單晶冰纖維
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-26
單晶冰纖維的實例教程
運用這一方法，研究團隊得到了多根粗細不一的單晶冰微纖維（ice microfibers，IMFs），其直徑在800納米~10微米之間，多為幾微米。
冰微纖維生長過程 | 研究論文
與天然形成的冰相比，這些冰纖維的內部結構幾乎不存在缺陷，表面也十分光滑。這些結構上的優良性質賦予了冰微纖維特殊的物理性質，甚至完全顛覆了人們的認知。在-70℃的條件下，研究人員將其中一根直徑4.7微米的冰微纖維彎曲了大約180°（曲率半徑為63微米），這根冰纖維不僅沒有折斷，而且在撤掉外力之后能迅速回彈，完全恢復了之前筆直的形態。
不僅如此，當溫度進一步降低時，冰微纖維可以進一步彎曲而維持不斷裂。在-70℃時，實驗得到的冰微纖維最大應變為4.6%；而當實驗溫度降至-150℃時，研究人員將一根直徑4.4微米的冰微纖維彎曲成曲率半徑只有20微米的圓弧，此時纖維近表面區域的應變達到了10.9%，這已經接近理論上冰的彈性極限了，而且在撤去外力后纖維同樣完全回彈到原本的形態。
冰微纖維的彎曲過程 | 研究論文補充材料
冰的相變
隨后，進一步的研究揭示了冰纖維在彎曲的過程中，究竟發生了什么。冰可以具有多種不同的晶體結構。我們見到的冰通常為Ih結構，即屬于六角晶系。而在低溫、高壓條件下，冰晶體會向密度更高的結構（例如呈菱面體的II型結構）轉變。
當冰纖維被彎曲時，其向心側的表面由于形變承受了非常大的擠壓力。經過計算，在-70℃下，當冰微纖維的最大形變達到3%時，其內壁的最大應力可達0.38 Gpa。相比之下，在同樣的溫度條件下，Ih結構向II型結構轉變的臨界壓力約為0.2 Gpa。也就是說，冰纖維中至少有一部分結構發生了相變。
來自拉曼光譜儀的分析證實了這一猜想。分析結果顯示，在纖維的彎曲部分確實發生了從Ih到II型的相變。
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我讀研究生的時候第一個項目就是寫織物力學性能分析軟件，工作以后搞氣動、參加試飛，寫了翼型結冰、試飛數據處理、冰風洞試驗數據處理、圖片曲線數據提取、UG翼型自動建模等等各種軟件和工具。一直到現在幾乎專門從事工業軟件開發。
把力學、建模、前后處理、數據采集與分析等各類技術軟件化、工具化，已經是我個人的科研風格了。不能用、不實用的虛幻研究熱點和縫合怪課題，即便能做也寧可不做。
在鋰電池正極材料開發中的應用
為了更好的提升鋰離子的傳輸通道，通常也會采用單晶和多晶NCM混合來制備極片，因為單晶和多晶NCM顆粒的顆粒尺寸差異明顯，以及導電添加劑CNT等混合物的形態，通過T2探測很容易識別，另外，單晶NCM顆粒與多晶NCM顆粒之間的導電網絡通道也呈現的非常清楚。
多晶與單晶三元NCM混合極片表面
Zeng等人使用1D纖維素納米纖維(CNFs)通過冰模板冷凍鑄造技術幫助制造超低密度MXene氣凝膠(圖4a, b)。在縱向平面上，可以清晰地看到間距為20 μm的定向細胞壁和單向孔道(圖4c)；MXene/CNF混合氣凝膠的結構在橫向上趨向于各向同性(圖4d)。作者調整了細胞壁方向，使有取向的細胞壁與入射emw的電場方向形成不同的角度(圖4e, f)。
翼脈纖維方向布置合理，具有較高的強度和剛度。實驗結果表明，該壓電驅動器具有良好的性能；成功避免了變速器和機身之間的裝配；通過合理排列碳纖維的纖維方向，獲得了高性能的人造翅膀。
例如，一英寸大小的單晶石墨烯在Cu-Ni合金襯底上快速生長。Xu等人開發了一種供氧的超快速CVD來生長單晶石墨烯。但由于石墨烯從襯底轉移而不破壞晶格結構相對困難，因此CVD石墨烯薄膜作為導熱材料的應用仍然存在障礙。
1.2 還原氧化石墨烯薄膜
雖然單層或多層石墨烯表現出良好的面內κ，但在沒有襯底的情況下直接應用在熱點上仍然存在障礙。
CFs 表面改性策略可分為幾組：（1）使用“偶聯劑”在 CFs 和基質之間形成化學鍵；（2）通過侵蝕纖維使纖維粗糙或用聚合物、MgO 等接枝纖維；（3）在纖維表面引入官能團進行表面活化；（4）采用與聚合物潤濕性較好、熱導率高的涂層材料對 CFs 表面形成均勻的涂層，與基體之間形成更密集的界面過渡區。
Zhang等人構建了碳納米管(CNT) @碳化聚乙烯醇(??PVA)和聚酰亞胺(PI)/氮化硼納米片(BNNS)的互穿纖維膜。兩種纖維的前驅體溶液經過靜電紡絲處理后，將膜置于高溫下，導致PVA炭化，使PVA中的碳納米管暴露出來，并將分離的BNNS連接到PI/BNNS纖維上，形成互穿的導熱網絡鏈。
在此，提出了一種簡便且經濟的冰模板方法，其中 BN 由單寧酸（BN-TA）改性直接自組裝形成垂直排列的仿珍珠質支架，無需額外的粘合劑和后處理。充分研究了 BN 漿料濃度和 BN/TA 比例對三維 (3D) 骨架形貌的影響。
這種方法需要復雜的襯底制備，例如，單晶Ge襯底必須在硅襯底上外延生長，然后才能生長石墨烯。最近，大單晶石墨烯的快速生長得到了報道。
圖3.在鍺表面生長的單晶單層石墨烯。
例如，Wu等在CuNi合金襯底上實現了英寸大小的單晶石墨烯的快速生長，在單個成核位點局部引入碳前驅體，2.5h即可生長出1.5英寸大小的石墨烯單層。
