中国行业发展报告

【摘要】　　1月3日，中国科学院讯，近日，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员吴正岩团队，联合山东滨州医学院教授张桂龙和魏鹏飞，设计出一种核壳结构铜基纳米复合材料。该复合材料具有肿瘤微环境响应的磁共振成像性能以及杀死肿瘤细胞的能力，从而实现对肿瘤的特异性多模式诊疗。铜基纳米材料具有极强的催化类芬顿反应的能力，可提高细胞内的活性氧水平，从而抑制肿瘤的生长，但稳定性较差。为了解决这一问题，该团队开发了一种对肿瘤微环境响应的核壳结构铜基纳米复合材料，并将靶向肿瘤细胞的靶标连接到其表面，再借助材料中氧化铁壳层的空间位阻效应的保护，促进该复合材料到达肿瘤部位。到达肿瘤部位后，该材料会被肿瘤微环境中的弱酸条件和谷胱甘肽瓦解并释放金属离子和超小氧化铁。这一过程激活了磁共振成像信号，消耗了谷胱甘肽，加速了芬顿和类芬顿反应，提高了细胞内的活性氧水平，加剧了细胞内的氧化应激，最终诱导肿瘤细胞凋亡和铁死亡。这种方式可以实现磁共振成像引导的肿瘤治疗，为肿瘤的特异性多模式诊疗提供了新借鉴。

【关键词】合肥研究院，肿瘤，纳米材料

【摘要】　　12月19日，科技日报讯，在一项最新研究中，英国、德国和瑞典科学家组成的国际科研团队成功创造出3种硬度可与地球上最坚硬材料钻石媲美的碳氮化物。最新突破有望催生新型多功能材料，用作汽车和宇宙飞船的保护涂层、高耐久性切割工具、太阳能电池板和光电探测器等。相关论文发表于最新一期《先进材料》杂志。碳和氮的前体在极端高温和极端高压下产生的碳氮化物，比立方氮化硼更硬。立方氮化硼是仅次于钻石（金刚石）的第二硬材料。自20世纪80年代以来，材料科学家一直试图释放碳氮化物的潜力，但历经30多年研究和实践，结果都不尽如人意。研究团队将3种形式的碳氮前体置于70至135吉帕（约为大气压的100万倍）的压力下，同时将其加热至1500℃以上。为确定此类条件下这些化合物原子的排列情况，研究团队利用法国的欧洲同步加速器、德国的电子同步加速器和美国的先进光子源，发射强X射线束照射样品。结果发现，3种碳氮化物都具有超硬度所必需的组成部分。而且，当实验条件回到常温常压下时，这3种化合物的类金刚石特质得以保留。进一步的计算和实验表明，这3种超硬的碳氮化物新材料具有额外的特性，包括光致发光以及高能量密度，应用潜力巨大，有可能将其定位为与钻石竞争的终极工程材料。

【关键词】碳氮化物，硬度，电池板

【摘要】　　12月7日，中国科学院讯，在碳达峰、碳中和的战略时代背景下，能源转型已经成为全球共识。稀土元素有“工业维生素”和“新材料之母”之称，作为高新技术发展的战略资源，随着科技的突破变得越来越重要。我国作为稀土出口大国，优化稀土资源绿色高效的综合利用，突破低浓度稀土回用的技术瓶颈，实现稀土行业的可持续发展已成为稀土矿产资源开发利用的重要课题。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所绿色反应分离与过程强化技术中心基于稀土超富集植物富集基团，开发了一种针对稀土矿区浸矿尾液低浓度稀土离子绿色高效吸附的新型仿生吸附材料，在吸附性能方面取得了进展。该工作制备了一种基于超富集植物细胞壁的有效富集稀土的新型纤维素/果胶复合气凝胶吸附剂，用于回收浸矿尾液中的稀土元素，并采用SEM、FTIR、XRD和接触角测量仪对所得吸附剂的主要成分进行系统分析。研究结果表明，PCA吸附剂表面具有丰富的活性吸附基团、较低的结晶度和良好的亲水性能，在吸附稀土离子领域有着优异的结构基础。热力学研究表明，吸附过程符合Langmuir模型，理论最大吸附容量达到337.36 mg/g。动力学研究表明，吸附过程符合准二级动力学模型，吸附过程为化学吸附。吸附剂五次吸附-解吸循环后仍然具有良好的吸附性能。从FTIR和XPS光谱分析可知，PCA的对稀土离子的吸附机制主要是通过静电作用、与-COOH的离子交换以及与C-NH2的螯合作用实现的。新型的基于细胞壁合成的复合气凝胶PCA具有潜在的应用前景，是一种绿色高效且具有良好再生性能的吸附剂。

【关键词】青岛能源所，稀土，仿生吸附材料

【摘要】　　12月6日，兰州化物所讯，构建宏观超润滑界面（摩擦系数在0.001级别甚至更低）可显著降低能源消耗、减少由摩擦引起的经济损失。然而，较长的磨合期可能导致摩擦副表面出现严重的磨损。中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室王道爱研究员团队，前期设计开发了一系列基于天然有机酸（单宁酸、植酸）的液体超润滑材料。研究人员利用天然有机酸、多元醇和水分子之间的协同效应，将氮化硅/玻璃等摩擦副界面达到超润滑所需的磨合期缩短至1s内。然而具有短磨合期的钢/钢摩擦副超润滑材料设计仍存在挑战。近日，该团队设计了一种适用于轴承钢摩擦副的液体超润滑材料。研究人员通过将柠檬酸热解制得的碳量子点（CQDs）添加到聚乙二醇水溶液中，实现了钢/钢摩擦副界面的超润滑（摩擦系数为0.005），其磨合期仅有44s，同时轴承钢表面的磨损率降低了77%。在摩擦过程中轴承钢表面形成的润滑膜包括吸附在摩擦副表面的CQDs和摩擦化学反应生成的铁氧化合物，在摩擦过程中作为边界润滑剂有效减少了表面粗糙峰之间的直接接触。此外，结合分子动力学模拟，研究人员发现摩擦副表面的CQDs吸附膜在流体动力润滑区域还能减少润滑剂分子链与摩擦副之间的相互作用力，从而降低了滑动过程中的摩擦阻力。该研究为在较短磨合期内实现轴承钢摩擦副表面的超润滑提供了新的设计思路。

【关键词】兰州化物所，超润滑材料，电解阳极

【摘要】　　12月6日，OFweek锂电网讯，锂资源开发应用的早期主要是围绕着锂辉石、锂盐湖等资源进行，但是这些资源只分布在极少数的国家。事实上，在海洋中存在大量以离子存在的锂资源，总储量达到2300亿吨，是陆地锂储量的1.6万倍。然而，海水中锂的浓度过低，提取难度极为困难，目前的海水提锂方法耗时占地，污染环境，效率低下。锂电池行业亟需一种新型的海水提锂方法。近日，普林斯顿大学教授任智勇团队的研究人员陈曦和杨美琪发现，由“棉线”搓捻而成的多孔纤维结构，具有亲水的内部和防水的表面，当绳子浸入水中之后，水会通过毛细作用向上流动，水蒸发后，就会把盐离子留在绳子上，最终形成氯化钠和氯化锂晶体，可以轻松把它们收集起来。由于钠盐溶解度较低，会在绳子下端形成，而溶解度较高的锂盐则在上部形成，从而可以轻松地分离，无需使用更多的化学物质。上述研究人员表示，这种方法可节约90%的海水提锂设施占地面积，并将原来几个月甚至几年的海水提锂周期缩短为不到一个月，生产速度提高了20倍以上。

【关键词】锂电产业，绳子，海水

【摘要】　　11月10日，科技日报讯，11月8日，记者从中国科学院新疆理化技术研究所获悉，该所晶体材料研究中心设计合成出一例目前带隙最宽的汞基红外非线性光学材料，该材料为后续设计宽带隙汞基类金刚石结构材料提供了一个新的思路。相关研究成果日前发表在《Small》上。非线性光学晶体是全固态激光器的核心器件。汞基硫属化合物有利于产生大的非线性光学响应，是开发高性能红外非线性光学材料的优选体系之一。但该体系化合物普遍存在带隙小的缺点，阻碍了其在激光领域的应用。此次新研发的材料，是研究人员在前期研究的基础上，通过优选结构基因结合晶体结构预测与实验合成的。据介绍，该材料综合性能优异，具有大倍频响应、宽带隙、高激光损伤阈值，有望实现高效、高功率中远红外激光的输出，可用于红外激光测距、遥感通讯等领域。下一步，科研人员还计划在材料制备方面，突破晶体的生长工艺，获得大尺寸非线性光学晶体。

【关键词】汞基，红外，光学材料

【摘要】　　11月9日，科技日报讯，一种新的自组装纳米片有望从根本上加速功能性和可持续纳米材料的开发，可用于电子、能源存储、健康和安全等领域。该纳米片由美国劳伦斯·伯克利国家实验室团队开发，可显著延长消费品的保质期，由于新材料是可回收的，还能实现可持续制造。《自然》杂志11月8日在线报道了这一突破。利用纳米科学来制造功能材料的一个挑战是，要将许多小部件聚集在一起，以便纳米材料能够“长得”足够大以发挥作用。虽然堆叠纳米片是将纳米材料生长成产品的最简单方法之一，但在使用现有纳米片时，“堆叠缺陷”（纳米片之间的间隙）是不可避免的。新的纳米片材料通过完全跳过串行堆叠片材的方法克服了缺陷。团队将已知可自组装成小颗粒的材料与交替的成分材料层混合在一起，悬浮在溶剂中。为了设计该系统，研究人员使用了市售纳米颗粒、小分子和基于嵌段共聚物的超分子复杂混合物。实验显示，当溶剂蒸发时，由200多个堆叠纳米片组成的高度有序的层状结构（缺陷密度非常低）已在基底上自行组装。团队还成功地将每个纳米片制成100纳米厚，几乎没有孔和间隙，这使得该材料在防止水蒸气、挥发性有机化合物和电子通过方面特别有效。研究表明，该材料作为电介质具有巨大潜力。电介质是一种绝缘“电子势垒”材料，常用于储能和计算应用的电容器中；而当该材料用于涂覆多孔聚四氟乙烯膜（一种用于制造防护口罩的常见材料）时，它还可以非常有效地过滤掉挥发性有机化合物；此外，该材料可重新溶解和铸造，以产生新的阻隔涂层。

【关键词】纳米片，多用途，可回收

【摘要】　　11月9日，宁波材料技术与工程研究所讯，利用海水替代高纯水为原料进行电解制氢，被认为是一项具有绿色可持续潜力的新技术。海水中含有大量的氯离子（Cl-），特别是在阳极的情况下，这些氯离子会引发电极的腐蚀，造成不可逆转的损害，导致电解性能急剧下降。阳极腐蚀问题仍是严峻的挑战。近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所氢能实验室研究员陆之毅带领的电化学环境催化团队，基于前期对海水电解阳极稳定性的研究，在海水电解阳极稳定性研究方面取得了新进展。该团队受简单氯化银沉淀的启发，设计了新的表面氯化物固定策略。该策略通过在催化剂表面负载银纳米颗粒并原位生成氯化银纳米颗粒，实现对电极表面双电层电容中的氯离子的特异性排斥，从而显著提高了海水电解中阳极的稳定性。实验结果表明，经过优化的NiFe层状双氢氧化物（LDH）@Ag电极在1 M NaOH + 0.5 M NaCl或1 M NaOH +海水电解液中以400 mA cm-2的电流密度工作时，可以实现超过5000或2500小时的稳定性。该研究通过理论模拟和实验结果证实，在阳极表面形成的AgCl可以显著降低阳极表面附近的游离Cl-离子浓度。此外，该表面氯化物固定策略还在不同催化材料上得到了验证，揭示了一种通用性方法，可将海水分解用的阳极的稳定性提高一个数量级以上。这一研究解决了海水电解制氢技术中的重要问题，为其商业化应用提供了新的可能性。

【关键词】宁波材料所，海水，电解阳极

【摘要】　　11月9日，科技日报讯，记者8日从中国科学技术大学了解到，该校工程科学学院特任教授谈鹏团队首次揭示了锂氧气电池多孔电极中伴随微观结构变化的电化学与传质耦合机理，将为新一代电极设计提供指导。研究成果以论文形式日前发表在《先进能源材料》上。锂氧气电池因极高的理论能量密度而具有极大的发展潜力。过氧化锂作为固体放电产物，一方面堵塞电极孔隙，阻碍低浓度氧气在多孔电极中扩散;另一方面，钝化电极表面，造成电子转移受阻。然而，明确电池失效的根本原因仍具有挑战性。受限于表征技术和均质模型，目前对于多孔电极内部电化学和传质耦合机理还缺乏定量认识。为排除孔连通和分布不均匀性造成的干扰，研究团队设计并构建一种传输通道阵列排布且定向可控的多孔电极，允许活性物定向传输。因此，通道单元的活性物质传输路径、通量，电化学反应界面和产物储存空间都可以定量。针对通道单元，构建了非均质的三维瞬态模型，以反映整个电极中电势场和浓度场的时空分布细节。联合实验和仿真结果表明，多孔电极的传输通道尺寸达到临界值时，将影响锂氧气电池的工作机制。此外，该项工作研究首次定量分析了超氧根的分布和扩散特性。在过氧化锂膜未沉积到极限厚度时，超氧根遵循氧气分布特点，从氧气侧扩散到隔膜侧。当氧气侧的过氧化锂率先达到极限厚度时，超氧根的浓度分布和扩散方向发生逆转，由低氧区向高氧区扩散。研究人员表示，经过实验验证，相关结论对于无序孔电极具有普适性和启发性意义。

【关键词】电化学，电极，能源材料

【摘要】　　10月16日，新材料网讯，近日，中国科学院国家纳米科学中心韩宝航课题组与查瑞涛课题组，联合天津大学雷圣宾课题组，通过设计含有不对称侧链的双亲性单体，构筑了具有异环境孔道结构的COF材料（checkered-COF）。独特的异环境孔结构使这一材料在亲水-疏水抗生素联合使用促进伤口愈合方面展现出优异的效果。相关研究成果以Synthesis of a covalent organic framework with hetero-environmental pores and its medicine co-delivery application为题，在线发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。兼具多孔性和结晶性的共价有机框架（COFs）材料以其构筑单元和功能的多样化和可设计性而被广泛研究。关于COFs结构方面的研究思路集中在框架的拓扑结构设计和孔道的表面工程修饰，以此为出发点，具有各式各样孔径尺寸和孔道形状的COFs已被陆续报道。而对于这些已报道的COFs，包括同时含有多种孔结构的异孔COFs，同一材料中其孔道的化学环境是相同的，而制备包含有序排布的不同孔道环境的COFs尚有难度。本研究设计并合成了对位分别为亲水性链和疏水性链的不对称的醛基单体，将其与卟啉分子反应构筑了一种亚胺连接的COF（DEG-HEP-COF）。同时，该研究构建了只含亲水性链或疏水性链的COFs作为对照样品。此外，为了探讨孔隙分布均匀性对材料性能的影响，该工作采用多组分策略制备了另一种COF对照样品。该材料具有随机分布的亲-疏水性多孔通道。对DEG-HEP-COF及对照材料的结构性质进行详细研究，粉末X射线衍射实验、氮气吸-脱附测试、理论模拟计算等数据结果表明，DEG-HEP-COF具有异环境孔道结构，其孔道的排列方式类似国际象棋棋盘（chess board），因而可使用checkered更为准确地描述这种异孔道环境。科研人员尝试将亲水性和疏水性抗生素同时负载于DEG-HEP-COF中，以用于改善伤口愈合效果方面的研究。与单一抗生素递送相比，这种双抗生素递送策略可以扩大抗菌范围，延缓或减少耐药性的产生。本研究提出的非对称单体制备含异环境孔道结构的COF的策略，扩展了该类材料孔环境的多样性，展现了孔环境对堆积模式和结晶度的显著影响，并为进一步拓展COF的功能提供了新思路。

【关键词】国家纳米中心，COF，异环境孔道

【摘要】　　10月11日，新材料网讯，纳米及先进材料研发院（NAMI）作为中国香港政府指定的研发中心，一直专注于由市场主导的纳米技术和先进材料研发工作，在不同领域开发了多项核心技术，更通过技术转移，帮助企业优化材料、生产技术或开发新产品，促成技术商品化和新型工业化，带动经济发展。NAMI的研发成果在过去几年中已经连续赢得多个国际大奖，并且在刚刚公布的2023年全球百大科技研发奖「R&D 100 Awards」中囊括7个大奖，获奖数居全球第3。「全球百大科技研发奖」有「科技奥斯卡」之称，是科研界最享负盛名的殊荣。主办单位每年从全球逾千项创新技术中，选出100项具革命性及对人类生活有重大影响的发明加以表扬。这些获奖的研究项目涉及了多个领域，如生物科技、先进材料等。这些获奖项目不仅在技术上具有创新性和前瞻性，而且在实际应用中也具有重要的价值。NAMI此次的获奖技术包括用于5G伺服器的高效双相纳米浸没式冷却液，健康睡眠智能枕头，无皱、柔软且高对比度的便携显示屏，用于湿表面黏附的仿生硅酮密封胶，提升道路安全的双用途冲击耗散防护柱，使用仿生吸震材料的无重力胸围，用于完全封闭式发泡瓶的微发泡颗粒（MFP）等。

【关键词】NAMI，奥斯卡，先进材料

【摘要】　　10月9日，新材料网讯，中国科学院兰州化学物理研究所研究员高祥虎、刘刚团队长期致力于塔式光热发电光学材料与工程关键技术研发及工程应用。近期，团队突破了纳米高熵高温太阳能吸收涂层关键技术，研制了SolarShot1108高温太阳能吸收涂层并实现了规模化制备，高温工况下太阳能吸收率可达0.975。塔式光热发电具有良好的经济性，是光热发电主流技术路线。吸热器是塔式光热系统的核心部件，承担着将太阳能转化为热能的重要作用，吸热器表面涂覆的高温太阳能吸收涂层被认为是光热发电系统的“核芯”材料，对实现高效率光热转换和提高电站收益起到至关重要的作用。与国外产品相比，SolarShot1108具有更高的吸收率和更低的热发射率，可有效提高光热转换效率和电站收益。2021年，SolarShot1108纳米高熵太阳能吸收涂层在敦煌首航节能10兆瓦塔式熔盐光热电站开展工程验证并取得光热电站使用业绩。2023年该涂层在敦煌首航节能100兆瓦塔式熔盐光热电站进行应用。项目团队委托西安热工研究院有限公司针对SolarShot1108和国外产品，在敦煌首航节能100兆瓦光热发电站吸热器上进行了热性能测试评估。结果表明，SolarShot1108纳米高熵太阳能吸收涂层的整体性能优于国外产品。工程试验测试表明，SolarShot1108纳米高熵太阳能吸收涂层的整体吸热率比国外产品高约3.9%。此次热性能测试评估结果有力证明了SolarShot1108纳米高熵太阳能吸收涂层的技术优越性。该研究将为光热发电规模化发展提供技术支撑，为确保我国光热发电行业发展安全作出贡献。

【关键词】纳米，太阳能，涂层

【摘要】　　10月5日，新材料在线讯，10月3日，2023年诺贝尔物理学奖揭晓。奖项授予美国俄亥俄州立大学皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）教授、德国马克斯普朗克量子光学研究所费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）教授和瑞典德隆大学的安妮·卢利尔（Anne L’Huillier）教授，以表彰他们开发出的能够产生阿秒量级光脉冲的实验方法，这些方法被用来研究物质中的电子动力学。1阿秒为10的负18次方秒，用来描述电子在原子内部运动的情况。今年的诺贝尔物理学奖研究成果“展示了一种产生极短光脉冲的方法，可用于测量电子移动或改变能量的快速过程”。阿秒脉冲激光的出现被认为是激光科学历史上最重要的里程碑之一，目前已经成为物理、化学、生物等众多领域重要的研究手段，成功用于测量和控制内壳层束缚电子运动等过程，人们研究物质结构的视野由此从分子层面进入到原子内部。目前，我国首台先进阿秒激光设施目前正在广东东莞筹建。未来，该设施将建设为国际最先进的，波段、性能以及应用终端覆盖最全的，以阿秒时间分辨为突出特点的、综合性超快的电子动力学研究设施。目前，阿秒光脉冲已成为研究亚原子尺度的物理规律最有力的工具。利用该技术，可观察到闪电产生、药物溶解等瞬态现象。同时，阿秒脉冲激光技术的发展，引发了X射线、自由电子激光、可控高温超导、超高分辨成像、电子信息处理等领域科学与技术层面研究的诸多重大突破。今年4月25日，阿秒科学中心在东莞松山湖正式揭牌，未来将推动先进阿秒激光设施这一大科学装置的建设。据悉，先进阿秒激光设施由中国科学院物理研究所与中国科学院西光所共建、松山湖材料实验室参与建设。通过高起点设计，该设施建设具有高重复频率、高光子能量、高通量及极短脉宽的多束线站，提供最短脉宽小于60as、最高光子能量可到500eV的超快相干辐射，并配备建设相应的应用研究平台，建成后综合指标有望实现国际领先。松山湖材料实验室党委书记、副主任冯稷表示，该设施建成后将能同时从阿秒时间尺度和纳米空间尺度，全面揭示自然界存在的内壳层电子、价电子、自由电子等电子形态运动规律以及与电子耦合的其他作用机理，实现对超快电子运动的跟踪测量和操控，为包括高温超导、量子计算等多个重大基础科学问题的突破提供强劲推力。

【关键词】诺贝尔，物理学，阿秒激光

【摘要】　　9月11日，新材料网讯，超导选是将超导技术引入工业选矿的一种新的矿物提纯的方法，超导材料能产生超导磁场，能使石英中的微小杂质和固态包裹体在超导磁场中磁化而被选出，这对去除石英中的异矿物和固态包裹体有很大的作用，是高纯度石英原料提纯工艺的重要工序和装备。超导磁选机作为国内磁选装备中的高端选矿装备，其关键技术在于通过低温技术来处理线圈，使线圈达到超导状态，以提高磁体所产生的背景场强。超导磁选机的工作原理，是利用钛、铌三锡等超导材料制作的超导线，通过后期加工，将超导线环绕成特种线圈置于密闭良好的低温杜瓦中。采用液氦浸泡及制冷系统传导冷却的方式，使超导线圈工作环境温度维持在-268.8℃左右，此时超导线圈电阻为零。由于缠绕线圈电阻为零，电导率为无穷大，可以承载更大的电流，增加超导线圈匝数，以螺旋管的方式进行绕制，最终可获得超高的背景磁场。超导磁体所用线圈采用Nb-Ti超导材料制作，在低温下电阻为零，能够通过更大的电流却不会产生太大的热量，因此可以使线圈产生更大的背景磁场。背景磁场越高，磁性颗粒在磁场内所受磁力越强，越容易被磁性介质捕捉。超导磁选机超高的背景磁场为非金属矿选矿中弱磁性颗粒的去除提供了强大的技术支撑，使微细粒选矿不再是难以攻克的难题。同时，采用低温超导技术，超导磁体在4.2K（-268.8）℃低温环境下作业，其线圈电阻为零，通电后实现超导状态，有效杜绝磁体在导电过程中的发热现象，高电流通过时其所产生热值为零。GM制冷机仅需维持超导磁体处于这种低温状态，与常导磁体相比节电90％，完全解决了磁选作业能耗高的问题。在非金属矿选矿领域，提纯主要的目的是要满足其应用的相关领域，如高品质陶瓷、耐火材料、微电子、光纤、涂料以及造纸等高新技术。该领域对非金属矿纯度要求极高，对其中脉石含量上限控制极其严格，因此非金属除铁提纯一直是国内非金属矿选矿领域的技术难题。普通磁选机对嵌布特性复杂、矿物种类繁多、磁性矿物颗粒较细、共生伴生严重的非金属矿分选效果很难满足产品要求，现代高梯度磁选机虽然有着大约40年的发展历史，但是仍然存在着价格高，能耗大的问题，高梯度超导磁选机则有效地解决了这一技术问题。其拥有极高的背景场强，可以捕捉到矿浆中粒度极细、比磁化率更低的磁性颗粒，从而获得高品位的精矿产品。目前有实验室对石英等多种非金属矿做了试验研究，除铁效果显著。随着我国非金属矿产品的研究的发展，对矿产品的质量要求以及产量要求越来越高，常规磁选机已不能完全满足要求。而低温超导磁选机对于磁化率在10-8～10-10m3/kg的磁性矿物都能够有效地去除，且分选粒度下限可低至微米级，大大拓宽了磁选机可处理的非金属矿范围。超导磁选机的作业过程还可实现一键操作，一键励磁、一键退磁、一键自动运行，通过实时采集并监控温度、压力、电流、真空度等运行参数，保证了设备运行的可靠性，对生产管理和产品质量的控制提供了极大的便利。

【关键词】超导技术，石英原料，提纯

【摘要】　　9月7日，新材料网讯，塑料是工业生产和日常生活中常用的材料。塑料易燃烧且在燃烧时产生大量有毒有害物质和烟雾，有效提高塑料的阻燃性是实际应用中需要解决的问题。氢氧化镁（MH）是一种环境友好型绿色无机阻燃剂，具有良好的阻燃、抑烟和填充效果，其分解温度高且分解时不会产生有毒有害污染物，同时MH可以与其他阻燃剂协同使用，达到更高的阻燃效果。（1）氢氧化镁阻燃剂在PP中的应用：PP具有低毒性、低成本、良好的电绝缘性、较好的加工性和耐化学腐蚀性，满足汽车、建筑等领域的应用要求。但是PP易燃烧，燃烧速度快，燃烧过程中产生熔融液滴，并且释放大量有毒烟雾，因此提高PP的阻热性能很重要。陈灵智等以硫酸镁、氨水和活性炭为原料制备活性炭改性MH阻燃剂，并将其应用到PP聚合物。结果表明：将改性MH阻燃剂应用到PP中，PP的极限氧指数（LOI）由19.6%提高至28.9%，明显改善其阻燃性能。（2）氢氧化镁阻燃剂在聚苯乙烯（PS）中的应用：PS具有价格低、易加工、防腐蚀、抗冲击能力强、耐用性好等特点，广泛应用于建筑、装饰、电气、交通等行业。PS的LOI值较低，易燃烧、离开火源后可继续燃烧，在燃烧过程中释放大量热量、有毒烟气，产生严重熔滴，限制其广泛应用。研究人员在PS中添加MH，研究其阻燃效果的改变。结果表明：随着MH添加量的增加，PS热降解过程中产生的CO2不断减少，残炭量急剧上升，挥发物和半挥发物含量增多，说明MH的加入改变了PS的阻燃性，提高了其燃烧温度，改变了其燃烧机理。（3）氢氧化镁阻燃剂在PVC中的应用：PVC也是一种常见的热塑通用塑料，广泛应用于薄膜、管道、墙板和电气材料（尤其是电缆绝缘护皮）等领域中，可以分为硬质PVC和软质PVC。硬质PVC添加的增塑剂量较少，其阻燃性能优于软质PVC。但PVC含有氯，燃烧分解时产生氯化氢气体，同时产生大量有毒有害烟雾，因此在提高PVC阻燃性的同时还需要关注PVC燃烧时产生的大量烟雾。MH阻燃剂能够在提高PVC阻燃性能的同时减少有毒有害气体的排放，可应用于PVC复合材料中。吴建宁等采用不同改性剂对MH进行表面改性，并研究了改性MH对PVC力学性能和阻燃能力的影响。结果表明：以硬脂酸锌为改性剂的改性效果最好，吸油值为33.39%，得到的MH颗粒分散较均匀，团聚现象明显改善，且明显改善了PVC的阻燃能力，但是对PVC的拉伸强度造成了一定影响。（4）氢氧化镁阻燃剂在PE中的应用：PE具有优良的加工性、电绝缘性、力学性能以及耐高低温性能，被广泛应用于建筑、电气、医疗等行业，但其LOI值仅为17.4%左右，易燃烧，限制其应用范围。提高PE的阻燃性也是研究的热点，PE常用阻燃剂有卤素类、磷氮类、铝/镁类无机阻燃剂等，但MH具有成本低廉、环境友好等特点而受到青睐。陶君以3种不同粒径的MH作为阻燃剂，与PE混合制成复合材料，并对其力学性能、电学性能、热稳定性及阻燃性能进行研究。结果表明：MH能明显提升PE的阻燃性和热稳定性，当MH粒径为3.1μm时复合材料的综合性能最佳，其拉伸强度为16.1 MPa、断裂伸长率为400%、LOI值为22.3%、热释放速率峰值（PHRR）为270kW/m2，体积电阻率为5.2×1013Ω·m。

【关键词】氢氧化镁，阻燃剂，塑料领域

【摘要】　　9月5日，高分子科学前沿讯，结构蛋白纤维因其良好的力学和生物特性而受到广泛关注，如何在分子水平上对蛋白内部化学作用进行精细操纵以提升蛋白纤维的环境抗逆性和形态可调性对推动生物纤维特种应用具有重要的意义。为此，清华大学化学系刘凯教授、张洪杰院士团队通过合成生物学和化学组装调控相结合，建立了结构蛋白动态化学键引导纤维成型策略，以人工设计合成的多氨基无序结构蛋白为模型，发展了动态亚胺键纤维化学制备技术，创建了高抗逆性和形态制动性的特种蛋白纤维，在极端环境下表现出优异的力学稳定性和抗逆能力，并可快速实现蛋白纤维力学自恢复性和刺激制动性。该研究以“Protein fibers with self-recoverable mechanical properties via dynamic imine chemistry”为题，近期发表在Nature Communications。在该体系中，通过动态亚胺键化学可快速大批量制备性能优异的蛋白纤维。在凝固浴中引入微量戊二醛有助于在无序结构蛋白域内形成动态亚胺键交联网络，为蛋白纤维的机械强度、抗逆性及形态制动性提供分子结构基础。除此之外，通过后拉伸处理有效提高蛋白分子在纤维内部的高度有序排列，进一步增强蛋白纤维的力学性能。力学测试表明，随着蛋白分子量从19 kDa（K-36）增加到72 kDa（K-144cys），蛋白纤维的抗拉强度随之增加，最终抗拉强度可达420 MPa，杨氏模量高达5.5 GPa，超过诸多人工合成蛋白纤维和聚合物纤维。这些结果表明，无序结构蛋白的高分子量和良好排列的内部分子结构是提高蛋白纤维机械性能的关键。他们发现蛋白纤维表现出良好的力学性能可恢复性和力学性能长期稳定性。所有纤维经过不同酸性环境处理后，再利用中性水环境的浸泡和空气中干燥后，其力学性能可完美复原。这种力学可恢复性行为正是来源于蛋白内部引入的动态亚胺键的断裂和重组。有趣的是，蛋白纤维即使在极冷的条件下（液氮浸泡12小时）也表现出异常的力学稳定性。研究团队推测这是由于亚胺交联网络可以防止纤维中低温下冰团的接近或形成，避免应力集中和开裂，从而保持蛋白纤维的稳定性。更重要的是，在8个月（甚至1年以上）后，蛋白纤维的力学性能仍基本保持不变，充分证实其良好的力学稳定性。此外，该蛋白纤维还表现出耐高温性。这种现象可能归因于纤维内部的亚胺交联网络在100°C到150°C的范围内在一定程度上维持蛋白系统的稳定性。他们进一步发现了原纺蛋白纤维和后拉伸蛋白纤维的不同湿度刺激形态响应行为。当与水接触时，观察到了原纺蛋白纤维的自折叠和自伸展现象。对于一根长度为50毫米的典型原纺蛋白纤维，在水中延展到63毫米，并在脱水后恢复到其原始长度。基于此，研究团队设计了一种湿度响应式致动器，该致动器表现出非凡的往复伸展收缩运动行为。当纤维在30%湿度下脱水和在100%湿度下水合时，它可以在多个周期内可逆地进行形态伸展和收缩制动。然而，与原纺蛋白纤维不同的是，后拉伸蛋白纤维在接触水时会因熵的增加而收缩。因此后拉伸蛋白纤维束在受到水的刺激后迅速收缩，以破口的琼脂凝胶或猪肉为模型，证明了该类型蛋白纤维对肌肉动态修复和疲劳调节具有潜在的应用价值。

【关键词】化学键，蛋白纤维，机械性能

【摘要】　　9月6日，高分子科学前沿讯，温敏性聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）是构建温度响应性水凝胶的热门材料之一。利用其在相转变温度（Tp）下的“亲水-疏水”性转变导致的“溶胶-凝胶”化过程，可以原位构建热致物理交联水凝胶。然而，由于PNIPAm在Tp下剧烈的脱水收缩甚至导致相分离的行为，目前基于PNIPAm热致物理交联水凝胶的制备主要是通过加入盐离子等添加剂或是构建基于嵌段、接枝等聚合物链段。此类方法存在制备工艺复杂、聚合物分子量大小及形状尺寸难以控制均一等问题。因此，可控合成工艺简洁、尺寸均匀的PNIPAm纳米水凝胶体系，并通过控制分子链的构象转变实现“溶胶-凝胶”化过程的可控调节是解决上述问题的重要途径。近期，东华大学鲁希华教授团队设计了空间位阻增强的PNIPAm基纳米水凝胶来实现其在Tp下的“溶胶-凝胶”转变过程的可控调节。该团队首次提出了将具有大空间位阻侧链的疏水性N-叔丁基丙烯酰胺（TBA）通过乳液沉淀聚合法与NIPAm形成共聚纳米水凝胶（PNT），可以实现PNIPAm在Tp下的热致物理交联，而不是过往研究表明的相分离加速。分子水平上，变温FTIR 1D光谱及2D红外光谱相关移动窗口（PCMW）结果表明，与PNIPAm纳米水凝胶急剧脱水相比，N-叔丁基的空间位阻极大程度减缓了分子间氢键的形成，从而减缓相关疏水基团的脱水过程，并诱导了物理交联的凝胶化过程。此外，变温1H NMR结果也表明，来自TBA甲基上的H质子脱水速率低于PNIPAm甲基上的H，这意味着来自N-叔丁基的甲基首先形成疏水相互作用并充当交联位点，从而在脱水相分离发生之前诱导物理交联的形成。基于上述结果，该团队在纳米水凝胶中继续引入同时具有强吸水基团和大空间组的单体N-丙烯酰胺基-L-苯丙氨酸（Aphe），构建三元共聚纳米凝胶（PNTA）。归因于Aphe的羧基亲水电离与具有较大空间位阻的刚性苯环之间的协同作用，该纳米凝胶在Tp以上不仅能实现可逆的“溶胶-凝胶“转变，还能将其自组装形成的温敏性晶体结构”物理锁定，实现凝胶光子晶体结构的固定化。该项工作有望极大地推进基于PNIPAm的纳米凝胶体系的“溶胶-凝胶”转变的设计、合成和应用。

【关键词】东华大学，水凝胶，转变

【摘要】　　8月28日，科技日报讯，27日，记者从西北工业大学获悉，该校力学与土木建筑学院王富生教授团队提出了一种采用脉冲电流来改善三维正交编织复合材料抗冲击性能的方法，并系统揭示了脉冲电流对正交编织复合材料冲击损伤的抑制机理。相关成果近日在线发表于国际期刊《自然·通讯》。据了解，航空、航天和土木等工程领域中，碳纤维/环氧树脂基复合材料受到冲击载荷容易出现纤维断裂、树脂破坏和分层等损伤形式，降低复合材料的承载能力，对飞行器和土木工程等结构的安全带来威胁。此前，对于提升复合材料抗冲击性能的方法多从材料改性、结构设计和制造工艺等方面考虑，但对改善复合材料的抗冲击性能仍存在局限性。对此，王富生教授团队与合作者将编织物的结构特性和碳纤维的电磁特性相结合，提出了一种降低三维正交编织复合材料冲击损伤的策略。利用无线通信技术，设计搭建了落锤冲击试验机、电流源和数据采集设备等一体集成的实验平台，实现了脉冲电流和冲击力对正交编织复合材料的协同加载。研究结果表明，随着脉冲电流峰值从0A增加到110A，三维正交编织复合材料板的非弹性能量和残余变形分别减少了35.81%和47.64%。多尺度多物理场建模分析表明，载流碳纤维使得纱线束受到了横向压缩性质的电磁体力，有利于提升纱线的机械性能;纱线中微裂纹的形成和挤压变形会引起碳纤维之间局部电流的重新分布，其与自场相互作用会产生抗冲击效应。基于材料-结构-功能的一体化设计思想，有效控制脉冲电流对复合材料热效应的影响。此项研究成果可以为提高复合材料在冲击载荷下的损伤容限提供新途径。

【关键词】复合材料，抗冲击，脉冲电流

【摘要】　　8月24日，科技日报讯，8月14日，科技日报记者获悉，天津大学胡文平教授、汪天洋副教授团队成功研发出一种多功能有机长余辉喷雾，可实现溶剂化加工并大面积喷涂，在信息标记与保护、表面无损探伤领域具有应用前景。相关研究成果日前发表于国际期刊《先进材料》。所谓长余辉，指的是在光照下存储能量，撤掉光源后缓慢释放激发态能量，实现持续性发光的现象。传统长余辉材料主要应用于建筑装饰及路牌标识领域。目前市场上现存的商品化长余辉材料的主要成分为无机矿物质，其缺点包括制备消耗镝、铕、锶等稀有元素，已不符合可持续发展理念；制备工艺复杂且具有潜在毒性，限制了该类材料的进一步发展。而有机长余辉材料因其绿色环保的制备工艺、方便可调的发光性能及相比无机材料更为灵敏的外界环境响应特性，近年来得到了国内外发光材料研发团队的广泛关注。为了发挥有机长余辉材料制备工艺简单的突出优势，胡文平、汪天洋研发团队提出了一种可溶剂化加工、可大面积涂覆且易于实现的材料制备策略，通过将常见的有机小分子和商用紫外光固化胶水复配，成功诱导出了高性能长余辉发射。这一发现有望促进有机长余辉材料在信息标记与保护、表面无损探伤等领域的深度应用。值得注意的是，在表面无损探伤领域，对比磁粉检测和渗透检测，有机长余辉材料对物体表面伤痕的成像对比度高，可实现即时成像，且技术附加值更高。

【关键词】长余辉，有机，无损探伤

【摘要】　　8月24日，高分子科学前沿讯，在海洋中，有一些漂浮的小生物能感知到水中光线的变化。它们可以根据光线的强弱，自主调整自己的运动，以便捕捉到食物、寻找繁殖的机会，并远离危险。这些生物的调整运动有很多种，包括趋光性、趋涡性、趋流性和趋化性等，让它们可以根据环境的变化，自主选择移动的方向。这种能力让它们看起来有点像在做“决策”。要实现这种“决策”，生物体需要在受到刺激时产生驱动力，并在合适的时候停止驱动。目前，人类制造的一些人工系统也有类似的反馈控制功能，但这些功能往往需要依赖预先编程的电子电路控制，或者人为的遥控操作。然而，如果不依赖电子控制或人工干预，仅仅使用均匀的材料，我们还很难实现像这些小生物一样，可以无拖线、自主决策地在整个空间内进行趋光性运动。这个领域仍有许多挑战等待我们去克服和研究。近日，上海交通大学机械与动力工程学院前瞻交叉研究中心的钱小石教授团队与香港大学机械工程系Nicholas X. Fang教授合作开发了一种整体的、刺激响应的趋光软体载具（PTV），它具有类似水母的对称性几何结构，能够迅速地朝向任意方向的稳定光源自主运动，并根据光源方向的变化，实时准确追踪。该研究工作以题为“Self-regulated underwater phototaxis of photoresponsive hydrogel-based phototactic vehicle”的研究论文发表在Nature Nanotechnology上。该项研究依托材料科学、热科学、光学、流体力学、机械制造等多个领域的交叉合作，上海交通大学机械与动力工程学院的孟光教授、陈江平教授、吴亚东副研究员、汪华苗副教授、杨光副教授、刘振宇副教授以及南方科技大学机械与能源工程系的葛锜副教授也参与了该项研究。在这项研究中，作者团队通过调整水凝胶纳米复合材料内部的光-热-机械-流体相互作用，成功实现了人工趋光性。这种趋光性不依赖于对光源或边界条件的特殊要求。通过建立负反馈回路来调控水凝胶系统的运动，PTV能够在没有明显远距离偏离的情况下追踪光线，并能够在适度而持续的光照下精确地转向复杂的路径。考虑到PTV仅具有一个负反馈回路，因此探索涉及更多控制回路的策略可能会使这种不受约束、不需要电子元件、能够自给自足能源的材料系统具备多功能的调节行为。

【关键词】水凝胶，光响应，反馈控制