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3D 打印出具有独特微波或光学特性的超材料

塔夫茨大学的一个工程师团队开发了一系列具有独特微波或光学特性的 3D 打印材料，他们从飞蛾的复眼中获得灵感，制作出一种半球形装置，可以在选定的波长上从任何方向吸收电磁信号。

3D 打印半球形超材料可以在选定的频率下吸收微波。来源：塔夫茨大学纳米实验室

超材料是维克多·维塞莱戈于 1968 年提出的人工设计材料，可以用来显示独特的电磁特性，在自然界中很难找到。超材料利用比被探测或影响的能量波长更小的尺度排列在重复模式中的几何特征，扩展了设备中传统材料的能力。3D 打印技术的新发展使人们有可能创造更多的超材料形状和图案，并以更小的规模。

塔夫茨纳米实验室的研究人员提出了一种混合制造方法，利用 3D 打印、金属涂层和蚀刻技术，在微波范围内制造具有复杂几何结构和新功能波长的超材料。例如，他们创造了一系列微小的蘑菇状结构，每一个都在一个茎杆的顶部有一个小的金属谐振器。这种特殊的安排允许特定频率的微波被吸收，这取决于“蘑菇”的选定几何形状及其间距。这种超材料的使用在诸如医疗诊断中的传感器、电信中的天线或成像应用中的探测器等应用中可能很有价值。

研究人员开发的其他设备包括抛物面反射镜，它可以选择性地吸收和传输特定的频率，这种概念可以通过将反射和过滤功能结合到一个单元中来简化光学设备。塔夫茨大学工程学院的电气和计算机工程教授说：“使用超材料巩固功能的能力可能非常有用，他是塔夫茨大学纳米实验室的负责人，也是该研究的相应作者。有可能我们可以使用这些材料来减小分光计和其他光学测量设备的尺寸，以便将它们设计成便携式现场研究。”

另一个贡献是能够将多个电磁功能融合到一个嵌入几何光学或 MEGO 设备的超材料中，3D 打印的其他形状、尺寸和方向可以设想为创建吸收、增强、反射或弯曲波的 megos，这种方式很难用传统的制作方法实现。研究人员目前利用光固化 3D 打印技术，使光固化树脂聚打印所需形状，其他 3D 打印技术，例如双光子聚合，可以提供 200 纳米的打印分辨率，这使得制造出更精细的超材料，可以检测和处理更小波长的电磁信号，可能包括可见光。

塔夫茨大学工程学院（Tufts University School of Engineering）三库赛尔实验室（Sankusale's Labora）的研究生、该研究的主要人员说：“目前还没有意识到 Megos 3D 打印的全部潜力。我们可以利用现有技术做更多的事情，随着 3D 打印不可避免地发展，我们有着巨大的潜力。”

发现新型红外隐身材料

近日从中科院苏州纳米所获悉，该所张学同研究员领导的科研团队，最新发现一种红外隐身材料。这种新材料坚固、轻便、可折叠，可以在不需要额外能源的情况下躲过红外探测仪的“法眼”，应用前景广阔。

自然界中的一切物体，都会辐射红外线。物体辐射红外线能力的大小，和其表面温度直接相关。因此无论白天黑夜，红外探测仪都可以测量到目标与背景间的辐射差，得到不同物体的红外图像。现有的红外隐身技术原理通常是改变目标热辐射特性，但这些隐身材料大多有耗能持续、应用范围窄、反应慢等不足。

此次研究中，技术人员想要发明出一种可以适应不断变化的温度，且不需要额外耗能的红外隐身材料。他们首先制造了一种坚固但柔软的纳米纤维气凝胶薄膜，这种薄膜具有优异的隔热性能。将这种薄膜用相变材料聚乙二醇（PEG）浸泡并进行防水处理，就得到一种轻薄、坚固、柔韧，但红外隐身性能优异的复合新材料。

由于纳米纤维气凝胶薄膜本身是一种良好的绝热材料，而聚乙二醇受热时会储存热量并软化，凝固时又释放热量后重新硬化，在模拟太阳光照下，覆盖目标物的复合薄膜可以从太阳吸收热量，达到抑制升温目的，就像周围环境一样，使得目标物体对红外探测仪“隐形”。当夜晚来临，薄膜又能缓慢地释放热量，以匹配周围环境。此外，选用合适厚度的气凝胶薄膜覆盖在发热目标与相变复合薄膜之间，也能做到让发热物体“隐身”。

这种材料不仅可以用于红外隐身，还可以用作电子隔热材料、电池隔膜材料等，我们预测应用前景会非常广阔。

又薄又软的半导体新材料可制微纳光电器件

近日，南京工业大学研究人员课题组制备出一种超薄的高质量二维碘化铅晶体，并且通过它实现了对二维过渡金属硫化物材料光学性质的调控，为制造太阳能电池、光电探测器提供了新思路。

“我们首次制备的这一超薄碘化铅纳米片，专业术语称为‘原子级厚度的宽禁带二维 PbI2 晶体’，是一种超薄的半导体材料，厚度只有几个纳米。”论文第一作者、南京工业大学相关科研人员说，他们采用了溶液法来合成，这种方法对设备要求很低，具有简单、快速、高效的优点，能够满足大面积和高产量的材料制备需求。合成出的碘化铅纳米片具有规则的三角形或者六边形形状，平均尺寸 6 微米，表面光滑平整，光学性能良好。

科研人员把这一超薄的碘化铅纳米片与二维过渡金属硫化物结合，进行人工设计，把它们堆叠到一起，获得不同类型的异质结，因为能级排列方式不一样，因此碘化铅能够对不同二维过渡金属硫化物的光学表现起到不同影响。这种能带结构可以有效地提高发光效率，有利于制作像发光二极管、激光这类的器件，应用在显示与照明中，并可以利用在光电探测器、光伏器件等领域。

这一成果实现了超薄碘化铅对二维过渡金属硫化物材料光学性质的调控，与传统以硅基材料为主体的光电子器件相比，该成果具有柔性、微纳特点，因此可以应用在制备柔性化、可集成的光电子器件方面，基于碘化铅纳米片的二维半导体异质结，在可集成化的微纳光电器件领域有着广阔的应用前景，为制造太阳能电池、光电探测器等等，也提供了一个新思路。

福建物构所发现新型非π共轭深紫外非线性光学材料

深紫外非线性光学（NLO）晶体是许多高端科学仪器的重要核心器件。传统上，对于新型深紫外 NLO 晶体材料的探索主要集中π共轭体系。最近，非π共轭体系深紫外 NLO 晶体材料最近受到了科学家们越来越多的关注。其中，硫酸盐属于非π共轭体系化合物。但是，硫酸盐作为深紫外 NLO 晶体材料的可能性长期被忽略。

中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究课题组在国家自然科学基金杰出青年和重点项目以及赵三根研究员主持的中科协青年托举人才工程、福建省杰出青年基金等项目支持下，使用简便的水溶液法，将有利于深紫外透过的碱金属和铵引入到硫酸盐体系，制备了两种以 [SO4]2- 为基本结构单元的深紫外 NLO 晶体NH4NaLi2(SO4)2 和 (NH4)2Na3Li9(SO4)7。其中，NH4NaLi2(SO4)2 单晶测试的透光波段可低至 186 nm，并且呈现出良好的 NLO 性能，其倍频效应强度为 1.1 倍的 KDP，同时能够实现相位匹配。和 NH4NaLi2(SO4)2 相比，(NH4)2Na3Li9(SO4)7 虽然也能够实现相位匹配，但是其倍频效应强度仅为 0.5 倍的 KDP。NH4NaLi2(SO4)2 和 (NH4)2Na3Li9(SO4)7 具有相似的化学组成，而且两者的阴离子基元 [SO4]2- 的密度也大致相似（0.0113 per unit volume 和 0.0106 per unit volume）。但是，为什么两者的倍频效应强度却有如此大的差距？该课题组与中科院理化所研究员合作对两种材料进行了理论计算，发现它们结构中 S1O4 基元的非键合氧原子 2p 轨道取向不同，从而使两者的倍频效应有较大的差距。这一工作为开发新型深紫外 NLO 光学晶体材料提供了一种新的思路。

（NASA）开发新材料：飞机可在飞行时变形

美国宇航局（NASA）正在开发一种柔性碳纤维机翼，可以在飞行途中形成新的形状，为未来飞机的空气动力学编织网状智能机翼铺平道路。该项目被称为MADCAT，结合了先进的加工技术、新的注塑技术和尖端材料。

MADCAT（任务自适应数字复合航空结构技术）项目 - 由 NASA 艾姆斯研究中心的科学家进行。该项目的目标是开发能够以比传统襟翼更重要的方式适应飞行条件的机翼。

该团队设想了一个整体形状可以变形和适应的机翼，成为任何情况下最有效的形状。当然，这种机翼需要高度灵活，但也要对空气动力学需求做出快速反应。此外，它必须易于维护和修理。

解决方案是由碳纤维复合材料制成的超轻型机翼。注塑成型用于创建晶格结构，NASA 将其称为“块”，以交叉的模块化方式组合。“这种模式的变化创造了一种可以精确弯曲和适应的结构，”该机构解释说。“集成到机翼中的计算机使用算法来帮助它在飞行中变形并扭转成最有效的形状。”

机翼运行成功的关键是 MADCAT 的处理如何运作。传统的计算机系统将具有集中的处理点，其将接收信息然后发出指令。然而，这将导致不可接受的滞后，更不用说需要一个功能强大的处理器。相反，MADCAT使用整个机翼中集成的较小的分布式处理。每个机翼都与传感器编织在一起，在机翼周围的机翼表面上，收集有关气流等因素的数据。然后在相邻节点之间共享该数据，每个传感器获取其信息并将其与其周围的信息组合。

每个节点不是原始数据，而是将其推论和结论添加到传递的内容中。“换句话说，”NASA 解释说,“传感器不只是传递记录值 - 他们说这些值实际意味着什么，并且可以实时报告和解释气流模式，相应地调整飞机机翼的结构。”

出乎意料的是，虽然机翼可能很复杂，但实际上修理将比传统飞机更直接。各个块占据一个称为体素或体积元素（Volume Pixel）的空间，它们都是相同的。这意味着更少的独特件，使更换更容易。

NASA接下来的挑战是继续改进变形，并使结构更加简单并提高可靠性。最后，最终的设计可以使碳纤维复合材料机翼适合任何飞行、任何任务，或几乎任何大气条件。