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《自然》《科学》一周(12.07-12.13)材料科学前沿要闻
发布:lee_9124   时间:2015/12/15 12:58:22   阅读:1314 
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1.基于交联纳米粒子的室温下高度可逆的锂离子电池

(A highly reversible room-temperature lithium metal battery based on crosslinked hairy nanoparticles)
 
 
粗糙的电沉积、不可控的电解质副反应以及树突诱导的短路问题严重阻碍了基于锂、钠、铝电池储能技术的发展。固态聚合物电解质和纳米粒子-聚合物复合物作为有希望的备选材料可以抑制锂离子的晶枝生长,但是问题在于这些材料难以在室温下同时保持高的机械强度和高的离子电导率。 Choudhury 等人报道了一种简易可放大的方法,可以加工制备坚固、无支撑的薄膜。薄膜汇集了固态聚合物、纳米复合物和胶体-聚合物电解质的优点。茸状的纳米粒子可以作为用于聚合物交联的多功能节点,这样一来增强了薄膜的机械强度,同时又可以有效抑制锂离子晶枝的生长。此外,与传统的阴极材料搭配使用后,这种薄膜还可以增强电池的稳定性。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 10101 )

2.一种依靠无规生物力学能为可持续运行移动电子设备充电的通用设备

(A universal self-charging system driven by random biomechanical energy for sustainable operation of mobile electronics)
 

人体生物能是通过波动幅度和可变低频来描述的,不过依靠传统的能量采集技术无法有效利用这些能量。 Niu 等人报道了一种高效自充电能量系统,可以利用人体生物力学能为移动电子设备充电。这套系统包括一个高输出摩擦起电纳米发电器、一个能源管理电路以及一个储能装置。以摩擦作为唯一能量来源,这套发电装置可以提供功率为 1.044mW 的直流电能。作为一种“永久寿命”的能源,这套自充电装置为多种电子设备充电,如温度计、心电图仪、计步器、手表、计算器、无线电通讯设备等。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9975 )

3.主客体化学作用用于调节无机配位的纳米晶体胶体的溶解性、自组装性和光电导性

(Host–guest chemistry for tuning colloidal solubility, self-organization and photoconductivity of inorganic-capped nanocrystals)
 

胶体状无机纳米晶体(如金属硫组化合物MCCs)作为一种多功能光电子材料最近正受到越来越多的关注。不过,高度带电的MCC配位的NCs只能分散于强极性溶剂中,并且无法形成长程有序的NC超晶格。Bodnarchuk等人报道了一种简单通用的方法,通过MCC配位的NCs与大环状醚类(如冠醚)的主客体相互作用力,使无机材料配位的NCs可以溶于任意极性的溶剂中,并提高NC形成超晶格的能力。此外,有机分子的环状结构还可以方便的调节NC膜的电荷传输特性和光电导特性。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 10142 )

4.MoS2二维Ising超导性的证据

(Evidence for two-dimensional Ising superconductivity in gated MoS2)
 

电子的库伯对-对相互作用是超导体特异性质的来源——两个电子的自旋向着相反的方向。强烈的外加磁场会使自旋方向相同,因此破坏超导性。 Lu 等人观察到 MoS2 材料中的二维超导态可以不受施加于其上的磁场的影响。这是因为, MoS2 的能带结构以及自旋轨道耦合共同作用产生了一个可以增强电子对的磁场,使得自旋方向垂直于样品本身。(Science DOI : 10.1126 / science.aab 2277 )

5.电子-空穴对激发决定氢原子吸附的作用机制

(Electron-hole pair excitation determines the mechanism of hydrogen atom adsorption)
 

原子和分子在物体表面的碰撞过程中损失多少动能决定了它是被吸附还是被弹开。氢原子(H)在金属表面的吸附提出了一个基本的物理学问题。动量和能量守恒决定了轻质的 H 原子在双向碰撞过程中不可能有效的将能量传递给重原子。那么, H 原子是如何有效的吸附于金属表面上的呢? Bünermann 等人通过实验的方法发现, H 原子在绝缘体表面上的碰撞几乎是弹性的,遵守能量和动量守恒定律。然而,当H原子在光滑的金表面碰撞时,却损失了大量的动能。这一结果说明,在金属表面的吸附过程存在电子-空穴对激发态的作用。(Science DOI : 10.1126 / science.aad 4972 )

6.异构化过渡态的光谱分析

(Spectroscopic characterization of isomerization transition states)
 
 
化学家们将反应能量学比喻成丘陵和山谷。也就是说,过渡态代表反应物在生成产物前需要经历的最高势垒。 Baraban 等人开发了一套装置,能从震动光谱中直接观察到重排反应的过渡态状态。他们在过渡态附近发现了震动能级的特征规律,这揭示了其能量以及在越过势垒过程中的特定运动模式。(Science DOI : 10.1126 / science.aac 9668 )

7.在钛-锑-碲相变材料中直接观察到钛心八面体结构

(Direct observation of titanium-centered octahedral in titanium–antimony–tellurium phase-change material)
 

基于 Ti0.4Sb2Te3 材料的相变储存器比传统的 Ge2Sb2Te5 基相变储存器具有更快的速度和更小的重置能。不过,由于缺少直接的实验证据,Ti0.4Sb2Te3 材料的相变机理还不明确。 Rao 等人利用当前最先进的原子映射技术,在原子级别上确认了钛心八面体结构的存在。此外,通过利用软X射线吸收光谱和密度泛函理论模拟,他们发现在无定型的 Ti0.4Sb2Te3 材料中, Ti 原子倾向于保持八面体构型。他们的工作为更透彻了解和调节 Ti–Sb–Te 材料的性质铺平了道路。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 10040 )

8.通过抑制分子移动在室温下提高无金属有机材料的磷光效率

(Suppressing molecularmotions for enhanced room-temperature phosphorescence of metal-free organic materials)
 
 
无金属有机磷光材料被视为是有机金属磷光发射体的潜在替代品。但是,由于缺少重原子作用,使得轨道自旋耦合效率较低,因此高效的无金属有机磷光材料十分少见。 Kwon 等人报道了一种通用的设计原则,可以有效降低材料的非辐射跃迁,从而大幅提高无金属有机材料的磷光效率。这种方法主要依靠抑制磷光发射体附近的分子运动来实现的,具体来说是将磷光发射体与聚合物基体通过 Diels–Alder 点击化学的手段交联起来。相比于磷光发射体掺杂的体系来说,这种交联体系的磷光量子效率可以提高 2-5 倍。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9947 )


来源:新材料在线
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