納米結構和材料的案例
材料頂刊《Materials Today》：一種新的納米晶合金設計和結構調控概念！
提高磁性材料的飽和磁化強度和軟磁性能可促進器件向小型化、安靜化、高效化和低能耗化方向發展。納米晶軟磁合金具有獨特的α-Fe（Si）和非晶基體的雙納米相鑲嵌結構，兼具高飽和磁化強度、優異的軟磁性能和低磁致伸縮系數，其應用是解決硅鋼電器的高損耗，非晶器件的高噪聲和大體積等問題的最佳方案，因而具有廣闊的應用空間。然而，為了構建均勻細密的納米晶結構，通常都需要添加大量的促進形核和抑制晶粒長大元素，這些非磁性元素的添加大大降低了磁化強度，提高了生產工藝要求，增加了原材料的成本。
近日，香港城市大學劉錦川院士、王安定研究員和新疆大學李強教授等人提出了一種新的納米晶合金設計和結構調控概念，即設計不含促進形核和抑制擴散元素的新型合金，通過在臨界冷卻速率下快淬預制高密度的形核點，并通過類金屬瞬態富集界面以細化晶粒，獲得了均勻細密的納米晶結構。作者通過巧妙設計，僅以4.6wt.%的常見類金屬元素（B、Si、P和C）組合添加，即達到了穩定快淬非晶相和納米晶間基體相的作用，調和了飽和磁感應強度與形成能力間矛盾的同時，大幅提高了合金的高磁感納米晶合金工業化的可行性，還降低了合金的成本。
這種獨特的設計相當于將同等鐵含量的硅鋼納米晶化，去除晶界對軟磁性能的惡劣影響，并保留了α-Fe相的超高飽和磁感應強度。新概念設計的Fe85.5B10Si2P2C0.5合金的Bs 達1.87T，接近硅鋼，其均勻、細密的非晶-納米晶雙相結構使其具有優異的軟磁性能。這種異質結構和輕合金化策略為下一代磁性材料的開發提供了思路和借鑒。
展開 Mater.》透明木材納米復合材料的便捷加工，具有結構顏色的等離子納米顆粒
【科研摘要】
木材是一種生態友好且豐富的基材，并且可以通過大規模納米技術進行功能化。但是，木材中的分層結構和相互連接的纖維阻礙了納米粒子向木材中的滲透。最近，
瑞典皇家理工學院
Lars A. Berglund
教授
團隊用金和銀鹽對脫木素的木材浸漬，這是通過微波輔助合成原位還原為等離激元納米顆粒。
透明生物復合材料由具有結構顏色的承重材料形式的含納米顆粒的木材制成。
著色源自納米粒子表面等離激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分離。脫木素的木材充當綠色還原劑和納米顆粒所附著的增強支架，從而預先設計了它們在纖維“管”表面上的分布。
使用掃描透射電子顯微鏡（
STEM），能量色散光譜（EDS）和拉曼顯微鏡對納米級結構進行研究，以確定粒徑，粒徑分布以及結構與性質之間的關系。光學特性，包括對偏振光的響應，是特別令人關注的。
相關論文以題為
Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles
發表在《
C
hemistry of Materials
》上。
【主圖導讀】
圖
1.
（a）結構化的TW處理的示意圖：脫木質的木材中浸入了金屬鹽（銀或金），這些金屬鹽通過微波輔助合成原位還原成等離子體納米顆粒。然后將含納米顆粒的基材浸入單體中，并固化成具有結構顏色的TW復合材料。（b）輕木，脫木素的基材，銀的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。
圖
2. Ag-TW和Au-TW的光學特性：
（a）總透射率和（b）偏振分裂比。
展開 Mater.》透明木材納米復合材料的便捷加工，具有結構顏色的等離子納米顆粒
【科研摘要】
木材是一種生態友好且豐富的基材，并且可以通過大規模納米技術進行功能化。但是，木材中的分層結構和相互連接的纖維阻礙了納米粒子向木材中的滲透。最近，
瑞典皇家理工學院
Lars A. Berglund
教授
團隊用金和銀鹽對脫木素的木材浸漬，這是通過微波輔助合成原位還原為等離激元納米顆粒。
透明生物復合材料由具有結構顏色的承重材料形式的含納米顆粒的木材制成。
著色源自納米粒子表面等離激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分離。脫木素的木材充當綠色還原劑和納米顆粒所附著的增強支架，從而預先設計了它們在纖維“管”表面上的分布。
使用掃描透射電子顯微鏡（
STEM），能量色散光譜（EDS）和拉曼顯微鏡對納米級結構進行研究，以確定粒徑，粒徑分布以及結構與性質之間的關系。光學特性，包括對偏振光的響應，是特別令人關注的。
相關論文以題為
Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles
發表在《
C
hemistry of Materials
》上。
【主圖導讀】
圖
1.
（a）結構化的TW處理的示意圖：脫木質的木材中浸入了金屬鹽（銀或金），這些金屬鹽通過微波輔助合成原位還原成等離子體納米顆粒。然后將含納米顆粒的基材浸入單體中，并固化成具有結構顏色的TW復合材料。（b）輕木，脫木素的基材，銀的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。
圖
2. Ag-TW和Au-TW的光學特性：
（a）總透射率和（b）偏振分裂比。
展開 國家納米中心唐智勇Adv. Mater. 綜述：磁圓二色譜在納米材料領域的應用:深入理解和調控激子和
得益于獨特的光學特性，半導體和貴金屬納米材料在自旋電子學、太陽能電池器件、發光二極管和生物成像/傳感等領域有著廣闊的應用前景，是極具代表性的納米光學材料。特別是，半導體獨特的量子限域效應和貴金屬納米結構的局域表面等離激元共振(SPR)使其顯示出強烈的光學吸收效應。通過成分調整或結構設計，可以實現這種量子化吸收特性在紫外可見（UV-vis）范圍內的可控調節。自20世紀90年代初以來，MCD提供了深入理解激子躍遷和等離激元共振的結構和電子態信息的有效工具。在摻雜半導體納米晶體體系，MCD技術能夠直接測量Zeeman分裂的增強效應；對于貴金屬納米結構，MCD技術揭示了局域SPR的對稱性起源，以上為調控磁光效應奠定了基礎。然而，需要指出的是，盡管MCD具有重要的應用價值，由于缺乏及時的總結，目前研究人員對于MCD技術在納米體系中的應用仍缺乏廣泛的認知和理解。
【成果簡介】
磁性圓二色譜( MCD )在揭示材料電子態信息方面具有獨特優勢，為探索納米光學材料的結構和磁光特性之間的關系提供了新的機會。近日，國家納米中心的唐智勇教授（通訊作者）在Advanced Materials上發表文章，題為“Magnetic Circular Dichroism in Nanomaterials: New Opportunity in Understanding and Modulation of Excitonic and Plasmonic Resonances”。本文綜述了MCD技術在半導體和貴金屬納米材料中應用的代表性研究。MCD在闡明半導體納米晶體中的激子躍遷、貴金屬納米團簇中的電子躍遷以及貴金屬納米結構中的等離激元共振的結構信息方面具有不可取代的作用。
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 都柏林大學張楠、蘇大周宇陽《Nano Letters》：多級復合納米結構納米材料高效抗新冠高分子薄膜
新冠病毒（SARS-CoV-2）可在高分子材料表面存活長達3天，對肉制品食品包裝、國際冷鏈運輸等造成很大威脅。薄膜包裝材料成為傳播新冠病毒的一個確認重要途徑。仿生微納米結構可通過物理作用‘刺破’細菌，而新冠病毒尺寸僅為100納米左右，無法直接利用微納米結構殺滅。納米銀/銅懸浮液可有效殺滅病毒。如何提高納米銀/銅在薄膜表面殺滅新冠病毒效率降低間接傳播病毒風險，建立抗新冠薄膜批量化生產技術是全球抗擊新冠疫情亟待解決的難題之一。
愛爾蘭都柏林大學助理教授張楠博士與蘇州大學周宇陽博士在《Nano Letters》期刊上發表了題為“Enhancement of Antiviral Effect of Plastic Film against SARS-CoV-2: Combining Nanomaterials and Nanopatterns with Scalability for Mass Manufacturing”的文章（DOI: 0.1021/acs.nanolett.1c02266）。本課題設計并建立了多級微納米結構抗新冠薄膜批量化生產工藝。利用研制的納米銀/銅聚乙烯醇（PVA）墨水和陽極氧化鋁（AAO）模板，分別結合超聲霧化噴涂技術和納米壓印技術（NIL），在PE和PET薄膜表面構造出經納米顆粒修飾的錐形矩陣，提高了殺滅新冠病毒的效率。
本技術優勢體現在以下三方面：
一、高效殺滅新冠病毒，多級微納米結構PE和PET薄膜可在1h內降低兩個數量級活性新冠病毒；
二、耐久性，5次模擬手摩擦實驗后，微納米結構保持完整；
三、工業化前景，原料及技術成本低，具有連續化工業生產前景。
展開 《ACS Nano》：基于圖論的納米網絡材料結構分析！
PNNS的一些例子，包括基于銀納米線、膠原纖維、納米纖維纖維素、粘土片、碳納米管、芳綸納米纖維(ANFs)、石墨烯、金納米顆粒等組成的網絡的混合材料。通過評估現有的可能性，人們可以在幾十納米到幾十微米的尺度上定量描述它們的結構，可以應用原纖長度、孔徑/分布、壁厚、體積分數和缺陷位點等指標。然而，PNN材料的性能，不能由這些結構參數全面和唯一地確定，因為這組描述符缺乏對材料整體結構的表征，而這對導電、剛度、透明度和許多其他性能至關重要。
因此，對非周期隨機建筑材料的全面結構量化的需要，包括“局部”和“全局”結構模式，變得普遍和根本。一個與此密切相關的問題是，缺乏計算工具和算法來快速和準確地列舉具有非晶體結構的材料。
基于圖論(GT)，也稱為網絡理論，可以實現用滲透網絡描述材料的系統協議。圖G(n,e)是由數據點(節點，n)和線(邊，e)組成的數學模型，這些線(邊，e)遵循反映它們之間的本構或結構關系的特定協議。長期以來，GT一直被用來描述金融、信息、社會和生物網絡，而不是納米材料的結構。因此，使用GT來描述納米材料的關鍵挑戰，是將其物理結構充分轉化為G(n,e)模型。
在此，研究者提出，通過將連續的納米細絲、納米纖維或納米線描述為邊，而它們的交點被識別為節點，PNNs一般可以用G(n,e)來表示。所得到的G(n,e)表示提供了多種多樣的措施，來全面描述幾乎任何類型的PNN，而不管所得到的網絡的本構成分的維度和復雜性。最近的數據也表明，GT指標不僅可以與一些宏觀性質直接相關，還可以列舉出結構看似相同的PNNs之間的結構差異。
展開 中科院納米能源所王杰&王中林團隊《JMCA》：基于介電材料選擇和表面電荷工程的抗高濕度摩擦電納米發電機
作為一種革命性的能量收集技術，摩擦電納米發電機（Triboelectric Nanogenerator，簡稱TENG）不僅提供了一種可持續、分布式能源供給技術，而且構建了無需外部電源的自供電系統，具有成本低、質量輕、材料選擇廣、低頻下轉換效率高等優勢。然而，高濕環境中水分子形成的導電通路引起的表面電荷耗散，顯著降低TENG的輸出性能，從而影響其能量收集和長期穩定運行。課題組前期通過電荷快速積累技術(Advanced Energy Materials, 2021, 2100050)及雙電容增強技術(Advanced Energy Materials, 2021, 2101958)，已顯著提升TENG高濕環境下輸出性能。但環境濕度對TENG表面電荷的影響機制尚不清楚。因此，需要一種有效的策略來提高TENG在高濕環境下的輸出性能，并進一步研究高濕環境下表面電荷的衰減機理。
近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所王杰研究員與王中林院士領導的科研團隊提出通過介電材料選擇和表面電荷工程，提出了一種新型抗高濕度TENG。以接觸-分離模式TENG為測量工具，系統地研究了相對濕度對常用介電材料表面電荷衰減的影響。結果表明，介電材料表面剩余電荷量隨介電材料疏水性的增加而增加，高濕環境下更為明顯。此外，表面電荷的衰減與電荷種類有關，濕度條件下離子電荷比電子電荷更穩定。通過耦合高疏水介電材料聚四氟乙烯和離子注入法，TENG在90%相對濕度的極端環境下連續運行50000次，仍保持了高達91%的輸出性能。
展開 航天特種材料及工藝技術研究所《ACS AMI》：結構穩健的耐1400℃ 陶瓷納米棒氣凝膠隔熱材料
盡管，近年來一些學者在耐高溫氣凝膠方面取得了很大的進展，但設計和制備耐1400℃以上、機械強度優異及隔熱性能良好的陶瓷氣凝膠仍然是一個巨大的挑戰?；谏鲜鲂枨螅教焯胤N材料及工藝技術研究所熱防護材料研究團隊提出了一種簡單、可規模化的制備方法，開發了一種耐1400℃氣凝膠材料，其纖維增強后的復合材料耐溫性可高達1500℃。
本文亮點：
該團隊改進傳統溶膠-凝膠法，通過Al2O3納米棒和SiO2納米顆粒的可控組裝來制備具有分等級大孔和介孔結構的陶瓷納米棒氣凝膠，通過熱處理過程，制備出陶瓷納米棒氣凝膠（CNRAs）。在該研究中，作者根據三個標準制備耐高溫、高效隔熱及高強度CNRAs:(1)作為基本結構單元的Al2O3納米棒須具有可控的尺寸；(2)Al2O3納米棒必須組裝成具有三維連通多孔結構的宏觀體氣凝膠；(3)Al2O3納米棒之間須具有很強的連接，整體形成機械堅固和熱穩定性好的骨架網絡。CNRAs的制備過程主要包括納米棒的合成、溶膠凝膠、超臨界干燥和高溫退火過程。
圖1 陶瓷納米棒氣凝膠制備流程圖
在制備CNRA之前，他們通過組裝過程制備了氧化鋁納米棒和二氧化硅納米顆粒組成的三維網絡結構，此時的氣凝膠為pre-CNRA。pre-CNRA的SEM和TEM圖像顯示，它是由納米棒和納米顆粒組成的隨機搭接的網絡結構。作者認為，納米棒相互搭接的自支撐力和納米顆粒互相堆積的粘接力是三維網絡結構的主要支撐力，這種結構和自然界用樹枝做的鳥巢非常相似。
展開 納米氧化鋯相變增韌結構陶瓷和功能陶瓷
納米氧化鋯有三種晶體形態：單斜、四方、立方晶相。
常溫下氧化鋯只以單斜相出現，1170℃以下穩定的結晶形態為單斜氧化，1170-2300℃為四方晶相，2300℃至熔融狀態前為立方晶相。
由于在單斜相向四方相轉變的時候會產生較大的體積變化，冷卻的時候又會向相反的方向發生較大的體積變化，容易造成產品的開裂，限制了純氧化鋯在高溫領域的應用。但是添加穩定劑以后，四方相可以在常溫下穩定。
納米氧化鋯的化學穩定是通過添加合適的穩定劑實現的，就是在氧化鋯中添加一定量的其他氧化物，它們能與氧化鋯高溫下生成固溶體，從而使氧化鋯的高溫相能在低溫下穩定存在。 常用的穩定劑有CaO,MgO,Y2O3和CeO2等。Y2O3全穩定ZRO2的加入量為11-14wt%，大大拓展了氧化鋯的應用范圍。
宣城晶瑞用來做穩定劑的原料主要是氧化釔。使用溫度范圍大，電性能穩定。
一般工業上用的氧化鋯陶瓷結構件、含氧化鋯的結構陶瓷都是用的部分穩定氧化鋯，主要利用其相變特性，相變增韌。全穩定的一般用作熱電偶套管，固體電解質，燃料電池等。相變增韌納米氧化鋯陶瓷是一種極有發展前途的新型結構陶瓷,其主要是利用氧化鋯相變特性來提高陶瓷材料的斷裂韌性和抗彎強度,使其具有優良的力學性能,低的導熱系數和良好的抗熱震性。它還可以用來顯著提高脆性材料的韌性和強度,是復合材料和復合陶瓷中重要的增韌劑。近十年來,具有各種性能的氧化鋯陶瓷和以氧化鋯為相變增韌物質的復合陶瓷迅速發展,在工業和科學技術的許多領域獲得了日益廣泛的應用。與此同時,有關氧化鋯相變的研究也受到了學術界的普遍重視,在固態相變研究領域中占據了僅次于金屬的重要地位。
展開 梯度納米晶材料的本構建模及微結構調控
強度和韌性是衡量材料性能的兩個重要標準，高強度材料抵抗應力的能力很好，而高韌性意味著材料能承受更多的塑性變形。但是，強度和韌性通常無法兼顧，超強材料往往容易發生應力集中，從而導致韌性很差，容易斷裂。近年來，能夠很好協調強度和韌性的梯度結構材料逐漸興起，并且成為研究熱點，具有很好的應用前景。
梯度結構材料在自然界中就普遍存在，例如：竹子和貝殼就是典型的梯度材料，人類和動物的骨骼也具有梯度結構的特征。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。
展開 
我國學者發明新型納米晶鐵電材料結構
近日，西安電子科技大學在鐵電場效應晶體管研究領域取得突破性進展，發明了新型納米晶鐵電材料（Nanocrystal-Embedded-Insulator，NEI）并制備了鐵電負電容晶體管器件。
利用鐵電材料作為柵介質制備的鐵電晶體管是有望突破傳統MOSFET器件玻爾茲曼限制的新型信息器件之一，在低功耗電路和非易失存儲等方面有廣泛應用前景。2011年德國研究人員在摻雜氧化鉿（HfO2）材料中觀測到鐵電性，和傳統鐵電材料（如PZT，SBT等）相比，HfO2基鐵電和CMOS工藝完全兼容，因此HfO2基鐵電晶體管很快引起了微電子研究人員的極大關注。然而，從目前研究看，HfO2基鐵電材料尚存在以下問題：1）摻雜HfO2的本征缺陷導致鐵電材料存在不可避免的喚醒效應、印刻效應和易極化疲勞；2）實驗研究顯示HfO2基鐵電晶體管用作非易失存儲器時柵介質厚度一般為8~10 納米，而用作負電容晶體管時柵介質厚度為4納米左右，這限制了HfO2基鐵電晶體管在集成電路先進技術節點的應用。
針對上述問題，研究團隊采用先進的原子層沉積（ALD）工藝，在非晶順電介質Al2O3中嵌入少量氧化鋯（ZrO2）納米晶顆粒，實現了新型的納米晶鐵電薄膜。該材料的鐵電參數不僅可以通過改變ZrO2含量來大范圍調整，而且通過使用更致密的Al2O3和ZrO2代替HfO2，有效克服了摻雜HfO2本征缺陷引起的喚醒效應、印刻效應和極化疲勞，從而提高了器件的耐久和保持特性。此外，由于NEI介質整體為不定形（amorphous）相，可以被制備得非常薄。在對NEI進行詳細鐵電特性表征的基礎上，研究團隊還制備了3.6 納米NEI 鐵電負電容器件。
展開 塊狀納米結構材料設計助力抗斷裂鋰金屬負極
目前，研究人員已提出許多策略來提升LMA的穩定性，包括構筑3D主體、涂覆非原位保護膜、向電解質中加入添加劑以及制備具有高機械強度的凝膠和固態電解質等。但LMA保護是一項系統工程，尚無法徹底解決所有問題。塊狀納米結構材料(BNM)是一類具有精細納米結構的塊體材料。根據經驗Hall-Petch(H-P)方程，屈服應力與材料整體的強度和硬度相關，與晶粒尺寸的平方根成反比。因此，分離的晶粒使材料更堅固，疲勞耐久極限增強意味著在某些外部應力下斷裂的形成受到抑制。同時，BNM的離子傳輸特性同時顯著增加，因為質量傳遞沿晶界比在晶粒中更快地發生。研究表明，如果晶粒尺寸低于臨界尺寸，電極體積波動引起的應力可以自適應而不發生顆粒破裂。
【成果簡介】
近日，天津大學羅加嚴教授(通訊作者)等根據塊狀納米結構材料概念，通過冶金工藝設計了抗斷裂LMA，并在Adv. Mater.上發表了題為“Bulk Nanostructured Materials Design for Fracture-Resistant Lithium Metal Anodes”的研究論文。在塊狀納米結構Li(BNL)中，離子導電相存在于晶界處，促進了Li+傳輸。 BNL中精細的鋰晶粒尺寸和沉淀硬化提高了機械強度和耐疲勞性，減輕了不均勻分布的應力并防止電極粉碎。作者利用密度泛函理論研究鋰與各種氧化物之間的結合能，發現SiO2是篩選氧化物中最佳的添加劑。BNL具有91 %的鋰金屬理論容量。在具有BNL負極的全電池中，LiFePO4在10 C下具有90 mAh·g-1的容量，比具有鋰箔負極的全電池高出一個數量級。該策略有望為抗斷裂LMA在鋰金屬電池中的應用鋪平道路。
展開 《ACS Nano》邁向建筑納米復合材料：MXenes和更高
【科研摘要】
實現出色的電磁干擾（EMI）屏蔽以及機械柔韌性，光學透明性和環境穩定性，對于涂料，靜電放電，電子顯示器以及可穿戴和便攜式電子設備的未來至關重要。不幸的是，由于缺乏對基礎材料的物理特性和結構-特性關系的了解，因此工程設計具有所有這些所需特性的材料具有挑戰性。大自然提供了許多示例，這些示例是通過對具有選擇長度的成分的多種長度尺度的層次結構進行精確工程而對屬性進行組合的。這種靈感反映在各種各樣的合成建筑納米復合材料中。最近，美國Dhriti Nepal等科研工作者簡要概述了分層架構在基于MXene的薄膜納米復合材料中的作用方面的最新進展，以尋求實現多種功能，尤其著重于出色的EMI屏蔽，透明性和機械強度的組合。作者還將討論關鍵機遇，挑戰和前景。相關論文Toward Architected Nanocomposites: MXenes and Beyond發表再《ACS Nano》上。
【背景介紹】
在當前的物聯網時代，設備和實體連接到全球互連網絡中，對EMI屏蔽材料的需求不斷增長，這種材料可以消除串擾并保護電子電路和設備。諸如公共衛生安全，人機界面以及電子和電信設備操作之類的應用程序需要完成的功能不僅僅是EMI屏蔽。滿足這些要求所需的材料必須具有出色的導電性，但還必須輕巧，超薄，透明，柔性，機械堅固，無腐蝕并且能夠變形和感知。在一個材料系統中實現多種功能是一項巨大的挑戰。
導電聚合物，具有碳同素異形體的聚合物納米復合材料（單/雙/多壁碳納米管，石墨烯片），不同組成和形狀的無機納米粒子以及二維（2D）片也已被研究用于EMI屏蔽。但是，由于在微波和射頻下的EMI-SE依賴于自由載流子的響應，因此在保持良好的機械性能和光學透明性的同時，要以最低的適當厚度和密度實現高電磁干擾屏蔽效果（EMI-SE）存在困難。
展開 研究 \\ 超細晶和納米多孔材料的高效熱電制冷性能
來源 | Materials Today
01
背景介紹
熱電( TE )技術作為一種綠色的工程解決方案，在小規模制冷和余熱回收方面越來越受到關注。在實際應用中，固態冷卻是其主導應用，由于具有高可靠性和緊湊性、無噪音運行、精確控溫等優點，已經具有成熟的商用市場。除了邊界或界面，孔隙率是另一種有效的策略，有望干擾聲子輸運以提高ZT。根據有效介質理論，導熱系數隨孔隙率的增加幾乎呈線性減小。如果電輸運受到的影響較小，則可以凈增加功率因子與熱導率的比值PF / κ，從而獲得增強的ZT，這已經在BiSbTe、SnTe和方鈷礦中實現。然而，納米級孔隙對熱電性能的作用目前仍存在爭議，因為在某些情況下，電導率的降低速率比熱導率的降低速率快得多，這將導致ZT惡化。這種明顯的反差可能與孔隙的大小和分布以及材料的本征性質有關。
02
成果掠影
納米晶粒和孔隙作為兩種常見的微結構缺陷，能夠阻礙聲子的傳輸。然而，迄今為止，納米晶粒在高溫下的穩定性以及多孔性在提高熱電優值ZT方面的可行性仍是熱電領域關注的問題。近日，哈工大材料學院隋解和教授、劉紫航教授和西安交通大學、中科院物理研究所組成的研究團隊首次利用超細晶和多孔結構的鎂銀銻（MgAgSb）基熱電材料制備了高性能熱電制冷器件，在α-MgAgSb中設計的主要由納米晶區域內的超細晶粒和隨機分布的孔隙組成的微結構，在300?K時，產生了超低的晶格熱導率0.46?W/mK，突破了估計最小值的限制，為熱電制冷性能優化提供了新思路。
展開 