美国橡树岭国家实验室用3D打印核反应堆堆芯原型
喜欢看美国大片的朋友应该对好莱坞电影中常出现的一个地名不陌生——橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory），其隶属于美国能源部的一个大型国家实验室，最初是作为美国曼哈顿计划的一部分，以生产和分离铀和钚为主要目的建造的，原称克林顿实验室，1939年时发现了核裂变。
目前，橡树岭国家实验是使命是攻克当下面临的最严峻的科学难题，开发新技术为人类造福。
据外媒最新报道称，美国能源部所属的橡树岭国家实验室（ORNL）开发了一个3D打印的核反应堆堆芯原型，其“转型挑战反应堆（TCR）示范计划”的最终目标是在2023年之前，用更少的部件制造出一个先进的、全尺寸的3D打印反应堆，并集成传感器和控制装置。
TCR示范项目的任务是通过发挥高温3D快速打印技术的优势，结合先进的材料和21世纪的反应堆设计，在大幅降低成本的同时加快这一进程。据ORNL称，这已经促成了为期3个月的“冲刺”，制作出了反应堆堆芯原型。
该计划目前正在利用制造过程中的持续监测和人工智能来完善原型机的设计，以评估材料和性能。ORNL表示，如果这项技术能够成功，将迅速改变核能产业。
德国研发超疏液仿生纤维粘合材料
近日，德国马克斯·普朗克智能系统研究所科学家研发出一种仿生纤维粘合材料，在保持粘合性能的同时具有超疏液性，未来有望在生产生活中广泛用于各种被液体覆盖的表面。
壁虎脚垫上具有微米或纳米级的微纤毛阵列，顶端还有绒毛分叉，使它们能够轻松地在玻璃和墙壁等各种表面上攀爬。这种出色的附着能力基于分子间作用力等原理。近十多年来，在此基础上仿生模拟研发出的纤维粘合系统得到发展，但有个问题一直没解决，即接触界面如果有液体，就会影响粘合性能。现在，德国科学家通过蘑菇状的纤维设计解决了这一难题。
仿生纤维粘合材料在粘合中利用的是分子间作用力（又称范德华力）。仿生纤维表面和物体表面要达到接近分子级别的接触，两者之间才能产生足够的范德华力，保持粘接性能。如果接触界面有液体，例如油，因为表面张力低，油可以迅速润湿表面，通常会散布在纤维细毛上和细毛之间，使它们聚在一起并失去粘合力。
马克斯·普朗克智能系统研究所的维勒·利马泰宁博士和梅丁·西蒂教授等人针对性地研发出一种具有超疏液性的仿生纤维粘合材料。利马泰宁博士介绍说：“我们开发出特殊的蘑菇形绒毛结构，这样的材料不仅可以排斥水，而且可以有效地排斥任何液体，包括油，并且始终保持粘合力”。
纤维尖端的精致设计是这种材料可以抗油的关键。在材料制造过程中，科学家使用了双光子激光光刻技术。利马泰宁博士解释说：“即使在表面张力非常低的情况下，纤维尖端的T形悬垂（类似蘑菇）也可以支撑住液体，这是实现超疏液性的原因。”纤维尖端这一T形悬垂的高度约为40微米，帽的直径约为28微米，帽下方最小直径约为10微米。这样的结构使得液体散布到纤维尖端时，由于表面张力具有向上的分量，可以防止液体在两根纤维之间滑落。
该研究结合了蘑菇形纤维阵列的有效粘附原理和基于双凹角纤维尖端几何形状的疏液性，使纤维尖端表面保持光滑，以获得很高的干附着力，并且不涉及表面化学修饰，具有弹性和可拉伸性。西蒂教授补充说：“受壁虎启发的纤维粘合材料现在能够粘附到任何潮湿的表面上而不会损失粘合力。例如，攀爬机器人将能够使用这种粘合材料来攀爬湿玻璃板。工业应用上，涂有这种材料的机器人手，可以抓住任何被液体覆盖的物体，然后再放下。”
我国科学家首次制备新型半导体异质结材料
上海科技大学物质科学与技术学院教授于奕课题组与美国普渡大学研究团队合作，在新型半导体异质结研究中取得重要进展，首次成功制备并表征了二维卤化物钙钛矿横向外延异质结。相关研究成果日前在线发表于《自然》。
半导体异质结精准制备是半导体器件的起点，是现代电子学和光电子学的重要基石。卤化物钙钛矿材料作为一类近年来引起广泛关注的新兴半导体，在太阳能电池、发光二极管、激光等领域展示出巨大的应用前景。
在构建卤化物钙钛矿半导体异质结的道路上，有两个科学难题一直未得到解决。一方面，该材料易发生离子扩散，难以获得高质量的原子级平整的异质界面；另一方面，卤化物钙钛矿对空气、水分、电子束辐照等因素十分敏感，其微观结构解析特别是原子结构成像困难重重。缺乏原子结构信息的指导，材料的精准构筑与性能设计难以开展。
于奕课题组与合作团队在这两个前沿难题的解决上取得了突破。研究人员在材料制备过程中引入刚性有机配体来抑制离子扩散，成功制备了二维有机—无机杂化卤化物钙钛矿横向异质结；发展了低剂量像差校正电子显微技术，首次揭示了二维横向异质结的界面原子结构，直接证实获得了原子级平整界面。
同时，于奕团队找到了一种优化的低剂量成像方法，首次实现了辐照敏感的二维横向异质结原子结构解析。这一突破提供了界面原子结构、缺陷构型以及晶格应变等准确信息，为这类新型半导体异质结的微观结构设计提供了直观的指导。在这些研究发现的基础上，研究团队进一步合作，展示了新型异质结原型器件中的整流效应，验证了这类新型半导体走向应用的前景。
美国陆军开发新型材料设计方法提升合金抗弹性能
美国陆军研究实验室正与北德克萨斯大学合作，利用新方法有望针对特定的应用进行材料优化，推动弹道学发展，为美国陆军提供所需的解决方案。
美国陆军现代化战略将“材料设计”确定为优先研究领域，以应对未来的威胁。该项研究由国会资助，将通过开展基础研究，探索金属加工与弹道冲击响应之间的关系，将材料加工的变化与主要变形机制及其抗弹性能的影响关联起来。高熵合金通常是由五种或五种以上的元素按相等或相对较大的比例混合而成。研究人员评估了7种高熵合金，结合材料学、高应变率失效力学和终点弹道学等领域的专业知识，并通过实验发现这些合金可具有独特的性能。该研究还采用不同于传统的机械测试方法，通过弹道冲击测试使材料承受极端的载荷。
研究人员表示，他们已开发出一种工艺，通过先进的计算方法和测试对金属板材进行设计，能够在两周内完成所有的弹道及微观结构表征。此外，他们还在开发能够快速评估潜在候选材料的原子方法，以及用于性能开发的大批量制造和测试方法。
这一合作得益于美国陆军研究实验室的开放校园计划，该计划建立一个科学技术生态系统，促进在与陆军相关的基础和应用研究领域取得突破性进展。
湖南大学研发出高端绝缘“纳米纸”
纸能包住火，还能抗电击。从湖南大学获悉，湖南大学材料科学与工程学院教授王建锋近日研发出一种高端的云母基纳米纸材料。
王建锋教授以芳纶微米纤维和云母为原材料，制备出云母基纳米纸。其断裂应变能力是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的4倍至240倍，其韧性是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的6倍至220倍，高电击穿强度每毫米达164KV，热分解温度达565℃，性能大大超过了国外的各种云母基绝缘材料。
目前，王建锋教授这项“造纸术”已申请发明专利。相关研究成果发表在国际纳米材料领域权威期刊《美国化学学会·纳米》上。
来源：快科技、科技日报、中国科学报、新材料、新华网
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