出显著不同的性能。例如，ENMs在靶向药物递送领域具有巨大的应用潜力，通过设计特定的表面化学特性，ENMs可以实现高效的药物靶向和递送。这些特性同样适用于纳米农药的精准递送，旨在减少污染和温室气体排放。然而，要将这些技术从实验室应用到实际的临床或农业领域，仍然面临着诸多挑战。其中一个主要问题是ENMs在进入生物或环境系统后，容易发生生物转化，形成一层由生物分子组成的生物冠。生物冠的形成不仅改变了ENMs的表面特性，还影响了其在生物和环境中的行为和命运。生物冠包括蛋白质（蛋白冠）和其他生物分子如核酸和代谢物。尽管目前大多数研究集中在蛋白冠上，因为蛋白质比其他生物分子更容易监测和表征，并在受体结合和信号传递中发挥关键作用，但代谢物在信号传递中同样扮演着重要角色。为了解决这一问题，英国伯明翰大学Zhiling Guo, 国家杰出青年科学基金获得者,中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室副主任陈春英教授、 中国科学技术大学环境科学与工程系Iseult Lynch团队在“Nature Protocols”期刊上发表了题为“Analysis of nanomaterial biocoronas in biological and environmental surroundings”的最新论文。他们提出了一套详细的工作流程，用于分离和生物物理表征生物分子冠成分（蛋白质和代谢物）。这套流程通过质谱、先进的结构技术（如透射电子冷冻显微镜和同步辐射X射线吸收近边结构）以及分子动力学模拟来模型化ENM-生物冠相互作用。通过规范不同实验室数据的获取，这一流程提高了数据的可重复性，并有助于预测较少表征的ENM获得的生物冠。本研究解决了ENMs生物冠形成、组成和演变的机制性问题。研究人员通过简化制备、分离、鉴定和表征生物冠的程序，使不同实验室的研究结果更加可比。具体而言，研究团队描述了如何可重复地制备和表征生物分子包裹的ENMs，特别指出了需要针对不同类型ENMs优化的步骤。研究使用常规方法（如透射电子显微镜、动态光散射、电泳–质谱和液相色谱–质谱）以及先进技术（如透射电子冷冻显微镜、同步辐射X射线吸收近边结构和圆二色性），来表征生物冠的结构和组成。同时，研究还讨论了如何使用分子动力学模拟来研究和预测ENMs与生物分子之间的相互作用及其导致的生物冠组成。【科学亮点】1. 实验首次通过综合使用质谱、透射电子冷冻显微镜、同步辐射X射线吸收近边结构以及分子动力学模拟，详细描述了生物分子涂层（生物冠）的制备与表征方法。实验针对工程纳米材料（ENMs）的生物冠层进行了全面的分析，涵盖了蛋白质和代谢物的分离及其生物物理特性。这些方法能够提供关于生物冠层的结构、组成和动态的深刻洞察。2. 实验通过优化的工作流程，提高了数据获取的规范性和重复性，使得不同实验室之间的数据可以进行有效比较，并可以预测其他未表征ENMs的生物冠。研究设计了一套标准化的流程来简化生物冠的制备、分离、鉴定和表征。通过这些技术和方法，能够更准确地理解ENMs与生物分子之间的相互作用及其对生物冠组成的影响。这一流程不仅提升了研究的可重复性，还为生物医学和农业应用提供了新的理论依据，并有助于更好地评估ENMs在环境中的影响。【科学图文】图1：生物冠确定协议的五个主要部分概述。【科学结论】本文通过系统化地研究生物冠的制备和表征，为工程纳米材料（ENMs）的生物学和环境研究提供了重要的科学价值。首先，本文揭示了生物冠在ENMs与生物体或环境系统相互作用中的核心作用，强调了生物冠对ENMs生物学和环境行为的决定性影响。这一发现不仅拓展了对ENMs表面生物分子层的理解，也为精准控制ENMs的生物学功能和环境行为提供了理论基础。其次，本文介绍了通过质谱、透射电子冷冻显微镜、同步辐射X射线吸收近边结构等先进技术以及分子动力学模拟来表征生物冠的方法，展示了如何结合多种技术手段深入研究生物冠的结构和组成。这种综合方法的应用，不仅提高了数据的准确性和重复性，也为其他研究提供了可复制的实验流程。这种方法的标准化，有助于不同实验室之间的结果比较，促进了ENMs研究的全球合作和数据共享。此外，本文还指出了生物冠的制备和分析步骤在提高数据质量和可比性方面的关键作用。这为纳米材料在生物医学和农业领域的实际应用奠定了坚实的基础，使研究人员能够更准确地预测和评估ENMs的生物学和环境效应。总之，本文的研究为纳米材料领域的科学家提供了新的视角和工具，推动了ENMs应用的理论和实践进展，具有广泛的学术和实际意义。原文详情：Zhang, P., Cao, M., Chetwynd, A.J. et al. Analysis of nanomaterial biocoronas in biological and environmental surroundings. Nat Protoc (2024). https://doi.org/10.1038/s41596-024-01009-8

近日，中国科学院大连化学物理研究所生物技术研究部生物分子结构表征新方法研究组研究员王方军团队发布了表征蛋白质-纳米材料界面相互作用精细结构的赖氨酸反应性分析-质谱(LRP-MS)实验手册。　　微/纳米材料在生命科学、医药健康、生物催化等领域广泛应用，探讨蛋白质与材料之间的界面相互作用分子机制对生物医用材料的安全性评价、纳米药物的毒性评估和理性设计、生物-无机功能杂合体的改性和催化活性提升等具有重要意义。然而，现有光谱学等方法只能表征材料引起的蛋白质结构整体变化情况，蛋白质-材料界面相互作用分子细节的探测面临挑战。　　赖氨酸残基通常定位于亲水性蛋白质表面，其侧链伯氨基的化学标记反应性取决于其溶剂可及性和微环境非共价相互作用。当蛋白质表面与微/纳米材料结合时，结合界面上赖氨酸的溶剂可及性和反应性均随之降低。因此，王方军等提出了赖氨酸的反应性变化是探测蛋白质-微/纳米材料复合体中蛋白质定位方向、相互作用序列区域、关键结合位点、材料结合引起蛋白质结构变化的有效指标。该团队发展了在蛋白质—微/纳米材料复合体活性和变性条件下的两步同位素二甲基化标记的标准化策略，结合质谱定量分析实现蛋白质上赖氨酸反应性的全面分析，研究通过材料结合前后赖氨酸标记反应性的显著性差异确定蛋白质-材料的界面序列区域和关键位点。　　王方军团队长期从事生物大分子结构质谱尖端仪器和创新方法研究，所发展的LRP-MS策略近年来已应用于蛋白质-蛋白质、蛋白质-小分子、蛋白质-微/纳米材料的界面相互作用分子机制解析，取得了系列研究进展。　　近日，相关研究成果以Structural Characterization of the Protein-Material Interfacial Interactions Using Lysine Reactivity Profiling-Mass Spectrometry为题，发表在《自然-实验手册》(Nature Protocols)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和大连化物所创新基金等的支持。　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41596-023-00849-0

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PM2.5颗粒对人体的危害已被公众熟知，那么只有PM2.5千分之一大小的纳米颗粒对人体是否有危害呢?答案是肯定的。前日，来蓉参加中国化学会第28届年会的不少科学家发表的研究成果显示，纳米颗粒对生物细胞具有相当“毒性”，纳米材料已对环境构成潜在威胁，或成人类未来面临的重要环境“杀手”。 　　纳米材料或成环境杀手 　　纳米材料已在化妆品、衣服等日常生活物品中出现，纳米技术也被预测为可能超越网络和基因技术而成为21世纪最有前途的技术。那么，纳米材料究竟会有哪些危害呢? 　　中国化学会第28届学术年会环境化学分会上，北京航空航天大学副教授范文宏，江苏大学杜道林、薛永来，以及中科院生态环境研究中心的专家，都报告了有关纳米材料的毒性研究成果。 　　江苏大学杜道林、薛永来做了关于“纳米二氧化钛通过ROS诱导的氧化损伤途径抑制水稻生长”的研究。薛永来前日在现场报告中表示，他们的研究表明，纳米二氧化钛除了对动物细胞有损伤外，对植物细胞也同样存在损害。 　　中科院生态环境研究中心有关专家在有关“纳米材料的潜在环境与健康风险”研究中也发现，纳米材料对生物细胞具有一定的危害作用，对细胞的凋亡、功能损伤甚至死亡都存在威胁。 　　纳米污染研究是未雨绸缪 　　北京航空航天大学副教授范文宏做了关于“不同表面改性二氧化钛与铜在大型水蚤体内的生物积累和生物毒性”的研究。前日，范文宏接受成都商报记者采访时表示，她的研究显示，即使本身毒性不显著的纳米材料，也可以使重金属在生物体内的毒性大大增强。 　　在范文宏的实验中，她把铜对大型水蚤的生物毒性，以及纳米二氧化钛和铜同时存在时对大型水蚤的生物毒性分别做了研究。结果发现，纳米二氧化钛和铜同时存在时，对大型水蚤的毒性有明显增强，纳米二氧化钛确实增加了大型水蚤对铜的毒性效应。 　　范文宏表示，纳米材料虽然现在已大量使用，但是还没有产生明显环境污染，估计短期也看不到其污染危害。目前对其环境影响的研究，“是前瞻性的研究，算是未雨绸缪。” 　　虽然自己做的是纳米材料在水环境中对生物的毒性研究，但范文宏认为，纳米材料对空气的潜在危害可能要大于对水环境的危害。不过，公众不必就此拒绝穿纳米材料的衣服，因为纳米材料一般要变成粉末才会显现出其危害性。就目前的纳米材料使用情况看，大规模的纳米环境污染短期内还谈不上，公众不必因学界的研究而产生恐慌。 　　纳米材料：纳米是长度计量单位，1纳米等于十亿分之一米。纳米技术是指研究结构尺寸在1到100纳米之间的材料的技术。用纳米技术制造的材料，通常会有许多优越的性能。纳米技术已广泛应用在电子、纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备等领域。

自上世纪30年代起，异质结构的半导体器件就在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。在人们的现代生活中，以半导体异质结构为基础的发光二极管、场效应晶体管、太阳能电池等都得到了广泛的应用。因此，发展纳米材料的合成技术，制备具有纳米尺寸的“半导体—半导体异质结构”材料不仅是合成化学所面临的挑战，同时也是发展新型功能纳米材料的一个重要途径。 　　中国科学院化学研究所高明远课题组在具有特殊结构和形貌的纳米材料的合成方面开展了一系列研究工作，取得了突破性进展。该小组采用高温热分解和分步注射的方法，成功地制备了纳米“火柴”、不对称形貌的纳米“泪滴”等异质结纳米晶体以及In2S3纳米“铅笔”。 　　最近，该课题组在系统研究工作基础上，利用粒径不同的Cu1.94S的纳米颗粒作为催化剂，并在反应体系中加入硫醇作为表面配体。他们证明了导体 Cu1.94S纳米颗粒可以催化硫化铟纳米晶体的生长，形成具有“半导体—半导体异质结构”的纳米材料，而类似的催化作用之前只在金属类纳米颗粒中被观察发现。研究还表明在In2S3纳米晶体的形成过程中，由铜、铟前体化合物与反应介质十二硫醇的相互作用所导致的凝胶化现象可直接影响纳米材料的晶体生长动力学。据此，通过对凝胶化过程的控制，他们成功地实现了具有异质结构的火柴形及泪滴形的Cu2S-In2S3纳米材料以及铅笔形In2S3纳米材料的制备。 　　中国科学院汪明博士说，论文的重要意义在于揭示了异质结构纳米晶的形成的过程及其机理，表面配体与金属离子的配位作用所导致的凝胶化对纳米材料的生长，及得到的纳米材料的结构与形貌进行控制具有重要的普适意义。

来自奥地利格拉茨大学的研究人员近日开发了一种新的测量和成像方法，可在不需要任何染料或标签的情况下解析小于光衍射极限的纳米结构。这种激光扫描显微镜新方法弥补了传统显微镜和超分辨率技术之间的差距，有朝一日或可被用来观察复杂样品的精细特征。　　在国际光学出版集团的高影响力期刊《光学》上描述的这种新方法，是对激光扫描显微镜的改进，它使用强聚焦激光束照射标本。研究人员扩展了这项技术，不仅可以测量光与被研究标本相互作用后的亮度或强度，还可以检测光场中编码的其他参数。　　“我们的方法可帮助扩展用于研究各种样品中纳米结构的显微工具箱。”研究小组组长彼得班泽说，“与基于类似扫描方法的超分辨率技术相比，我们的方法是完全非侵入性的，这意味着它不需要在成像前向标本中注入任何荧光分子。”　　研究表明，新方法可测量金纳米颗粒的位置和大小，精度为几纳米，即使在多个颗粒接触的情况下也可做到。　　在激光扫描显微镜中，光束在样品上扫描，并测量来自样品的透射光、反射光或散射光。大多数显微方法测量来自样品的光强度或亮度，但大量信息存储在光的其他特性中，例如它的相位、偏振和散射角。为了捕捉这些额外信息，研究人员检查了强度和偏振信息的空间分辨率。　　研究人员表示，光的相位、偏振和强度，在空间上都会发生变化，这种变化方式包含了与之相互作用的样品细节，然而，如果只在相互作用后测量总体光功率，那么大部分信息都会被忽略。　　研究人员研究了含有不同大小的金属纳米颗粒的简单样品，通过扫描感兴趣的区域，然后记录传输光的偏振和角度分辨图像展示了这种新方法。他们使用一种算法对测量数据进行评估，该算法创建了一个粒子模型，模型可自动调整，以尽可能精确地模拟测量数据。　　班泽说，尽管这些颗粒及其距离比许多显微镜的分辨率极限要小得多，但新方法能够解决这一问题。更重要的是，该算法能够提供有关标本的其他参数，如颗粒的精确大小和位置。

合肥5月25日电近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队研制出一种高性能纤维素基纳米纸材料，其在极端条件下仍可保持优异的机械和电绝缘性能。相关成果日前发表于《先进材料》。随着人类对南极洲、月球和火星等极端环境探索的深入，不断出现的极端环境条件，包括强紫外线环境、原子氧和高低温交替环境等，成为今后深入探索的主要障碍。在极端环境下，材料的物理化学特性会发生变化，严重时甚至会导致重要设备和装置的损坏。在传统材料当中，金属和陶瓷本身具有出色的机械性能和对极端环境的耐受性，但金属材料面临密度过高重量过大的问题，而陶瓷材料则面临脆性和难以加工等问题。聚合物具有轻质和可塑的特点，但目前大多数聚合物基复合材料在极端环境长期服役会产生高温软化和低温脆性等问题。因此，设计和制备一种能长期在极端环境下服役的高性能防护材料是材料领域面临的难题之一。在大自然中，珍珠母的“砖-泥”结构为其提供了极好的力学性能。近年来，这种精巧的有序结构的其他功能（如隔水、隔氧以及对能量场的均匀分散等）逐渐成为研究热点。受天然珍珠母“砖-泥”结构的启发，研究人员首先采用气溶胶辅助生物合成方法，利用细菌产出的纤维素纳米纤维将分散的合成云母纳米片均匀而紧密地缠结得到复合水凝胶，然后通过热压的方式，得到最终的仿珍珠母结构的纳米纸材料。得益于纳米纸内部精细的“砖-泥”结构和连续三维网络，该纳米纸表现出高强度、高模量、高韧性、可折叠性和抗弯曲疲劳性等优异的力学性能。同时，材料内部的“砖-泥”结构充分发挥了云母的高介电强度，从而赋予了该纳米纸较高的电击穿强度。与纯纤维素纳米纸相比，该复合纳米纸的耐电晕寿命显著提高，甚至超过了商用聚酰亚胺薄膜。此外，该项研究中的高性能纤维素基纳米纸在高低温交替、紫外线和原子氧等极端条件下，仍表现出优异的综合性能，这为未来人们对极端环境的探索提供了一个极好的防护材料选择。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 近日，中国科学技术大学化学与材料学院杜平武教授课题组，首次利用纳米管稠环封端“帽子”模板，构建出纵向切割的纳米管弯曲片段。这种通过三个弯曲型分子连接两个石墨烯单元的方法，可直接得到纳米笼状结构，为构建封端锯齿型碳纳米管提供了新思路。相关研究成果发表在最新一期《德国应用化学》上。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 无独有偶。几乎在同时，以研制出世界上第一颗原子弹而闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室的研究人员，使用功能化碳纳米管生产出首个能在室温下使用通信波长发射单光子的碳纳米管材料。神奇材料碳纳米管，为何如此受各国科学家追捧？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 空间结构像“挖空的足球” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 1985年，“足球”结构的C60一经发现即吸引了全世界的目光。将“足球”挖空，保持表面的五角和六角网格结构，再沿着一个方向扩展六角网格，并赋予平面网格以碳—碳原子和共价键，就形成了具有中空圆柱状结构的碳纳米管。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。其主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34纳米，直径一般为2—20纳米。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “可以将碳纳米管联想为头发丝，而实际上它的直径只有头发丝的几万分之一，即几万根碳纳米管并排起来才与一根头发丝相当。”杜平武教授告诉科技日报记者，作为典型的一维纳米结构，单层碳原子和多层碳原子网格卷曲而成的单壁与多壁碳纳米管，直径通常为0.8—2纳米和5—20纳米，目前报道的最细碳纳米管直径可小至0.4纳米。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 杜平武告诉记者，碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。若依其结构特征，碳纳米管则可分为扶手椅形纳米管和锯齿形纳米管等几种类型。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 制备方法是挑战 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “通常的碳纳米管制备方法主要有电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。”杜平武告诉记者，电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现的碳纳米管。“这种方法比较简单，但很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层碳纳米管。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “随后科研人员又发展出了化学气相沉积法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷，得到的碳纳米管纯度比较高，但管径不整齐，形状不规则。”杜平武说，后续逐步发展起来的固相热解法等，均受限于环境和条件。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “碳纳米管的制备过程与有机合成反应类似，其副反应复杂多样，很难保证同一炉碳纳米管均为扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管。”杜平武说，在强酸、超声波作用下，碳纳米管可以先断裂为几段，再在一定纳米尺度催化剂颗粒作用下增殖延伸，而延伸后所得的碳纳米管与模板的卷曲方式相同。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “如果通过类似于DNA扩增的方式对碳纳米管进行增殖，那么只需找到少量的扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管，便可在短时间内复制、扩增出数量几百万倍于模板数量的、同类型的碳纳米管。”杜平武说，这可能会成为制备高纯度碳纳米管的新方式。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 性能及尺寸超越硅基材料 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “碳纳米管具有完美的一维管式结构，碳原子以碳—碳共价键结合，形成自然界中最强的化学键之一，因此轴向具有很高的强度和韧性。此外六角平面蜂窝结构围成的管壁侧面没有悬挂键，所以碳纳米管具有稳定的化学特性。”杜平武说，碳纳米管优异的性能表现在电学、热学和光学等方面，具有超越传统的导电、导热特性等等。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2013年，斯坦福大学科学家制备了由平行排列的单壁碳纳米管为主要元器件的世界上最小“计算机”。近两年，碳纳米管电子器件的性能及尺寸又一次次被突破，势在超越并最终取代目前商用的硅基器件。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 碳纳米管还可以制成透明导电的薄膜，用作触摸屏的替代材料。且原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳氢气体，不受稀有矿产资源的限制。碳纳米管触摸屏具有柔性、抗干扰、防水、耐敲击与刮擦等特性，可以做成曲面，已在可穿戴装置、智能家具等领域得到应用。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 碳纳米管还给物理学家提供了研究毛细现象的最细毛细管，给化学家提供了进行纳米化学反应的最细试管，科学家甚至研制出能称量单个原子的“纳米秤”。“我国在碳纳米管材料的基础研究方面处于领先地位，结构均一性的控制方法和理论不断创新，控制指标也逐年刷新。”杜平武说。 /p

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近日，国际标准化组织(ISO)发布一份新的技术报告：《纳米材料分类的新标准——ISO/TR 11360：2010》。该标准为纳米材料的分类提供了更综合、更国际化的方法。 　　ISO表示，从新的医疗设备到最新的工具以及消费产品，创新的纳米技术推动着时代的发展。通过对纳米材料的理解和对逻辑分类的认识，让这项技术发展地更远、更快、更好。纳米材料的应用十分广泛，从电脑记忆存储到防晒霜都含有纳米技术。目前，各种物理、化学、力学、光学、生物学以及不同的内部/外部结构中都有纳米材料的存在。 　　据悉，ISO/TR 11360标准引入了一种叫做“纳米树”的系统。将纳米技术的变成逻辑概念，把现有的纳米材料看作纳米领域这棵大树上的一些分支，而纳米技术中最基础和最普遍的元素看作纳米树的主要枝干。各种纳米材料在结构、化学性质和其他方面都有所区别。 　　新的ISO/TR 11360标准的涵盖了科学、工程学、行业和政府等各方面，将会大大促进行业与消费者之间，以及政府与监管机构的交流和沟通。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 纳米材料被誉为“21 世纪最重要的战略性高技术材料之一”。随着应用领域的扩大和增强，近年来，纳米材料的毒性与安全性也受到广泛关注。表征与测试技术是科学鉴别纳米材料、认识其多样化结构、评价其特殊性能及优异物理化学性质、评估其毒性与安全性的根本途径，也是纳米材料产业健康持续发展不可或缺的技术手段。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1 纳米材料的表征 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 纳米材料的表征是对纳米材料的性质和特征进行的客观表达，主要包括尺寸、形貌、结构和成分等方面的表征。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 纳米材料的表征 /span /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/2ffdf5f4-5465-4b3a-849e-1934933722b0.jpg" title=" 纳.png" alt=" 纳.png" / /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2 纳米材料的测试技术 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.1 光子相关光谱法（photo correlation spectroscopy，PCS） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " PCS常用于纳米粒子尺寸及尺寸分布的测试，相关标准已有GB/T 19627 等，其适用于尺寸为3nm~3μm的悬浮液，可获得准确的尺寸分布，测试速度也相当快，特别适合于工业化产品粒径的检测。但采用该方法时，必须要解决好纳米材料的分散问题，须获得高度分散的悬浮液，否则所反映的结果只是某种团聚体的尺寸分布。由于该方法是一种绝对方法，因此测量仪器可以不必校准；但在仪器首次安装、调试期间或有疑问时，必须使用有证标准纳米颗粒分散体系对仪器进行验证。如采用PCS法测定平均粒径小于100nm的、粒度分布较窄的聚苯乙烯球形颗粒分散体系，则要求测得的平均粒径与标定的平均粒径的相对误差应在2%之内。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.2 X 射线衍射法（X-ray diffraction，XRD） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " X射线衍射法可用于纳米晶体材料结构分析、尺寸测试和物相鉴定。该方法测定的结果是最小不可分的粒子的平均尺寸；因此，只能得到较宏观的测量结果。此外，采用该方法进行测试时，需要用X 射线衍射仪校正标准物质对仪器进行校正。目前，该方法已建立有关的国家标准包括GB/T 23413、GB/T 15989、GB/T15991 等。XRD物相分析可用于未知物的成分鉴定，但分析的不足之处在于灵敏度较低，一般只能测定含量在1%以上的物相；且定量分析的准确度也不高，一般在1%的数量级。同时，所需要的样品量较大，一般需要几十至几百毫克，才能得到比较准确的结果。由于非晶态的纳米材料不会对X射线产生衍射，所以一般不能用此法对非晶纳米材料进行分析。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.3 X 射线小角散射法（small angle X-ray scattering，SAXS） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " SAXS可用于纳米级尺度的各种金属、无机非金属、有机聚合物粉末以及生物大分子、胶体溶液、磁性液体等颗粒尺寸分布的测定；也可对各种材料中的纳米级孔洞、偏聚区、析出相等的尺寸进行分析研究。其测试范围为1~300nm，测量结果所反映的是一次颗粒的尺寸，具有典型的统计性，且制样相对比较简单，对粒子分散的要求也不像其他方法那样严格。但该方法本身不能有效区分来自颗粒或微孔的散射，且对于密集的散射体系，会发生颗粒散射之间的干涉效应，导致测量结果有所偏低。关于该方法的标准有GB/T 13221、GB/T 15988等。为了保证测试结果的可靠性和重复性，应对仪器的性能和操作方法进行校核，一般推荐采用粒度分布已定值的纳米粉末标样或经该方法测定过粒度分布的特定样品进行试验验证，其中粒径偏差应控制在10%以内。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.4 电子显微镜法（electron microscopy） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 电子显微镜法是对纳米材料尺寸、形貌、表面结构和微区化学成分研究最常用的方法，一般包括扫描电子显微镜法（scanning electron microscopy，SEM）和透射电子显微镜法（transmission electronmicroscopy，TEM）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " SEM的特点是放大倍数连续可调，从几倍到几十万倍，样品处理较简单；但一般要求分析对象是具有导电性的固体样品，对非导电样品需要进行表面蒸镀导电层。扫描电镜与能谱仪相结合，可以满足表面微区形貌、组织结构和化学元素三位一体同位分析的需要。能谱仪可对表面进行点、线、面分析，分析速度快、探测效率高、谱线重复性好，但是一般要求所测元素的质量分数大于1%。关于电镜在纳米材料应用中的标准较多，如GB/T 15989、GB/T 15991、GB/T 20307、ISO/TS 10798等。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " TEM法是集形貌观察、结构分析、缺陷分析、成分分析的综合性分析方法，已成为纳米材料研究的最重要工具之一。除了具有与SEM的相同功能外，利用电子衍射功能，TEM可对同素异构体加以区分。相较于XRD，还能对含量过低的某些相进行分析，且可以结合形貌分析，得到该相的分布情况。TEM法的主要局限是对样品制备的要求较高，制备过程比较繁琐，若处理不当，就会影响观察结果的客观性。目前，TEM在纳米材料方面的应用正逐步被开发出来，其相关标准也在不断增加，如GB/Z 21738、GB/T 24490、GB/T 24491、ISO/TS 11888、GB/T 28044等。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 由于电镜法测试所用的纳米材料极少，可能会导致测量结果缺乏整体统计性，实验重复性差，测试速度慢；且由于纳米材料的表面活性非常高，易团聚，在测试前需要进行超声分散；同时，对一些不耐强电子束轰击的纳米材料较难得到准确的结果。采用电镜法进行纳米材料的尺寸测试时，需要选用纳米尺度的标准样品对仪器进行校正。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.5 扫描探针显微镜法（scanning probe microscopy，SPM） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " SPM法是研究物质表面的原子和分子的几何结构及相关的物理、化学性质的分析技术。尤以原子力显微镜（atomic force microscopy，AFM）为代表，其不仅能直接观测纳米材料表面的形貌和结构，还可对物质表面进行可控的局部加工。与电镜法不同的是，除了真空环境外，AFM还可用于大气、溶液以及不同温度下的原位成像分析；同时，也可以给出纳米材料表面形貌的三维图和粗糙度参数。除此之外，AFM 还可用于研究纳米材料的硬度、弹性、塑性等力学及表面微区摩擦性能。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近年来，SPM技术在纳米材料测量和表征方面的独特性越来越得到体现，如GB/Z 26083-2010、国家项目20078478-T-491等。但由于SPM纵向与横向分辨率不一致、压电陶瓷可能引起的图像畸变、针尖效应等，使得还有一些问题有待解决，如SPM探针形状测量和校正、SPM最佳化应用及不确定度评估、标准物质的制备、仪器性能的标准化、数值分析的标准化、制样指南和标准制定等。目前，虽有仪器校正的标准ASTM E 2530和VDI/VDE 2656颁布，但由于标准物质的缺少，在实际操作中缺乏实施性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.6 X 射线光电子能谱法（X-ray photoemissionspectroscopy，XPS） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " XPS 法也称为化学分析光电子能谱（electron spectroscopy for chemical analysis，ESCA）法。从X 射线光电子能谱图指纹特征可进行除氢、氦外的各种元素的定性分析和半定量分析。作为一种典型的非破坏性表面测试技术，XPS主要用于纳米材料表面的化学组成、原子价态、表面微细结构状态及表面能谱分布的分析等，其信息深度约为3~5nm，绝对灵敏度很高，是一种超微量分析技术，在分析时所需的样品量很少，一般10-18g左右即可；但相对灵敏度通常只能达到千分之一左右，且对液体样品分析比较麻烦。通常，影响X射线定量分析准确性的因素相当复杂，如样品表面组分分布的不均匀性、样品表面的污染物、记录的光电子动能差别过大等。在实际分析中用得较多的是对照标准样品校正，测量元素的相对含量；而关于该仪器的校准，GB/T 22571-2008中已有明确规定。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.7 俄歇电子能谱法（aguer electron spectroscopy，AES） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " AES法已发展成为表面元素定性、半定量分析、元素深度分布分析和微区分析的重要手段，可以定性分析样品表面除氢、氦以外的所有元素，这对于未知样品的定性鉴定非常有效。除此之外，AES还具有很强的化学价态分析能力。AES的分析范围为表层0.5~2.0nm，绝对灵敏度可达到10-3个单原子层，特别适合于纳米材料的表面和界面分析。但需要注意的是，对于体相检测，灵敏度仅为0.1%，其表面采样深度为1.0~3.0 nm。AES技术一般不能给出所分析元素的绝对含量，仅能提供元素的相对含量；而且，采用该方法进行测试时，需要相应的元素标样，元素鉴定方法在JB/T 6976-1993中已明确给出。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2.8 其他方法 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 除此之外，还有一些其他的测试技术和方法用于纳米材料的表征，如紫外/可见/近红外吸收光谱方法用于金纳米棒的表征（GB/T 24369.1）、紫外-可见吸收光谱方法用于硒化镉量子点纳米晶体表征（GB/T24370）、纳米技术-用紫外-可见光-近红外（UV-Vis-NIR）吸收光谱法表征单壁碳纳米管（ISO/TS 10868）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 3 结束语 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em margin-bottom: 15px " 纵观当前纳米材料的表征与测试技术，要适应纳米材料产业的快速发展，规范化表征和准确可靠测试纳米材料尚存在一定挑战。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 基于此，仪器信息网将于 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 2019年12月18日 /span 组织举办 strong 第二届“纳米表征与检测技术”主题网络研讨会 /strong （ a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target=" _blank" textvalue=" 免费报名中" i span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 免费报名中 /span /i i span style=" color: rgb(255, 0, 0) " /span /i /a ），邀请该领域专家，围绕纳米材料常用表征和检测技术，从成分、形貌、粒度、结构以及界面表面等方面带来精彩报告，为纳米材料工作者及相关专业技术人员提供线上互动交流互动平台，进一步加强学术交流，共同提高纳米材料研究及应用水平。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target=" _blank" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/14b28169-cfe6-44ba-8dc5-f47132b97366.jpg" title=" 540_200.jpg" alt=" 540_200.jpg" / /a /p p style=" text-align: justify " a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2/" target=" _blank" textvalue=" 报名链接：第二届“纳米表征与检测技术”主题网络研讨会" strong span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 报名链接 /span /strong ： i strong span style=" color: rgb(112, 48, 160) " 第二届“纳米表征与检测技术”主题网络研讨会 /span /strong /i /a /p p style=" text-align: center " strong 扫一扫，参与报名 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/d2e686ea-3308-4d6f-8795-e26e3d0f062d.jpg" title=" 报名.PNG" alt=" 报名.PNG" / /p p style=" text-align: center " strong 扫一扫，进入纳米表征与检测技术群 /strong /p p style=" text-align: center " strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/33e39f0a-8ef0-4aeb-b662-03350301ed05.jpg" title=" 群.PNG" alt=" 群.PNG" / /strong /p p style=" text-align: justify " strong i style=" margin: 0px padding: 0px color: rgb(127, 127, 127) font-family: 宋体, " arial=" " white-space:=" " 文章摘自： /i /strong /p p style=" text-align: justify " strong i style=" margin: 0px padding: 0px color: rgb(127, 127, 127) font-family: 宋体, " arial=" " white-space:=" " span style=" font-family: " microsoft=" " font-size:=" " background-color:=" " 谭和平, 侯晓妮, 孙登峰, et al. 纳米材料的表征与测试方法[J]. 中国测试, 2013(01):17-21. /span /i /strong /p

近年来，随着石墨烯及其优异的光、电等性质的不断发现，二维层状材料成为了目前材料领域的研究热点，受到了国内外研究者的广泛关注。其二维层状材料的层内以强的共价键或离子键结合而成，而层与层之间依靠弱的范德华力堆叠在一起形成一类新型材料。由于层间弱的相互作用力，在外力的作用下，层与层很容易相互剥离，从而可以形成二维层状材料。进一步，二维层状材料在晶格不匹配和方法不兼容的情况下，也非常容易和截然不同的原子层混合和匹配，从而衍生出许多范德华异质结构。 范德华（Van der waals）材料即上述具有范德华异质结构的材料，它由弱的范德华吸引力结合的单个原子平面组成。它们显示出几乎所有在固体中发现的光学现象: 包括金属中典型的自由电子等离子体振荡，半导体中的发光/激光和激子，以及缘体中典型的强烈声子谐振。这些现象体现在被称为化激元-激发的有限光物质混合模式中。当光处于远小于其波长的纳米尺度下时，能增强相应的电场强度，导致光与物质相互作用增强，从而表现出强的非线性、作用力增大和发射/吸收增强。由金属中的电子作用形成的表面等离子激元，成了近年来研究中为突出例子。然而，还有许多其他类型的激元，包括性缘体中的声子振动，半导体激子，超导体中的Cooper对以及（反）铁磁体中的自旋谐振形成的激元。 范德华材料中各种激元种类 范德华材料拥有一整套不同的激元种类，在所有已知材料中的具有高的自由度。德国neaspec公司提供的先进近场成像方法（s-SNOM）允许化波在范德华层或多层异质结构中传播时被激发和可视化，从而被广泛应用到范德华材料激元的研究中，为研究人员对范德华材料体系中激元的激发、传播、调控等研究提供了有力的工具。另一方面，范德华材料系统中激元的优点是它们具有的电可调性。此外，在由不同的范德华层构成的异质结构中，不同种类的激元相互作用，从而可以在原子尺度上实现激元的控制。德国neaspec公司提供的纳米光谱（nano-FTIR）和纳米成像成功被研究人员用于激元的调控等研究中，通过实验证实，研究人员已经成功开启了操控激元相关纳米光学现象的多种途径。 范德华材料中激元的先进近场光学可视化成像研究 研究人员对不同的金属、半导体和缘体等范德华材料中异质结构的新奇性能进行探索，促进了对光探测器、光伏器件、LED等电子器件设计的革新，并赋予这些器件诸多意想不到的特功能。同时，德国neaspec公司也伴随国内外广大研究人员的脚步，不断升改进其近场光学成像的功能，在其先进的近场光学成像（s-SNOM）和纳米光谱研究(Nano-FTIR)的基础上，不断拓展出例如TDS-THz纳米成像、针增强拉曼（TERS）、光诱导成像等新的技术，从而为广大研究人员提供强有力的研究工具和技术支持。参考文献 Basov,D. N et. al Polaritons in van der Waals materials, Science,354, aag1992 (2016). DOI: 10.1126/science.aag1992 相关产品链接太赫兹近场光学显微镜 — THz-NeaSNOM http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C270098.htm德国Neaspec纳米傅里叶红外光谱仪 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C194218.htm超高分辨散射式近场光学显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C170040.htm

激发好奇心纳米材料纳米材料是近几十年来最伟大的技术成就所用的基石。它们为医药、可再生能源、化妆品、建筑材料、电子设备等领域的突破性改进奠定了基础。纳米材料具有形成新材料的潜力，因此其性质和相互作用成为研究的热点。安东帕是全球研究人员的可靠合作伙伴：世界排名前100位的大学中有96所，每天至少使用我们的一种仪器。安东帕独特而灵活的纳米材料研究仪器组合为客户实验室提供了前瞻性的解决方案，今天购买的仪器，也为未来提供了无数的可能性。纳米颗粒01纳米颗粒是一种用于许多不同领域的超细单元，从生物医学、制药到储能技术。由于它们的尺寸，很难进行跟踪和测量，但了解它们的特性是非常必要的，这样就可以设计它们来实现它们的目的。不同的测量技术可用于制备和表征纳米粒子，如微波合成、原子力显微镜、动态光散射、SAXS、激光衍射等。左右滑动查看更多022D材质单层材料是非常广泛应用的研究重点，包括纳米尺寸的应变计，用于人体植入的纳米晶TiO2涂层，以及原子台阶对生长现象的影响，或例如，研究阳极或阴极组件的2D材料结晶度，以便在电池中更快更有效地进行能量转移。安东帕公司的各种测量解决方案和不同技术在二维材料的表征中发挥着重要作用，如可进行温度控制的掠入射小角X射线散射（GISAXS）、原子力显微镜（AFM）、表面zeta电位或真密度仪。左右滑动查看更多复合材料03复合材料将两种或两种以上材料的不同特性结合在一起，形成一种新材料，其特性与单个部件不同。复合材料与固溶体和混合物的区别在于，它们各自的组分保持分离和区别。因此，研究和了解复合材料的性能对其应用至关重要。涉及到流变学研究或孔径表征金属有机框架（MOF）气体吸附分析仪。左右滑动查看更多04半导体在信息处理、全彩显示和新型传感器技术等领域，对纳米结构的理解和表征在前所未有的技术发展中起着至关重要的作用。安东帕的解决方案有助于我们时代的技术进步。它们包括颗粒尺寸的表征和表面zeta电位的研究，以改进化学机械抛光工艺，以及用掠入射小角X射线散射（GISAXS）分析纳米图形表面。

Nature Communications：纳米红外研究无机纳米颗粒-聚合物复合材料界面效应布鲁克纳米表面事业部 魏琳琳 博士英文题目：Nature Communications: Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites摘要以聚合物为基体，无机纳米粒子为填料的聚合物纳米复合材料具有优异的力学、电学和热学性能。纳米颗粒和聚合物之间的界面效应通常被认为是实现这些性能增强的关键因素。然而，如何理解界面效应以及界面微区的结构与性能是聚合物纳米复合材料领域长期面临的基础性难题。近期，来自武汉理工大学、清华大学、伍伦贡大学等学校的科学家们将Bruker的光热诱导纳米红外技术与其他先进技术相结合，直接探索纳米颗粒-聚合物纳米级界面区域。研究发现无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构，包括10纳米厚的内层和大于100纳米的外层界面。分子动力学及相场模拟结果表明纳米颗粒表面电势以及颗粒间距的协同作用是形成界面极性构型的关键作用机制。这项研究的结果有助于阐明界面处的相互作用机制，并为制备纳米复合材料以获得最佳性能提供有价值的见解。利用无机纳米粒子/聚合物复合材料的高极性“双界面层”行为，科学家们在具有超低无机填料含量的纳米复合材料中获得了显著增强的介电及压电性能。相关研究成果以Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites为题，发表在Nature Communications上。实验内容实验选择典型的铁电聚合物PVDF作为基体，填充TiO2纳米颗粒。其中PVDF膜层的厚度低于纳米颗粒的直径，使TiO2能够暴露在膜层表面（图1 a）。图1b，c 样品表面和横截面的SEM图像显示颗粒表面存在约10nm的包裹层。HADDF和碳成像图（图1d，f）进一步表明10nm的结合层富含碳元素，为有机碳链键合在纳米颗粒表面。采用布鲁克nanoIR3纳米红外系统进一步研究了界面区域的化学结构（图1 e f）。采用PVDF极性构象的波数（866cm-1）和非极性构象的吸收波数（766cm-1）进行红外成像，分别对应图1f中图和右图。红外成像图显示纳米颗粒周围存在100nm以上强极性构象区域。压电力显微镜（PFM）采集平行于膜平面和垂直于膜平面的L-PFM图像及面外V-PFM图像，结果显示颗粒的L-PFM呈现一半亮一半暗的结构，V-PFM呈现全亮的结构。表明纳米颗粒/聚合物的内层界面区域内偶极子的极化方向垂直于纳米颗粒表面。综合以上的观测结果，作者揭示了无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构， 由10nm的极性偶极子内层界面的和100nm强极性构象的外层界面组成。 图1 直接观测无机纳米颗粒与聚合物基体的“双界面层”结构作者采用nanoIR3纳米红外系统进一步研究了纳米颗粒的间距对界面效应的影响（图2）。距离较远的纳米颗粒会形成强极性构象结构界面（图2 b左图）；距离相对较近的纳米颗粒，其界面区域相互重叠，将抑制极性构象的形成（图2 b中图）；纳米颗粒相互连接时，界面区域也倾向于相互合并（图2 b右图）。FTIR检测不同TiO2纳米颗粒含量的宏观材料中极性构象的比例（840 cm&minus 1/766 cm&minus 1及 1279 cm&minus 1/766 cm&minus 1峰强比），TiO2纳米颗粒含量0.35%时极性构象最多，继续增加纳米颗粒含量，由于纳米颗粒间距变小，界面区域相互重叠使极性构象含量降低。分子动力学及相场模拟表明极性构象界面的形成取决于纳米颗粒表面电势以及颗粒间距的协同作用。图2 纳米颗粒/聚合物复合材料界面极性区域采用纳米叠层设计（Al2O3/PVDF/ Al2O3）表征单一界面层的贡献。纳米叠层纳米复合材料的介电常数εr与PVDF的膜厚具有很大的相关性，并随着PVDF膜厚的减小而增加。由于界面极性层的影响，纳米叠层纳米复合材料显示出比Al2O3（εr~9.8）和PVDF（εr~7.8）更高的εr。而Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)，包含两层内层界面层结构，表现出86 J/cm3的超高介电能量密度，远高于文献报道的纳米复合材料的介电能量密度。同时具有76%的能量效率，与大多数介电聚合物或纳米复合材料相当。图3 内层界面层增强复合材料介电性能 总结借助于布鲁克纳米红外系统，直接观测到纳米颗粒-聚合物复合材料的极性界面构象，并研究了颗粒间距对极性构象的影响。结合其他科学工具的结果，本文的工作促进了对聚合物纳米复合材料中界面基础科学问题的理解，可为高性能极性聚合物复合材料的设计与开发提供指导，并推动介电储能、电卡制冷、柔性压电传感等高新前沿技术领域的发展。 本文相关链接：Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites [J] Nature Communications volume 14, Article number: 5707 (2023)https://www.nature.com/articles/s41467-023-41479-0

人民网科技2月2日讯 据中国科学院金属研究所消息，1月30日，《科学》报道了中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室卢磊研究员领导的研究小组与卢柯研究员、丹麦Risφ国家实验室的黄晓旭博士合作研究的成果，他们利用共格孪晶界独特的稳定界面结构获得了具有超细特征尺寸的纳米结构金属，并发现减小孪晶片层厚度将增加材料的强度。这一发现表明当纯金属的特征尺寸降低至纳米量级时，由于塑性变形机制的变化会导致极值强度的出现，同时表现出一般金属材料所不具备的超高加工硬化效应。评审人认为作者在利用纳米孪晶强化材料本质方面获得了具有重大意义的发现，不但丰富和拓宽了人们对纳米尺度材料塑性变形的本质的认识，同时也为进一步发展高性能纳米结构材料及其应用提供了重要线索。 　　普通多晶体金属材料的强度通常随晶粒尺寸的减小而升高。这种晶粒细化强化源于更多晶界阻碍了位错运动，从而使塑性变形困难。但是，当晶粒尺寸小至纳米量级时，晶格位错运动将受到抑制，塑性变形的控制机制由晶格位错运动逐步转化为晶界行为，从而使材料强度下降。因此，理论分析和分子动力学模拟均预测当金属材料的晶粒尺寸小至纳米量级时其强度将出现一极大值，随晶粒尺寸进一步减小会导致材料软化。然而迄今为止这种极值强度在纯金属力学性能实验中尚未观察到。其主要原因是制备超细晶粒尺寸(通常小于10纳米)的纳米材料非常困难：由于纯金属材料中晶粒具有很高的长大驱动力。通常晶粒愈小，长大驱动力愈大，晶粒很容易在室温状态或更低的温度下就发生长大。因此如何制备出稳定的超细特征尺寸的纳米结构材料并探索其本征变形机理长期以来是纳米金属材料领域一大难题。 　　卢磊研究员及其合作者采用脉冲沉积技术通过细致的工艺探索在纯铜样品中成功地将孪晶片层平均厚度(λ)减小到约4 nm，并发现减小孪晶片层厚度材料的强度增加。当孪晶片层厚度为15nm时，材料强度达到最大值。进一步减小孪晶片层，强度反而减小、出现软化现象。随孪晶片层减小，样品的塑性和加工硬化能力单调增加。当孪晶片层小于10纳米时，其加工硬化系数超过了粗晶纯铜的加工硬化系数，即铜及铜合金的加工硬化系数上限，表现出超高加工硬化能力。分析表明纳米孪晶铜中极值强度的出现是由于随孪晶片层尺寸减小塑性变形机制从位错孪晶界相互作用主导转变为由孪晶片层结构中预存位错运动主导所致。而超高加工硬化效应则来源于纳米孪晶片层中大量孪晶界可有效吸纳高密度位错，其位错密度较一般多晶体中的饱和位错密度高1-2个数量级。 　　塑性变形过程中共格孪晶界可有效阻碍位错，具有和普通晶界相似的强化作用。同时，共格孪晶界又可作为位错的滑移面吸纳大量位错，与普通晶界相比孪晶界结构更加稳定，其晶界过剩能仅为普通晶界的十分之一。因此，纳米孪晶结构从能量上要比相同化学成分的纳米晶体结构稳定很多。这种稳定的超细纳米孪晶结构的获得不仅是传统材料制备技术的突破，同时也为深入研究金属材料力学行为的纳米尺寸效应提供了可能。

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 2017年11月1日，由仪器信息网主办的首届“新材料技术专题网络研讨会(iCAM 2017)暨仪器信息网材料周”正式开幕。会议为期三天(11月1日-3日)，目前报名人数已突破1000人次。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/09ac264a-07cc-4927-8703-8c33a2271197.jpg" title=" 01.png" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/ef851138-16e5-441c-ab52-ec92b1efce79.jpg" title=" 02.png" / /p p 　　iCAM 2017的首日， a style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/news/20171101/232520.shtml" span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 新能与材料研究进展与应用会场 /strong /span /a 已成功进行完毕。11月2日，会议的Day2，纳米材料研究进展与应用会场如期拉开帷幕，8位纳米材料技术研发、应用专家及厂商技术专家分享了纳米材料在新技术与应用方面的精彩报告。以下为报告内容简要及报告专家解答的部分在线网友提问问题，以飨读者。 /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(112, 48, 160) " strong 纳米材料研究进展与应用会场 /strong /span /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/fea9f79d-ab1b-4dda-9d62-1eb27badf287.jpg" title=" 03.png" / /p p 　　近来，纳米载药体系、纳米药物的研究受到研究人员的日益关注。纳米材料的体内代谢研究是其安全性评价的重要内容和医学应用的前提。基于核技术的研究方法在纳米材料的体内分布、代谢研究中能够发挥重要作用。张智勇首先简介了基于核技术的纳米材料分析检测方法，包含分子级检测的SRCD、XAFS、CS、AFM等，细胞级检测的CLSM、TEM、STXM、μ-XRF等，宏观级的ICP-MS/NAA、MRI、HE等。接着分别以氧化物纳米材料、金属纳米材料、碳纳米材料的检测为例，详细介绍了核及相关技术在纳米材料体内代谢研究中的应用。表明，多种检测手段结合，相互补充验证，有助于获得纳米材料体内分布与代谢的全面信息。 /p p 　　 strong 以下为在线网友提问的部分问题： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/80cdfbb4-ba99-4d70-abf9-cb98c5e0934c.jpg" title=" 04.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/cb6a9d25-1744-4dfb-a1c6-4eeb0a9ffcd8.jpg" title=" 05.png" / /p p 　　据介绍，TESCAN拉曼光谱一体化电镜RISE集拉曼成像、SEM、EDS、EBSD等于一体，应用领域包括碳材料、有机物试样、无机综合分析、二维材料、农生医药、半导体等。张芳通过具体案例分别介绍了RISE在这些领域的分析能力，如利用不同碳材料的典型拉曼特征光谱，分别对类金刚石、纳米碳管、石墨、石墨烯、石墨烯复合材料等进行碳结构表征 对岩浆岩等无机物进行相鉴定、结晶度、应力表征 对二维材料表征等。表明，RISE在传统电镜高分辨图像能力的基础上，大大增强了分析能力。 /p p 　　 strong 以下为部分网友提问问题： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/86d8fa6b-1000-4abd-930d-25244c161294.jpg" title=" 06.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/73f56efd-80cc-4fee-890d-267e51573f5a.jpg" title=" 07.png" / /p p 　　数据显示，2015年我国橡胶工业总产值达10600亿人民币，占我国GDP的1.67%。橡胶制品不仅伴随着人类日常生活的方方面面，在武器装备、载人航天等科技中也是关键材料之一。卢咏来在报告中系统回顾了北京化工大学先进弹性体材料研究中心近20年来在橡胶材料纳米增强理论、橡胶纳米材料制备新技术以及在高性能轮胎中的应用研究进展，包括：采用分子动力学方法模拟研究橡胶纳米复合材料低成本大规模制备技术、碳纳米管和石墨烯增强橡胶纳米复合材料。研究成果支撑了我国最高水平的绿色节油轮胎的研发和生产，并获得了2015年度国家技术发明二等奖，有力的促进了我国橡胶工业从大国向强国的迈进。 /p p 　　 strong 部分网友在线提问问题如下： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/636a8aaa-0673-45b8-8f0c-5f6020af5e14.jpg" title=" 08.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/ac744990-5f61-4e77-9a16-607bb939a6af.jpg" title=" 09.png" / /p p 　　静电纺丝具有成本低、耗能少、原料范围广等优点，其应用也十分广泛，如2D静电纺丝纤维常用在过滤、电池隔膜、传感器、隔热涂层、药物传输、伤口处理的方向，3D静电纺丝纤维常用在细胞培养和组织支撑等生物医学方面、电池电极等方向。蔡云屾在报告中介绍了静电纺丝的加工工艺、控制方法及静电纺丝微纳米纤维结构。表明，虽然静电纺丝具有复杂的物理过程，但其生产的微纳米纤维直径可控。静电纺丝能应用在很多领域，主要是因为各种功能性材料能加工成微纳米纤维、极高的表面积比、高多孔性、小孔径等。 /p p 　　 strong 以下为部分网友在线提问问题： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/d7d82991-b2ed-44e0-b084-af1dac689eb3.jpg" title=" 010.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/6c155c2c-6718-4e17-8496-9a836ed5e423.jpg" title=" 011.png" / /p p 　　纳米药物研究一直是一个热门研究领域，但受纳米药物的安全性和有效性的制约，临床转化很少。但随着相关研发的大量投入，纳米药物已经开始走入市场。早期诊断、实时监测和可视化治疗是提高患者生存质量和治愈率的关键。因此，诊疗一体化近年来作为一种新的理念迅速发展起来，陈春英在报告中重点综述了构建双功能多模态的纳米载体，实现诊疗一体化以及成像介导的肿瘤治疗，例如同时实现光学成像、CT增强成像与光热治疗，或者磁共振成像与化疗及磁热治疗等联合方式。 /p p 　　 strong 以下为部分在线网友提问问题： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/8a22e896-bd9d-4db3-b406-ed4ec508657d.jpg" title=" 012.jpg" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/53ae63ba-7455-4015-a014-5c31b87888c8.jpg" title=" 013.png" / /p p 　　材料的性能对其微观结构非常敏感，而透射电镜作为一种先进的微结构分析工具，可以帮助科研工作者更加深刻的认识材料宏观性能与微观结构之间的联系。2000年前后的球差校正技术将空间分辨率提升到了亚埃水平，并进入球差电镜时代。球差校正透射电镜可以实现原子尺度的结构观察和化学成分与价态分析，对深入理解材料制备-微结构-性能三者之间关系具有极为重要的作用，是现代材料科学研究的有力武器。黄荣在报告中以锂离子电池正极材料中锂离子的直接观察、新型热电材料中一种纳米尺度网格状有序-无序混合结构对其晶格热导率的影响为例，介绍了HAADF、ABF、EELS和原子分辨EDS技术在研究这类纳米能源材料微结构方面的具体应用。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/558b2591-88aa-417a-bd3c-a18a0c125d22.jpg" title=" 014.png" / /p p 　　纳米材料由于其自身在熔点、磁性、光学、导热、导电等方面所表现的特性，应用领域十分广泛。包括污水处理、催化剂、抗菌剂、添加剂、照明等。纳米材料的表征也显得尤为重要，其表征项目包括化学组成、粒径和粒径分布、形状、表面积、电荷、聚集状态等。贠照军在报告中主要介绍了安捷伦sp-ICP-MS在纳米材料检测中的应用实例和解决方案，表明，安捷伦ICP-MS纳米颗粒分析解决方案具有快速(1min分析得到粒径、粒径范围、成分、质量浓度、质量浓度等信息) 灵敏(可分析小于10nm至微米级颗粒) 灵活(可与HPLC、CE、FFF等系统联用进行纳米颗粒表征)等优点。 /p p 　　 strong 以下为部分网友在线提问问题： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/43fb8330-5504-4577-a5a8-f3c49d757e6c.jpg" title=" 015.png" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/a4510745-9dab-42ef-be0a-9dda9f91e57a.jpg" title=" 016.png" / /p p 　　润湿性是液体在固体表面的铺展能力。特殊润湿性指液体在其表面极易铺展或极不易铺展的性质，称为“超亲”或“超疏”特性。特殊润湿性在节能环保、防雾防冰等领域有着重要的应用前景。王波在报告中讲到表面化学状态和表面微观结构是润湿性的两个决定因素。通过表面化学修饰与表面微纳米尺度结构的组合，可以实现表面特殊润湿调控。最后分享了浸润科学在21世纪的最新进展，包括微纳结构的作用、电致浸润变换、力致浸润变换、光致浸润变换、低温自清洁、非对称各向异性微结构等。 /p p 　　 strong 以下为在线网友部分提问问题： /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/9373099e-98ca-4746-98b6-d26fbf0e6ad2.jpg" title=" 017.jpg" / /p p style=" text-align: center " ---------------------------------------------------------------- /p p 　　iCAM 2017网络会议 strong Day1 /strong ： a style=" color: rgb(112, 48, 160) text-decoration: underline " title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/news/20171101/232520.shtml" span style=" color: rgb(112, 48, 160) " strong 新能源材料研究进展与应用会场 /strong /span /a /p p 　　明天(11月3日)将继续进行 strong 新材料在多领域的研究进展与应用分会场 /strong 报告，请继续关注仪器信息网后续报道。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 报名参加 /strong /span iCAM 2017或了解更多专家在线解答请 strong 点击 /strong iCAM 2017直播网站： /p p 　　 a style=" text-decoration: underline " title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCAM2017/" strong http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCAM2017/ /strong /a /p

2018年2月，西班牙Rainer Hillenbrand教授在《Science》上发表了题为：Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials的全文文章，发现纳米范德瓦尔斯材料上的红外双曲变面特性，在红外可变平台设备的开发中取得重要进展。文章中Hillenbrand团队利用超高分辨散射式近场光学显微镜neaSNOM，对纳米氮化硼薄膜表面进行了精细扫描。该类型薄膜表面一般具有光学超表面特性，同时可以支持深度亚波长尺度的声子化激元。研究者在在这样的纳米结构基础上，通过neaSNOM优于10nm空间分辨率的光谱和近场光学图像观测到了发散化子束的不规则波前，如下图所示。图1 A为该项工作的原理示意，图1 B为该结构的形貌表征；图1 C、D为近场强度信号在该结构中的纳米成像并分辨对应HMS(实线)及hBN（虚线）结果。这些表征结果描述了hBN光栅功能面内的HMS。图1：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）下声子化激元在20纳米的hBN-HMS的成像结果。C、D 即为近场强度信号在该结构中的纳米成像并分辨对应HMS(实线)及hBN（虚线）结果。该工作在光学超表面光学性质的研究，对于控制材料的等离子体化激元有着突出的意义，其中利用到一种特的相位和振幅信号分离技术，这种技术是超高分辨散射式近场光学显微镜neaSNOM申请，如下图，HMS-PHPs的波前成像结果显示其发散化子束的不规则波前，是双曲化子的重要特征。近场增强和限制可以有效操纵交换表面发射的热辐射。该项研究成果揭示了各向异性材料中化基元的不规则波前，与此同时，该类型纳米结构尺寸的范德华材料拥有优异的双曲线性质，使得红外可变平台设备的开发在未来的研究中将进一步成为可能。图2：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）下HMS-PHPs的波前成像结果。C中近场成像结果获取于w = 1430 cm-1单色波长激发。★ 科普小知识 ★neaSNOM是德国neaspec公司推出的三代散射式近场光学显微镜（简称s-SNOM），其采用了化的散射式核心设计技术，大的提高了光学分辨率，并且不依赖于入射激光的波长，能够在可见、红外和太赫兹光谱范围内，提供优于10nm空间分辨率的光谱和近场光学图像。由于其高度的可靠性和可重复性，neaSNOM业已成为纳米光学领域热点研究方向的科研设备，在等离基元、纳米FTIR和太赫兹等众多研究方向得到了许多重要科研成果。★ 超高分辨成像技术的诸多特点，你知道吗？ ★◆ neaSNOM是目前上成熟的s-SNOM成像产品◆ 保护的散射式近场光学测量技术——有的高10 nm空间分辨率◆ 的高阶解调背景压缩技术——在获得10nm空间分辨率的同时保持高的信噪比◆ 保护的干涉式近场信号探测单元◆ 的赝外差干涉式探测技术——能够获得对近场信号强度和相位的同步成像◆ 保护的反射式光学系统 ——用于宽波长范围的光源：可见、红外以至太赫兹◆ 高稳定性的AFM系统，——同时优化了纳米尺度下光学测量 ◆ 双光束设计——高的光学接入角：水平方向180°，垂直方向60°◆ 操作和样品准备简单 ——仅需要常规的AFM样品准备过程相关产品及链接1、超高分辨散射式近场光学显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C170040.htm 2、纳米傅里叶红外光谱仪 Nano-FTIR：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C194218.htm

越来越多的高科技已经进入到我们日常生活之中，比如纳米服装。将纳米级的微粒覆盖在纤维表面或镶嵌在纤维甚至分子间隙间，利用纳米微粒表面积大、表面能高等特点，在物质表面形成一个均匀的、厚度极薄的（肉眼观察不到、手摸感觉不到）、间隙极小（小于100nm）的‘气雾状’保护层。使得常温下尺寸远远大于100nm的水滴、油滴、尘埃、污渍甚至细菌都难以进入到布料内部而只能停留在布料表面，从而产生了防水、防油、防紫外线等特殊效果。但是这些衣物经过洗涤，直到最终被丢弃，其中的纳米颗粒又会对环境造成负担。如何测定和评价纳米科技纺织品的纳米颗粒数量和尺寸分布，是纺织行业面对的新课题。 二氧化钛（TiO2）纳米颗粒具有紫外线防护功能和抗菌特性，并且能够提高织物的亲水性并减少异味，因此被越来越多的应用到纺织行业。本应用报告使用单颗粒电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS），研究了几种商业纺织产品中TiO2纳米颗粒的释放情况。样品用于评估的五种纺织样品均从当地商店购买，如表1所述。40％TiO2纳米颗粒（30-50 nm）悬浮液购自美国研究纳米材料公司（US Research Nanomaterials™ ，位于美国德克萨斯州休斯顿市）。为了促使纳米颗粒分散，将Triton X-100（购自西格玛奥德里奇公司Sigma- Aldrich™ ，位于美国密苏里州圣路易斯）添加到所有溶液中，最终浓度为0.0001％。实验测量总钛时，将0.25g的每种纺织样品切成小片，放入5mL浓硝酸（65％）和1mL的浓氢氟酸（49％）中，放入微波炉中消解。消解后，每个样品添加6mL 10％H3BrO3（v/v），放入微波炉中与HF络合15分钟。然后，用去离子水将样品定容至50mL，并采用常规ICP-MS进行分析。检查TiO2纳米颗粒从织物中的释放情况时，每个样品取400cm2，浸入200mL去离子水中。对容器超声处理15分钟，然后将其放在摇床上（每分钟150次）24小时。对容器进行第二次超声处理，然后取出等分液体进行分析。向空白去离子（DI）水中掺入2.7μg/L TiO2纳米颗粒，作为对照品。如有必要，用去离子水进一步稀释样品，并在两次稀释之间进行超声处理，以最大程度地减少纳米颗粒团聚。所有分析均在珀金埃尔默（PerkinElmer）的NexION® 电感耦合等离子体质谱仪上进行，该质谱仪上运行Syngistix™ 以用于ICP-MS软件。进行纳米颗粒分析时，使用Syngisitix纳米应用模块进行数据收集和处理。表2示出了进行TiO2纳米颗粒分析的NexION工作条件。实验结果图1示出了TiO2纳米颗粒（对照品）和三个样品的信号。这些图表清晰地显示了样品之间的差异：虽然TiO2纳米颗粒对照品显示出可重复的、均匀的粒度分布，但样品的纳米颗粒粒度分布更大，高达200nm。此外，同一类型的样品之间也存在差异，如样品A和D所示。样品B和样品C不含大量TiO2纳米颗粒。下面的表3和表4，分别为A~E样品中的总Ti含量和TiO2纳米颗粒的尺寸和浓度。婴儿连体衣A和B形成了有意思的对比：A含有的基本全是TiO2纳米颗粒，而B含有的基本都是其他形态的Ti离子。结论本研究表明，SP-ICP-MS能够检测和测定纺织品中释放的TiO2纳米颗粒。使用SP-ICP-MS可以快速分析大量颗粒，能够提供单个颗粒的信息，克服了常规纳米颗粒分析技术的局限性。本研究结果表明，各个纺织产品都含有粒度和浓度不等的TiO2纳米颗粒。了解更多应用资料和产品信息，扫描下方二维码，下载珀金埃尔默单颗粒电感耦合等离子体质谱法（SPICP-MS）表征织物中TiO2纳米颗粒的释放相关资料。

时间 日期：2017年6月7日时间：下午3点研讨会概述 纳米诊断治疗学是指应用纳米技术和纳米材料对多种疾病将诊断与治疗相结合的学科（诊疗学）。 纳米诊疗技术有望在医学领域带来的一些益处包括降低成本，准确可靠的疾病检测和早期疾病诊断，这将显著增加成功治疗的可能性。 在本次网络研讨会上，我们将听取上海交通大学仪器科学与工程系纳米技术专家张春雷博士的演讲。张老师将为我们介绍他在开发肿瘤成像多功能纳米探针方向的研究工作。今天，科学家对早期癌症检测的分子成像技术越来越感兴趣，张老师将介绍他在开发基于纳米颗粒的造影剂方面取得的进展，这将有望扩展这些技术的适用范围。 另外，在本次网络研讨会上，我们还将听到来自布鲁克临床前成像部门的技术专家王蕊在线介绍布鲁克的活体Xtreme II光学/ X射线系统及其广泛的多模式光学成像特性。 听众此次网络研讨会主要是针对已经在使用布鲁克公司的光学成像系统的客户或打算使用光学成像系统并成为客户的人。进行癌症研究，纳米材料和神经科学的研究人员可能会特别关注，但也会有来自各种不同研究背景的研究者会对此议题感兴趣。 演讲者 张春雷博士 - 纳米技术专拣, 仪器科学与工程系, 上海交通大学, 中国王蕊博士 - 布鲁克临床前影像部门王蕊博士将在网络研讨会上首先介绍布鲁克光学成像系统的最新功能和升级，随后将介绍与癌症研究，神经科学，纳米技术和药代动力学的相关应用。布鲁克最新升级的光学成像系统，In-Vivo Xtreme II，可以提供共定位的五种成像模式，包括生物发光成像（BLI），从可见光到近红外的多光谱荧光成像（MS-FLI），独特的直接放射性同位素成像（DRI ），切伦科夫成像（CLI）和X射线成像。接下来，张博士将会谈论他研究的主要焦点，关于开发金纳米材料作为多功能纳米颗粒的造影剂进行多模态癌症诊断。他将探讨这些成像剂的功能，影响和作用。张博士和他的团队最近开发了一种简单而省时的方法，用于合成适用于不同成像模态的带有几种造影剂的纳米结构，以提高癌症诊断的准确性。研究人员设法将金纳米簇（GNCs）在水溶液中组装成单分散球形颗粒（GNCNs），这增强了肿瘤的多模态成像。 张博士认为，这种研究开发可能被用在癌症诊断中其他超小型纳米粒子组装的指导方法或依据。 注册请点击以下链接Register for this webinar

导读纳米科技是一次非常深刻的技术革命，不仅可以改变传统的微观世界，还可以应用于传统工业中，促进产业技术升级。但由于&ldquo 纳米&rdquo 概念炒作过度，纳米信誉度降低，近几年国内的纳米材料企业成长并不明显，涉及纳米材料的上市公司共有12家，其中9家公司负增长。生物纳米技术成为纳米技术未来的看点。 　　&ldquo 纳米&rdquo 在当下而言，不再是一个新鲜的概念，甚至我们对它已经觉得陈乏无味。但是，国家&ldquo 十二五&rdquo 规划中将之作为重点发展对象，似乎有想回归理性认识真实的&ldquo 纳米&rdquo 的趋势。 　　十几年前，《科学美国人》杂志曾提出一种诱人的梦想：若在地球与月亮之间搭建一座天梯，跨越38万公里的距离而不被自身重量拉断的材料，只有碳纳米管!这样的假设或许并不好实现，但用碳纳米管建设地球与国际空间站、卫星连接&ldquo 天梯&rdquo ，却是可以预期的梦想。或许那时候，人类进入太空或运送物资进入空间站时，可以像乘坐电梯一样前往。 　　此前，全世界的科学家为了这一梦想绞尽脑汁，始终未能制备足够长的碳纳米管。清华大学机械系、物理系、化工系先后制成了20厘米长度的碳纳米管束或单根碳纳米管后，国际上几年来再也没有新的突破。其中最关键的困难，是碳纳米管&ldquo 生长&rdquo (制造)过程中，高温环境下催化剂会很快失去活性，导致碳纳米管停止&ldquo 生长&rdquo 。 　　值得期待的还有，这类超长碳纳米管拥有长度、生长速度快与结构超完美的多种重诱人特性。这样的碳纳米管已经接近理论最高值的拉伸强度，从而具有意想不到的机械性能&mdash &mdash 真正可以和钢铁、钛合金等材料同场竞技，进入应用领域，制造&ldquo 拉不断&rdquo 的绳子、&ldquo 扯不破&rdquo 的纤维布、&ldquo 打不透&rdquo 的防弹衣。 　　在&ldquo 十二五&rdquo 规划的重点产品目录当中，纳米材料重点包括了纳米碳管及纳米碳管纤维、富勒烯、纳米环境材料以及纳米粉体材料。其中，纳米碳管运用于高强度复合结构材料，纳米结构电子器件，热电材料，电池电极材料，低温高灵敏度传感器，生物分子载体，催化剂载体，下游领域广泛，用途广。&ldquo 一是它的用途广，其他材料无可替代 二是目前正在进一步开发，成本比之前大大降低了，在国内已经实现产量化。&rdquo 浙江纳米材料开发应用协会秘书长关君正秘书长告诉记者。 　　碳纳米管颠覆传统行业，中国宝安石墨烯看点 　　被誉为&ldquo 21世纪新材料&rdquo 的纳米材料，其特异的化学、机械、电子、磁学及光学性能引起人们的广泛关注和重视。 　　&ldquo 不过，近几年国内的纳米材料企业不大生长，因为之前商家把&lsquo 纳米&rsquo 概念炒烂了，降低了纳米的信誉度。&rdquo 关君正告诉记者。 　　在理财周报材料科学实验室数据库中，涉及纳米材料的上市公司共有12家，总市值71.6亿，其中9家公司2012年净利润同比增长率均为负数，中国宝安(000009.SZ)涉足石墨烯，2012年净利润同比增长率为259%，成为行业内的佼佼者。 　　石墨烯作为当今世界最为热门的新材料之一，自其发现之日起就受到了全世界的关注，其发现者更是获得了诺贝尔奖的殊荣，围绕石墨烯的基础与应用研究在最近几年中也呈现出突飞猛进的态势。然而，至今尚无石墨烯的量产技术，且石墨烯的制备成本太高，大大限制了石墨烯产业化的发展，因此攻克石墨烯低成本规模化制备技术成为了石墨烯相关产业发展中至关重要的一步。 　　作为一种技术含量极高的碳材料，石墨烯在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、LED、触控屏等领域都将带来一次材料革命。不过，石墨烯目前尚未产业化。有分析认为，作为一种理想的替代型材料，石墨烯一旦实现产业化其产值至少在万亿以上。 　　中国宝安成立子公司深圳市贝特瑞纳米科技有限公司专门研制石墨烯。该公司7月31日国家知识产权局网站公布了贝特瑞纳米科技有限公司申请的&ldquo 带状石墨烯的制备方法&rdquo 专利获得授权的信息。中国宝安称，目前贝特瑞公司石墨烯项目处于应用研究阶段，尚无法预测相关产品投入商业应用的时间及对公司未来收益的影响程度，尚未批量对外销售。 　　目前被讨论最多的两种纳米填料还有纳米粘土和碳纳米管，并且都已经取得了商业化应用。 　　据媒体报道，近日北京市科委支持科研项目再次取得世界性突破&mdash &mdash 继建立全球首个碳纳米管薄膜生产线之后，又成功制备出世界上最长的、单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了新的世界纪录。 　　如此先进的高科技产物，那究竟什么是碳纳米管? 　　在纳米材料中，碳纳米材料一直是近年来国际材料科学的前沿领域之一。而碳纳米管在纳米材料中最富代表性，性能最优异，在各个领域引起普遍关注。科学家们还预测，碳纳米管将成为21世纪最有前途的纳米材料。 　　碳纳米管是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一，有着极高的拉伸强度和断裂伸长率。其密度只有钢铁的六分之一到四分之一，单位质量上的拉伸强度，却是钢铁的276倍之高，远远超过目前人类发现和制造的其他任何材料。 　　&ldquo 碳纳米管有五种特性是其他材料无可替代的。首先它的硬度是钢铁的100倍，但是重量却只有钢铁的1/6 二是它的导热性好，一分钟可以导热 三是它是管状的，展开的表面积增大，每一克碳管展开可展开500-600平米，上面可以组装的东西多 四是它的半导体特性 最后是它的生物相容性，用于作为靶向药物载体，可作为治癌药物。&rdquo 关君正秘书长告诉记者。 　　尽管碳纳米管的技术性能非常好，但因制造成本过高和生产技术工艺等问题，致使碳纳米管有&ldquo 贵比黄金&rdquo 之称，国际市场90%的高纯度碳纳米管的价格高达每克上百美元，一般纯度的碳纳米管价格也在60美元/克，远远高出黄金的价格。 　　&ldquo 由于原材料对纯度的要求高，致使碳纳米管的工艺成本高。目前国内的碳纳米管技术已经走在国际前沿，只要成本降下来，将会有很大的市场潜力。碳纳米管现在已经实现产量化，主要用到工厂的脱硫脱销、脱二噁英方面，以后还会用于汽车如替代保险杠、电源等。&rdquo 关君正秘书长向记者解释。 　　据有关报道称，使用了碳纳米管材料后，铝酸蓄电池的能量可提高18%，另外，手机锂电池若采用了碳纳米管复合材料，手机可待机18天之久。 　　&ldquo 纳米材料可以运用到我们日常生活的衣、食、住、行当中，未来的发展方向应该是纳米环境材料，意义重大。比如目前正在开发的新产品&mdash &mdash 抗PM.2.5的衣服，还有防紫外线功能的化妆品、能降解新房子有毒气味的墙体材料等等，甚至是平时喝的水，也加入纳米技术，将之变为小分子团水，更加有助于细胞吸收营养，不过这种水还处于推广阶段，现在还属于特供产品。&rdquo 关君正秘书长告诉记者。 　　这将会是一种颠覆传统行业的材料。 　　然而，和任何一个行业一样，纳米材料领域里面风险与机遇共存。在浪里淘金的企业当中，也有遭遇&ldquo 滑铁卢&rdquo 的不幸。 　　2001年，威孚高科(000581.SZ)发布消息，称将作为主发起人投资3000万元发起设立江苏省纳米科技开发公司。此外，该公司又在南京市与南京大学、东南大学、南京理工大学及南京工业大学四所著名高校就正式定名的江苏省纳米科技与应用开发中心举行合作协议签约仪式。当时威孚高科董事长许良飞接受媒体采访时指出，这消息已表明，威孚高科目前已担当起纳米科技开发与应用的中坚力量。 　　此去经年，物似人非。据该公司2012年报，净利润同比下降19.4%，目前公司的重大项目主要是汽车零部件产业化。&ldquo 纳米材料成本太高了，我们已经不做好几年了的。&rdquo 威孚高科董秘周卫星表示。 　　纳米未来看点生物医药，乐普医疗支架在列 　　在纳米材料领域里面，值得一提的公司还有在美国上市的西安量维生物纳米科技股份有限公司。 　　西安量维是一家在天然生物化学产业领域中，专业从事以天然药食同源的动植物为原料，研发、生产与销售纳米级生物原料中间体、纳米级健康保健食品、纳米级健康化妆品、纳米级生物抗菌消毒类产品等的民营股份制公司高新技术企业。 　　生物纳米技术被认为是中国在新技术领域为数不多的能够与世界先进水平保持同步的一块阵地。 　　2005年5月19日，该公司和中国最大的航天育种高科技企业中科航天股份&ldquo 强强联合&rdquo ，致力打造航天育种生物产品的中药现代化产业链，实现了从纳米级保健品到纳米级化妆品再到纳米医药产业链的转型升级。 　　将纳米材料运用到生物医学领域，这是个值得探讨的话题。&ldquo 目前国内的纳米材料在生物医学以及航空航天领域要比国外落后。&rdquo 关君正秘书长告诉记者。 　　而纳米技术在医学上的运用则包括了正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA片)等，它们都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。 　　据悉，这些技术将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断，植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。 　　国内涉足纳米医学的公司还有乐普医疗(300003.SZ)，该公司2012年收购北京思达医用装臵有限公司进入心脏瓣膜器械领域，公司进一步研制开发了下一代药物洗脱支架&mdash 抗体药物联合支架。 　　该支架在纳米支架的基础上，将与血液接触的支架表面原来的药物涂层改为CD34抗体涂层，进一步促进支架表面的内皮化，提高其安全性。

具有圆偏振发光性能的手性材料在三维成像、光学信息存储、不对称合成等方面颇具应用潜力，在手性科学研究中具有重要意义。手性基元在氢键、静电相互作用及π-π堆积等相互作用的协同下，可以自组装成各种各样的手性结构，表现出独特的圆偏振发光性质。而在自组装过程中，非手性基元如何参与并影响到最后的圆偏振发光性能，手性如何在组装结构中实现转移、传递和放大仍有未知。因此，如何构筑圆偏振发光材料并实现其性能提升在手性科学领域是重要的研究方向。　　中国科学院国家纳米科学中心研究员段鹏飞团队在高效圆偏振发光材料的构筑和性能提升研究方面取得了新进展。利用卤键相互作用构筑了一种二维手性分形结构，实现了手性发光材料发光各项异性因子的显著提升（Angew. Chem. Ed. Int. 2021, 60, 22711-22716）；在自组装手性多孔晶态材料中实现了无机纳米粒子到有机发光分子之间的辐射能量转移，并显著放大了材料的发光各项异性因子（Adv. Mater. 2021, 33, 2101797）。　　卤键本质上是一种静电相互作用，关于卤键驱动的共组装体系已有报道。科研团队合成了两种含有吡啶基团的联二萘手性分子（R/S-1，R/S-2），其与1,4-二碘四氟苯（F4DIB）可以共组装，自发形成了不同形貌的二维手性分形结构。单晶结构的分析发现，晶体中吡啶基团的N原子与F4DIB中的碘原子通过卤键形成一维的超分子聚合物链，而后在π-π和C-FH的协同作用下形成最终的组装结构（图1）。由于R/S-1与F4DIB分子间相互作用更强所以形成的手性分形结构更加致密。在共组装过程中，手性由R/S-1，R/S-2分子传递给了超分子聚合物链，再经过进一步的组装从超分子聚合物链传递到手性分形结构，实现了手性的多级次放大。从基态和激发态手性光谱上也可以观察到，分形结构的手性各项异性因子相较于单分子手性信号呈现出两个数量级的放大。卤键驱动的手性自组装实现了手性从分子手性到分形结构的转移和放大，为设计、提升圆偏振发光材料性能提供了新思路。相关研究成果发表在Angew. Chem. Ed. Int.（2021, 60, 22711-22716）上。　　手性多孔晶态材料具有有序的组装结构，在圆偏振发光材料的构筑和性能提升方面具有重要意义。近日，团队工作人员通过设计“Turn-on”型二芳基乙烯（DAEC）和上转换纳米粒（UCNPs）负载的手性金属有机框架复合材料，实现了紫外光、可见光、近红外光多重光源响应的圆偏振发光固态开关，并通过UCNPs到DAEC的能量转移实现了圆偏振发光的放大（图2）。　　研究人员选择了一种具有一维孔道的手性镧系框架结构，将上转换纳米粒子和具有光响应性质的二芳基乙烯同时负载于手性框架结构中，通过手性诱导分别实现了二芳基乙烯和UCNPs的圆偏振发光。UCNPs上转换发光的能量可以转移至二芳基乙烯，实现二芳基乙烯的上转换圆偏振发光。该手性多孔框架结构复合物中，二芳基乙烯可以在紫外光和近红外光照射下到达关环发光态，分别表现出下转换和上转换的圆偏振发光。在可见光照射下变为开环暗态，实现圆偏振发光的“关闭”。此外，研究发现上转换的发光各项异性因子（glum）大于下转换的发光各项异性因子，可能是手性体系中的能量转移造成的，这是首次发现无机给体到有机受体能量转移实现的圆偏振发光放大。　　该手性晶态多孔复合材料实现了固态下多重光响应的圆偏振发光开关，并在不同光输入的条件下的下转换和上转换过程可以实现荧光信息和圆偏振信息的多级光信号输出，在多维度光响应和输出的存储与加密方面具有重要应用价值。相关研究成果发表在Adv. Mater.（2021, 33, 2101797）上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）、国家重点研发计划等的支持。

由中国颗粒学会、国家纳米科学中心、中科院过程工程研究所联合主办的“2011年中国纳米材料产业化论坛”将于于2011年9月7–8日在北京国家会议中心举办，本次论坛将与由国家纳米科学中心主办的系列国际会议“International Conference on Nanoscience and Technology, China 2011 (ChinaNANO 2011，2011年9月7–9日)”同期同地举办。届时论坛除将邀请参加ChinaNANO 2011的部分国际知名教授、大型国际跨国公司技术负责人做专题报告外，还将邀请国内知名专家及企业家到会进行广泛交流。参加本论坛的会议代表可以同时免费参加ChinaNANO 2011的学术交流，衷心欢迎企业负责人、学者参会! 　　纳米产业论坛会议日程 第1日——9月7日（周三），下午，地点：多功能厅A（一层） 时 间 主持人 报 告 题 目 报告人 单 位 13:30 开幕式 13:40 陈运法 纳微化结构药物技术与产业化展望 陈建峰 北京化工大学 14:15 Resiponsible Production and Applications of Carbon Nanotubes M. Endo 日本信州大学 14:50 Understanding the nanometer scale is becoming increasingly important in sophisticated modern-day mineral processing B. Follink CSIRO, 澳大利亚 15:25 会间休息 15:50 陈建峰 火焰燃烧合成纳米材料：从结构调控到过程放大 李春忠 华东理工大学 16:25 New materials in fast moving consumer goods J. Harcup 联合利华上海研究所 第2日——9月8日（周四），上午，地点：212A+B（二层） 时 间 主持人 报 告 题 目 报告人 单 位 8:30 张 忠 纳米结构功能涂层的制备与应用探索 陈运法 中科院过程所 9:05 Nanoparticle-enabled multifunctionality and value-add performance of fibre-reinforced composites 叶 林澳大利亚悉尼大学 9:40 Nano-scaled metal oxides and their industrial applications F. Menzel 德国赢创德固赛公司 10:30 会间休息 10:50 叶 林 High throughput production of thermoplastic nanofibers by using a melt extrusion processes 孙 刚 美国加州戴维斯分校 11:25 纳米粒子的制备和应用 宋延林 中科院化学所 12:00 午餐：大宴会C厅 第2日——9月8日（周四），下午，地点：212A+B（二层） 时 间 主持人 报 告 题 目 报告人 单 位 13:30 宋延林Carbon nanotube mass production and its application on energy storage 魏 飞 清华大学 14:05 光催化技术在气体和污水深度净化处理中的应用与展望 谢洪勇 上海第二工业大学 14:40 Nanocrystal inks for spray-deposited photovoltaic devices B.A. Korgel 美国德克萨斯大学奥斯汀分校 15:15 会间休息 15:40 魏 飞 超细研磨设备及工艺最新进展及在新材料中的应用 冯平仓 北京瑞驰拓维科技有限公司 16:15 纳米TiO2/硅藻土复合材料的中试制备及应用 郑水林 中国矿业大学

p style=" text-align: center " img style=" width: 600px height: 275px " title=" 1.jpg" border=" 0" alt=" 1.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/a72768ab-977d-40f8-a938-7e0e2f4d8e60.jpg" width=" 600" height=" 275" / /p p 　　 strong 项目名称 /strong ：纳米尺度下材料的奇异相变行为 /p p 　　 strong 申报单位 /strong ：材料科学与工程学院 /p p 　　 strong 负责人 /strong ：王勇 /p p 　　 strong 01& nbsp /strong strong 项目简介 /strong /p p 　　纳米材料因其优异的性能和独特的结构，目前已成为材料研究领域最重要的方向之一。如何发现并解读这些新颖的物理现象，尤其是异于传统尺度下的新行为，是当前研究的重点，然而传统的研究手段无法满足上述需要。该项目发展了新的原位表征技术对纳米尺度下材料的相变行为进行了系统研究，发现了纳米尺度下二级相变过程中两相共存新现象。 /p p 　　不同于体材料的相变理论，纳米材料的相变需要考虑表面的贡献。如何可控引入表面贡献是研究和理解纳米尺度下相变机制的关键。项目自主设计楔形纳米样品成功引入梯度表面贡献，对纳米尺度下Cu2Se材料的相变行为进行了精确控温的原位研究，项目取得如下创新性成果： /p p 　　(1)首次发现二级相变材料Cu2Se构成的楔形纳米晶体中两相可以热力学稳定共存、对温度响应灵敏，并实现了相界面的原子尺度操控。 /p p 　　(2) 基于朗道理论和纳米尺度下表面效应建立了新的热力学模型，成功解释了上述异于块体材料的新现象。 /p p 　　论文Nanoscale Behavior and Manipulation of the Phase Transition in Single Crystal Cu2Se，2018年11月13日在线发表于Advanced Materials。 /p p 　　研究发现了纳米尺度下二级相变过程中两相共存的新现象，建立新的热力学模型拓展了传统相变理论，并实现了原子尺度相变的精确操控，将对相变的认识扩展到纳米尺度，为纳米器件设计提供新思路。 /p p 　 strong 　02& nbsp /strong strong 项目团队 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" width: 450px height: 391px " title=" 2.jpg" border=" 0" alt=" 2.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/df1f66bd-cd9d-4eb9-a12b-0e4289adcc40.jpg" width=" 450" height=" 391" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center color: rgb(0, 176, 240) " 图1. 课题组照片 /span /p p 　　项目负责人王勇教授：2006年于中科院物理研究所获博士学位，随后在澳大利亚昆士兰大学进行博士后研究。2010年到2011年，在美国加州大学洛杉矶分校进行访问研究，2012年回国加入浙江大学。目前主要从事纳米环境催化材料的研究，共发表SCI论文140余篇，其中3篇Nature Nanotechnology, 1篇Nature Materials，40余篇发表在影响因子10以上的高水平期刊上。现为浙大电镜中心主任，中国电镜学会理事，材料物理专委会副主任，中国材料学会青委会理事。获2012年青年千人及2013年香港求是科技基金会“求是杰出青年学者奖”。研究团队包括张泽院士，美国张绳百教授，硅酸盐所陈立东教授、史迅教授，澳洲孙成华教授。 /p p 　 strong 　03& nbsp /strong strong 科学解读 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" width: 450px height: 244px " title=" 3.jpg" border=" 0" alt=" 3.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/46b35d02-6f28-449f-b95d-b81e67b8cb1a.jpg" width=" 450" height=" 244" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center color: rgb(0, 176, 240) " 图2. 纳米尺度相变示意图 /span /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/b31c539b-2ee3-4697-bedf-2c9f2afc7e53.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图3. 原子尺度相界面操控 /span /p p 　　相变物质一般有高温相和低温相，根据传统理论，有的物质高低温两相可以同时存在(一级相变)，比如冰水混合物，但有些物质的高低温相不能同时存在(二级相变)，比如我们要研究的Cu2Se材料，它就像一山不容二虎一样，要么全是低温相，要么全是高温相。那么有没有可能突破传统的理论，实现Cu2Se的两相共存?针对这个挑战，我们进行了深入探索，发现适于体材料的传统理论没有考虑到表面的贡献，那么如果引入表面贡献会发生什么呢?如图1所示，一般的，体材料低温相加热到相变温度点就会全部变成高温相。我们巧妙地将Cu2Se材料制备成楔形的纳米样品后，惊奇地发现在相变点附近的一定温度范围内，低温相和高温相同时存在了!这显然违背了体材料的相变行为，其原因就是纳米尺度下，比表面积增大，表面贡献不能被忽视了。由于楔形样品表面贡献随其厚度而改变，从而改变了同一材料局域的相变温度，比如site 1和site 2有不同的相变温度，实现了两相共存，并且表面贡献的越大，其相变温度越低，所以高温相变是从边缘开始并逐渐向内推进。这样，我们实现了二级相变材料的两相共存，并通过精确控温又实现了相界面的原子尺度操控，以图一所示样品为例，升高温度(比如0.2度)，相界面从site 1迁移到site 2(精确移动3个原子层)，反之亦然。基于高温相与低温相物理性质不同，可以利用它们设计新型纳米器件。该工作发展最先进的原位技术重新研究了相变这一古老而且基础的物理现象，将对相变的认识拓展到纳米尺度，为纳米器件设计提供了新的思路。 /p

本报柏林1月12日电 德国和西班牙两国科研小组合作，利用红外线纳米近场显微镜发明了一种无干扰检测纳米半导体材料张力的新方法，这一新方法为科学家研究半导体材料的物理性能，以及测量纳米级半导体元器件的性能提供了新的可能。 　　参与这项发明的是位于德国慕尼黑的马普生物化学及等离子物理研究所和圣塞巴斯蒂安的西班牙巴斯克研究所。一种无干扰和无接触的测量技术对纳米和半导体技术研究来说一直是个很大的挑战，因此，该成果对纳米级范畴的材料张力特性测量具有重要的意义，利用它可以确定高性能陶瓷物理特性，以及现代半导体元器件的电子特性。 　　德国马普生物化学和等离子物理研究所的专家首先开发出了一种红外线纳米近场显微镜，这种基于原子显微镜AFM的纳米近场显微镜利用20纳米至40纳米直径的可控光栅束作为光学近场记录，并运用可控光束拍摄并获取材料的光学和物理特性。 　　最新研究显示，红外线纳米显微镜还可以发现晶体材料中最细微的张力场和纳米级裂纹。在一项示范性试验中，科学家对一块试验钻石施以不同强度的压力，利用纳米显微镜跟踪材料在压力下产生的纳米张力场的变化，纳米近场显微镜拍摄的图片成功地显示了这一测量方法的可靠性。参与试验的专家安德列斯• 胡伯评论说，相对于其他显微镜技术，如电子显微镜，新的测量方法具有很多优越性，它不需要特殊地制作试样，因此也避免了对试样的标准化校正等麻烦的程序。 　　红外线近场显微镜的潜在应用还包括对纳米级张力半导体材料的电子载荷密度和移动性的检测，应用于现代半导体材料结构的设计，定向提高电子元器件的性能，并使未来的计算机芯片更加小型化。