顶刊动态｜Nature：9月材料前沿科研成果精选

Nature 2016年9月科研动态精选预览：土耳其比尔肯特大学——利用超快脉冲烧蚀冷却法进行材料去除；法国巴黎第七大学——碳纳米管中的半径依赖滑移流；复旦大学——光控微流体新技术；美国亚利桑那州立大学——高温下仍能兼具强度和抗蠕变性的纳米晶合金；美国康奈尔大学——通过原子尺度调控实现材料的室温铁电、多铁性；美国弗吉尼亚大学——一种采用γ射线和磁共振进行成像和光谱分析的新方法。

1、利用超快脉冲烧蚀冷却法进行材料去除

图1 激光烧蚀冷却去除材料原理

飞秒激光脉冲潜力被较低的材料去除速度及激光技术相关的复杂性所限制。土耳其比尔肯特大学的Fatih Ömer Ilday（通讯作者）等人利用烧蚀冷却和激光脉冲群的超快速猝发，能够高效且无热损地烧蚀目标材料。该方法已被证实能够成功运用于大脑组织及齿质，例如运用该技术可以无热损害地在一分钟内去除2立方毫米的脑组织或者一分钟内去除3立方毫米的牙质。

文献链接：Ablation-cooled material removal with ultrafast bursts of pulses（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature18619）

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2、碳纳米管中的半径依赖滑移流

图2 喷流实验装置示意图

法国巴黎第七大学的Alessandro Siria和Lydéric Bocquet（共同通讯作者）等人研究了流体在碳纳米管中的输运机制和水–碳界面之间的机理。该团队研究了几种不同尺寸的单层碳纳米管和氮化硼纳米管，他们通过观测纳米管外的流体射流和控制纳米管长度与直径的方式克服了碳纳米管的半径和长度检测的难题。该研究重提被忽略的流体动力流和材料电子结构的关系，为缩小硬凝聚态物理和软凝聚态物理之间的差距开辟了新的研究方向。

文献链接：Massive radius-dependent flow slippage in carbon nanotubes（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19315）

相关导读：Nature：碳纳米管中的半径依赖滑移流

3、光控微流体新技术

图3 管状微型驱动器（TMAs）的设计

复旦大学俞燕蕾（通讯作者）团队研发了一种新型的光控微型驱动器，实现了对液体的非接触的实时控制。研究人员从血管壁的构造中获得灵感，采用了光致形变的交联液晶聚合物制备出了管状微型驱动器（TMAs）。这种微尺度下的光诱导液体混合和微球的捕获和移动能够极大地简化微流体设备。该微型驱动器可被制备成多种形状，推动非极性乃至极性液体移动。这种光致形变的TMAs能够广泛应用在微反应器、芯片实验室和微光机系统领域中。

文献链接：Photocontrol of fluid slugs in liquid crystal polymer microactuators（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19344）

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4、高温下仍能兼具强度和抗蠕变性的纳米晶合金

图4 纳米晶Cu-10at%Ta合金中的钽基纳米团簇的TEM图像

美国亚利桑那州立大学的K. N. Solanki（通讯作者）等人研制出了一种在高温下仍能兼具强度和抗蠕变性的纳米晶铜钽合金（Cu-10at%Ta）。研究人员首先通过机械合金化即用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的技术得到纳米晶粉末，随后对获得的粉末进行 等径角挤压制成合金块。该纳米晶合金在高温下仍能兼具强度和极佳的抗蠕变性，其蠕变速率比大部分纳米晶金属要低6-8个数量级。

文献链接：Extreme creep resistance in a microstructurally stable nanocrystalline alloy（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19313）

相关导读：Nature：美国陆军研究实验室成功研制出高温下仍能兼具强度和抗蠕变性的纳米晶合金

5、通过原子尺度调控实现材料的室温铁电、多铁性

图5 (LuFeO3)m/(LuFe2O4)n超晶胞的磁性和铁电性的性能表征结果图

美国康奈尔大学的科学家Darrell G. schlom（通讯作者）等人报道了一种构建室温条件下铁电和磁性耦合的单相多铁材料的新方法。研究人员采用LuFe2O4作为表面矩阵，在合成过程中引入特殊的FeO单层材料，实现了(LuFeO3)m/(LuFe2O4)1超晶胞的构建。该研究阐明了这种合成方案可以制备出具有较高温度条件下的磁电耦合的多铁材料，并且很好得利用了该类材料的几何不稳定性、晶格的变形以及外延生长技术，成功设计出理想的磁电耦合材料。

文献链接：Atomically engineered ferroic layers yield a room- temperature magnetoelectric multiferroic（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19343）

相关导读：Nature：康奈尔大学-通过原子尺度调控实现材料的室温铁电、多铁性

6、一种采用γ射线和磁共振进行成像和光谱分析的新方法

图6 极化核成像示例

美国弗吉尼亚大学的Gordon D. Cates（通讯作者）等人开发了一种采用γ射线和磁共振进行成像和光谱分析的新技术。他们研究发现各向异性的γ射线辐射可以为放射性核示踪器的成像和光谱分析提供一种信号检测的新方法。采用射频电磁辐射和磁场梯度的脉冲，空间信息被编码成微量极化放射性示踪剂的自旋取向。通过检测γ射线即可得到成像信息，而不是检测微弱的射频信号，且一个单一的γ射线探测器就可以用来获取图像。这种模式的高灵敏度扩展了磁共振的应用范围，并可能催生新一代放射性示踪器。

文献链接：A method for imaging and spectroscopy using γ-rays and magnetic resonance（Nature，2016，DOI: 10.1038/nature19775）

本文由材料人编辑部学术组Sea供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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