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美国2014年在纳米材料、金属材料等领域获得多项突破

发布时间：2015/1/9 0:04:19

在纳米材料领域，美国国家标准与技术研究院的研究人员通过在纳米尺度上采用一种独特的三明治结构，开发出一种多壁碳纳米管材料，其整体厚度还不到人类头发直径的百分之一，却可以大幅降低泡沫制品的可燃性。国家直线加速器实验室和斯坦福大学合作，首次揭示了石墨烯插层复合材料的超导机制，并发现一种潜在的工艺能使石墨烯这个具有广阔应用前景的“材料之王”获得人们梦寐以求的超导性能。宾夕法尼亚州立大学生产出超细“钻石纳米线”，其核心由钻石的基本单位结构连接而成——碳原子以三角四面体结构首尾相连，外围包着一层氢原子，这种钻石纳米线的强度和硬度都超过了目前*强的纳米管和聚合材料。哈佛大学和麻省理工学院合作，铸造出小于25纳米的三维技术物件：研究人员在精心设计的不同三维DNA模块中植入极小的金属纳米“种子”，并激发其生长成为一个与该模块相同维度的立方体纳米粒子。这是首次根据指定的三维形状，打造仅有25纳米甚至更小的无机纳米粒子，同时误差小于5纳米。

在生物材料领域，麻省理工大学合成出包含生物成分和非生物成分的活性生物材料，其中的活细胞能对环境起反应，产生复杂的生物分子，非生物材料能导电或发光。莱斯大学纳米光子学实验室研发出一项全新的彩色显示技术，可以显示出生动的红、蓝、绿三色，朝着制造“乌贼皮”超材料迈出了关键一步。这类材料可以感知到周边环境颜色，并自动改变自身颜色与周边环境融为一体，实现人们期待已久的完美光学伪装。

在金属材料方面，美中科学家发现，通过对一种名为孪晶诱导塑性（TWIP）钢材进行预处理，就能打破钢材的强度和韧性只能取其一的均衡，让钢材兼具极好的强度和韧性，借助该技术也有望生产出性能更好的钢材。

在非金属材料方面，乔治·华盛顿大学推进器和纳米技术实验室通过结合两个单原子厚的碳结构，创建了一个新的超级电容，其混合石墨烯片与单壁碳纳米管，二者具有互补性，使该设备兼具了高性能与低成本。美国科学家成功地将硅与非硅材料实现“混搭”，研制出一种具有三维结构的纳米线晶体管，能够将硅与非硅材料集成到一个集成电路中，该技术有望帮助硅材料突破瓶颈，为更快、更稳定的电子和光子设备的制造铺平道路。美国科学家还研制出一种新的陶瓷材料，由纳米支杆相互交错而形成，在压力下会弯曲，但随后会恢复形状，成为有史以来*坚固、*轻质的材料之一。

另外，美国多家研究机构合作，以纳米微格为基础，将“结构承重”深入到微观尺度，造出极为通透而坚固的材料，同时具有高硬度、高强度、超低密度的优点，该方法还可用于金属、高聚材料等，有望使相同重量的材料在硬度方面刷新纪录。