微納米結(jié)構(gòu)的案例
基于COMSOL的空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物微納米結(jié)構(gòu)成型
聚合物微納米結(jié)構(gòu)由于獨特的物理和化學(xué)功能而受到越來越多的關(guān)注，可以廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)制造方法中，空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形技術(shù)由于在材料普適性、結(jié)構(gòu)均勻性等方面的獨特優(yōu)勢，獲得了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。“空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形”工藝采用結(jié)構(gòu)化導(dǎo)電模板與涂覆有聚合物薄膜的導(dǎo)電襯底作為對電極，形成誘導(dǎo)模板/空氣/聚合物/導(dǎo)電襯底的多層結(jié)構(gòu)。電極對之間施加電壓后，因模板結(jié)構(gòu)的調(diào)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(diào)制電場”產(chǎn)生的 Maxwell 應(yīng)力張量驅(qū)動聚合物朝向誘導(dǎo)模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
數(shù)值模擬：針對目前線性穩(wěn)定分析方法在空間調(diào)制電場誘導(dǎo)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(yīng)，建立了基于電流體動力學(xué)的兩相流動力學(xué)模型，并從力學(xué)分析角度出發(fā)研究了聚合物在空間調(diào)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(guān)系，深入理解空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的本質(zhì)原因。
兩相流動力學(xué)模型 ：由于聚合物復(fù)形過程中誘導(dǎo)模板與導(dǎo)電襯底的固定性，聚合物誘導(dǎo)流變過程的動態(tài)演變可歸結(jié)于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態(tài)追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態(tài)。在描述空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變行為中，需要解決的關(guān)鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產(chǎn)生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準(zhǔn)確的追蹤氣液界面，即如何展現(xiàn)電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的動態(tài)過程。
展開 都柏林大學(xué)張楠、蘇大周宇陽《Nano Letters》：多級復(fù)合納米結(jié)構(gòu)納米材料高效抗新冠高分子薄膜
仿生微納米結(jié)構(gòu)可通過物理作用‘刺破’細(xì)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(jié)構(gòu)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(fēng)險，建立抗新冠薄膜批量化生產(chǎn)技術(shù)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(xué)助理教授張楠博士與蘇州大學(xué)周宇陽博士在《Nano Letters》期刊上發(fā)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(shè)計并建立了多級微納米結(jié)構(gòu)抗新冠薄膜批量化生產(chǎn)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(jié)合超聲霧化噴涂技術(shù)和納米壓印技術(shù)（NIL），在PE和PET薄膜表面構(gòu)造出經(jīng)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(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三方面：
一、高效殺滅新冠病毒，多級微納米結(jié)構(gòu)PE和PET薄膜可在1h內(nèi)降低兩個數(shù)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(jié)構(gòu)保持完整；
三、工業(yè)化前景，原料及技術(shù)成本低，具有連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)前景。
展開 精密微納米結(jié)構(gòu)測量解決方案
其中表面形貌的3D測量，包括了輪廓的測量以及表面粗糙度的測量，是微納結(jié)構(gòu)測量最為基礎(chǔ)和重要的項目。目前常用的微結(jié)構(gòu)表面形貌測量方法分為接觸式和非接觸式。
運用非接觸式測量技術(shù)的3D光學(xué)檢測儀器，大多是基于光學(xué)方法（干涉顯微法、自動聚焦法、激光干涉法、光學(xué)顯微干涉法等），可對精密零部件的表面粗糙度、微小形貌輪廓及尺寸實現(xiàn)微納級測量，在微納米結(jié)構(gòu)檢測中有著重要意義。
中圖儀器基于3D光學(xué)成像測量非接觸、操作簡單、速度快等優(yōu)點，以光學(xué)測量技術(shù)創(chuàng)新為發(fā)展基礎(chǔ)，研發(fā)出了常規(guī)尺寸光學(xué)測量儀器、微觀尺寸光學(xué)測量儀器、大尺寸光學(xué)測量儀器等，能提供從納米到百米的精密測量解決方案。
1、自動聚焦法-影像測量儀
自動聚焦法是基于幾何光學(xué)的物象共軛關(guān)系，能使得場景目標(biāo)在成像系統(tǒng)中準(zhǔn)確清晰成像的某種自動調(diào)節(jié)過程，當(dāng)照明光斑匯聚在被測面時，進(jìn)一步調(diào)整檢測頭與表面的距離，直至光斑像尺寸最小而得到該被測位置的相對高度。
Novator系列復(fù)合式影像儀是一款能充分發(fā)揮光學(xué)電動變倍鏡頭高精度優(yōu)勢的全自動影像測量儀。
支持點激光輪廓掃描測量，進(jìn)行高度方向上的輪廓測量；
支持線激光3D掃描成像，可實現(xiàn)3D掃描成像和空間測量；
支持頻閃照明和飛拍功能，可進(jìn)行高速測量，提升測量效率；
具有可獨立升降和可更換RGB光源，可適應(yīng)更多復(fù)雜工件表面。
2、共焦激光掃描顯微法-共聚焦顯微鏡
激光共焦掃描顯微術(shù)是一項高分辨率三維光學(xué)成像技術(shù)。利用精密共焦空間濾波結(jié)構(gòu)，通過物象共軛關(guān)系濾除焦點外的反射光，提高成像的可見度。共焦顯微鏡裝置是在被測對象焦平面的共軛面上放置兩個小孔，其中一個放在光源前面，另一個放在探測器前面。
展開 中科大俞書宏NSR：受生物啟發(fā)的微納米尺度纖維增強復(fù)合材料
【內(nèi)容提要】
《國家科學(xué)評論》在線發(fā)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(jié)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(gòu)筑組分，首次成功制備出具有仿生螺旋膠合板結(jié)構(gòu)的三維體型人工結(jié)構(gòu)材料。
神奇的自然界經(jīng)過上億年的演化，孕育出千奇百態(tài)的生物材料，它們或作為生物體骨架，或作為防御或進(jìn)攻武器。這些自然結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和精巧的界面設(shè)計，往往表現(xiàn)出超乎尋常的機械性能，因此，一直都是材料科學(xué)領(lǐng)域研究人員積極探索和模仿的對象。
通過微觀結(jié)構(gòu)觀察可以發(fā)現(xiàn)，包括魚鱗、蟹鉗和骨骼等在內(nèi)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(jié)構(gòu)。它們是結(jié)構(gòu)精密的天然纖維增強復(fù)合材料，并且往往具有工程結(jié)構(gòu)材料迫切需要卻難以獲得的優(yōu)異損傷容忍能力。因此，以微納米纖維為結(jié)構(gòu)單元，全面模仿此類多尺度分級自然結(jié)構(gòu)，將有望制備出可取代現(xiàn)有工程結(jié)構(gòu)材料的高性能新型人工結(jié)構(gòu)材料。然而，由于當(dāng)前缺乏納米材料組裝技術(shù)特別是一維微納米結(jié)構(gòu)單元宏觀有序的組裝手段，模仿制備此類自然纖維增強結(jié)構(gòu)材料一直是一個重大挑戰(zhàn)。
展開 
多級次微納米多孔聚合物涂層大顯身手
2）分子結(jié)構(gòu)中不同的振動模式，導(dǎo)致在熱波長處具有多個消光峰。
3）具有優(yōu)異的抗老化、防污、防紫外線能力。多孔結(jié)構(gòu)使得薄膜更具疏水性能。
簡便的涂層制備方法：
研究人員以P(VdF-HFP)、水和丙酮混合物作為前驅(qū)體溶液（水不是溶劑，丙酮是溶劑），采用相轉(zhuǎn)化法制備得到多級次多孔聚合物膜，放置在于基底上然后在空氣中干燥。丙酮的快速蒸發(fā)導(dǎo)致P(VdF-HFP)從水中發(fā)生相分離，從而形成微納米尺度的液滴。水蒸干之后，富含微納米孔道結(jié)構(gòu)的P(VdF-HFP)HP薄膜也就形成了。
值得一提的是，這種涂層可以通過類似刷墻的方式進(jìn)行施工，對于實際應(yīng)用極具吸引力。可以采用刷涂、浸涂、噴涂等各種工藝，也適用于金屬、木材、塑料凳多種基材。除此以外，P(VdF-HFP)HP還可以做成穩(wěn)固的科循環(huán)的片層材料。
圖2. P(VdF-HFP)HP光學(xué)性能
圖3. P(VdF-HFP)HP涂層的通用性
優(yōu)異的輻射冷卻性能：
由于微納米孔道結(jié)構(gòu)的存在，薄膜具有極佳的反向散射太陽光和增強熱輻射的能力。研究發(fā)現(xiàn)，厚度大于300μm，孔隙度超過50%的P(VdF-HFP)HP薄膜半球為0.96， 為0.97。當(dāng)厚度大于500μm時，可以達(dá)到0.98以上。超高的值確保了對太陽光的有效反射，并避免了之前設(shè)計中廣泛使用的銀反光器。
在太陽光強度為890和750 W m-2條件下，涂層可將室溫自然降低6℃左右，冷卻功率為96 W m-2。這一性能足以媲美目前最好的被動輻射冷卻技術(shù)。
圖4. P(VdF-HFP)HP輻射冷卻性能
總之，這項研究利用相轉(zhuǎn)化法開發(fā)了一種操作簡單、成本低廉、可規(guī)模化的多級次多孔聚合物涂層制備方法，實現(xiàn)了高效率的被動輻射冷卻性能，為更宜居的生活環(huán)境，更節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計起到了重要推動作用！
展開 一種提升碳納米管/聚二甲基硅氧烷納米復(fù)合材料界面熱傳輸?shù)?em>微結(jié)構(gòu)焊接工藝
值得注意的是，獲得的GS負(fù)載為4.75% wt%的GS-w-CNT /聚二甲基硅氧烷(PDMS)納米復(fù)合材料保持了5.58 W/mk的高導(dǎo)熱系數(shù)，與純CNT/PDMS納米復(fù)合材料相比，提高了410%。利用分子動力學(xué)模擬分析了界面焊接對傳熱行為的影響，發(fā)現(xiàn)GS焊接程度對降低GS-w-CNT結(jié)構(gòu)中的聲子散射和CNT界面處的界面熱阻都有重要作用。這種獨特的焊接策略為優(yōu)化填料增強聚合物納米復(fù)合材料的熱傳輸性能提供了新的途徑，促進(jìn)了其在下一代微電子器件中的應(yīng)用。研究成果以“An innovative graphene-based phase change composite constructed by syneresis with high thermal conductivity for efficient solar-thermal conversion and storage”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.a) GS-w-CNT/PDMS制備工藝示意圖，b-e)碳納米管網(wǎng)絡(luò)在0 wt%， 1.2 wt%， 2.54 wt%和4.75 wt% GS載荷下的形態(tài)。
圖2.a - d)原始碳納米管網(wǎng)絡(luò)的TEM圖像a)和焊接了1.2 wt% b)， 2.54 wt% c)和4.75 wt% d) GS的碳納米管網(wǎng)絡(luò)，e) GS-w-CNT高分辨率圖像，f) GS-w-CNT的FFT衍射圖。碳納米管網(wǎng)絡(luò)和焊接GS載荷為4.75%的碳納米管網(wǎng)絡(luò)的拉曼光譜g)和x射線衍射圖h)，i,j)低i)和高j)倍率下，GS-w-CNT在PDMS中的分布形態(tài)，k) PDMS中焊接碳納米管結(jié)的高分辨率形貌。
展開 3D打印微結(jié)構(gòu)比頭發(fā)絲還細(xì)！瑞士微納米3D打印機進(jìn)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(fā)絲還細(xì)，模型小到人肉眼都無法分辨。
△微納3D打印的螺旋結(jié)構(gòu)，比頭發(fā)絲還細(xì)
2018年8月3日，瑞士 Cytosurge AG 公司所開發(fā)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(jié)構(gòu)。
其技術(shù)源自于原子力顯微鏡(AFM)，通過精準(zhǔn)控制的平臺(XY 軸控制精度±250nm；Z 軸控制精度<5nm)并結(jié)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(jié)構(gòu)，藉由不同的 iontip 方案模塊噴頭，將能應(yīng)用于生物物理學(xué)、生命科學(xué)與微機電、半導(dǎo)體等3D 打印領(lǐng)域的研發(fā)驗證，協(xié)助提供微結(jié)構(gòu)研究的解決方案．可望引領(lǐng)國內(nèi)半導(dǎo)體及醫(yī)藥生物技術(shù)的研發(fā)應(yīng)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(jié)構(gòu)打印。
FluidFM 技術(shù)結(jié)合微流體及原子力顯微鏡的優(yōu)勢壓力感測，離子探頭內(nèi)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(chuàng)造出形體更復(fù)雜、純度更高的金屬物體。光學(xué)原子力反饋機構(gòu)可進(jìn)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(fā)直徑1/500。在這個注射口徑尺寸下，最低流速可達(dá)每秒數(shù)飛升，是目前最先進(jìn)流量探測器的探測限值1/1,000,000。FluidFM技術(shù)使微納米級復(fù)雜金屬物體的制造成為可能。
展開 電沉積過程中的電腐蝕
【引言】
微納米結(jié)構(gòu)的可控合成在材料、化學(xué)、工程等領(lǐng)域具有極其重要的意義。濕化學(xué)合成已經(jīng)發(fā)展為一種高效的液相中單分散的微納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法。然而，在某些應(yīng)用領(lǐng)域需要在襯底上可控合成微納米結(jié)構(gòu)。電沉積已經(jīng)有兩百多年的歷史，因為其簡單的操作流程和不需要昂貴儀器，已被工業(yè)上廣泛應(yīng)用于在導(dǎo)電襯底上制備各種材料涂層。然而，電沉積很難因此也極少應(yīng)用于可控制備微納米顆粒。電腐蝕也具有悠久的研究歷史，其中一個在微納米材料領(lǐng)域中的代表應(yīng)用是多孔氧化鋁模板的制備。電沉積和電腐蝕可分別歸類為一種 “增材”和“剪材”制造方法，然而迄今尚未見報道刻意的將電沉積和電腐蝕結(jié)合起來制備復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)的研究。
【成果簡介】
最近，浙江大學(xué)楊士寬研究員課題組及其合作者將“增材”制造的電沉積和“剪材”制造的電腐蝕結(jié)合起來，在導(dǎo)電襯底上實現(xiàn)了一系列微納復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)筑。實驗和理論模擬結(jié)果表明，電沉積過程中的電腐蝕來源于電極表面附近區(qū)域pH值的顯著變化。通過改變電化學(xué)參數(shù)可以實現(xiàn)對電沉積生長速度和電腐蝕程度的有效控制，從而獲得一些有趣的、未見報道的微納米結(jié)構(gòu)。這個研究大大增強了電化學(xué)在可控合成微納米結(jié)構(gòu)中的能力，使其能夠與成熟的濕化學(xué)合成相媲美，甚至在某些情況下優(yōu)于傳統(tǒng)的濕化學(xué)合成方法，譬如制備與襯底有牢固結(jié)合力的微納米結(jié)構(gòu)。以電化學(xué)生長銀氧籠狀體（Ag7O8NO3）為例，展示了金字塔、凹面金字塔等結(jié)構(gòu)的可控合成。這些結(jié)構(gòu)本身以及衍生結(jié)構(gòu)在表面增強拉曼散射檢測等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
展開 梯度納米晶材料的本構(gòu)建模及微結(jié)構(gòu)調(diào)控
近年來，能夠很好協(xié)調(diào)強度和韌性的梯度結(jié)構(gòu)材料逐漸興起，并且成為研究熱點，具有很好的應(yīng)用前景。
梯度結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的特征。根據(jù)不同的材料變形機理和制備工藝，梯度結(jié)構(gòu)被越來越多地應(yīng)用到工程材料中，比如通過在內(nèi)部引入不同的梯度微結(jié)構(gòu)（梯度晶粒結(jié)構(gòu)、梯度孿晶結(jié)構(gòu)、梯度位錯結(jié)構(gòu)、梯度相變結(jié)構(gòu)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(jīng)過多年發(fā)展，目前制備梯度結(jié)構(gòu)材料的方法已經(jīng)十分豐富，比如表面研磨、表面碾磨、物理或化學(xué)沉積、激光沖擊等。
為了更好地發(fā)展和應(yīng)用梯度結(jié)構(gòu)材料，需要預(yù)測不同梯度結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，從而進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。因此，深入理解梯度結(jié)構(gòu)材料的強韌性機理、微結(jié)構(gòu)演化與宏觀力學(xué)響應(yīng)的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而建立描述梯度結(jié)構(gòu)材料變形行為的本構(gòu)模型，成為亟待解決的關(guān)鍵問題。
圖1 不同的梯度微結(jié)構(gòu)示意圖。（來源：盧柯. 梯度納米結(jié)構(gòu)材料，金屬學(xué)報 51（2015）1-10）
在國家自然科學(xué)基金項目《梯度納米晶粒/孿晶材料的本構(gòu)建模及微結(jié)構(gòu)設(shè)計》（項目編號：1167020206）的資助下，西南交通大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院張旭研究組與德國馬普鋼鐵所Dierk Raabe教授團(tuán)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(tuán)隊在《Science》上報道的梯度納米晶粒材料，建立了基于復(fù)雜位錯演化機制的尺寸相關(guān)晶體塑性本構(gòu)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(tuán)隊開發(fā)的多尺度材料模擬平臺DAMASK，實現(xiàn)了本構(gòu)模型的有限元移植。
梯度納米晶粒結(jié)構(gòu)材料有龐大的晶粒數(shù)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(xué)響應(yīng)進(jìn)行計算模擬。
展開 南郵《AFM》：首次采用自模板法合成這種穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)！
近年來，花形空心微納米結(jié)構(gòu)由于具有高比表面積、低密度、高負(fù)載量等優(yōu)點而備受關(guān)注，在催化、光電、儲能、轉(zhuǎn)換、傳感器、藥物輸送等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。另一方面，共價有機骨架(COF)在功能電子器件方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。然而，目前還沒有基于COFs的三維一體化空心微納米結(jié)構(gòu)的精確制作的報道。
來自南京郵電大學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)等單位的研究人員，首次通過自模板法合成了尺寸為5-7μm、空心花瓣相互連接的二惡英COF-316一體式結(jié)構(gòu)。其中的生長機制包括納米顆粒的自組裝、由內(nèi)而外的奧斯特瓦爾德生長和外延生長的協(xié)同過程。由于COF-316固有的孔隙率和相互連接的中空結(jié)構(gòu)，通過“內(nèi)”和“外”功能化，COF-316可以均勻地與聚吡咯(PPy)復(fù)合，其中氫鍵相互作用提高了充放電過程中的電荷轉(zhuǎn)移效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。COF-316@PPy柔性透明超級電容器在3μA cm-2時的面比電容(CA)為783.6μF cm-2，并且其具有長期循環(huán)穩(wěn)定性。這項工作將促進(jìn)儲能裝置利用三維空心COF材料設(shè)計理念的研究。相關(guān)論文發(fā)表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202010306
圖1.三維空心花形COF-316微結(jié)構(gòu)的合成與表征
圖2.空心花形COF-316微結(jié)構(gòu)的形成機理和隨時間變化的結(jié)構(gòu)特征。
展開 南工大陳蘇團(tuán)隊《自然·通訊》：微流體紡絲構(gòu)筑柔性納米結(jié)構(gòu)黑磷無紡布
針對上述挑戰(zhàn)，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室、化工學(xué)院陳蘇教授和武觀老師，在國家自然科學(xué)基金的資助下，通過微流控紡絲技術(shù)，利用捷納思微流體紡絲機，制備黑磷復(fù)合纖維無紡布電極，并將其構(gòu)筑具有高能量密度輸出的柔性超級電容器。通過在二維黑磷（BP）片層橋接一維碳納米管（CNTs），增加黑磷片層間的電子傳導(dǎo)、機械穩(wěn)定性、離子擴(kuò)散通道和氧化還原作用，從而促進(jìn)離子在電極-電解質(zhì)層界面處更快的傳輸及更多的累積。得益于這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)和微流體紡絲的設(shè)計，獲得基于無紡布電極的超級電容器表現(xiàn)出較高的能量密度和穩(wěn)定形變供能能力，并成功實現(xiàn)為LEDs、智能手表、彩色顯示屏等電子器件供能的應(yīng)用。該方法不僅為先進(jìn)電極材料的設(shè)計提供新思路，還極大促進(jìn)柔性超級電容器在可穿戴電子領(lǐng)域的發(fā)展，有望取代微電池并廣泛應(yīng)用于新能源能量存儲領(lǐng)域。該研究成果于近日發(fā)表在被國際重要刊物《Nature Communications》上。“Microfluidic-spinning construction of black-phosphorus-hybrid microfibres for non-woven fabrics toward a high energy density flexible supercapacitor, 2018, 9: 4573.”
圖1. (a) BP-CNTs的合成以及鈍化示意圖；(b) 基于微流體紡絲技術(shù)制備黑磷復(fù)合纖維無紡布示意圖；(c) 柔性超級電容器的構(gòu)筑及應(yīng)用示意圖。
圖2.
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西工大《JMST》綜述：極端高溫環(huán)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(yōu)異高溫穩(wěn)定性的碳基復(fù)合材料。本文系統(tǒng)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(jié)構(gòu)等微/納多尺度強韌化研究的最新進(jìn)展，以期實現(xiàn)長時有效耐超高溫氧化/燒蝕的碳基復(fù)合材料。最后，對研發(fā)具有優(yōu)異綜合熱機械性能的碳基復(fù)合材料的面臨的主要問題、挑戰(zhàn)和未來的研究方向進(jìn)行了展望。希望這篇綜述能夠引起相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，共同推進(jìn)學(xué)科與產(chǎn)業(yè)的優(yōu)效發(fā)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(jìn)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(yīng)用于C/C或涂層中，可以通過減少裂紋的數(shù)量和尺寸，防止裂紋的擴(kuò)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(jìn)一步研究，預(yù)示其針對在極端惡劣環(huán)境下應(yīng)用的高技術(shù)發(fā)展方面具有廣闊的前景和潛力。
本文對具有優(yōu)異綜合熱機械性能的碳基復(fù)合材料研發(fā)面臨的主要問題、挑戰(zhàn)和相應(yīng)可能的解決方案進(jìn)行了總結(jié)與展望。
展開 COMSOL電場力誘導(dǎo)聚合物成型 ￥500
2013-田洪淼-Numerical Characterization of Electrohyd.pdf
聚合物微納米結(jié)構(gòu)由于獨特的物理和化學(xué)功能而受到越來越多的關(guān)注，可以廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)制造方法中，空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形技術(shù)由于在材料普適性、結(jié)構(gòu)均勻性等方面的獨特優(yōu)勢，獲得了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。“空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形”工藝采用結(jié)構(gòu)化導(dǎo)電模板與涂覆有聚合物薄膜的導(dǎo)電襯底作為對電極，形成誘導(dǎo)模板/空氣/聚合物/導(dǎo)電襯底的多層結(jié)構(gòu)。電極對之間施加電壓后，因模板結(jié)構(gòu)的調(diào)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(diào)制電場”產(chǎn)生的 Maxwell 應(yīng)力張量驅(qū)動聚合物朝向誘導(dǎo)模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
數(shù)值模擬：針對目前線性穩(wěn)定分析方法在空間調(diào)制電場誘導(dǎo)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(yīng)，建立了基于電流體動力學(xué)的兩相流動力學(xué)模型，并從力學(xué)分析角度出發(fā)研究了聚合物在空間調(diào)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(guān)系，深入理解空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的本質(zhì)原因。
兩相流動力學(xué)模型 ：由于聚合物復(fù)形過程中誘導(dǎo)模板與導(dǎo)電襯底的固定性，聚合物誘導(dǎo)流變過程的動態(tài)演變可歸結(jié)于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態(tài)追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態(tài)。在描述空間調(diào)制電場誘導(dǎo)聚合物流變行為中，需要解決的關(guān)鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產(chǎn)生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準(zhǔn)確的追蹤氣液界面，即如何展現(xiàn)電場誘導(dǎo)聚合物流變成形的動態(tài)過程。
展開 江南大學(xué)李文兵與哈工大冷勁松院士/劉彥菊教授團(tuán)隊《Small》綜述：形狀記憶微/納米圖案的發(fā)展和應(yīng)用
江南大學(xué)青年教師李文兵與哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松院士團(tuán)隊在《Small》期刊上發(fā)表了題為Application and development of shape memory micro/nano patterns的綜述文章，該綜述系統(tǒng)性地介紹了形狀記憶微/納米圖案的類別，對形狀記憶微/納米圖案的制備方法進(jìn)行了總結(jié)，并對其在各個領(lǐng)域的潛在應(yīng)用進(jìn)行了歸納總結(jié)，最后提出了形狀記憶微/納米圖案的不足以及未來的發(fā)展方向。
圖1 形狀記憶微/納米圖案的分類、應(yīng)用和驅(qū)動方法的總結(jié)
形狀記憶微/納米圖案可以大致分為四種類型：微溝槽、微孔、微柱陣列、表面微褶皺等。圖2、3、4、5分別是不同的微/納米圖案分類。
微溝槽是微/納米圖案中的一種重要圖案，在SMP膜表面形成微溝槽排列，在受到外界刺激情況下產(chǎn)生微觀形變，目前來說在微圖案上進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)可以探究表面拓?fù)?em>結(jié)構(gòu)對于細(xì)胞的影響作用，表面微/納米圖案的變化可以誘導(dǎo)細(xì)胞分化、改變黏附方向等，因此微圖案結(jié)構(gòu)可用于細(xì)胞研究。其中微溝槽由于其較大的接觸面積，以及在動態(tài)變化過程中較大的形貌變化，有利于探究細(xì)胞在微圖案表面的變化，例如細(xì)胞與微形貌間的相互作用、細(xì)胞的運動性等。此外，利用微溝槽的變化也可以用于探究其他物理性質(zhì)變化，如潤濕性、光學(xué)性質(zhì)等。
展開 從商品化硅橡膠到具有多級結(jié)構(gòu)的三維陶瓷
3D及4D打印提供了陶瓷加工的新思路,但同時制備具有宏觀及微觀復(fù)雜多級結(jié)構(gòu)仍然是個未解決的難題.
最近，浙江大學(xué)化工學(xué)院謝濤與趙騫領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一類“機械塑化-熱裂解”的方法，成功制備了具有宏觀三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)和微納米結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。如圖1所示，和以往難于上青天般的制備方法不同，這是一種利用商品化的硅橡膠就能簡單制備的陶瓷材料，他們表面具有微納米結(jié)構(gòu)，在自然光下?lián)碛猩拾邤痰?em>結(jié)構(gòu)色；宏觀形狀為展翅的蝴蝶。
圖1 表面具有微米孔結(jié)構(gòu)的三維蝴蝶狀硅橡膠和陶瓷。左邊為硅橡膠，孔徑2 μm；右邊為陶瓷，孔徑1 μm。
這種“機械-塑化-熱裂解”的方法是通過動態(tài)共價鍵實現(xiàn)的。其制備過程如圖2所示，通過在商品化的硅橡膠中加入特定的催化劑，可以促使硅橡膠中的硅氧鍵發(fā)生可逆交換。這種可逆交換可以實現(xiàn)材料的塑化，即材料在無需模具的情況下實現(xiàn)固態(tài)狀態(tài)下形狀的變化，從而制備復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步通過高溫?zé)崃呀猓苽涑鼍哂袕?fù)雜三維結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。
圖2 陶瓷制備方法的示意圖
通過上述方法，他們制備出了各式各樣形狀的陶瓷。其中，通過硅橡膠表面的自粘接，可以獲得具有復(fù)雜組裝結(jié)構(gòu)的陶瓷（圖3d所示）。另外，利用一個初始模具通過重復(fù)的塑化、熱裂解、和重塑的方法可以獲得多種多樣的微納米結(jié)構(gòu)（圖3e所示）。進(jìn)一步，這類材料還能應(yīng)用在陶瓷的功能器件上，如圖3f，g制備的三維微流道，可以用于散熱等。
圖3 具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的硅橡膠和陶瓷
該項工作發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志。
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