微納米孔隙的案例
微納米孔隙滲流及細顆粒遷移運動 ￥1500
本案例首先基于圖像處理方法將SEM二維掃描圖像的孔隙模型進行了提取，如圖1所示。將提取的孔隙網絡模型導入有限元軟件中進行滲流模擬，模擬結果如圖2所示。
圖1 二維孔隙網絡模型，圖中藍色部分為孔隙部分，紅色部分為巖體部分
圖2 孔隙滲流場及孔隙內細顆粒遷移運動過程
感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流！
利茲大學《AM》多模態孔隙率/增強催化/微籠碳納米管氣凝膠
乳液模板化的納米管通過單向冷凍、冷凍干燥和熱還原鎖定到位。交聯的 CNT 氣凝膠表現出由 CNT 內腔（微孔率）、CNT 數密度（中孔率）和液滴尺寸（大孔率）的選擇控制的解耦多峰孔隙率。
圖1
乳液模板化
DWCNT 和 MWCNT 氣凝膠的可調微籠內部結構。
A) DWCNT 氣凝膠內部微籠結構的低倍 SEM 圖像。B、C) 單個 DWCNT 微籠的更高放大倍數 SEM 圖像，顯示出相互連接的單層納米管。D、E) 微籠壁中交織的 DWCNT 的 TEM 明場圖像。F-J) 通過模板控制 (F) 實現工程大孔隙率，從而產生：大 (35 μm) (G,I) 和小 (3 μm) (H,J) 微籠，具體取決于乳化能量輸入。
圖2
通過保留結構的氣相功能化方法，用“裸”金屬
Cu-CuO 核殼 NPs（Cu@CNT 氣凝膠）裝飾 CNT 氣凝膠。
A）典型的揮發性金屬絡合物前體（Cu（acac）
2
）升華-沉積到納米管氣凝膠框架上，然后熱沖擊前體分解成Cu-CuO核-殼NPs的示意圖。B) 同步輻射源 X 射線吸收光譜和 C) Cu@DWCNT 氣凝膠的 X 射線光電子能譜揭示了金屬 Cu-CuO NPs 組成的理化信息。D) SEM 背散射電子模式 (BSE)。E,F) 明場 TEM 和 G) Cu@DWCNT 氣凝膠的 STEM-EDX 圖像顯示了氣凝膠微觀結構的結構保存，Cu-CuO NP 分布。
圖
3
用
Pd 和 Ru NPs 裝飾的乳液模板納米管氣凝膠。
A) SEM (BSE 模式) 和 B) Pd@DWCNT 氣凝膠的 SEM-EDX 元素映射。
展開 一種提升碳納米管/聚二甲基硅氧烷納米復合材料界面熱傳輸的微結構焊接工藝
來源 | Advanced Functional Materials
01
背景介紹
聚合物基材料由于其優異的靈活性，重量輕，優良的可加工性和低成本的特點，在大功率微電子器件的熱管理方面引起了廣泛的關注。但是，大多數聚合物具有相對較低的導熱系數，范圍為0.1至0.5 W/mk。提高聚合物導熱性的一種簡單而有效的方法是將高導熱填料(如金屬、陶瓷、碳基材料)摻入聚合物中。碳納米管，由于其出色的導熱性(≈1000-3000 W/mk)，似乎是一種很有前途的導熱填料。根據麥克斯韋方程，1 vol%的碳納米管負載應該會導致聚合物納米復合材料的導熱性增加十倍。然而，碳納米管增強納米復合材料的高界面熱阻極大地限制了碳納米管優越導熱性的利用，導致導熱系數低于理論計算的預期。
一般來說，碳納米管增強納米復合材料的界面熱阻可分為基體與碳納米管界面處的熱阻和碳納米管填料之間的熱阻。聚合物基體和碳納米管填料之間的界面熱阻歸因于它們的聲子譜的巨大不匹配，這是難以消除的。界面焊接是提高聚合物納米復合材料導熱性能的一種有效方法。例如，碳化聚酰亞胺(PI)焊接的3D石墨烯骨架的導熱性提高了兩倍。在我們之前的工作中，石墨層焊接的3D碳納米管網絡由于在結處有效的聲子和應力傳遞而顯示出大大改善的導熱性。通過界面焊接，還觀察到氮化硼和碳化硅納米線網絡的導熱性顯著增強。然而，目前仍然缺乏對于界面聲子傳輸機理的深入研究。
02
成果掠影
近期，天津大學封偉教授、香港理工大學沈曦教授和香港中文大學（深圳）鄭慶彬教授聯合采用實驗與分子動力學模擬相結合的方法，系統研究了界面焊接對CNT增強聚合物納米復合材料導熱性能的影響。該文報道了一種界面焊接策略來構建三維導熱網絡(GS-w-CNT)。
展開 3D打印微結構比頭發絲還細！瑞士微納米3D打印機進入中國市場
微納米尺度的3D打印機有沒有見過？它可以輕松打印出超小尺寸、超高精度的3D模型，尺寸比人的頭發絲還細，模型小到人肉眼都無法分辨。
△微納3D打印的螺旋結構，比頭發絲還細
2018年8月3日，瑞士 Cytosurge AG 公司所開發的微納米3D打印機「FluidFM μ3Dprinter」將引入中國市場。該款3D打印機可打印出納米和微米等級的 3D 金屬和聚合物結構。
其技術源自于原子力顯微鏡(AFM)，通過精準控制的平臺(XY 軸控制精度±250nm；Z 軸控制精度<5nm)并結合可輸送納米等級材料的封閉微型通道 (iontip) 來制作成型 3D 或 2.5D 結構，藉由不同的 iontip 方案模塊噴頭，將能應用于生物物理學、生命科學與微機電、半導體等3D 打印領域的研發驗證，協助提供微結構研究的解決方案．可望引領國內半導體及醫藥生物技術的研發應用邁向新的一頁。
△FluidFM μ3Dprinter用于納米光刻、崎嶇表面打印、納米和微米等級的3D金屬和聚合物結構打印。
FluidFM 技術結合微流體及原子力顯微鏡的優勢壓力感測，離子探頭內顯微通道可供微量液體流通。
微流體與原子力顯微鏡的獨特組合可創造出形體更復雜、純度更高的金屬物體。光學原子力反饋機構可進行即時的過程控制。FluidFM離子探頭注射口的最小口徑可小于人類頭發直徑1/500。在這個注射口徑尺寸下，最低流速可達每秒數飛升，是目前最先進流量探測器的探測限值1/1,000,000。FluidFM技術使微納米級復雜金屬物體的制造成為可能。
展開 
蘇州大學董彬教授課題組等《PNAS》：基于氮化碳/聚吡咯納米顆粒的光驅動微納米機器人
受自然界的啟發，近年來科學家發展了多種能夠趨光運動的游動微納米機器人，然而，實現像微生物一樣同時具有趨光和避光的行為依然極具挑戰。
近日，蘇州大學董彬教授課題組聯合中科院物理所楊明成教授課題組和華南師范大學董任峰教授合作報道了一種基于氮化碳（C3N4）/聚吡咯納米顆粒（PPyNP）的游動微納米機器人。在光照下，其行為類似于綠藻，其能夠感知光強變化，在低光強下趨光運動，在強光下避光運動。這種仿生性的運動行為主要是由于同時集成到游動微納米機器人中的兩種協同競爭機制（自擴散泳和自熱泳）所引起的。更為有趣的是，通過調節光強，這兩種機制之間的協同競爭可以實現游動微納米機器人集群在均勻光照下的群體雙向趨避光運動以及在非均勻光場下的群體渦旋運動行為。這一研究成果為設計具有復雜運動行為的游動微納米機器人提供了新思路，也為光驅動微納米機器人的進一步應用奠定了基礎。
圖1.（A-D）C3N4/PPyNP游動微納米機器人在較弱平行光下（0.4 W/cm2）趨光，中等強度平行光下（0.8 W/cm2）做類似布朗運動和較強平行光下（1.2 W/cm2）避光的示意圖和軌跡圖。(G-H) C3N4/PPyNP游動微納米機器人在動態調整光強下（0.4 W/cm2-1.2 W/cm2）往復運動示意圖和軌跡圖像（入射光角度為30°）。
圖2 （a-f）C3N4/PPyNP游動微納米機器人集群在較弱平行光下（0.4 W/cm2）趨光，較強平行光下（1.2 W/cm2）避光和中等強度平行光下（0.8 W/cm2）做類似布朗運動的示意圖和軌跡圖（入射光角度為30°）。
展開 精密微納米結構測量解決方案
主要用于對各種產品、部件和材料表面的平面度、粗糙度、波紋度、面形輪廓、表面缺陷、磨損情況、腐蝕情況、孔隙間隙、臺階高度、彎曲變形情況、加工情況等表面形貌特征進行測量和分析。
直接測量透明的樣件表面：
高精度儀器設備需求不斷推動著微納米技術向前發展，因此高精度的微納檢測技術也成為了必然需求。根據不同測量要求，每種高精度測量儀器都有其適用性，在選設備的時候要根據具體需求來選擇。
微流體/生物流/納米流仿真
現代微流體裝置將機械，流體，光學和電子功能集成在一個非常小的封裝中，這個種模塊化集成方式在成本、體積、重量和直接集成到較大系統的便利性方面，與傳統相應裝置相比具有重要優勢。三維建模和可視化是提供豐富的定量分析的有效工具，大大縮短了研究時間，降低了設計和生產成本。利用FLOW-3D的自由表面和多相流建模功能，可以輕松準確地模擬微流體，生物流體和納米流體。請您瀏覽本節中的案例，通過FLOW-3D提供的解決方案可以更好的解決微流體（微流體、生物流體、納米流體）行業面臨的挑戰。
微機電（Micro-Electro Mechanical Systems,MEMS)是一個快速成長的新科技領域。現在許多微機電結構，已經開始采用與半導體類似的制程。微機電技術整合了機械、流體、光學，以及電子技術，微機電設備的尺寸大小大約是從0.1 microns 到 1毫米。微機電機構與傳統機構相比，有兩個主要的優勢。首先，微機電機構可以大量生產，因此成本可以降低。其次，微機電機構可以直接與電路設備整合，因此可以處理應用于更復雜的問題上。 FLOW-3D在微流體的應用領域相當廣泛。已經有多種特殊模型成功應用 FLOW-3D 得到相當精確的仿真結果。
Acoustophoresis
光流控
基于液滴的微流體
連續流動微流體
數字微流體
相變
細胞行為
微流體視頻庫
申請關于微流體的詳細技術資料：申請技術資料
展開 基于COMSOL的空間調制電場誘導聚合物微納米結構成型
聚合物微納米結構由于獨特的物理和化學功能而受到越來越多的關注，可以廣泛應用于微流控、有機光電子、生物檢測等方面。在聚合物微納米結構制造方法中，空間調制電場誘導聚合物流變成形技術由于在材料普適性、結構均勻性等方面的獨特優勢，獲得了學術界的關注。“空間調制電場誘導聚合物流變成形”工藝采用結構化導電模板與涂覆有聚合物薄膜的導電襯底作為對電極，形成誘導模板/空氣/聚合物/導電襯底的多層結構。電極對之間施加電壓后，因模板結構的調制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調制電場”產生的 Maxwell 應力張量驅動聚合物朝向誘導模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結構。
數值模擬：針對目前線性穩定分析方法在空間調制電場誘導聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應，建立了基于電流體動力學的兩相流動力學模型，并從力學分析角度出發研究了聚合物在空間調制電場作用下的流動成形機理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關系，深入理解空間調制電場誘導聚合物流變成形的本質原因。
兩相流動力學模型 ：由于聚合物復形過程中誘導模板與導電襯底的固定性，聚合物誘導流變過程的動態演變可歸結于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態。在描述空間調制電場誘導聚合物流變行為中，需要解決的關鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準確的追蹤氣液界面，即如何展現電場誘導聚合物流變成形的動態過程。
展開 微納米表面輪廓形貌用什么測量儀器
在現代科技發展的今天，微納米表面輪廓形貌測量已成為許多領域的重要研究內容。微納米表面輪廓形貌的測量可以幫助我們了解材料的物理特性、表面形態以及質量狀況。那么，有哪些微納米表面輪廓形貌測量儀器？
1、白光干涉儀
白光干涉儀是一種常見的微納米表面輪廓儀測量儀器，常用于研究產品的微觀形貌和粗糙度。它利用光的波長差異產生干涉條紋，通過計算條紋的變化情況來確定物體表面的輪廓。
針對完成樣品超光滑凹面弧形掃描所需同時滿足的高精度、大掃描范圍的需求，W1白光干涉儀復合型EPSI重建算法，解決了傳統相移法PSI掃描范圍小、垂直法VSI精度低的雙重缺點。在自動拼接模塊下，只需要確定起點和終點，即可自動掃描，重建其超光滑的表面區域，不見一絲重疊縫隙。
白光干涉儀具有測量范圍寬、測量快速、精度高等優點，在許多領域廣泛應用。但主要還是用于產品微觀形貌測量，特別是從光滑到粗糙等各種精細器件表面的測量，精度一般是亞納米級別。
2、共聚焦顯微鏡
共聚焦顯微鏡以針孔共聚焦技術為原理，對大傾角的產品有更好的成像效果。廣泛應用于半導體制造及封裝工藝檢測。大傾角超清納米測量，在滿足精度的情況下使用場景更具有兼容性。
微納米表面輪廓形貌測量儀器的選擇取決于所需分辨率、材料類型、實驗條件等因素。選擇適合的測量儀器對于準確獲取樣品表面形貌和特征至關重要，有助于推進科學研究和技術應用的發展。
我們應該怎樣使用？
微納米表面輪廓儀的使用技巧：
1.
展開 梯度納米晶材料的本構建模及微結構調控
根據不同的材料變形機理和制備工藝，梯度結構被越來越多地應用到工程材料中，比如通過在內部引入不同的梯度微結構（梯度晶粒結構、梯度孿晶結構、梯度位錯結構、梯度相變結構等），使材料具備更高的強度、硬度、加工硬化能力、延展性和抗疲勞性能。經過多年發展，目前制備梯度結構材料的方法已經十分豐富，比如表面研磨、表面碾磨、物理或化學沉積、激光沖擊等。
為了更好地發展和應用梯度結構材料，需要預測不同梯度結構材料的力學性能，從而進行優化調整。因此，深入理解梯度結構材料的強韌性機理、微結構演化與宏觀力學響應的關聯，進而建立描述梯度結構材料變形行為的本構模型，成為亟待解決的關鍵問題。
圖1 不同的梯度微結構示意圖。（來源：盧柯. 梯度納米結構材料，金屬學報 51（2015）1-10）
在國家自然科學基金項目《梯度納米晶粒/孿晶材料的本構建模及微結構設計》（項目編號：1167020206）的資助下，西南交通大學力學與工程學院張旭研究組與德國馬普鋼鐵所Dierk Raabe教授團隊合作開展研究，論文第一作者陸曉翀針對2011年中科院金屬所盧柯院士團隊在《Science》上報道的梯度納米晶粒材料，建立了基于復雜位錯演化機制的尺寸相關晶體塑性本構模型，并引入了晶粒長大機制和損傷演化模型。依托馬普鋼鐵所Franz Roters教授團隊開發的多尺度材料模擬平臺DAMASK，實現了本構模型的有限元移植。
梯度納米晶粒結構材料有龐大的晶粒數目，該研究采用均勻化方法簡化有限元模型，可有效地對宏觀尺寸試樣的力學響應進行計算模擬。模擬結果表明，該模型可以很好地描述材料的單拉力學行為與梯度微結構的關聯。根據變形云圖分析，表層納米晶的晶粒長大機制可以有效緩解應力的不均勻分布，協調塑性變形，使得材料表層不容易發生應變局域化，延緩了頸縮的發生。
展開 微流體技術:精細化學品合成與納米和多孔材料的制備
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一種用于高性能保溫的超薄氣凝膠微/納米纖維膜
這種優異的性能可歸因于高孔隙率(>90%)、相互連接的多孔納米結構和孔徑低于氣體分子的平均自由程。這些固有特性使氣凝膠能夠有效地防止熱傳遞。
然而，零維氣凝膠粉末具有固有的脆性和吸濕性缺點，限制了其可穿戴應用。相比之下，由天然纖維和合成纖維組成的纖維材料由于其理想的可穿戴性、可用性和可負擔性而被廣泛用于保暖。然而，商用纖維材料具有較大的孔徑(通常>100 μm)和有限的孔隙率(通常<50%)，這使得它們無法通過限制氣體分子的運動來抑制空氣熱傳導這些固有的瓶頸嚴重阻礙了它們的隔熱效果，從而限制了在極冷和多風環境下保持人體溫度的能力。
減小纖維直徑被認為有利于實現高孔隙率而孔徑較小，從而通過減少對流擴散來約束更多的換熱。靜電紡絲作為最先進的微/納米纖維制造方法，可以很容易地合成連續纖維膜，纖維直徑變小，孔隙率增加，孔隙結構可調節，在高性能保溫材料的制造中有前景。然而，目前的靜電紡絲纖維仍然存在一些關鍵的限制，包括孔徑不夠小(通常>2μm)、孔隙度不夠等因素極大地限制了材料的使用。因此，創造一種可行的和通用的策略來開發既有效的空氣絕緣又具有動態耐磨性的保溫材料面臨巨大的挑戰。
02
成果掠影
近期，東華大學丁彬教授和張世超研究員團隊針對開發具有優異保溫性能的氣凝膠納米纖維膜取得最新進展。該文通過非均質靜電紡絲和水分誘導溶液鑄造相結合的策略來創建分層細胞結構的氣凝膠微/納米纖維膜(CAMMs)，以實現舒適的抗風保暖。這些纖維內的納米孔具有納米尺度的特征孔徑(<66 nm)，可以通過Knudsen效應阻礙空氣分子的運動和熱傳導，從而獲得優異的保溫性能(低導熱系數為14.01 mW/mK)。此外，定制的封閉單元即使在高風速環境下也能有效地阻礙熱對流，并提高機械性能(拉伸應力增加到3.4倍)。
展開 《JACS》封面：世界首例雙引擎人造微納米機器研制成功
哈爾濱工業大學微系統與微結構制造教育部重點實驗室的賀強教授團隊研制成功世界首例雙引擎人造微納米機器，有望在生物醫學、環境檢測及微納米組裝和制造等領域得到應用。
研究成果以“雙氣泡驅動的皮艇”為題發表在國際著名期刊《美國化學會志》上，并被選為當期雜志的封面。論文第一作者為化工與化學學院的吳英杰副教授。
化學驅動微納米機器是能夠將周圍環境中的化學能轉換為自身機械運動的微納米系統，是當前涉及材料、機器人、物理、化學、生物醫學等領域的交叉科學研究熱點。賀強教授研究組前期在國際上較早地運用可控化學組裝的方法制備了單氣泡推進的陰陽型膠囊馬達和管狀納米馬達（即“納米火箭”）。然而，如何模擬自然界中普遍存在的雙引擎動力模式(如企鵝在水中游動等)，人工合成雙引擎驅動的微納米機器以應對未來應用中的復雜環境仍然是一個巨大挑戰。
該研究團隊通過化學水熱合成法制備了類似啞鈴狀的中空二氧化錳膠體粒子,可以催化分解過氧化氫燃料并在粒子腰部產生一對氧氣泡，從而在低雷諾數下進行自驅動運動。因為這一運動方式類似于單槳雙葉的單人皮艇，因此被形象地稱為“膠體皮艇”。
由于其啞鈴狀的特殊結構，雙氣泡生長和釋放產生的反作用力對“膠體皮艇”的切向軸(長軸)和徑向軸（短軸）均有凈力的產生，前者為其運動提供驅動力，而后者影響其運動方向。此外，通過對雙氣泡的同步或非同步生長和頻率變化的統計分析以及氣泡生長和釋放過程中周圍流體場變化的模擬，該項研究建立了基于氣泡生長動力學和微粒子運動方程的物理模型，闡明了其運動機理。
研究表明雙氣泡驅動比單氣泡驅動模式具有更高的機動性。這一成果對探索雙引擎微納米機器的設計方法以及開展適應復雜環境的應用研究具有重要意義。
展開 西工大《JMST》綜述：極端高溫環境用微/納米多尺度強韌化材料
為有效地解決上述問題，近二十年來，人們針對C/C基體及其涂層提出了微/納米多尺度增強新思路，以制備兼具高強度和優異高溫穩定性的碳基復合材料。本文系統地綜述了納米顆粒、納米線、碳納米管/纖維、晶須、石墨烯、陶瓷纖維和雜化微/納米結構等微/納多尺度強韌化研究的最新進展，以期實現長時有效耐超高溫氧化/燒蝕的碳基復合材料。最后，對研發具有優異綜合熱機械性能的碳基復合材料的面臨的主要問題、挑戰和未來的研究方向進行了展望。希望這篇綜述能夠引起相關領域的廣泛關注，共同推進學科與產業的優效發展。
本文亮點
本文綜述了近年來主要的單一及雜化微/納米多尺度增韌C/C及其涂層的研究進展。
微/納多尺度增強體，特別是陶瓷納米線、晶須和碳納米管應用于C/C或涂層中，可以通過減少裂紋的數量和尺寸，防止裂紋的擴展，提高涂層和C/C基體的韌性，從而大大改善其抗氧化性、熱沖擊性和韌性，在不降低致密性的前提下，提高了C/C的抗燒蝕性能。
微/納多尺度顯示出有效的增強、增韌效果，值得進一步研究，預示其針對在極端惡劣環境下應用的高技術發展方面具有廣闊的前景和潛力。
本文對具有優異綜合熱機械性能的碳基復合材料研發面臨的主要問題、挑戰和相應可能的解決方案進行了總結與展望。
展開 中科大俞書宏NSR：受生物啟發的微納米尺度纖維增強復合材料
【內容提要】
《國家科學評論》在線發表了中科大俞書宏教授課題組的最新研究成果：
Biomimetic Twisted Plywood Structural materials
https://doi.org/10.1093/nsr/nwy080
該文章提出一種自下而上的基于刷涂和層壓相結合的高效組裝策略，利用生物相容性的微納米纖維和天然高分子作為構筑組分，首次成功制備出具有仿生螺旋膠合板結構的三維體型人工結構材料。
神奇的自然界經過上億年的演化，孕育出千奇百態的生物材料，它們或作為生物體骨架，或作為防御或進攻武器。這些自然結構材料雖然來源于相對單一和脆弱的天然組分，但憑借其高度有序的多尺度微納結構和精巧的界面設計，往往表現出超乎尋常的機械性能，因此，一直都是材料科學領域研究人員積極探索和模仿的對象。
通過微觀結構觀察可以發現，包括魚鱗、蟹鉗和骨骼等在內的許多生物材料均具有由微納米纖維多級次高度有序排布的螺旋膠合板結構。它們是結構精密的天然纖維增強復合材料，并且往往具有工程結構材料迫切需要卻難以獲得的優異損傷容忍能力。因此，以微納米纖維為結構單元，全面模仿此類多尺度分級自然結構，將有望制備出可取代現有工程結構材料的高性能新型人工結構材料。然而，由于當前缺乏納米材料組裝技術特別是一維微納米結構單元宏觀有序的組裝手段，模仿制備此類自然纖維增強結構材料一直是一個重大挑戰。
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