材料最前沿：航空航天复合材料、石墨烯导电胶水、时间晶体、二维“奇迹”材料、无损超材料……

2017-03-07 12:14:21 作者：本网整理来源：战略前沿技术分享至：

航空航天复合材料处于新时代

【据复合材料世界杂志2017年2月24日报道】在过去10年，航空航天工业是设计创新和技术引入的时代，从空客A380开始，跟着波音787和空客A350。但是重要的改变正在来临。我们正进入一个新时期，不再关注上述这些而是“更快、更便宜、更快”的主题。过去的10年是创新，下一个10年将是生产率，这一改变将需要来自航空航天供应商的不同成功因素。

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世界所有市场领域的飞行器生产价值1800亿美元，在2021年达到约2100亿美元的峰值，之后会变慢。好消息是航空航天仍是一个增长的市场，这是在金融危机中唯一增长的主要资本商品行业。大型喷气客机占了一半市场价值，军用领域还是一个增长曲线。但是应关注商用空中运输市场，这是航空复合材料的主要使用范围。

我们在一个很不寻常的时期：过去几年签订了数量巨大的飞机订单，这些订单主要是由高燃油价格和超低资本成本驱动的。航空公司想要更高效的飞机来平衡油价并且能负担它们。尽管油价从2012年开始走低，持续的低利率继续支持了机队资本重组和当前的飞机订单。降低的油价确实影响双通道飞机，使用旧飞机飞行会更便宜，因此787这样的大型双通道飞机订单储备减少。但是单通道飞机订单出现了历史纪录，包括空客320和波音737。波音和空客想要达到每月60架单通道飞机的生产速度，因为这是当前的主要收入来源。

波音/空客双强垄断依赖于单通道飞机销售占其利润绝大多数，是增加产量的动机。两家公司一直在进行市场份额竞争。因此，两家都低于标价供应单通道飞机，A320和737的实际价格事实上自2002年以来没有变化。两家OEM厂商现在关注增加其利润，到15-20%的利润率水平。

波音和空客正执行一系列计划，包括增加更高利润率的服务（售后）收入，这将可能导致收购服务公司。其它则包括通过波音“成功合作伙伴”这样的计划加之更好的劳工协议、更多自动化和精益项目，降低供应成本。在航空结构中，OEM的战术将包括重新设计零件、使用低成本工艺、材料替代、强硬的商业合同和回收更多废料。当前时期极为关注成本，降低成本以追求利润。预计会有更多类似汽车行业的操作和实践。

所以，这对供应商的影响是？一般来说，航空航天供应链包括30-60家一级供应商，负责系统集成；上百家二级供应商，制造主要部件；上千家三级供应商，负责零组件；20-50家四级供应商供应材料和工艺（金属和复合材料预浸料）。OEM只喜欢和一级供应商交易，所以这些供应商是OEM供应链计划的首要对象，它们在定价和选择客户垂直集成方面面临诸多压力。这将导致一级供应商未来持续整合。二级供应商将面临一级供应商的向下挤压和四级供应商的向上压力，对于他们来说开发“致胜的商业模式”和差异化竞争能力非常重要。三级供应商太多，摩擦是一定的，整合也将发生在这一层级。不过，四级供应商近乎完整。

如果我们来看航空航天原材料需求，2015年总计70.7万吨，复合材料需求占到3.22万吨，或者约5%。预计到2020年，复合材料5%的需求份额将每年增长6%，钛是年增4%。所有材料合起来的“采购与飞行质量”之比约为6:1。由于设计和工艺改进，复合材料的这个比值要少些，在1.2:1到1.4:1之间，帮助其增长。

2016年发生的航空航天相关事件中，有两件似乎确认了将发生在市场的变化论调。最主要的是波音在华盛顿州艾弗里特开设复合材料机翼中心。波音将机翼制造重新带回美国并且让机翼制造与设计流程如此接近，预示着一级供应商未来将没有机会制造机翼，只能做利润更少的项目。

另一个是就是庞巴迪向瑞士航空交付首架C系列单通道飞机。该飞机是业界首款铝锂合金机身以及浸渍工艺制造复合材料机翼的飞机。铝锂合金比铝本身的密度低很多，在低成本下比复合材料具有更高损伤容限。这可能意味着单通道飞机的重大材料变革。复合材料行业必须警醒自己在未来年份中，供应航空航天组件面临更严峻的条件。

（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）

石墨烯用做导电胶水

胶水，作为连接两种材料的中间体，在生产生活中有着广泛的应用。传统胶水一般含有复杂的高分子成分，在高温或腐蚀环境中的应用受到很大限制，且多数不具有导电性能。碳纳米材料如碳纳米管和石墨烯，具有高比表面积以及出色的机械强度和柔性，是制备新一代高性能纳米胶水的候选材料。之前，研究人员开发了类似于壁虎爪结构的碳纳米管阵列干胶，利用碳纳米管的纳米级末梢产生范德华力，实现对光滑表面的强吸附和粘接。石墨烯，作为典型的二维层状纳米材料，也可能有类似的性能，其平面原子结构和良好的柔性（贴合于表面）使得它与接触表面之间也能产生较高的范德华力，因而可以用来制备超薄导电胶水。

近期，北京大学工学院曹安源教授课题组在ACS Nano 杂志上发表文章，利用氧化石墨烯溶液作为胶水电极，将三维纳米多孔材料如碳纳米管海绵粘接在硅片或金属等不同基底的表面，只需一层薄薄的氧化石墨烯便可实现牢固的粘接，而且不会渗入海绵内部的孔隙中。经高温或化学还原后，该粘接层具有良好的导电性，为基底和粘接物之间提供了导电通道，同时还保持着高的粘接强度。

该研究提出的氧化石墨烯导电胶水，具有成分简单、易操作、超薄、不渗透、耐高温、导电性优异等特点，在开发新型功能纳米器件，如柔性传感器、三维多孔电极中具有潜在应用价值。

（来源：X一MOL资讯）

诺奖得主预言得到证实：发现一种崭新的物质形态——时间晶体

“时间晶体”（time crystal）是由诺贝尔物理学奖得主、理论物理学家弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）于2012年首先提出的概念。它是什么？如果说一般晶体最核心的特征是空间上的周期性重复特征，那时间晶体就不仅存在空间上的重复，而且存在时间上的重复。更奇怪的是，它们处在持续振荡的状态中，却没有任何能量。

目前，这个概念已经得到学界的证实！去年8月，加州大学伯克利分校的物理学家Norman Yao及合作者详细报道了如何制造与刻画这种奇特的晶体，将论文发布在预印本网站arXiv上，近期发表在物理学权威期刊《物理评论快报》（PhysicalReview Letters）上。而实验科学家在看到发布在arXiv上的这篇论文后也开始进行实验研究，已有两组独立科学家团队表示，他们已经根据这一蓝图在实验室中制造出时间晶体，证实了这个全新物态的存在。

这个发现听起来可能很抽象，但它却预示着物理学的一个全新领域的存在。几十年来，我们一直研究的都是处于“平衡态”的物质，比如金属与绝缘体间的平衡。然而，科学家认为，宇宙中应该还存在着一些处在非平衡态的奇特物质，时间晶体就是其中一种。我们之前很少研究这些物质，但是现在我们知道这样的物质是真实存在的。

这第一例非平衡态物质的发现，将帮助我们更加深刻地理解周围世界，并且有助于我们理解新兴的科学技术，如量子计算。该项工作的主要研究者，来自加州大学伯克利分校的Norman Yao认为：“时间晶体带给我们的惊喜不仅在于它证明了新的物态的存在，更在于它说明了非平衡态物质的存在。20世纪后半叶，我们一直在研究金属-绝缘体等平衡态物质，现在我们才开始探索非平衡态物质这一全新领域。”

什么是时间晶体？

事实上，时间晶体的概念并非近年才提出，让我们先来回顾一下时间晶体概念的发展。

2012年，诺贝尔物理学奖得主、理论物理学家弗兰克·维尔切克首次预测了时间晶体的存在。普通晶体拥有在空间中重复排列的原子结构，例如钻石中的碳晶格。但是爱因斯坦的相对论告诉我们，世界是四维的，除了三维的空间之外，还有第四维度，也就是时间。因此，维尔切克就在想，会不会有在时间上重复的晶体呢？经过计算，他认为这类晶体不仅存在，而且具有一种奇特的性质：它在基态时也会维持振荡的状态。

通常情况下，当物质处于基态、也就是系统的零点能时，理论上是不可能发生运动的，因为运动需要消耗能量。但是维尔切克认为，这一通常假设并不适用于时间晶体。

时间晶体就像果冻一样，你轻轻一碰，它就一直抖动。但是这种运动的不同之处在于，它不消耗任何能量。时间晶体就像是在自然的基态条件下持续振荡的“果冻”，它不可能保持静止，这使得它成为一种拥有全新物态的非平衡态物质。

创造时间晶体

但是，预测时间晶体的存在是一码事，创造时间晶体完全是另外一码事，这也是新研究的切入点。

Yao及其团队详细描述了如何创造并衡量时间晶体的特性，他们甚至预测出了时间晶体的多种物相的特点。这意味着他们已经找到这种全新物质形态中等价于固相、液相、气相的物态。该研究成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters，PRL），Yao认为他们的文章是“理论观点与实验验证之间的桥梁”。

时间晶体的存在不再只是推测。基于Yao的实验方法，来自马里兰大学与哈佛大学的两个独立团队已经创造出各自的时间晶体。他们都已于去年年底在arXiv上发布了结果，并已向同行评审期刊提交了论文，这两篇论文的作者里都列上了Yao的名字。

在论文未发表前，我们理应对这两项研究保持一定的怀疑。但是，两个独立团队已经采用相同的方法在差异巨大的系统中创造出各自的时间晶体，这一结果确实令人振奋。

马里兰大学的时间晶体是通过将十个镱离子排成一列，并使它们的电子自旋相纠缠而得到的。

将这样排列的镱离子变为时间晶体的关键是使这些离子保持在非平衡态，为了达到这一目的，研究者们用两束激光对其进行交替照射。一束激光用于创造磁场，而另一束激光则用于快速地翻转部分原子自旋方向。由于所有原子的旋转纠缠在一起，这些原子最终进入一个稳定、重复的自旋翻转模型中，成为晶体。

上述过程不足为奇，但要创造时间晶体，系统必须打破时间对称性。在观察镱原子排列时，研究者们注意到了一些奇特的现象：定期照射镱原子的两束激光使镱原子系统产生了一种周期性重复，这一周期是激光照射周期的两倍，在通常的系统中观察不到这样的现象。

“如果你轻轻晃动吉露果子冻，却发现它以不同的频率抖动，这不是非常奇怪吗？”Yao说道。“但这就是时间晶体的本质特点。当一个系统接受以T为周期的周期性驱动时，系统会产生一种‘同步’，因此你会观察到系统以大于T的周期在振荡。”

在不同的磁场和不同的激光脉冲中，时间晶体会发生物态改变，就像冰块融化一样。

哈佛大学的时间晶体则与此不同。研究者们利用了钻石中紧密包裹的氮-空位中心制造时间晶体，得到与马里兰大学相同的结果。

印第安纳大学的Phil Richerme并未参与该项目的研究，他认为：“在两种非常不同的系统中都得到时间晶体这一事实表明时间晶体是一种全新的物质状态，而不仅仅属于有限或特定的系统。在不同的系统中均观察到时间晶体这一事实证实了对称性破缺基本可以发生在所有自然领域中，同时也为一些新领域研究开辟了道路。”

（来源：环球科学）

二维“奇迹”材料疯狂玩转柔性科技

一种新型的2D奇迹材料将有助于制造柔性、高效、更小的电子器件。英国华威大学的研究者们已经研制出了一种新的技术来测量平整、原子级薄的、高导电性的、极强的2D材料堆叠的电子结构。

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以异质结构闻名的2D材料具有多个堆叠层，可以产生带有超快电荷的高效光电子器件，其可以被用在纳米电路中，并且比传统电路中的材料更为强大。

物理系的教授Neil Wilson博士，研制出了一项测量堆叠中每层电性能的技术，这使得研究者们可以建立最佳的结构，从而实现最快、最有效的电能传输。

Wilson在一项声明中说：“能够第一次看到原子薄层中的相互作用是如何改变它们的电子结构，这是十分令人兴奋的。这项研究也证明了交叉研究的重要性，如果没有美国和意大利同事，我们也不可能实现这一成果。”

根据这项研究，通过将不同二维半导体的单层结合到异质结构中，研究者们有可能创造出新的现象和器件。通过理解并利用这些现象，研究者们可以确定层间激发的电子结构和性质。通过使用合理的器件设计和亚微米角分辨光电子发射光谱（μ-ARPES），再结合光致发光，研究者们还能确定MoSe2/WSe2中异质双层的关键未知的参数，他们发现K点谷中的价带与300meV的价带补偿微弱杂交，这意味着II型价带的对准。Wilson的技术使用光电效应来直接测量每个层内的电子动量，并且展示了当层间结合时其如何改变。

了解和量化2D材料异质结构如何工作和最佳创造光学半导体结构的能力，为纳米电路和更小、更柔性、更可穿戴的小工具的高效发展铺平了道路。由于原子级薄层可以允许最小量光伏材料的强吸收和有效能源转化，该材料还可以助力于太阳能革命。

（来源：材料人）

由纯的bis-PCBM异构体辅助晶体工程得到高效高稳定钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能是近几年兴起的一类具有巨大应用前景的太阳能电池，它具有光电转换效率高、成本低以及制备工艺简单等突出优点。效率已经从最开始的3.8%快速增长到现在22.1%。

但是稳定性依然是钙钛矿电池迫切需要解决的一个问题。对钙钛矿薄膜质量的优化是解决稳定性的一个有效办法。但是很少有研究表明电池可以在热和光照下同时保持住稳定性。

2月27日，天津大学的王世荣教授，英国皇后玛丽学院的T. John S. Dennis博士，瑞士洛桑联邦理工的Dongqin Bi博士和Michael Gr?tzel教授（共同通讯作者）在Advanced Materials发表了题为“Isomer-Pure Bis-PCBM-AssistedCrystal Engineering of Perovskite Solar Cells Showing Excellent Efficiencyand Stability”的文章。作者先用循环高效液相色谱从bis-PCBM中分理处纯的异构体α-bis-PCBM（Chem. Commun., 2017, 53, 975），并将用在反溶剂中制备基于（FAI）0.81（PbI2）0.85（MABr）0.15（PbBr2）0.15的钙钛矿太阳能电池，电池得到了20.8%的光电转化效率，并且在高温和光照下表现出了优异的稳定性。电池在65℃下经过44天效率下降小于10%，在 1太阳照度下最大功率点在室温下连续运行600h后仍保留了初始值的96%。

（来源：材料人）

美国加州大学制备出无损超材料可以使激光更高效

【据激光电子世界2017年2月27日报道】美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）工程师开发了一种材料，可以减少光子器件中的信号损失。该成果有可能提高各种基于光技术器件（包括光纤通信系统、激光器和光伏电池）的效率。工程师说，这个发现解决了光子学领域最大的挑战之一：尽量减少器件中称为等离子体超材料的光学（光基）信号损失。

等离子体超材料是纳米级工程化的材料，以不寻常的方式控制光。它们可用于开发从隐形斗篷到量子计算机等不同种类的器件。但是，超材料通常含有金属，因此会将从光吸收能量转化为热。最终结果使一部分光信号被浪费，降低了器件效率。

在自然通信期刊最近发表的一项研究中，UCSD雅各布工程学院的电气工程教授Shaya Fainman领导的一个光子学研究团队展示了一种弥补这些损失的方法，将超材料并入到半导体中。

Fainman研究团队中的电气工程博士后学者及本研究的第一作者Joseph Smalley说：“我们用半导体的增益抵消金属带来的损耗，理论上这种组合可能导致信号的零净吸收——一种‘无损’超材料。”

在他们的实验中，研究人员将红外激光照射到超材料上。他们发现，根据光的偏振方式 ——哪个平面或方向（上下和左右）的所有光波被设置为振动——超材料反射或发射光。

“这是第一种同时作为金属和半导体的材料。如果光是一种偏振光，超材料会像金属一样反射光，当光以另一种方式偏振时，超材料会像半导体一样吸收光并发射出不同颜色的光。”Smalley说。

研究人员通过首先在衬底上生长称为磷化铟镓砷的半导体材料晶体来创建新的超材料。然后，使用来自等离子体的高能离子在半导体中蚀刻窄沟槽，形成间隔40nm、宽40nm的半导体阵列。最后，用银填充沟槽以产生半导体与银交替的纳米条纹的图案。

“这是制造这种超材料的一种独特方法。”Smalley说。具有不同层的纳米结构通常通过将每个层彼此分开地沉积而制成，“像桌子上的一叠纸。”Smalley解释说。但在本研究中使用的半导体材料（铟镓砷化物）不能只在任何衬底（如银）的顶部生长，否则会有缺陷。“我们没有创建交替层的堆叠结构，而是想出了一种并排排列材料的方法，像文件柜中的文件夹，保持半导体材料无缺陷。”

下一步，团队计划研究这个超材料及其变体可在多大程度上改善目前光子应用中的信号损失。

（来源：国防科技网工业和信息化部电子科学技术情报研究所张慧）

全球首台采用碳纤维复合材料制成的机器人系统问世

Exechon公司是由美国洛马公司、瑞典Tecgrant AB公司，以及阿布扎比的工业平台组织Injaz National共同成立的一家合资公司，在最近召开的阿布扎比防务展上，在洛马公司站台展出了该公司生产的世界首台采用碳纤维复合材料制成的XMini机器人智能五轴加工机床，旨在实现目前航空航天领域自动化制造范式的转变。

此次展出的设备融合了关节机器人的灵活性、高动态性和刚性机床的高刚度、高精度特性，该机器人设备采用了碳纤维增强复合材料，可以在传统上机器或人难以接近的空间（如飞机机翼翼盒）内进行拆卸和组装。该设备应用了并联加工（PKM）技术，可以作为独立工具，也可以轻松集成到现有生产系统中。

特点包括：

高速/低扭矩，低速/高扭矩加工能力；

7kN切削力；

加速度为3G；

定位精度±10微米；

XMini是由Exechon 公司开发的第一个产品，该公司正在建立一个工程制造中心，以在航空航天、国防、汽车以及其他工业领域推进这项技术，该设备将于2017年在马斯达尔科学技术研究所（马斯达尔城，阿联酋阿布扎比）正式启用。Exechon首席执行官Kalle Neumann说，Exechon总部位于阿联酋，旨在培育本地创新，加快该地区工业自动化和机器人制造的发展。XMini是在阿布扎比当地制造，而面向国际航空航天、国防和汽车市场。洛马导弹火控公司的执行副总裁Rick Edwards说，我们很高兴能与当地专家合作，共同开发XMini，以加强本地制造能力。该设备研发也反映了洛马公司承诺支持阿联酋成为领先的自动化制造技术领先供应商的目标，Injaz National董事长说，该设备开发是我们国际合作的重要一步，将这项新技术和制造能力带到阿联酋。我们期待着继续合作，以对整个阿联酋经济产生更有意义更持久的影响。

（来源：北方科技信息研究所，作者：李晓红）

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究高性能碳纤维复合材料构件3D打印技术

【据3ders网站2017年3月1日报道】美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）研究人员成功采用3D打印技术制造出航空航天级碳纤维复合材料构件，成为全球首个开展此项研究的实验室。这项研究于2017年2月28日在《自然》杂志旗下期刊《科学报告》上发表。文章介绍了该实验室采用微挤压（micro-extrusion）3D打印技术进行复杂碳纤维复合材料构件成形的具体过程。

碳纤维复合材料在强度、重量和耐高温等方面性能卓越，但一直难以用于生产复杂形状构件。通常，碳纤维复合材料构件通过沿着芯轴缠绕纤维或通过将碳纤维编织在一起而制成。这些方法虽然有效，但制成的构件仅限定为扁平状或圆柱形。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究出一种创新的直写（direct ink writing）工艺，称其为Robocasting。该项创新工艺有两个关键点：一是开发一种具有自主知识产权的、新的化学物质，能够在几秒钟而不是几小时内实现材料固化；二是利用劳伦斯利弗莫尔国家实验室的高性能计算能力，对流经3D打印机墨水喷嘴的数千根碳纤维丝进行模拟，准确预测碳纤维丝的流动，允许研究人员确定在实际成形过程中如何最佳地排列纤维。

经改进的3D打印工艺以及模拟仿真过程可实现采用碳纤维复合材料精确成形更复杂构件，也能更好地控制3D打印部件的细观结构（mesostructure）。这样，能够使用导电碳纤维材料3D打印高性能飞机机翼、一侧绝缘的卫星构件（无需旋转）、绝缘穿戴设备等部件。此外，此项新技术的最大前景之一是，可以允许碳纤维在成形过程中保持方向一致，与碳纤维任意排列的构件性能相比，所成形构件性能更高，且保持同等强度性能所需碳纤维用量减少2/3。

目前，劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究人员正在继续改进和优化此项创新工艺。据报道，研究人员已经与民用、航空航天和国防领域合作伙伴接洽，进一步推进碳纤维3D打印技术。

（来源：国防科技信息网，作者：北方科技信息研究所李晓红）

硼烯研究取得重大进展

就在三年前，电气与电子工程师协会网站报告了生产二维（2D）硼的第一个试验性成果，这种硼被称为硼烯。从那时起，关于硼烯的大部分研究工作都是材料合成以及性能表征。

现在位于2D材料研究前沿的美国西北大学教授Mark Hersam领导研究人员，开展了一个重要实验研究，不仅仅是表征硼烯，而是已开始利用硼烯制造纳米电子器件。

在科学进展杂志对本研究的描述中，Hersam的团队首次将硼烯与另一种材料组合以创建异质结构，这是电子器件的基本结构单元。由于这项工作代表了基于硼烯的异质结构的第一次演示，研究人员认为它对正在进行的及未来开展的使用硼烯用于纳米电子应用的研究具有指导意义。

该异质结构是多个异质结的组合，其中不同2D材料层之间相互贴近。通过将具有不同性质的材料层叠在一起（例如绝缘体、导体），可以定制异质结构的电子性质以产生功能器件。

当然，有越来越多的2D材料形成异质结构，但硼烯在2D材料的“平地”中提供了相当罕见的质量：它是一种2D金属。

Hersam在一份IEEE Spectrum的电子邮件采访中说：“作为二维金属，硼烯有助于填补2D纳米电子材料系列的空白。从根本上说，硼烯也很有趣，因为没有硼的3D层叠式结构（即没有石墨式结构的硼）。因此，硼烯在2D材料中是相对独特的，因为它仅以原子层结构存在。

虽然这是硼烯的一个有趣的属性，也使它在合成时面临挑战，因为只能在纯净、超高真空环境中进行。硼烯具有相对高的化学活性，也对在环境条件下处理它提出了挑战。

Hersam认为，这个研究的关键结果之一不仅仅是将硼烯与半导体结合，而且更好地了解硼烯的化学性质，将使其变得更容易操作。

”我们正处于硼烯研究发展的早期阶段。“Hersam说。”最初我们合成了该材料，现在我们正在了解其化学性质以及如何将其与其他材料集成。在电子应用中实现硼烯的全部潜能之前，需要更多的工作。“

虽然西北大学的研究人员已经开发了一种基于超高真空（UHV）的工艺来形成基于硼烯的异质结构，但它们只能在UHV环境中可靠地处理材料，为实验带来挑战。

Hersam认识到，他们需要开发可靠的封装和/或钝化工艺，允许硼烯从UHV环境中移出，使得器件实际上可以被制造和测试。

另一个大的挑战：如何将硼烯从最初的银生长衬底转移到电绝缘衬底。

Hersam补充说：”当硼烯在银上（两者都是金属的）时，银衬底会使硼烯短路，这对任何器件应用都会造成严重的问题。“

（来源：国防科技信息网，作者：张慧工业和信息化部电子科学技术情报研究所）

纳米工程师利用3D打印技术快速制造出仿生血管网络

【据科学日报网2017年3月2日报道】近日，以加州大学圣地亚哥分校陈少晨（音）教授为首的纳米工程研究团队解决了生物组织工程中最大的挑战：制造出可为组织和器官供血的逼真的血管，用于输送营养物质、代谢产物和其它生物材料，为器官安全植入体内打下重要基础。这项研究近日发表在《生物材料》期刊上。

此前，已经有其他实验室的研究人员使用不同的3D打印技术制造人工血管，但利用这些技术打印速度慢、价格昂贵，而且只能生产单一血管这样的简单的生物结构，这些打印的血管还不能与人体自身的血管系统兼容。

”几乎所有的组织和器官都需要血管供血才能正常生存和工作。这是在器官移植的一大瓶颈，需求量大，但供应不足，“ 陈少晨说，”3D生物印刷技术可以帮助解决这一难题，我们的实验室已经朝着这一目标迈出了重要一步。“陈教授是加州大学圣地亚哥分校纳米生物材料和组织工程实验室主任。

陈少晨教授的实验室3D打印出的血管网络具有很多分支血管，可以与人体自身的血液循环网络实现兼容整合。

陈少晨教授研究小组开发出了一种创新的生物打印技术，利用自制的3D打印机，快速生成复杂的三维微观组织，可模拟生物组织的复杂的设计和功能。陈少晨教授实验室过去已经利用这种技术打印出肝组织，在体内可以检测和清除毒素。

研究小组使用医学影像技术创建了一个与动物体内血管网类似的三维生物结构数字模型，然后利用计算机将其分解成数以百万计的二维薄层。利用计算机控制紫外光照射到含有活细胞和光敏聚合物的溶液中，使聚合物固化，活细胞则附着在聚合物周围，形成一层含有活细胞的二维聚合物层。通过连续扫描的形式，二维聚合物层逐层累积，逐渐形成三维固体聚合物材料封装活细胞结构，最终发展成生物组织。

整个过程仅需几秒钟。相比于其他的3D打印技术通常需要数小时来打印简单的结构，这是一个巨大的进步。而且，该团队使用的是廉价的生物相容性材料。

基于他们研发的生物3D打印技术，研究人员印制出了一个含有血管内壁内皮细胞的血管结构，这个结构尺寸为4毫米×5毫米×0.6毫米。研究人员将该结构在体外培养了一天，然后将产生的组织移植到小鼠皮肤伤口。两周后，研究人员检查了植入物，发现这些植入物已经成功地与小鼠自身的血管网络形成一体，使血液正常循环。

陈少晨指出，目前植入的血管还不完全具备天然血管的所有功能，例如交换输送营养物质及废物。”

陈少晨教授和他的研究团队正在致力于利用人类诱导多能干细胞建立伤病人特异性组织，从而防止移植的组织受到免疫系统攻击。由于这些细胞来源于患者的皮肤细胞，研究人员不需要额外从身体内部提取细胞来建立新的组织。团队的最终目标是将这项成果应推向临床试验。“至少需要几年才能达到这一目标，”陈少晨表示。

（来源：国防科技信息网，作者：丁宏中国船舶工业综合技术经济研究院）

欧盟将纳米金刚石应用于医学领域

金刚石不仅是自然界最坚硬的物质，同时还能散发出最迷人的光芒。欧盟科研人员利用这两大特性将纳米金刚石应用在医学领域。在欧盟第7研发框架计划和地平线2020计划资助下，分别由法国和德国作为协调国的NeuroCare和NDI项目，利用纳米金刚石作为与人体交互新的媒介，有望在人工视网膜植入和磁共振成像（MRI）领域取得重要突破。

NeuroCare项目主要利用纳米金刚石或石墨烯表面致密，没有任何物质能通过其表面扩散的特性，将其作为植入体与人体神经组织之间的介质材料，一方面减少介质本身与神经组织之间的反应，另一方面也使其与神经元细胞的距离更近，从而能在彼此间建立更高质量、持续时间更久的电子接口。目前，用于脑接口实验通常都采用金属材料（如铂）。然而，金属材料长时间在人体内，其表面很可能发生降解，进而导致电子交换性质的改变，因此，稳定性正是该项目纳米金刚石技术的最大优势所在。该项目科研团队目前正在寻求美国企业的资助进行正式试用，同时也在申请将其用于商用产品的法律许可（大约需要5年时间）。

在MRI领域，欧盟研究理事会支持的NDI项目主要利用纳米金刚石独有的光学特性，来赋予标准MRI扫描仪在单细胞尺度上的缩放能力。MRI扫描仪通过拾取原子自旋状态进行成像，但通常拾取率仅为十万分之一。如要提高效率，必须使自旋处在极低温条件，而这对人体来说是无法承受的。在金刚石中，原子自旋可用光来控制，且可通过激光辐照达到极低的温度并能持续数日。NDI项目正是利用纳米金刚石的这一特性，在无需使人体降温的前提下，实现了极低温自旋。该项目的下一步研发重点是继续提高分辨率，同时使之早日成为用户友好型技术，以便在医学实验室实际场景中得以应用。

（来源：科技部）

乌克兰研发出多种石油产品漏油收集吸收剂

乌克兰国家科学院表面化学研究所研发出基于矿物纤维、活性炭和热膨胀石墨的石油和石油产品漏油收集吸收剂。特点如下：

1. 耐热无机纤维吸收剂具有很高的吸附能力，1克吸收剂可吸附50克石油。

2. 基于活性炭吸收剂，可以在2小时内完全去除油膜杂质，显示出100%的漂浮特征，1千克吸收剂在水表面扩散区域面积可达70M2。

3. 基于膨胀石墨的环保型吸收剂具有洁水特性，已获得乌克兰国家卫生标准的认证，可以应用于饮用水清洁系统中。

以上吸收剂可以重复使用，还可应用在海洋、港口、水域、淡水水体和土地复垦。

（来源：科技部）

捷克科学家率先研发纳米晶体中定位氢原子的方法

捷克科学院物理研究所的科学家们通过使用动态精化与电子衍射数据采集的方法，成功定位了微米级以下有机或无机单晶材料中的氢原子。这是世界上首次取得如此精准级别的定位方法，该研究成果发表在了2017年1月的《科学》学术期刊上。

晶体学是化学和新材料科学等许多科学分支的基础研究领域。捷克科学家历时七年，在布拉格研发出了通过电子显微镜观察电子在晶体中的衍射，并定位原子、测量衍射和电子处理最终数据的方法和软件。法国国家科研中心的科研人员也参与了该项目的部分研究。

成功检测定位晶体结构中的氢原子将使研究人员更清晰地了解晶体材料的性质与功能。该项研究为揭示探究晶体结构的细节开辟了新路径，将广泛适用于晶体学，以及材料工程、有机和无机化学、药学和分子生物学等领域的科学研究。纳米晶体的分析在航空工业，特别是在新材料的研究中起着重要作用。