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《自然》《科学》一周(4.20-4.26)材料科学前沿要闻一览
发布:lee_9124   时间:2015/5/5 15:19:19   阅读:1016 
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想了解材料科学的前沿动态吗?想知道世界各国的科学家们都在关注什么热点吗?新材料在线带你走进《自然》《科学》,品味最前沿的材料科学研究进展。

1.高度可压缩3D周期排列的石墨烯气凝胶微晶格

(Highly compressible 3Dperiodic graphene aerogel microlattices)

石墨烯是一种具有低密度、强机械性能、大表面积和高电导率的二维材料。最近3D结构的石墨烯材料被开发出来,如石墨烯气凝胶。不过这些材料是随机的多孔结构,这限制了其在工程建筑领域的应用。Zhu等使用3D打印的方法来制备了周期性石墨烯气凝胶微晶格。这种3D打印的石墨烯气凝胶具有质轻、高电导率的特点,同时具有极大地压缩因子。此外,它还具有更高的杨氏模量和表面积。应用3D打印技术可以实现各种复杂的石墨烯气凝胶材料的制备,这些材料具有广泛的应用范围。 (NatureCommunications DOI: 10. 1038/ ncomms 7962)

2.单分子器件内的构型束缚和分子内应变

(Binding configurations and intramolecular strain in single-molecule devices)

分子级电子器件的发展在过去的十年里有了长足的进展,先后出现了单分子晶体管、单分子二极管和单分子线。尽管有显著的进步,但是理论上预测的电导值与实验测量的数值仍有很大差距。造成这种差异的原因之一是很难通过实验的手段确定单分子结的接触构型和构型束缚。Hihath等用小振幅、高频率、正弦机械震荡信号来检测单分子结形成过程中分子构型的变化。通过测试响应电流,他们可以确定在室温下溶液中,单分子结最可能的构型。他们的测试结果与理论预测有非常高度的吻合,这一工作为表征单分子器件提供了方法。(Nature Materials DOI: 10. 1038/ NMAT 4216)

3.用作可见光光催化剂的导体聚合物纳米材料

(Conducting polymernanostructures for photocatalysis under visible light)

可见光响应的光催化剂能直接利用太阳光的能量,因此提供了一条解决能源和环境问题的路径。Ghosh等人发现利用光聚合制备的一维纳米材料—聚(二苯基丁二炔)在可见光下具有很高的光催化活性,而且这种催化剂不需要使用辅助试剂或金属共催化剂。这种纳米结构催化剂即使在数个周期后也很稳定,催化性能不会受损,因此可以反复利用。作者称他们的发现或许有助于开发用于自清洁表面、制氢、光伏等方面的新型半导体聚合物。(Nature Materials DOI: 10. 1038/ NMAT 4220)

4.用于超分子加密的可调固态荧光材料

(Tunable solid-statefluorescent materials forsupramolecular encryption)

可调的固态荧光材料是用于安全印刷技术的理想材料。Hou等报道了一种基于异质轮烷的可调固态荧光材料,这种材料的荧光颜色可通过超分子间可逆的聚集行为来控制。这种荧光材料的动态性质是基于复杂的化学平衡过程,荧光颜色与荧光材料和纸的化学组成相关。将这一体系应用到荧光防伪油墨中,信息可以被隐藏在彩色图片中,很难被发觉。作者称这一技术可以被用来保护重要信息方面。(Nature Communications DOI: 10. 1038/ ncomms 7884)

5.技术驱动纳米膜的层层组装

(Technology-drivenlayer-by-layer assembly of nanofilms)

对很多材料加工过程来说,多种材料沉积形成薄膜是非常重要的。层层加工过程包括连续将两种或多种材料以物理方式沉积起来。Richardson等就制备多层薄膜的技术和材料撰写了一篇综述,主要包括连续涂拉法、喷射法和电化学沉积法。尽管有很多种沉积方法和材料,但这些技术大多局限于在实验室中使用,很难推广至工业生产。不过,由于多层材料有很大的空间来调节其结构和性能,因此仍受到广泛关注。(Science DOI: 10. 1126 /science. Aaa 2491)

 6.一步合成苯乙烯铑催化剂

(Arhodiumcatalyst for single-step styrene production from benzene and ethylene)

塑料杯、泡沫、塑料餐具等这些日常用品均是由聚苯乙烯制成的,而聚苯乙烯的原料是苯乙烯。这些商用化学品的生产规模巨大,因此生产成本对合成效率非常敏感。目前的工业上以苯和乙烯为原料合成苯乙烯需要三步化学反应。Vaughan等报道了一种一步法合成苯乙烯的反应,这个反应以铑为催化剂,以一种可循环使用的铜盐为氧化剂。虽然这类反应的速率比较慢,但却证明了一步法合成的可行性。(Science DOI: 10. 1126/ science. Aaa 2260)

 7.通过精确控制位点相互作用来组装形成大四面体结构

(Selective assemblies ofgiant tetrahedra via precisely controlled positional interactions)

 自组装行为通常发生在不同的分子片段通过共价键被强迫联在一起的时侯。表面活性剂和嵌段共聚物是两个常见的例子。Huang等将四种组分有微小差异的纳米颗粒连接到同一个四面体结构的分子中心。由于纳米可以组成不同,这个大分子自组装形成有序排列的超分子结构。这种结构具有更高的配位数,而这种性质一般只有球型分子堆积才会有。(Science DOI: 10. 1126/ science. Aaa 2421)

8.纳米机械谐振器中的声子计量和强度干涉

(Phonon counting andintensity interferometry of a nanomechanical resonator)

在光学器件中,捕获并检测单光子的能力非常有用,例如可以实现活体器官的动态成像和量子通讯等。最近,Cohen等人使用光探针和单光子检测法研究了硅纳米机械谐振器中的声波发射和吸收过程。由于光与机械运动耦合的增强作用,这种高效的声子计量技术具有0.89的噪声等效声子灵敏度。作者称,这个技术的进步可以扩大量子态工程的研究范围。 (Naturedoi: 10. 1038/ nature 14349)


来源:新材料在线
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