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納米材料和技術前沿科技動態
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1、ACS Nano:3D打印熱調節織物

ACS Nano:3D打印熱調節織物


空氣中冷卻是人們日常生活中能量消耗的主要部分,盡管在炎熱天氣里我們習慣躲在陰涼的房間里獲得舒適感,但是這是十分耗能和高成本的。近日,馬里蘭大學帕克分校胡良兵教授(通訊作者)團隊展示了一種使用導熱和高度均衡的氮化硼(BN)/聚(乙烯醇)(PVA)復合材料(表示為a-BN/PVA)纖維的熱調節紡織品,以改善紡織品的熱傳遞性能。a-BN / PVA復合纖維是通過快速和可擴展的3D打印方法制造的。BN納米片(BNNSs)在纖維制造過程中可以實現均勻分散和高對位,從而實現高機械強度(355MPa)和良好的散熱。

文獻鏈接:Three-Dimensional Printed Thermal Regulation Textiles(ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b06295)


2、Advanced Functional Materials:氧化石墨烯基薄層網絡增強聲音吸收

Advanced Functional Materials:氧化石墨烯基薄層網絡增強聲音吸收

噪音是一種環境污染物,對人類的心理和生理健康有很大的影響。近日,阿德萊德大學Dusan Losic(通訊作者)團隊基于由格柵形三聚氰胺骨架支撐的自組裝互連氧化石墨烯(GO)片材,發現了有效且強健的層狀結構作為吸聲器。與三聚氰胺泡沫相比,所制備的薄片結構在128-4000Hz的寬吸收帶上表現出約60.3%(在較低頻率下約為100%)的增強。增強的聲學吸收都被確定為與結構有關而與密度無關。開孔結構中的消聲是由于粘性和熱損失造成的,而在波傳播中主要是曲折,并且GO-基片層的表面積增大實現。

文獻鏈接:Graphene Oxide-Based Lamella Network for Enhanced Sound Absorption(Adv.Funct.Mater.,2017,DOI:10.1002/adfm.201703820)


3、ACS Nano:鸚哥魚牙齒的微觀結構研究——堅硬的生物礦石

ACS Nano:鸚哥魚牙齒的微觀結構研究——堅硬的生物礦石


鸚哥魚(鸚嘴魚科)常常以石珊瑚為食,其牙齒的堅硬程度引起了威斯康星大學Pupa U.P.A. Gilbert和勞倫斯伯克利國家實驗室Matthew A. Marcus(共同通訊)等人的注意。該團隊研究了頭足類鸚嘴魚小鼻綠鸚哥魚牙齒的化學成分,納米和微米尺度結構以及力學性能。它的似釉質是氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)生物礦物質,具有優異的機械特性:平均彈性模量為124GPa,咬合表面附近的平均硬度是7.3GPa,是測得的最堅硬的生物礦物質之一。平均壓痕屈服強度在6GPa以上,平均斷裂韌性為2.5MPa.m1/2,對于高度礦化的材料來說相對較高。

文獻鏈接:Parrotfish Teeth: Stiff Biominerals Whose Microstructure Makes Them Tough and Abrasion-Resistant to Bite Stony Corals(ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b05044)


4、Journal of the American Chemical Society:超薄Ni/CdS納米片催化H2生成的可見光驅動法

超薄Ni/CdS納米片催化H2生成的可見光驅動法


近日,猶他州立大學孫宇杰(通訊作者)團隊制備了厚度為~1 nm CdS納米片負載的Ni催化劑,可以在常溫常壓水溶液中在可見光輻照下催化糠醇,羥甲基糠醛HMF等轉化為對應的醛,更重要的是,利用生物質中間體作為質子源,在可見光照射下實現同時產生H2。觀察并研究了糠醛醇和HMF在水中轉化為相應醛速率的顯著差異,在理論計算的幫助下發現,HMF中醛基與Ni/CdS的結合親和力稍強,導致HMF轉化成2,5-二甲?;秽霓D化率比糠醇到糠醛的轉化率低。

文獻鏈接:Visible-Light-Driven Valorization of Biomass Intermediates Integrated with H2Production Catalyzed by Ultrathin Ni/CdS Nanosheets(JACS,2017,DOI:10.1021/jacs.7b08657)


5、Nano Letters:在不相容的過渡金屬二硫族化合物同系物中的超快中間層電子轉移

在不相容的過渡金屬二硫族化合物同系物中的超快中間層電子轉移


二維材料,如石墨烯,過渡金屬二硫屬元素化物和磷雜環戊二烯可用于構建范德華多層結構。近日,中國科學技術大學戚澤明副研究員、堪薩斯大學Hui Zhao(共同通訊)等人發現在兩個單層MoSe2之間的電子轉移發生在皮秒時間尺度上,且在WS2和WSe2的同質雙鏈中觀察到更快的轉移,所用實驗樣品是通過手工堆疊兩個剝離的單層薄片制造的。通過添加石墨烯層作為兩個單層中的一個單層的快速載流子重組通道,飛秒瞬態吸收測量對光激發的載流子從填充的單層到單層的轉移進行時間分辨。觀察到的有效的層間載流子轉移表明這種均聚物可以用于范德華多層中以增強其光吸收而不顯著損害層間遷移性能。

文獻鏈接:Ultrafast Interlayer Electron Transfer in Incommensurate Transition Metal Dichalcogenide Homobilayers(Nano.Lett.,2017,DOI:10.1021/acs.nanolett.7b02608)


6、Nature Communications:分層自糾纏碳納米管網絡


Nature Communications:分層自糾纏碳納米管網絡

基于碳納米材料的三維(3D)組件在機械和電特性方面仍然落后于其單個一維構件塊。近日,德國基爾大學Rainer Adelung、Fabian Schütt、特倫托大學Nicola M. Pugno(共同通訊)等人展示了用于制造開孔三維自組織雙層碳納米管管狀結構的簡單策略。盡管單個納米管之間不存在另外的交聯,但是通過在所有三個維度上形成自纏繞的碳納米管(CNT)網絡,使用具有高拉伸性能的CNT來實現壓縮和拉伸特性的高增強效果。另外,當在3D可拉伸導體中使用時,管狀結構導致導電性的自增強效應,以及在低CNT濃度下的高導電性。

文獻鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-017-01324-7(Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01324-7)


7、Nature Communications:具有可調帶隙的CH3NH3PbBr3鈣鈦礦納米晶的生長機理


具有可調帶隙的CH3NH3PbBr3鈣鈦礦納米晶的生長機理


金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶體是用于各種應用的有前途的材料,例如發光器件和光電檢測器。近日,香港城市大學Andrey L. Rogach(通訊作者)團隊展示了通過前體和配體濃度的變化在室溫和升高(60℃)溫度下合成的CH3NH3PbBr3納米晶體的帶隙可調性,詳細討論了兩種配體,油胺和油酸在鉛前體和納米晶表面配位方面的作用。并且,通過將實驗結果與成核/生長模型的原理相結合來闡明納米晶體的生長機理。

文獻鏈接:Growth mechanism of strongly emitting CH3NH3PbBr3 perovskite nanocrystals with a tunable bandgap(Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-00929-2)


8、Nature Communications:多功能納米復合中空纖維膜的溶劑轉移誘導相分離


多功能納米復合中空纖維膜的溶劑轉移誘導相分離

近日,賓夕法尼亞大學Daeyeon Lee、Kathleen J. Stebe、羅文大學Martin F. Haase(共同通訊)等人引入了一種簡單的單步法使用雙連續的界面堵塞乳液來形成納米顆粒官能化的中空纖維膜。通過溶劑轉移誘導的相分離和光聚合制備的所得納米復合材料膜具有特別高的納米粒子負載量(高達50wt%的二氧化硅納米粒子),并具有均勻分布在整個膜表面上致密填充的納米粒子。這些結構明確的不對稱膜促進了對膜通量和選擇性的控制,能夠形成刺激響應性水凝膠納米復合膜。

文獻鏈接:Multifunctional nanocomposite hollow fiber membranes by solvent transfer induced phase separation(Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01409-3)


9、Science Advances:用于薄型光伏吸收體的生物彈性相分離無序納米結構

用于薄型光伏吸收體的生物彈性相分離無序納米結構


黑蝴蝶,紅紋鳳蝶的翅膀被微米和納米結構的鱗片覆蓋,可以在廣泛的光譜和角度范圍內收獲陽光。近日,加州理工學院Radwanul H. Siddique、卡爾斯魯厄理工學院Hendrik H?lscher(共同通訊)等人分析了這些微觀和納米結構的機理,除了顯微光譜實驗外,還進行了精確尺度結構的三維光學模擬。在這些結果的基礎上,設計了無序納米光伏吸收體,它將有效的光輸入耦合和光俘獲特性結合在一起,具有較高的角穩定性。最后,受自組裝生物光子納米結構的相分離機制的啟發,使用基于二元聚合物相分離的可縮放自組裝圖案化技術來制造這些生物吸收劑。

文獻鏈接:Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers(Sci.Adv.,2017,DOI:10.1126/sciadv.1700232)


10、Science Advances:石墨烯中性點附近的生物傳感

石墨烯中性點附近的生物傳感

在過去的十年中,石墨烯豐富的電子性質已經引起了研究者的極大興趣,并應用于電化學和生物物質的電檢測領域。然而,創造實用的石墨烯電子傳感器很大程度上取決于我們理解和維持低水平電子噪聲的能力,這是限制傳感器分辨率的根本原因。近日,萊頓大學Wangyang Fu(通訊作者)等人研究表明,在中性點附近以雙極模式操作石墨烯晶體管可顯著降低石墨烯中的1/f噪聲。值得注意的是,數據顯示與傳統石墨烯晶體管電導測量相比,該研究中的石墨烯芯片的感測響應不受損害,因此顯著改善了信噪比。


11、Nature Reviews Materials綜述:DNA納米技術

DNA納米技術

圖 DNA納米技術的發展

DNA是在生物系統中儲存和傳遞遺傳信息的分子。DNA納米技術領域將這種分子從其生物背景中取出,并利用其信息來組裝結構,然后將它們連接在一起。近日,紐約大學Nadrian C. Seeman、麥吉爾大學Hanadi F. Sleiman(共同通訊)等人總結了用于組裝DNA納米結構的方法,并闡述了其在生物物理學,診斷學,納米顆粒和蛋白質組裝,生物分子結構測定,藥物遞送和合成生物學等領域的新興應用。討論了正交相互作用在DNA納米結構中的應用,最后展望了該領域的未來發展方向。

文獻鏈接:DNA nanotechnology(Nat.Rev.Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.68)


12、Chemical Society Reviews:二維無機量子點的最新進展


二維無機量子點的最新進展

二維(2D)無機基量子點的應用

二維(2D)無機基量子點(QDs)的發展尚處于起步階段,但由于其高度的化學穩定性,良好的水分散性,優異的光學性能,良好的生物相容性和易于功能化,引起了研究者極大的關注。近日,北京大學郭少軍、青島大學許元紅(共同通訊)等人的綜述涵蓋了幾乎所有基于石墨烯,磷雜環戊二烯,硅烯,碳化物,氮化物,過渡金屬二硫族化合物,過渡金屬氧化物和MXenes等的2D-QDs。介紹了它們的類別,合成路線,性能,功能化和應用。在應用部分,重點介紹了生物成像,癌癥治療,熒光傳感和光電子方面的進展。

文獻鏈接:Recent progress in two-dimensional inorganic quantum dots (Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00500H)


13、Chemical Society Reviews綜述:MOFs中的磁性功能:從框架到孔隙


MOFs中的磁性功能:從框架到孔隙

圖 磁性MOFs的示意圖

金屬有機框架(MOFs)也被稱為多孔配位聚合物(PCPs),在約30年前興起,作為革命性材料應用于社會和工業各個領域,如儲存燃料(氫氣和甲烷),捕獲氣體 (如溫室氣體),分離,藥物輸送和催化等等。所有這些由無機亞單元(金屬中心,簇,鏈......)和有機連接體(羧酸鹽,膦酸鹽,偶氮酸鹽等)組裝而成的框架的共同特性是其永久孔隙率。近日,巴倫西亞大學Guillermo Mínguez Espallargas、Eugenio Coronado(共同通訊)等人展示了迄今為止開發的不同方法來制備具有電子功能的金屬-有機框架(MOFs),特別是在磁性方面的研究。文章介紹了不同磁性現象所必需框架的化學設計,以及功能性物質在其孔隙中的封裝,實現了具有一個分子晶格的擴展晶格的混合多功能MOFs。

文獻鏈接:Magnetic functionalities in MOFs: from the framework to the pore(Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00653E)


14、Chemical Society Reviews綜述:在納米器件和范德華異質結構組裝中的最新進展


在納米器件和范德華異質結構組裝中的最新進展

圖 確定性放置方法圖解

由于最近開發的用于傳輸二維(2D)材料的確定性放置方法,異質結構現在可以實現高精度逐層組裝。此外,這些確定性的放置方法也為制造復雜器件打開了大門,否則通過傳統的自下而上的納米加工方法將難以實現,更別說制造具有精致電子特性的完全封裝器件。近日,西班牙馬德里納米科學與技術高等研究院Riccardo Frisenda、馬德里材料科學研究所Andres Castellanos-Gomez(共同通訊)等人回顧了確定性放置方法的現狀,描述和比較了文獻中可用的不同替代方法,說明了它們制造范德華異質結構,將2D材料集成到復雜裝置中,并制造人造雙層結構的潛力。

文獻鏈接:Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials (Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00556C)


15、Chemical Society Reviews綜述:金屬有機框架膜用于液體分離


金屬有機框架膜用于液體分離

金屬有機框架膜用于液體分離

圖 金屬有機框架膜用于液體分離的流程圖

金屬-有機框架(MOFs)代表了一類迷人的固體結晶材料,可以通過金屬離子或簇與有機配體的配位以簡單的方式自組裝。近日,南京理工大學李健生、魯汶大學Bart Van der Bruggen(通訊作者)等人重點介紹了MOF基膜在液體分離領域的應用。給出了制造MOF基薄膜時合理選擇MOFs的標準。 文章特別介紹了MOF膜的合理設計策略,以及滲透汽化,水處理,有機溶劑納濾等液體分離領域的最新應用進展。此外,還討論了一些有吸引力的MOF基膜的雙功能在去除微污染物,降解和抗菌活性方面的應用。最后,文章闡明了在這個領域的挑戰和未來的機會。

文獻鏈接:Metal–organic frameworks based membranes for liquid separation (Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00575J)


16、Chemical Reviews綜述:金屬表面的O2活性對非均相催化劑結合和反應性的影響

金屬表面的O2活性對非均相催化劑結合和反應性的影響

圖 催化反應微觀結構示意圖

O2在金屬表面的活化是非均相催化和材料氧化的關鍵過程。近日,哈佛大學Cynthia M. Friend(通訊作者)團隊討論了過渡金屬表面O2活化的趨勢,并從電子結構和幾何形狀兩個方面描述了各種O2吸附態。還討論了O2分解的機理和動力學,包括自旋轉變的重要性,在催化的背景下對O2和O對反應物分子的反應性也進行了簡要討論。表面對O2的反應性通常與O的吸附強度,氧化傾向和氧化物形成熱有關。周期性可以通過與d帶的吸引和排斥相互作用來調節,使得惰性金屬傾向于具有低能量的全d帶,并且與吸附態具有大的空間重疊。

文獻鏈接:O2Activation by Metal Surfaces: Implications for Bonding and Reactivity on Heterogeneous Catalysts(Chem. Rev.,2017,DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00217)


17、Accounts of Chemical Research綜述:鋰-硫電池中的液體或無機固體電解質的電極-電解質界面

鋰-硫電池中的液體或無機固體電解質的電極-電解質界面

圖 電極-電解質界面微觀解析

電極-電解質界面性質在鋰-硫(Li-S)電池的循環性能中起關鍵作用。近日,德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram(通訊作者)團隊首先總結了在常規液體電解質Li-S電池中的鋰金屬陽極和硫陰極上形成的固體電解質界面(SEI)的最新技術貢獻以及近期提出的一些提高SEI穩定性的策略。同時,文章介紹了固體Li+導電電解質已經嘗試用于開發Li-S電池以消除多硫化物穿梭問題。作者闡明除了固態電解質的低離子電導率之外,關鍵問題在于電極和固體電解質之間較差的界面性質。文章還對“全固態鋰硫電池”和“混合電解質鋰硫電池”兩種電極和固體電解質界面的進展進行了綜述。


18、Nature:利用鈣鈦礦實現低劑量X射線成像

利用鈣鈦礦實現低劑量X射線成像

三星尖端技術研究所In Taek Han和韓國成均館大學Nam-Gyu Park(共同通訊)等人報道了全溶液處理(與傳統真空處理相反)的合成路線,以生產可印刷式的多晶鈣鈦礦,其具有與單晶相似的形貌和光電性質。在100千伏的輻射源照射下實現11μC mGyair?1 cm?2的高靈敏度,其比目前使用的非晶硒或鉈摻雜的碘化銫檢測器所達到的靈敏度至少高一個數量級。在傳統的薄膜晶體管襯底中,通過嵌入830微米厚的鈣鈦礦膜和另外兩個聚合物/鈣鈦礦復合材料的中間層實現了X射線成像,復合材料在鈣鈦礦膜和控制暗電流及電荷載流子傳輸的電極之間提供保形接口。這種基于全溶液的鈣鈦礦檢測器可以實現低劑量X射線成像,并且還可以用于光電導裝置實現放射成像,感測和能量收集。

文獻鏈接:Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging(Nature,2017,DOI:10.1038/nature24032)


19、中科院應用物理所Nature:氧化石墨烯膜通過陽離子控制層間距實現離子篩分

氧化石墨烯膜通過陽離子控制層間距實現離子篩分

中國科學院上海應用物理研究所方海平、Jingye Li、上海大學吳明紅團隊、南京工業大學金萬勤團隊(共同通訊)等人使用K+,Na+,Ca2+,Li+或Mg2+離子顯示了利用陽離子控制層間距精確訂裝氧化石墨烯膜,表現出優異的離子篩分和海水淡化性能。此外,由一種類型陽離子控制的膜間距可以有效地選擇性地排除具有較大水合體積的其它陽離子。第一性原理計算和紫外吸收光譜表明,最穩定的陽離子吸附位置是氧化物基團和芳環共存的地方。密度泛函理論計算表明,與Na+相比,其他陽離子應該具有比石墨烯片更強的陽離子-π相互作用。

文獻鏈接:Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing(Nature,2017,DOI:doi:10.1038/nature24044)



20、張翔Nature:靜電摻雜驅動單層MoTe2結構相變

靜電摻雜驅動單層MoTe2結構相變

加州大學伯克利分校張翔教授(通訊作者)團隊報道了單層二碲化鉬(MoTe2)由靜電摻雜驅動六方晶相和單斜相之間的相變實驗演示。實驗發現相變出現拉曼光譜中的滯后環,并且可以通過增加或減小柵極電壓來反轉。結合二次諧波光譜與偏振拉曼光譜分析發現,相變后的單斜晶相保留了原始六方晶相的晶體取向。此外,更重要的是,整個實驗樣品均產生了結構相變。該研究成果使得理論在實驗中得到證實,由靜電摻雜驅動的結構相變為開發基于原子薄膜的相變器件開辟了新的可能性。

文獻鏈接:Structural phase transition in monolayer MoTe2driven by electrostatic doping(Nature,2017,DOI:10.1038/nature24043)



21、金屬所盧磊Nature:與疲勞歷史無關的納米孿晶金屬循環響應

與疲勞歷史無關的納米孿晶金屬循環響應

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室盧磊研究員研究組和美國布朗大學高華健教授(共同通訊)等人通過在低于金屬拉伸強度的應力幅值下的原子模擬和拉-壓變幅應變控制疲勞實驗,報道了含有高度取向的納米孿晶塊體純銅樣品中與疲勞歷史無關的穩定循環響應。實驗證明這種不尋常的循環行為是由相鄰的“項鏈”位錯引起的,這種錯位由孿晶中多個短的位錯構成,如項鏈的連接。這種位錯在循環載荷作用下在高度取向的納米孿晶結構中形成,并且有助于保持雙邊界的穩定性和可逆損傷,條件是納米孿晶在加載軸線的約15度內傾斜。這種循環變形機制與單晶,粗粒,超細晶粒和納米金屬晶粒中不可逆顯微結構損傷相關的常規變形機制是截然不同的。

文獻鏈接:History-independent cyclic response of nanotwinned metals(Nature,2017,DOI:10.1038/nature24266 )



22、Nature:長效持續發光的有機材料

長效持續發光的有機材料

九州大學Ryota Kabe和Chihaya Adachi(共同通訊作者)報道了一種有機長余輝發光(OLPL)材料,這種材料僅由兩種簡單有機分子組成,沒有稀有元素也很容易制備。早先的OLPL材料是基于光致電離,因此需要高的激發強度,還要在低溫環境。而此研究報道的OLPL可被標準白色LED光源激發,在高于100℃也能長時發光,且該OLPL系統透明、可溶,有望用于柔性涂料、生物標記以及有機半導體等領域。

文獻鏈接:Organic long persistent luminescence(Nature,2017,Doi:10.1038/nature24010)


23、Nature: 原位XRD檢測沖擊波驅動的孿晶和晶格動力學特性

原位XRD檢測沖擊波驅動的孿晶和晶格動力學特性

美國勞倫斯利物莫國家實驗室C. E. Wehrenberg(通訊作者)等人利用原位XRD測試手段對材料的動力學特性進行更深層次的分析,研究了材料的競爭變形機制,在晶格水平上揭示了由沖擊波驅動的微結構變形過程。壓力沖擊波會造成固體材料變形,在晶格層面這種塑性變形的機制是孿晶和滑移變形。研究發現,孿晶和相關的晶格旋轉僅在幾十皮秒發生。此外,在高壓下,可塑性從孿晶主導轉變到位錯滑移主導。該技術可用于研究沖擊波驅動的其他應變機制。

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