“下一代奇迹材料”石墨炔首创成功

据最新一期《自然·合成》报道，美国科罗拉多大学研究人员开展的一项研究，已成功合成出科学家们数十年来孜孜以求的一种新型碳——石墨炔。该成果填补了碳材料科学长期存在的空白，或为电子、光学和半导体材料研究开辟全新的途径。

长期以来，科学家们不断探索构建新的碳同素异形体，石墨炔正是研究的焦点之一，因为它与另一种受到工业界高度青睐的碳“神奇材料”石墨烯相似。石墨烯研究已经在2010年获得了诺贝尔物理学奖。然而在石墨炔领域，尽管经过数十年的理论研究和实践，科学家只创建出几个石墨炔片段。

根据sp2、sp3和sp杂化碳（或碳原子与其他元素结合的不同方式）及其相应键的利用方式，可采用不同的方式构建碳同素异形体。最著名的碳同素异形体是常用于铅笔和电池等工具的石墨以及金刚石，它们分别由sp2碳和sp3碳制成。

科学家们利用传统化学方法成功地创造了各种同素异形体，包括富勒烯（其发现于1996年获得诺贝尔化学奖）和石墨烯。然而，这些方法不允许不同类型的碳以任何大容量一起合成，这使得推测具有独特电子传导、机械和光学特性的石墨炔材料，停留在理论阶段。

科罗拉多大学博尔德分校化学系教授张伟团队使用炔烃复分解过程以及热力学和动力学控制，成功地创造出以前从未实现的成果：一种可与石墨烯的导电性相媲美但可控的材料。炔烃复分解是一种有机反应，需要重新分配或切割、重整炔烃化学键（一种具有至少一种碳—碳三重共价键的碳氢化合物）。

张伟表示，石墨烯和石墨炔之间有很大的区别，而石墨炔有望成为“下一代奇迹材料”。虽然材料已经成功创建，但研究团队希望进一步研究它的特定细节，包括如何大规模创建材料以及如何对其进行操作。张伟说，研究团队正在尝试从多个维度探索这种新型材料，包括实验和理论，从原子级到真正的设备，这些努力将有助于弄清楚该材料的电子传导和光学特性如何用于锂离子电池等工业应用。

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的一个工程师团队开发出一种3D打印方法，可在数秒钟内用光将不透明的树脂制成物体。这一突破或在生物医学行业有良好应用前景，例如可用于制造人工动脉。相关研究近日发表在《先进科学》杂志上。

工程师们只花了20秒就制作出《星球大战》中的尤达的微小雕像。图片来源：瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）

早在2017年，EPFL工程学院应用光子器件实验室（LAPD）的工程师们就设计了一种能够几乎瞬间制造物体的3D打印机。5年后，该团队改进了他们的打印设备和方法，可生产出由不透明树脂制成的物品，而这在以前是无法实现的。

EPFL的3D打印机是世界上速度最快的打印机之一。大多数3D打印机是通过一层一层地沉积材料来工作的，这一过程被称为增材制造。而EPFL使用的是容积法，即将树脂倒入容器中并旋转。工程师从不同的角度用光照射容器，使树脂中积累的能量超过给定水平时就会固化。这是一种非常精确的方法，可以与现有3D打印技术相同的分辨率制造物品。

这一容积法可用于几乎任何形状的物体。工程师们只花了20秒就制作出《星球大战》中的尤达（Yoda）的微小雕像，而传统的制造工艺大约需要10分钟。

光线能够通过与塑料中包含的光敏化合物相互作用来固化树脂。工程师表示，新方法只有在光线以直线穿过树脂而没有偏离的情况下才有效，而不透明树脂中光无法顺利传播。为此，他们设计出一种解决方案。

首先，他们使用摄像机观察光线通过树脂的轨迹，然后通过调整计算来补偿光线失真。他们还对打印机进行了编程，以便运行计算并校正光线，这确保了机器能适时达到固化树脂所需的能量。于是，工程师们能够以几乎与透明树脂相同的精度打印不透明树脂中的物体，这是一个重大突破。

下一步，工程师们希望能够同时利用新方法打印几种材料，并将打印机的分辨率从十分之一毫米提高到微米。