頂刊動態｜Nature：9月材料前沿科研成果精選

Nature 2016年9月科研動態精選預覽：土耳其比爾肯特大學——利用超快脈沖燒蝕冷卻法進行材料去除；法國巴黎第七大學——碳納米管中的半徑依賴滑移流；復旦大學——光控微流體新技術；美國亞利桑那州立大學——高溫下仍能兼具強度和抗蠕變性的納米晶合金；美國康奈爾大學——通過原子尺度調控實現材料的室溫鐵電、多鐵性；美國弗吉尼亞大學——一種采用γ射線和磁共振進行成像和光譜分析的新方法。

1、利用超快脈沖燒蝕冷卻法進行材料去除

圖1 激光燒蝕冷卻去除材料原理

飛秒激光脈沖潛力被較低的材料去除速度及激光技術相關的復雜性所限制。土耳其比爾肯特大學的Fatih ?mer Ilday（通訊作者）等人利用燒蝕冷卻和激光脈沖群的超快速猝發，能夠高效且無熱損地燒蝕目標材料。該方法已被證實能夠成功運用于大腦組織及齒質，例如運用該技術可以無熱損害地在一分鐘內去除2立方毫米的腦組織或者一分鐘內去除3立方毫米的牙質。

文獻鏈接：Ablation-cooled material removal with ultrafast bursts of pulses（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature18619）

相關導讀：Nature：利用超快脈沖燒蝕冷卻法進行材料去除

2、碳納米管中的半徑依賴滑移流

圖2 噴流實驗裝置示意圖

法國巴黎第七大學的Alessandro Siria和Lydéric Bocquet（共同通訊作者）等人研究了流體在碳納米管中的輸運機制和水–碳界面之間的機理。該團隊研究了幾種不同尺寸的單層碳納米管和氮化硼納米管，他們通過觀測納米管外的流體射流和控制納米管長度與直徑的方式克服了碳納米管的半徑和長度檢測的難題。該研究重提被忽略的流體動力流和材料電子結構的關系，為縮小硬凝聚態物理和軟凝聚態物理之間的差距開辟了新的研究方向。

文獻鏈接：Massive radius-dependent flow slippage in carbon nanotubes（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19315）

相關導讀：Nature：碳納米管中的半徑依賴滑移流

3、光控微流體新技術

圖3 管狀微型驅動器（TMAs）的設計

復旦大學俞燕蕾（通訊作者）團隊研發了一種新型的光控微型驅動器，實現了對液體的非接觸的實時控制。研究人員從血管壁的構造中獲得靈感，采用了光致形變的交聯液晶聚合物制備出了管狀微型驅動器（TMAs）。這種微尺度下的光誘導液體混合和微球的捕獲和移動能夠極大地簡化微流體設備。該微型驅動器可被制備成多種形狀，推動非極性乃至極性液體移動。這種光致形變的TMAs能夠廣泛應用在微反應器、芯片實驗室和微光機系統領域中。

文獻鏈接：Photocontrol of fluid slugs in liquid crystal polymer microactuators（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19344）

相關導讀：復旦大學Nature革新之舉：光控微流體新技術！（附央視報道視頻）

4、高溫下仍能兼具強度和抗蠕變性的納米晶合金

圖4 納米晶Cu-10at%Ta合金中的鉭基納米團簇的TEM圖像

美國亞利桑那州立大學的K. N. Solanki（通訊作者）等人研制出了一種在高溫下仍能兼具強度和抗蠕變性的納米晶銅鉭合金（Cu-10at%Ta）。研究人員首先通過機械合金化即用高能研磨機或球磨機實現固態合金化的技術得到納米晶粉末，隨后對獲得的粉末進行 等徑角擠壓制成合金塊。該納米晶合金在高溫下仍能兼具強度和極佳的抗蠕變性，其蠕變速率比大部分納米晶金屬要低6-8個數量級。

文獻鏈接：Extreme creep resistance in a microstructurally stable nanocrystalline alloy（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19313）

相關導讀：Nature：美國陸軍研究實驗室成功研制出高溫下仍能兼具強度和抗蠕變性的納米晶合金

5、通過原子尺度調控實現材料的室溫鐵電、多鐵性

圖5 (LuFeO3)m/(LuFe2O4)n超晶胞的磁性和鐵電性的性能表征結果圖

美國康奈爾大學的科學家Darrell G. schlom（通訊作者）等人報道了一種構建室溫條件下鐵電和磁性耦合的單相多鐵材料的新方法。研究人員采用LuFe2O4作為表面矩陣，在合成過程中引入特殊的FeO單層材料，實現了(LuFeO3)m/(LuFe2O4)1超晶胞的構建。該研究闡明了這種合成方案可以制備出具有較高溫度條件下的磁電耦合的多鐵材料，并且很好得利用了該類材料的幾何不穩定性、晶格的變形以及外延生長技術，成功設計出理想的磁電耦合材料。

文獻鏈接：Atomically engineered ferroic layers yield a room- temperature magnetoelectric multiferroic（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19343）

相關導讀：Nature：康奈爾大學-通過原子尺度調控實現材料的室溫鐵電、多鐵性

6、一種采用γ射線和磁共振進行成像和光譜分析的新方法

圖6 極化核成像示例

美國弗吉尼亞大學的Gordon D. Cates（通訊作者）等人開發了一種采用γ射線和磁共振進行成像和光譜分析的新技術。他們研究發現各向異性的γ射線輻射可以為放射性核示蹤器的成像和光譜分析提供一種信號檢測的新方法。采用射頻電磁輻射和磁場梯度的脈沖，空間信息被編碼成微量極化放射性示蹤劑的自旋取向。通過檢測γ射線即可得到成像信息，而不是檢測微弱的射頻信號，且一個單一的γ射線探測器就可以用來獲取圖像。這種模式的高靈敏度擴展了磁共振的應用范圍，并可能催生新一代放射性示蹤器。

文獻鏈接：A method for imaging and spectroscopy using γ-rays and magnetic resonance（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19775）

本文由材料人編輯部學術組Sea供稿，材料牛編輯整理。

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