纳米材料

新型石墨烯传感器检测灵敏度更高

据最新一期《美国化学学会期刊》报道，包括加拿大研究人员在内的国际团队研发出一种新型石墨烯传感器。该生物传感器不仅对检测霍乱毒素具有非常高的灵敏度，还能为癌症和其他传染病提供早期诊断。

表面等离子体共振（SPR）传感器是一种用于医学诊断的光学技术，具有很高的灵敏度和特异性。研究人员发现，添加石墨烯可导致SPR传感器信号倍增，从而使一个单分子超薄层即可锚定特定疾病信号。该传感器可在数分钟之内检测出霍乱毒素，相比之下，当前的检测技术则需要几小时甚至几天。该技术也可扩展到包括癌症在内的几乎任何疾病标志物的检测。

研究人员表示，除了更加快速，由于灵敏度的极大提高，该传感器亦可更容易地检测出较小量的生物标志物，从而为癌症和其他疾病的早期诊断和预后创造条件。这意味着，只需使用来自患者的一滴针刺血液样本，就可检测出疾病的生物标记。

SPR生物传感器明显要比标准的酶联免疫吸附试验（ELISA）具有更高的灵敏度，实验室生长的石墨烯证明要比之前使用的其他形式石墨烯更适合于开发新型传感器。被称为化学气相沉积的石墨烯生长技术可创建出几乎不含缺陷的大面积单层石墨烯，而石墨烯表面的均匀性则有助于传感器信号的放大。（科技日报）

美材料学家利用碳纳米管成功制备纳米带

据报道，美国莱斯大学日前发明了一种非常简单的方法利用碳纳米管制备石墨烯纳米带，即通过研磨。

莱斯大学的材料学家Pulickel Ajayan说：此方法即是将2种不同类型的化学修饰碳纳米管混合。在研磨时，它们相互接触，从而发生反应并分开，目前此方法常用于化学溶液中。

Ajayan说道，这个过程仍然还是一个将分子附着在纳米管上的化学反应，即功能化。有趣的是，这个类似于研磨的简单过程可以提供固体纳米结构之间的强化学耦合，并得到许多具有特定功能的新型纳米结构产物。

高导电的石墨烯纳米带，尺寸比头发还细上几千倍，在复合材料市场上很受欢迎。纳米带大大提高了材料的电子特性以及强度。

在试验中，研究人员制备了2组多壁碳纳米管，一种被羧基修饰而另一种被羟基修饰。当将其放在研钵中使用研杵研磨20min以上时，这些化学添加剂相互发生反应，使得碳纳米管變成纳米带，此过程中还产生了一种副产品水。

Ajayan说道：“我不知道为什么以前人们没有发现此办法，即可以通过纳米结构上的反应物控制化学反应。我们的工作仅仅是此方向的开端，接下来我们还有好多工作要做。”（科学之家）

美开发以多壁碳纳米管为基础的防火涂料

据报道，美国国家标准与技术研究院的研究人员开发出以一种均匀的多壁碳纳米管为基础的防火涂料，可降低常用的泡沫内饰的易燃性。与未处理的泡沫相比，碳纳米管涂覆聚氨酯泡沫体的燃烧性降低了35%。

研究人员将改性的碳纳米管均匀地分布并附着在聚合物层的上、下表面，形成的涂层利用碳纳米管的快速散热能力，具有了更大的点火和燃烧阻力，当纳米管涂层泡沫暴露在极端高温中，会形成碳保护层，防止熔体池形成。（中国化工报）

美科研人员成功开发纳米级传感器

据报道，美国纽约州立大学水牛城分校的研究人员们最近开发出一种通用的奈米级基板，可望为目前普遍使用的物质感测器技术——“表面增强拉曼散射”（SERS）提供关键的“万能钥匙”（skeleton key），进一步实现成本低廉的单晶片版本。

这种针对物质感测器开发的通用型奈米级基板，能够大幅削减目前的装置成本，包括从机场安全侦测器、疾病与环境污染的辨识，以及艺术画作的鉴定。根据研究人员们表示，这种通用的基板可透过SERS技术，取代当今需要某种特定波长的基板。

“我们已经开发出一种未经报导的独特基板，”约州立大学水牛城分校电子工程教授Qiaoqiang Gan表示，“我们能以奈米图案单层捕获宽频的光源，并将它挤压于狭窄的缝隙中，以取得必要的局部场效增强效果。先前研究的奈米结构仅适用于窄频。”该校博士候选人Nan Zhang与Kai Liu也协助Gan进行了这项研究。

这种新式感测器的秘诀在于可作为反射镜的银或铝薄膜，以及二氧化矽或氧化铝的电解层，用于随机分离具有微小金属奈米粒子的反射镜。

至于未来，Gan认为这项技术还不足以实现商业化，因此，目前正寻找制造合作夥伴或进行授权。（eettaiwan）

最薄灯泡：灯丝由石墨烯制成

据报道，一个由美国哥伦比亚大学、韩国首尔国立大学和韩国标准科学研究院研究人员组成的国际团队又回到同一种元素，他们首次展示了用只有一个碳原子厚度的石墨烯作为灯丝的芯片上可见光源：细条状石墨烯灯丝与金属电极相连，悬挂在基底上方，当电流通过时灯丝就会受热发光。这项研究于6月15日发表在提前出版的《自然·纳米技术》网络版上。

“从本质上说，我们制造出了世界上最薄的灯泡。”研究论文合著者、哥伦比亚大学机械工程系教授王凤仁（音译）说，“这种新型‘宽带发光器可以被集成到芯片上，有望为实现只有原子厚度的柔性、透明显示屏以及基于石墨烯芯片的光通信铺平道路。”

要开发可与现有半导体集成电路媲美的完全集成“光子”电路，关键是让芯片表面的微小结构发光。已经有很多方法可以做到这一点，但最古老、最简单的人造光源——白炽灯泡却无法被集成到芯片上，这主要是因为灯丝必须达到数千摄氏度，发出的光才可见，而微观尺度的金属线承受不了这样的高温；另外，微观尺度上，热量从灯丝向四周传递的效率极高，容易损坏芯片。

石墨烯达到如此高的温度而不熔化基板或金属电极，是因为其具有一个有趣特性：当受热时，石墨烯会变成热的不良导体。这意味着高温被局限在了中心的一个小“热点”上。论文共同作者、韩国标准科学研究院高级研究员裴明浩（音译）说：“相对于置于固态基底上的石墨烯，我们能够将悬于上方的石墨烯加热至高达太阳温度的一半，同时效率提高1 000倍。”（科技日报）

石墨烯涂层冷凝器可为电厂节能

据报道，美国麻省理工学院的研究表明，发电站的冷凝器被涂上石墨烯后能提高节能效率。按照美国电力科学研究院提供的数据计算，如果整个电厂使用这种冷凝器，效率可以提高2%～3%。

发表在《纳米快报》上的相关论文指出，蒸汽发电的基本要素之一是冷凝水传热。在蒸汽动力发电厂，水被加热产生蒸汽推动涡轮转动，转动的涡轮产生电能。在此过程中，蒸汽被凝结回水，循环再次开始。据美国电气电子工程师协会（IEEE）《光谱》杂志网站报道，麻省理工学院的研究小组仔细考察这些冷凝器，发现其表面加上石墨烯涂层后，热传导率提高了4倍。论文作者丹尼尔·普雷斯顿说：“这意味着每个电厂每年能够节省数百万美元成本。”

冷凝器效率提高是因为石墨烯能够抗拒形成凝气膜。在典型的冷凝器系统中，金属线圈（通常是铜）被放置在蒸汽流内，在某些系统中，凝结过程导致金属线圈外部出现一层薄薄的水膜；在另一些系统中，则形成水滴。当水膜形成时，冷凝器的热传导受到一定程度的抑制。

研究人员利用石墨烯的疏水特性来确保冷凝器线圈上形成水滴。虽然聚合物涂料或多或少地也能达到这种效果，但它们会迅速降解，更糟的是，有时候太厚，反而带来更大的问题——比水膜本身造成的抑制作用还要严重。

在100℃的纯水蒸气环境下测试材料后，研究人员发现，石墨烯涂层金属比裸金属的热传导效率高出4倍，他们还计算出通过优化系统中的不同温度，效率可以提高5～7倍。

最重要的是，石墨烯涂层在超过两个星期的测试时间内，没有消解的迹象，而聚合物涂层在3h内就开始降解，12h内完全失效。

神奇材料再创新突破 石墨烯助三星新电池续航提升

据报道，近日，三星展示了其最新锂电池技术，三星宣称该项新技术会在电池中添加石墨烯物质，这有望使得锂电池容量翻倍。这引起了业界极大关注，目前这项技术尚处于研发之中，距离真正的商业化还有待2～3年时间，但这却极大地提振了国内锂电池产业发展信心。除此之外，由于石墨烯在这项技术中的作用功不可没，因此三星的新技术也再次让石墨烯概念成为热门。

我国石墨烯发展起步晚，但是势头极为迅猛。在科研方面，我国已有2200多项石墨烯专利技术，数量为世界石墨烯专利的1/3；在产业化方面，我国已形成以江苏省（南京、常州、无锡、泰州等地）为中心，宁波、青岛、重庆、德阳、河北、北京等地活跃分散发展的格局；在应用领域，我国已经研发出超薄可量产的石墨烯手机，以及高容量的石墨烯超级锂电池等。

石墨烯强劲的发展势头也使得国家政策不断向其倾斜，今年4月，国家工信部就明确表示将会出台文件扶持石墨烯产业发展，在此利好之下，2015年中国石墨烯产业规模有望突破100亿元，并在未来5到10年内，迅速上涨至1 000亿元。中超电缆、华丽家族与中国宝安等具备石墨烯概念的公司将有较好的发展机遇。

南开大学研制出“光动”石墨烯材料

据报道，经过3年研究，南开大学一支研究团队获得一种特殊的石墨烯材料，可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行，其获得的驱动力是传统光压的千倍以上。該研究成果令“光动”飞行成为可能。

6月15日，《自然·光学》杂志在线发表了南开大学化学学院陈永胜教授和物理学院田建国教授联合科研团队的论文。陈永胜团队研制出的这种石墨烯材料，在其宏观材料特殊形貌结构和石墨烯自身特殊电子结构的共同作用下，可以在包括太阳光在内的各种光源照射下有效驱动飞行。

在位于南开大学的功能高分子材料教育部重点实验室里，研究人员将一个4mg的形似“海绵”的圆饼状三维石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推动”下，“海绵”瞬间发生了水平或竖直方向的位移，最大移动距离可达40cm。

研究人员介绍，实验所用光源都较弱，如普通激光、氙灯等。实验发现，光源的波长与石墨烯材料产生的驱动力成反比。即波长越短，材料产生的驱动力越大。通过室外实验，研究人员发现太阳光同样可以驱动这种石墨烯材料移动。

“这是我们了解到的，迄今为止科学界第一次用光推动一个宏观物体并实现宏观的驱动。”陈永胜说，通过定量测量，这种石墨烯材料在光照条件下产生的力是传统光压的千倍以上。“通过计算，500kg的负载，如果利用基于这种石墨烯材料制备的驱动帆板，理论上获得的驱动力至少能使其达到0.09m/s的加速度。”

最新一期英国著名科普杂志《新科学家》为该成果撰写评述文章指出，该成果“再为石墨烯这种优良材料增添了一种惊人的性能”。（中国青年报）

北京大学研发石墨烯柔性透明电极连续卷对卷生产新工艺

据报道，北京大学纳米化学研究中心的研究人员开发出一种新的卷对卷连续快速生长石墨烯薄膜的方法，设计并研制了可达到中试水平的石墨烯卷对卷化学气相沉积系统，通过对石墨烯成核与生长的调控，实现了大面积单层石墨烯薄膜在工业铜箔基底上卷对卷宏量制备。

研究人员还开发了卷对卷热压印-电化学快速鼓泡转移方法，避免了铜箔刻蚀的常规转移工艺，实现了石墨烯从铜箔生长基底直接向工业用P E T柔性透明塑料基底的连续化无损转移，从而制备了高品质石墨烯/PET柔性塑料电极。此工艺突破了大尺寸石墨烯薄膜的连续化生产瓶颈，还实现了铜箔的反复利用，与绿色、可持续工业生产工艺兼容，在降低工业生产成本、提高产能方面富有竞争优势。

这种连续卷对卷CVD生长-封装转移-无损剥离的快速制备石墨烯薄膜的方法突破了诸多技术瓶颈，实现了高品质石墨烯薄膜和高性能柔性透明电极的连续化和规模化生产，并降低了化学气相沉积生长法的生产成本，具有工业化生产的潜力。（北京大学新闻网）

我国转角多层石墨烯的呼吸层间耦合研究获进展

据报道，中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室与中国人民大学教授等人合作，利用共振拉曼光谱技术，对转角多层石墨烯的层间呼吸模进行了系统研究。他们发现在转角多层石墨烯界面处的层间呼吸耦合与正常Bernal堆垛多层石墨烯的强度相当。

以石墨烯为代表的二维材料具有优良的电学性能和光学性能，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件、晶体管和光电器件。将石墨烯堆叠起来可以得到多层石墨烯。除了具有和体石墨相同的Bernal堆垛（即AB堆垛）方式的多层石墨烯之外，还可以在实验室制备或者合成出不同石墨烯片层取向随机的多层石墨烯，即转角多层石墨烯。转角多层石墨烯内各子系统的层数不同和各子系统间旋转角度的不同将使得其具有无限多的可能性，这无疑大大丰富了石墨烯材料的研究对象和研究内容，例如单层或多层石墨烯堆垛方式的差异有可能导致石墨烯片层不同的层间耦合，从而影响其电子能带结构，使得转角多层石墨烯具有与其堆垛方式相应的各种各样的光电性质。（中国科学院半导体研究所半导体）

石墨烯分散剂新技术推动石墨烯产业化

据报道，中国科学院宁波材料技术与工程研究所表面工程事业部余海斌博士带领的先进涂料与粘合技术团队合成出了一种石墨烯的特种分散剂，突破了制约石墨烯推广应用的关键瓶颈——分散技术，对石墨烯的产业化具有显著的推动作用。日前，这项技术正在中石化进行认证。

人工制备的石墨烯容易再团聚，无法充分发挥石墨烯单片层的优异特性。进入材料所后，余海斌便带领研究团队将纳米材料的分散技术作为研究方向之一，终于研发出了特种分散剂。将这种分散剂加到含有石墨烯的溶液中，通过搅拌处理就可以得到单分散的水性、油性石墨烯分散液，并创造性地制备出易于再分散的石墨烯粉体。

目前，余海斌团队已将这些易于再分散的石墨烯粉体应用于涂料领域，使涂料性能发生显著的改进。该分散技术还有助于石墨烯在防腐涂料、防静电涂料、导电油墨、透明导电膜、超级电容器、电池材料、散热材料等领域的应用取得突破性进展。据悉，该项技术及相关产品已申请18项发明专利，并与多家公司达成了合作意向。（东南商报）

上海大学石墨烯散热研究获进展

据报道，上海大学教授刘建影团队与法国中央纳米研究院，瑞典查尔姆斯理工大学等机构合作，在石墨烯散热研究上获新进展，相关研究近日发表于《先进功能材料》。

石墨烯是二维的单层碳原子晶体，与三维材料相比，其低维结构可显著削减晶界處声子的边界散射，并赋予其特殊的声子扩散模式。石墨烯所具有的快速导热与散热特性使得石墨烯成为极佳的散热材料，可用于智能手机、平板电脑、大功率节能led照明、卫星电路、激光武器、高集成度系统热点等的散热。

尽管石墨烯在热管理领域极具发展潜力，但这些性能都是基于其微观的纳米尺度，难以直接利用。因此，将纳米尺度的石墨烯制备成宏观的薄膜材料并保持其纳米效应，同时减少其和基底的界面接触热阻，是石墨烯在热管理规模化应用的重要途径。刘建影团队采用化学还原氧化石墨烯并采用真空抽滤的方法制备石墨烯薄膜，结果显示用该方法制备的20μm薄膜，适合大规模工业制备。

同时，针对石墨烯薄膜和二氧化硅界面接触热阻大的问题，该团队采用在石墨烯薄膜和二氧化硅界面引入功能化分子的方法。实验结果表明，引入功能化分子后，热点的散热效果提高了近1倍。分子动力学的模拟结果进一步证实了实验结果。（中国科学报）

石墨烯橡胶纳米复材获突破

据报道，日前从四川省科技厅传出消息，四川大学在石墨烯橡胶纳米复合材料领域获得新突破，成功制备了含均匀分散石墨烯和石墨烯隔离网络的橡胶纳米复合材料。

四川大学依托国家级高分子材料与工程国际联合研究中心平台，与意大利研究机构在石墨烯复合材料研究方面建立国际合作项目，针对石墨烯在聚合物基体中难以分散、聚合物石墨烯复合材料难以规模化制备等技术难题，建立聚合物/石墨烯复合材料制备和加工新技术，提出了超声剥离、胶乳混合及原位还原新方法，制备了含均匀分散石墨烯和石墨烯隔离网络的橡胶纳米复合材料，开发了石墨烯用于橡胶复合材料的应用潜力。

该技术制备的石墨烯橡胶复合材料力学性能优异，且具有高的电导率和气体阻隔性，可广泛应用于高品质轮胎、特殊密封圈，高性能减震器，橡塑复合材料等。

该项目已获授权中国发明专利1项，并与成都创威新材料有限公司在聚合物/石墨烯复合材料制备新技术方面签订了专利实施许可及转让协议，可望将石墨烯-橡胶复合材料技术产品推向市场。（中国化工报）