摘要：麻省理工學院混凝土可持續發展中心（CSHub）、法國國家科學研究中心（CNRS）和艾克斯-馬賽大學的研究人員發現，水泥的形狀會隨着水飽和度的變化而變化。爲了處理孔隙網絡中的水，研究人員首先解決了部分飽和多尺度兩個問題，而後用計算機建模技術模擬了乾燥對空間尺度的影響，並發現在溫和乾燥條件下內部結構會發生不可逆的重排。

★新型複合塗層極大地提高碳納米管陣列的界面散熱

★可用於多種氣相反應的多孔催化劑

★研究人員揭開光驅動化學反應的謎團

★研究發現水飽和度嚴重影響水泥結構

★新型快速加熱設備可實現非晶態硅薄膜的優質結晶

★索爾維公佈了AM杯競賽的獲獎者

★MIT研發出新型液體浸漬表面

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01

新型複合塗層極大地提高碳納米管陣列的界面散熱

目前，基於硅的微納米元件已達到硅材料的傳熱極限。另一方面，由於具有超高的導熱性以及同納米尺寸器件的兼容性，碳納米管有望成爲微納米熱管理中的下一代元件。但是碳納米管有限的界面散熱卻限制了其在微納米元件中的應用。

一個由北京科技大學和南洋理工大學組成的團隊，利用化學氣相沉積的方法，在碳納米管陣列上獲得了類金剛石狀碳/TiN塗層，它能夠提高陣列和散熱器之間的界面散熱。該團隊還研究了接觸界面粗糙度、碳納米管長度及直徑和接觸熱阻的關係，併成功將接觸熱阻從15 mm2k/W降低至0.3 mm2k/W，實現了50倍的下降。其研究成果發表在期刊Carbon上。科研人員希望上述研究能夠推動未來在微電子和納米能源領域，實現高性能陣列納米熱界面材料的工業應用和高效熱管理。

複合塗層垂直分佈在碳納米管上的示意圖（來源：北京科技大學）

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02

可用於多種氣相反應的多孔催化劑

近日，巴斯克大學等研究機構共同開發了一個新項目，通過有機金屬框架(MOF)建立可持續的“選擇性”，誕生了一個各金屬節點由有機配體連接的多孔材料族。科學家們證明，在縮合條件下定製的MOF催化劑，在沒有活化劑和溶劑的情況下，依舊具有很高的選擇性和穩定性，爲開發適用於多種氣相反應的高效多相催化劑開闢了新途徑，該研究成果發表在Nature Communications雜誌上。研究人員設計了MOF (Ru)HKUST-1的缺陷，並對這些缺陷進行了表徵，證明了其對乙烯二聚反應具有催化活性。此外，利用巴塞羅那超級計算中心(BSC)的計算資源，模擬了MOF系統，進行了缺陷表徵及原理計算，發現了由缺陷引起的不飽和金屬中心的驅動活性，以及節點的雙金屬控制選擇性。在測試了該系統的催化性能後，研究人員通過核內冷凝提高了催化劑的可回收性和穩定性。接下來研究人員還將進行過渡金屬的MOF催化研究，以便應用到更多的氣相反應中。

MOF (Ru)HKUST-1示意圖（來源：Manuel A. Ortuño）

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03

研究人員揭開光驅動化學反應的謎團

植物可以進行光合作用，並且所涉及的基本物理機制可以應用在太陽能水解制氫等方面。但是，研究人員對光合作用的物理機制仍然知之甚少。然而，來自約翰內斯古騰堡大學和休斯頓萊斯大學的研究人員現在已經解決了一個主要的謎團。科研人員採用了兩種非常特殊的硫醇異構體，這種分子的結構排列成碳原子的籠子。在籠狀結構內的分子是兩個硼原子。通過改變兩種異構體中硼原子的位置，研究人員能夠改變籠子上的空間電荷分離。也就是說，當兩種類型的籠子應用於金屬納米粒子的表面並使用光激發等離子體，等離子體就會發生局部共振。該研究發表在最新的Science Advances雜誌上。

當吸附物與金屬結合時，它們在金屬中誘發電偶極子。金屬中自由移動的電子可以與這些誘導的偶極子碰撞並失去能量；（b + c）這種碰撞的效率取決於誘導偶極子的取向，從而取決於吸附物的化學性質（來源：Felix Schlapp，JGU）

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04

研究發現水飽和度嚴重影響水泥結構

水泥是一種可以吸收水分高度多孔的材料。麻省理工學院混凝土可持續發展中心（CSHub）、法國國家科學研究中心（CNRS）和艾克斯-馬賽大學的研究人員發現，水泥的形狀會隨着水飽和度的變化而變化。在水泥水化期間，水泥水合物的納米顆粒彼此聚集，所有成分將粘合在一起並形成網絡結構。由於這些孔隙網絡非常小，環境溼度足夠填滿這些孔隙。爲了處理孔隙網絡中的水，研究人員首先解決了部分飽和多尺度兩個問題，而後用計算機建模技術模擬了乾燥對空間尺度的影響，並發現在溫和乾燥條件下內部結構會發生不可逆的重排。這種計算方法能更好地幫助理解水泥乾燥效果。相關文獻發表在Proceedings of the National Academy of Sciences 雜誌上。

水泥樣品的孔隙網絡結構（來源：Katerina Ioannidou等）

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新型快速加熱設備可實現非晶態硅薄膜的優質結晶

來自東京農業技術大學、ORC製造有限公司和Techno Research的科學家們利用微波感應無線加熱燈，創造了快速加熱技術，實現了非晶態硅薄膜的優質結晶。該無線燈在節能、可維護性、耐用性上表現突出，有望成爲一種無可比擬的新型加熱設備。該研究的詳細內容發表在IEEE上。研究小組製造了一種無極燈-碳加熱管(CHT)，其中碳顆粒填充在一個充滿氬氣的石英管中。支管在200w微波輻照下，碳粒子吸收微波，可加熱至1279℃。該加熱管不需要電線；不會產生熱散失，非常節能；不需要稀有金屬，降低生產成本。利用CHT創建的加熱系統在4英寸石英玻璃基板上形成了非晶態硅薄膜樣品。反射率光譜和拉曼散射光譜分析結果表明，在樣品的整個表面形成了質量優良的結晶膜，結晶率高達0.92，可與激光結晶膜相媲美。目前的研究結果表明，該技術具有廣闊的應用前景。

快速加熱系統的原理圖（來源：Tokyo University of Agriculture and Technology）

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06

索爾維公佈了AM杯競賽的獲獎者

索爾維公佈了2019年AM杯的獲獎者，這是一項針對全球大學生的競賽，使用該公司的聚苯碸AM長絲3D打印特定形狀。每個比賽團隊都收到了一個長絲線軸，並被要求在z軸上覆制一個ASTM D638 V型拉伸杆和一個波浪形壓力管。這些團隊還需要提高尺寸精度和機械性能。同時，評委還評估了3D打印方法的創造性。最終，來自德國慕尼黑技術大學的Gekko Performance團隊在V型拉伸杆中實現了100％的z軸強度，其波浪管顯示出高尺寸精度和機械性能，從而獲得冠軍。

要求每個團隊在z軸上覆制ASTM D638 V型拉伸杆和波浪形壓力管（來源：Reinforced plastics materialstoday）

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07

MIT研發出新型液體浸漬表面

麻省理工學院的一個研究小組現在已經解決了一個新的關於消費者和製造業的問題：如何使更厚的材料滑動而不會粘連或變形。團隊開發的光滑塗料，稱爲液體浸漬表面，可以具有許多優點，包括消除由於粘附在加工設備內部的材料而導致的生產浪費。它們還可以提高藥品的產品質量，甚至提高液流電池的效率，這是一種快速發展的技術，可以通過爲發電提供廉價的存儲來幫助培養可再生能源。

新工藝開始於製作納米級紋理的表面，或者通過在表面上蝕刻一系列緊密間隔的柱子，或者機械研磨凹槽或凹坑。由此產生的紋理被設計成具有毛細管作用的微小特徵，允許樹木通過樹皮下方的微小開口將水吸到其最高分支的相同過程，可以起到保持液體（例如潤滑油）的作用。具有這種襯裏的容器內的任何材料基本上僅與潤滑液接觸，因此直接滑動而不是粘到固體容器壁上。

（圖片來源：MIT）

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