wellbet吉祥 http://budgetbizsites.com 服务材料科技创新 Sat, 13 Jun 2020 22:30:03 +0800 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=4.9.4 福建师大陈鲁倬/黄烽Nanoscale封面论文:基于半导体纳米颗粒局域表面等离子体共振的透明光驱动器用于伪装软机器人 http://budgetbizsites.com/203532.html http://budgetbizsites.com/203532.html#respond Sat, 13 Jun 2020 22:30:03 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=203532 【引言】

在自然界中,透明的身体对动物来说是一种简单而有效的“被动”伪装策略。例如,玻璃翼蝴蝶的翅膀是透明的,所以它可以自然地融入所处环境之中,减少被捕食者发现的风险。动物可以通过这种策略把自己隐藏在周围环境中。因此,开发透明驱动器对于伪装或“隐形”的软机器人的应用具有重要意义。

【成果简介】

近日,福建师范大学陈鲁倬教授团队与黄烽研究员合作,报道了基于半导体纳米颗粒局域表面等离子体共振的透明光驱动器。该研究创新性地将具有局域表面等离子体共振特性的半导体纳米颗粒(LSPR-SNC)引入光驱动器中,以替代常规吸光剂(染料、颜料或碳粉等,不透明)。这些半导体纳米颗粒对于可见光的吸收较弱,但对于红外波段的光具有显著的吸收。这一特性源自于半导体纳米晶的局域表面等离子体共振行为。采用这些半导体纳米颗粒制备成的光驱动器,呈现出基本透明的外观,但在红外光的刺激下能够实现较大的机械自形变。这中器件可应用于未来构建具有隐形、自然伪装功能的柔性仿生机器人。相关成果以题为“Transparent photoactuators based on localized-surface-plasmon-resonant semiconductor nanocrystals: a platform for camouflage soft robots”发表在Nanoscale上,并被选为封面论文(Outside Front Cover Paper),论文第一作者为黄烽研究员、通讯作者为陈鲁倬教授和张薇副教授。

wellbet吉祥官方网站上述研究工作得到国家自然科学基金、福建省杰出青年科学基金、福建省特殊支持“双百计划”等的资助。

【图文导读】

1. Nanoscale 2020年第12期封面

2. 基于LSPR-SNC驱动器的仿生玻璃翼蝴蝶

wellbet吉祥官方网站(A) 仿生玻璃翼蝴蝶(虚线部分)在一朵花上的光学照片。

wellbet吉祥官方网站(B) 被红外光驱动的仿生玻璃翼蝴蝶(虚线部分)的光学照片。

wellbet吉祥官方网站(C) 被红外光驱动的仿生玻璃翼蝴蝶的红外热图像。

文献链接:Feng Huang, et al. Transparent photoactuators based on localized-surface-plasmon-resonant semiconductor nanocrystals: a platform for camouflage soft robots, Nanoscale, 2020, 12, 11878–11886.

作者简介:

陈鲁倬,福建师范大学物理与能源学院教授、博士生导师。2011年从清华大学获博士学位,曾入选国家自然科学基金委中德科学中心“林岛项目”。近年来从事智能驱动材料与柔性可穿戴器件的研究,以第一或通讯作者在ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等期刊发表SCI论文30余篇,研究成果曾被美国化学会wellbet吉祥官方网站周刊等报道。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目;福建省杰出青年基金项目;入选福建省特殊支持“双百计划”人才。已授权国内外发明专利50余项。现担任国际仿生工程学会青年委员会委员。

黄烽wellbet吉祥官方网站,福建师范大学物理与能源学院研究员、博士生导师,2009年从中国科技大学获博士学位。近年来一直从事无机光电材料的控制合成及其在照明、传感与显示中的应用。累计发表SCI论文20余篇,第一或通讯作者论文包括国际顶级期刊Adv. Funct. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Mater. Chem C 等。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目,以及福建省自然科学基金和福建省科技厅产业开发引导性(重点)项目。

陈鲁倬团队在透明驱动器领域的相关文献:

Transparent actuators and robots based on single-layer superaligned carbon nanotube sheet and polymer composites, Nanoscale, 2016, 8, 6877-6883;

Transparency-switchable actuator based on aligned carbon nanotube and paraffin-polydimethylsiloxane composite, Carbon, 2017, 116, 625-632.

本文由福建师范大学物理与能源学院投稿

]]>
http://budgetbizsites.com/203532.html/feed 0
喻海良:回国三年团队建设与研究生培养感受 http://budgetbizsites.com/203565.html http://budgetbizsites.com/203565.html#respond Sat, 13 Jun 2020 22:09:35 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=203565 前日,中南大学研究生院颁布了“关于举办“中南大学2021年优秀大学生提前面试”活动的通知”。感觉时间过得真快,2020级研究生招生刚刚结束,又要迎来2021级研究生招生。对于老师而言,优秀研究生生源是青年教师快速发展的根基保障。我2016年11月回国工作,一晃已经过去三年多,在这里向各位汇报一下这几年我的团队建设情况与研究生培养感受。

这几年,通过各方面的努力,我个人团队建设还算是稳打稳扎。目前,团队中已有2名博士后、8名博士生、10名硕士生。如果再加上今年9月份即将入学的3名博士生和3名硕士,团队已经达到我预期目标,25人左右的中小创新型科研团队。wellbet吉祥官方网站从2021年,毕业多少学生,就招多少学生,打算维持这个规模就好。作为一名导师,我个人也是尽可能地为学生们着想,内心希望把每一个学生都培养成为优秀的研究生。虽然还有很多不足,但下面几个方面我自认为做的还是不错的。

1.在我课题组里面,过去三年我没有安排过任何一个学生替我报销发票等琐碎性杂事。wellbet吉祥官方网站我对学生们讲,他们唯一要做的就是仔细看文献、努力做实验、认真整理数据、挖掘创造新知识。当然,我也鼓励他们找对象,学习之余有一个温暖的港湾,累了有个人可以诉诉辛苦,高兴了有人分享喜悦。前些天,学校科研部鼓励我招聘一名应届毕业生做助理,很有可能课题组学生们的杂事都可以安排助理去帮助解决了。

2.学生如果想找我,基本上什么时候都可以找到我。除了偶尔出差和给本科生上课,我每一个工作日从早晨9点到晚上7点一定在办公室里面,学生们有任何问题都可以随时到办公室找我。过去三年时间,虽然课题组学生规模逐渐扩大,但应该没有发生学生想找我而找不到的时候。应该说只发生过我联系不上学生的时候,没有发生过学生联系不上我的时候。

3.课题组从不吝啬经费让学生无法做想做的研究。wellbet吉祥官方网站在我的课题组里,学生提出想买实验材料、实验设备,只要合理、有可行性,我都支持他们购买。过去三年间,我投入购买设备与材料费用应该超过400万。另外,我也对学生们授权,价格低于1000元以下的东西,只要有必要,不需要向我汇报就可以自己先购买。利用我课题组的设备以及国家重点实验室公用平台的大型设备,再过几年,学生们应该不出学院办公楼就可以完成绝大部分工作。

4.对于课题组研究生助研补贴,都是提前三个月发放。以前听说有老师给学生发放劳务费,然后收回。也有一些老师拖很久才给学生发放劳务费。在我的课题组里面从来没有发生过这样的事情。通常情况下,我都是提前三个月发放研究生补贴。虽然我发放的金额不是多的,但肯定是按时按额发放的。

5.在我的课题组,从研一开始就配置电脑、安置学生工作地方。wellbet吉祥官方网站我一直认为研究生上课固然重要,但最重要的还是把研究的内容做好。有一些课题组对于研一的学生就是放养。但是,在我的课题组里面,对于研一的学生,我要求每一个月都阅读并整理一定数量的文献。这样他们进入研二后就可以很快地开展科研工作。

6.在我的课题组里,学生虽然多,但保障每一个学生一个相对独立的研究内容。对于学生培养,我个人最担心的就是学生毕业后的去向。我给每一个学生安排的研究内容基本上是完全独立的。这样,他们就不需要担心论文发表、毕业论文撰写重复等问题。我不追求短、平、快的研究,也不做分工式的论文公司,我希望学生毕业后都能够很好地掌握科研的基本步骤、基本方法、基本思想。

……

当然,我一个人的能力是有限的,我只是能尽自己最大可能地去培养好每一个学生。我觉得在组里面的每一个学生都是他们家庭将来的顶梁柱,作为导师有责任像守护自己家庭一样去帮助他们成长。

现在我的第一批学生都已经博二和硕二了,博士后也有今年要出站了。很高兴的是从去年开始,课题组研究生们的学术成果陆陆续续出来了。我课题组里博士后、博士生、硕士生都已经有论文发表。其他有好几个同学的研究结果也非常漂亮,估计都能发表出来。在学生培养方面,最让我高兴的是课题组里去年一位博士生获得了国家奖学金,另外,今年中南大学研究生创新项目中,我的一位博士生和一位硕士生分别获得资助。按照这样的发展趋势,课题组学生的收获会越来越多。我和学生们讲,在学校里面我最开心和骄傲的时候,就是他们取得成绩的那一刻。

最后,2021年研究生推免已经开始,欢迎各位推荐优秀推免生到中南大学机电工程学院和中南大学轻合金院深造,更欢迎优秀推免生加入我课题组一起成长,我的梦想就是和你一起拥有远方!。关于我和我课题组的详细情况,请查看我的个人主页:http://faculty.csu.edu.cn/yuhailiang/zh_CN/index.htm

本文系喻老师投稿。

]]>
http://budgetbizsites.com/203565.html/feed 0
斯坦福大学崔屹教授Sci. Adv. :三维集流体生成过冷液态硫提升锂硫电池性能 http://budgetbizsites.com/202500.html http://budgetbizsites.com/202500.html#respond Sat, 13 Jun 2020 22:02:32 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=202500 【引言】

锂硫电池被认为是用于便携式电子设备、电动汽车和电网规模储能的下一代储能器件。同时,硫储量丰富、廉价和对环境友好。然而,硫活性材料利用率低、负载量低、电化学反应缓慢和循环稳定性差等缺点严重限制了锂硫电池的实际应用。为了解决上述问题,除了需要吸附和捕获多硫化锂外,控制硫/Li2S的沉积和加速硫/Li2S的氧化还原反应也很重要。目前关于集流体材料对硫/Li2S的形成、溶解和沉积以及相应锂硫电池的电化学性能的影响的研究较少,尤其是直接实时观察微观尺度的硫的变化和研究它们的反应动力学。最近,崔屹教授课题组发现一个十分有趣的现象,就是充电产物硫在室温的锂硫电池中依然处于过冷的液态。这种液态硫提升了硫-多硫化锂的转化反应动力学,为研究锂硫电池的性能提供了新的方向。

【成果简介】

近日,崔屹教授(通讯作者)等人研究了铝、碳、镍集流体上硫的生长行为,得出以下两个结论:1.产生在镍集流体上的液态硫和固态硫相比,具有更高的可逆容量、更快的反应动力学和更长的循环寿命;2.镍集流体具有催化效应,促进了Li2wellbet吉祥官方网站S到多硫化锂的转变过程。因此,他们设计了轻质的三维镍基集流体来控制硫的沉积和催化转化,制备了高性能的锂硫电池。这项工作提供了集流体对于决定硫的物理状态的重要作用,说明了硫的状态和电池性能的关系,为促进高能量锂硫电池的电极设计提供了新的思路。

【图文导读】

wellbet吉祥官方网站图1.锂硫电池的过冷液态硫

(Awellbet吉祥官方网站) 原位光学观察硫的变化过程

(B) 高性能锂硫电池的三维电极设计

wellbet吉祥官方网站图2.硫的变化示意图和硫的生长行为机理

A-C)充放电过程中??镍(A)、碳(B) 和?铝(C)基体上硫的变化的示意图。

D-F)?石墨烯锯齿形边缘(D)、 ?被一层氧覆盖的镍(111) 表面和(E)被一层氧覆盖的铝(111) 表面(F)吸附的S8的吸附能和结构 。

wellbet吉祥官方网站图3.多硫化锂电解液中泡沫镍电极和石墨烯包覆的镍(G/Ni)泡沫电极的原位光学观察和电化学性能

?(A) 镍泡沫的光学照片

(B-D)?初始状态(B)、充电到3.0 V后(C)、放电到1.5V后(Dwellbet吉祥官方网站)的硫在泡沫镍上演变过程的光学照片

(Ewellbet吉祥官方网站)?G/Ni泡沫的光学照片

(F-H)?初始状态(F)、充电到3.0 V后(G)、放电到1.5V后(H)的硫在?G/Ni上演变过程的光学照片

(I-L)?恒压充电过程中硫在泡沫镍电极上演变过程的光学照片

(M-P)?恒压充电过程中硫在G/Ni电极上演变过程的光学照片

(Q) 不同电流密度的泡沫镍电极和G/Ni泡沫电极的倍率性能

(R) 倍率为0.2、1和3 C时泡沫镍电极(虚线)和G/Ni泡沫电极(实线)的充放电电压曲线

(S)??倍率为0.2 C的泡沫镍电极和G/Ni泡沫电极运行100次循环过程中它们的循环性能和库伦效率

图4.镍和石墨烯表面的Li2wellbet吉祥官方网站S分解和锂离子扩散的势垒

(A) 镍、石墨烯基面、石墨烯边缘上Li2S分解和锂离子扩散的势垒的对比

(B-D)?石墨烯边缘(B)、石墨烯基面(C)、镍(D)的表面上的Li2S分解和锂离子扩散的能量曲线。插图为相应的发生在石墨烯边缘、石墨烯基面和镍的表面的Li2S分解和锂离子扩散的路径的示意图。

图5.质轻的镍包覆的三聚氰胺泡沫的形貌和电化学性能

(A-B)?三聚氰胺泡沫(A)和镍包覆的三聚氰胺泡沫(B)的光学照片

?(Cwellbet吉祥官方网站)?镍包覆的三聚氰胺泡沫的SEM图

(Dwellbet吉祥官方网站) 充放电过程中硫在镍包覆的三聚氰胺泡沫电极表面演变过程光学照片

(Ewellbet吉祥官方网站) 1.5 V至约2.8 V的电位窗口内倍率为0.2C的镍包覆的三聚氰胺泡沫电极的充放电电压曲线

(Fwellbet吉祥官方网站) 不同电流密度的镍包覆的三聚氰胺泡沫电极的倍率性能

(Gwellbet吉祥官方网站)?倍率为0.5 C的镍包覆的三聚氰胺泡沫电极运行200次循环过程中它的循环性能和库伦效率

【小结】

研究团队系统地研究和将不同集流体上硫的状态变化和它们的电化学性能联系起来。室温下,碳集流体表面产生固体硫晶体,镍集流体表面产生过冷的液态硫液滴。含有液态硫液滴的电池与含有固态硫的相比,可逆容量更高,反应动力学更快,循环寿命更长。镍集流体和多硫化锂强烈的结合有利于抑制多硫化物的溶解,改善硫的利用,加快相转换反应的反应动力学,这些对于锂硫电池实现稳定和快速充电必不可少。研究团队设计了三维的、镍基的相互连通的结构来为硫/Li2S的分解、电子和锂离子的快速的传输路径提供更大的活性表面以及为Li2S/硫的转换提供一个路径,开发高倍率和长寿命的锂硫电池。

研究团队过去几年在supercooled sulfur(过冷液态硫, 超酷硫)方面进行了一些探索,有了一些新的理解和认识,也还有很多问题需要进一步研究。
1. Super-cooled liquid sulfur maintained in three-dimensional current collector for high performance Li-S batteries (https://advances.sciencemag.org/content/6/21/eaay5098.full)
2. Electrochemical generation of liquid and solid sulfur on two-dimensional layered materials with distinct areal capacities (https://www.nature.com/articles/s41565-019-0624-6)
3. Electrotunable liquid sulphur microdroplets (https://www.nature.com/articles/s41467-020-14438-2)
4. Direct electrochemical generation of super-cooled sulfur microdroplets well below their melting temperature (https://www.pnas.org/content/116/3/765)

文献链接:Supercooled liquid sulfur maintained in three-dimensional current collector for high-performance Li-S batterieswellbet吉祥官方网站(Sci. Adv. ,2020,DOI:10.1126/sciadv.aay5098)

本文由kv1004供稿。

]]>
http://budgetbizsites.com/202500.html/feed 0
折纸的魅力远远超乎你的想象! http://budgetbizsites.com/203169.html http://budgetbizsites.com/203169.html#respond Sat, 13 Jun 2020 22:01:17 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=203169 一、背景介绍

折纸是一门源于中国的传统艺术,可以将纸张折叠出三维形状。中国历史中,折纸主要是儿童用作消遣时间和祈福的艺术。后来经日本折纸创作家吉泽章加以改良,使之更加富有创造性。通过简单的折叠,我们可以将平面变成丰富多样的三维结构,比如植物、动物甚至机器人。我们可以根据实际的需要,通过设计折叠方式,可以定制满足特定需求的折纸结构。因为折纸创造性的编程能力,其近来受到了广大科研工作者们的青睐。因为折纸结构可以实现大尺度的收缩和伸展,以及多自由度的变形,折纸已经广泛应用在航空航天、DNA折叠、超材料等领域。更进一步的,科学家们在折纸结构中加入了动态的元素,让折纸结构可以在外界刺激下改变自身的形状、大小,实现多种形态的运动。因此,动态折纸给科研人员提供了更大的设计空间,更加丰富的折纸结构以及以前柔性材料难以实现的功能。下面看一下科学家如何玩转折纸,以及有哪些超乎常人想象的折纸结构。

二、应用

1.构建三维结构

1)折纸启发的平面自折叠可以在三维结构中加入大量表面相关的功能。在过去的几年里,自折叠技术用于开发和制造多种多功能设备。然而,绝大多数的方法仅限于简单的折叠、特定的材料或者尺度大,使它们不适用于微尺度的和形状复杂的设备。在这里,代尔夫特理工大学研究者Amir A. Zadpoor团队提出一种机械自折叠技术。这项技术只需要整体拉伸激活、适用于大范围的材料、允许顺序自锁的多层结构、并可以缩小到微观尺度。该团队结合两个永久变形的剪纸元素的类型,基于多稳定性或塑性变形,用弹性层来创建自折叠的基本单元。折角大小可以使用切割的模式和尺寸来控制,计算模型可以精确地预测弹性层的形变。这些基本单元以模块化的方式组建不同尺度的三维结构。此外,从平面状态开始,该团队不仅能够精确地控制任意复杂的变化模式,而且能灵活的折叠成三维结构。这种方法有许多潜在的应用,包括制造多功能结构、可植入的医疗器械、可形变的医疗设备和微型机器人。该研究以“Kirigami-enabled self-folding origami”发表在Materials Today上。[1]

文献链接:

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2019.08.001

wellbet吉祥官方网站图1 平面自折叠成三维结构

2)基于折纸的三维形变,包括折叠、滚动和屈曲,在力学、光学和电子学方面有广阔的应用前景。复旦大学梅永丰团队提出了一种自发滚动折纸的策略用于大规模制造3D微结构。由于微液滴的触发,沉积的纳米膜可以大规模地卷起来。液体引起的纳米膜的滚动提供了广泛的材料选择,以及通过控制微滴的运动可以精确的控制卷曲。实现智能化构造设计好的几何图形。此外,这种液体引发的分层现象和构建的微结构可以应用在蒸汽传感、微谐振器、微马达和微致动器等。这项研究提供了一个具有结构简单、能大规模制造的、成本低、通用性强、可设计等特点的基础研究和实际应用。该研究以题为“Microdroplet-guided intercalation and deterministic delamination towards intelligent rolling origami” 发表在Nature Communications。[2]

文献链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-019-13011-w

wellbet吉祥官方网站图2 折纸启发的3D微结构制造

3)自折叠是用来制作结构复杂的、具有优异功能的、三维形状的有效方法。麻省大学Ryan C. Hayward团队在这里介绍了一个简单的机制,使用两种不同温度响应的水凝胶,将驱动分为两个步骤,实现自折叠的微观折纸结构。首先,通过在高温下选择性地膨胀两种水凝胶中的一种,对顶点进行预偏移,使其向期望的方向移动。随后,当折痕被折叠到目标角度后,冷却至室温,激活第二种水凝胶的膨胀。每个顶点都可以单独编程向上或向下移动,甚至在高度复杂的多顶点的情况下,也可以实现期望的形变。这为设计变形材料提供了新的策略,扩大了其潜在的应用领域,如软机器人、传感器、机械超材料和可伸展设备等。该研究以“Enabling Robust Self-Folding Origami by Pre-Biasing Vertex Buckling Direction” 发表在Advanced Materials上。[3]

文献链接:

wellbet吉祥官方网站DOI: 10.1002/adma.201903006

wellbet吉祥官方网站图3 水凝胶自折叠成拍翼鸟的形状

2.刺激响应折纸系统

1)人造肌肉为机器的安全的驱动带来了希望。然而,人造肌肉的设计、制造和使用往往受到其材料成本、工作原理、可扩展性、单自由度收缩驱动等的限制。在这里,受折纸的启发,哈佛大学的Robert J. Wood团队提出一个流体驱动的人工肌肉。这个系统只需要一个可压缩的骨架、灵活的皮肤和流体介质。该团队建立了一个力学模型来解释这三个组成部分的相互作用。该文介绍了一种使用不同材料快速且低成本的方法制造不同尺度的人工肌肉。这个人造肌肉可以通过编程来实现多轴运动,包括收缩、弯曲和扭转。这些运动可以被集成拥有多个自由度的系统,产生不同速率的可控运动。该团队的人造肌肉可以在负压力下由液体驱动(相对于环境)。这个特性使其比大多数带电的人造肌肉更安全、有效。压力实验表明这些肌肉可以收缩超过 90% 的初始长度, 产生600 kPa的压强,峰值功率密度大于2kW/kg。这开启了快速设计和低成本制造驱动的大门,适用于多种规模、范围的应用系统,从微型医疗设备到可穿戴机器人、外骨骼以及空间探索的大型可伸展结构。该研究以“Fluid-driven origami-inspired artificial muscles” 发表在PNAS上。[4]

文献链接:

https://www.pnas.org/content/114/50/13132

图4 基于折纸结构的驱动器

2)从DNA合成到机器人技术,折纸艺术为无数领域的创新提供了解决方案。如果实现主动折叠、可以独立移动和改变形状,折纸甚至可以产生更广泛的影响。然而,目前的动态折纸的材料在强度、速度和应变方面都是有限的。在这里,布里斯托大学的Jonathan Rossiter团队引入一个静电有源折纸概念:电折纸,它克服了这些限制。电折纸可以实现简单、便宜、轻便、高效、功能强大、可伸缩的电子执行机构和轻量级、超薄的机器人。可以很容易地使用任何组合的导电和绝缘材料制造。该团队提供的致动器可以举起自身重量1000倍的重物,收缩长度达到自身长度的99.8%,并且提供相当于肌肉的能量比和功率比。该论文还展示了他们的多功能性:多致动器网格、3d打印和纸张致动器、自扭转螺旋等。还可以实现更复杂的电折纸设备包括螺线管、自适应夹具、机器人纤毛、移动机器人、人工肌肉和动态折纸艺术。该研究以题为“Electro-ribbon actuators and electro-origami robots”发表在Scientific robots上。[5]

文献链接:

DOI: 10.1126/scirobotics.aau9795

图5 电驱动折纸理念

3.折纸机器人

1)今天,机器人是我们工业和家庭环境的合作伙伴,和我们并肩工作在装配厂、手术室、和家庭中。他们修剪草坪,吸收地板灰层,甚至还可以挤牛奶。最重要的,如果我们能解决一个挑战,他们可能在我们生活中扮演更加重要的角色。机器人包括身体和大脑,但很少有人能同时做到这两点:身体和大脑编码。许多开源工具可以帮助编码,但很少帮助制造机器人。折纸机器人可能会填补这一空白,将材料和机器人连接的更近,重新定义如何制造和使用机器人。折纸机器人的结构和功能是由折纸所决定的。它们身体的动态折叠使其具有驱动能力。典型的折纸机器人开始是一个单一的平面,然后折叠成一个复杂的三维形态。下面这篇文章提醒我们聚焦于折纸机器人, 将折纸元素融入到机器人的设计和制造过程中。科研工作者们已经设计了很多的折纸机器人,考虑到折纸创造性的编程能力,折纸机器人应当有更加广阔的前景。该文章以“Spotlight on origami robots”发表在Science Robotic上。[6]

文章链接:

DOI: 10.1126/scirobotics.aat0938

图6 折纸机器人

2)大自然通过独特的运动模式展现了其适应性和极端的形状变化。他们中的许多单一的形状变化机制,如化学肿胀、皮肤拉伸、折纸/几何变形、被人们成功地模仿实现。然而,仍然存在着一种未经探索的自然变形机制,这种机制是“单模”系统无法复制的变形机制。其中一个例子是鹈鹕鳗鱼嘴的“双模”变形,它先张开嘴,然后展开嘴,以最大限度地提高开口所能吞噬的猎物数量。在这里,首尔大学的Kyu-Jin Cho团队介绍了一种鹈鹕鳗鱼启发的双变形结构,实现由流体压力驱动的折纸展开和皮肤拉伸响应的行为。在这个系统中,模仿变形鹈鹕鳗的可伸缩和折叠框架的原理,流体路径是封闭的,并由一套完全可拉伸的折纸单位组成。这种流体的几何和弹性设计在网络中,流体压力首先作用于整个身体展开的方向,然后实现双模态的响应。为了验证设计规则的有效性,该团队建造了一个人工系统,仿生其双模态变形行为。该团队展示了软体机器的结构,以传统的折纸为框架,实现套管结合自适应抓取、爬行和大范围的水下运动。该论文可以为生物启发,适应极端变形的系统的设计提供指导。该文章以题为“Bioinspired dual-morphing stretchable origami”发表在 Science robotics上。[7]

文章链接:

DOI: 10.1126/scirobotics.aay3493

图7 仿生折纸双模态机器人

2)折纸可以实现紧凑和轻量级的结构,然而传统折纸结构本质上是不可变形的刚性板。因此,在这些结构中实现能量存储和自锁很有挑战性。首尔大学的Kyu-Jin Cho团队注意到瓢虫错综复杂的翅膀,其在飞行过程中能够快速有效地展开,这些能力源于昆虫翅膀上纹理的特殊几何形状。受瓢虫翅膀的折纸启发,该团队展示的顺应面的变形和几何形状可以实现能量存储和自锁。在兼容折纸的基础上,该团队开发了可展开滑翔机模块的多模态机器人。滑翔机模块可压缩折叠,可快速展开,能够有效的维持空气动力,如图8所示。该研究“Ladybird beetle–inspired compliant origami”发表在Science robotics 上。[8]

文章链接:

wellbet吉祥官方网站DOI: 10.1126/scirobotics.aaz6262

图8 瓢虫启发的折纸机器人

三、展望

随着人们对折纸结构的认识进一步加深,以及智能驱动材料的发展,折纸将会出现在我们生活的方方面面。从玩具到医疗设备,再到航空航天,都会有折纸结构的身影。正如折纸大师Robert Lang说过:"If you look up into space, or the operating room, you're likely to see origami. And it may one day save a life." 折纸就像醇酒,时间越长,就越醇香,在科学发展的过程中逐渐散发出越来越迷人的魅力。

参考文献:

[1] T. Van Manen, S. Janbaz, M. Ganjian, A.A. Zadpoor, Kirigami-enabled self-folding origami, Materials Today, 32 (2020) 59-67.

wellbet吉祥官方网站[2] B. Xu, X. Zhang, Z. Tian, D. Han, X. Fan, Y. Chen, Z. Di, T. Qiu, Y. Mei, Microdroplet-guided intercalation and deterministic delamination towards intelligent rolling origami, Nat Commun, 10 (2019) 5019.

wellbet吉祥官方网站[3] J.H. Kang, H. Kim, C.D. Santangelo, R.C. Hayward, Enabling Robust Self‐Folding Origami by Pre‐Biasing Vertex Buckling Direction, Advanced Materials, 31 (2019) 0193006.

wellbet吉祥官方网站[4] S. Li, D.M. Vogt, D. Rus, R.J. Wood, Fluid-driven origami-inspired artificial muscles, Proc Natl Acad Sci U S A, 114 (2017) 13132-13137.

[5] M. Taghavi, T. Helps, J. Rossiter, Electro-ribbon actuators and electro-origami robots, Science Robotics, 3 (2018) eaau9795.

[6] D. Rus, C. Sung, Spotlight on origami robots, Science Robotics, 3 (2018) eaat0938.

[7] W. Kim, J. Byun, J.-K. Kim, W.-Y. Choi, K. Jakobsen, J. Jakobsen, D.-Y. Lee, K.-J. Cho, Bioinspired dual-morphing stretchable origami, Science Robotics, 4 (2019) eaay3493.

[8] S.Y. Sang-Min Baek, Soo-Hwan Chae, Dae-Young Lee, Kyu-Jin Cho, Ladybird beetle–inspired compliant origami, science robotics, (2020) eaaz6262.

本文由Enzo供稿。

本内容为作者独立观点,不代表wellbet吉祥官方网立场。

未经允许不得转载,授权事宜请联系kefu@cailiaoren.com。

欢迎大家到wellbet吉祥官方宣传科技成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及内容合作可加编辑微信:cailiaorenVIP。

]]>
http://budgetbizsites.com/203169.html/feed 0
ACS Energy Lett.:理论设计type-II型对齐的单层卤化物双钙钛矿横向异质结 http://budgetbizsites.com/203508.html http://budgetbizsites.com/203508.html#respond Fri, 12 Jun 2020 22:30:42 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=203508 ? ?????

第一作者:武汉大学钟红霞

通讯作者:比利时列日大学唐刚和武汉大学袁声军

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c01046

前言

3D铅基卤化物钙钛矿(ABX3)因其优异的光电性能引起了科学家们的广泛关注,具体应用包括太阳能电池、探测器、发光等光电器件。然而铅的毒性一定程度上阻碍了它们的商业化应用。最近几年发展起来的3D卤化物双钙钛矿(A2B(I)B(III)X6)利用+1和+3价的无毒阳离子组合替代+2价的有毒铅离子,具有较好的稳定性同时在探测器等领域表现出优异的光电性能。但目前报道的大部分双钙钛矿具有间接宽带隙和较大的载流子有效质量,较少具有直接带隙的体系又表现出禁阻跃迁的特性,极大程度限制了它们在太阳能电池等领域的应用。因此为了获得性能优异的双钙钛矿体系,一部分实验研究者们开始把目光转向层状卤化物双钙钛矿,例如:(BA)4AgBiBr8?(BA =CH3(CH2)3NH3+),PA4AgInCl8?(PA = propylammonium),(CAA)4CuBiI8 wellbet吉祥官方网站(CAA = cyclohexylamine)。目前实验报道的部分单层双钙钛矿体系具有直接带隙,且表现出有潜力的光电性质。受到近年来二维材料领域过渡金属硫族化物异质结发展的启发,这些单层卤化物双钙钛矿的合成制备为实验上生长晶格匹配的垂直和横向异质结器件提供了可能性,同时通过构建异质结器件也为解决当前卤化物双钙钛矿领域面临的挑战提供了新的思路。因此,研究和探讨单层卤化物双钙钛矿异质结的光电性能就变得非常重要而紧迫。

成果简介

近日,武汉大学袁声军教授课题组、比利时列日大学唐刚博后等人率先从理论上研究了构建性能优异的单层卤化物双钙钛矿横向异质结的可能性,并系统地研究了它们的光电和力学性能。本工作基于目前实验已经合成的单层双钙钛矿体系A4B(I)B(III)X8,通过合理地简化结构模型,同时根据最外层电子构型选取了具有代表性的Cu-VA和Ag-IIIA的组合进行了深入系统的研究。计算结果表明:基于Cu-VA和Ag-IIIA构建的横向异质结具有type-II型能带对齐的特点。进一步,以(Cs4CuBiI8)3/(Cs4AgInI8)3横向异质结为例研究了外延应变和组分调控对其电子结构和光学性质的影响。当施加拉伸应变或者增大Cs4CuBiI8组分长度时,空穴的有效质量可以降低一个数量级,带边禁阻跃迁的情况也会发生变化。特别地,拉伸应变和异质结的组分变化可以调控带边跃迁情况和带边载流子的寿命,给实验上具有带边禁阻跃迁的卤化物双钙钛矿提供了一个新的调整方向。在本文返回修改过程中,Letian Dou等人首次实验报道合成了二维单钙钛矿横向异质结(Nature, 10.1038/s41586-020-2219-7),并且他们发现通过无机组分和界面处的晶格应变可以调控异质结的性能,这一定程度验证了本工作提出的理论设计在实验上是有可能实现的。该研究结果提出了构建type-II型能带对齐的单层双钙钛矿横向异质结的方案,并给出了调控它们电子结构和光学性能的手段,为将来实验上实现高性能的横向异质结器件提供了有意义的理论指导。该成果以“Type-II Lateral Heterostructures of Monolayer Halide Double Perovskites for Optoelectronic Applications” (DOI: 10.1021/acsenergylett.0c01046)为题发表在著名期刊ACS Energy Letterswellbet吉祥官方网站,同时被编辑选为封面论文,武汉大学钟红霞博士为该论文的第一作者。

图文导读

图1:单层卤化物双钙钛矿阳离子选择策略以及Cs4CuBiI8和Cs4AgInI8的晶体结构、电子结构和带边跃迁偶极矩

图2:(Cs4CuBiI8)3/(Cs4AgInI8)3wellbet吉祥官方网站横向异质结的晶体结构和电学性质

图3:(Cs4CuBiI8)3/(Cs4AgInI8)3横向异质结的平均面电荷密度分布和能带对齐

图4:通过外延应变调控(Cs4CuBiI8)3/(Cs4AgInI8)3横向异质结的电学性质(能带结构、有效质量)和带边跃迁偶极矩

图5:通过组分调控(Cs4CuBiI8)m/(Cs4AgInI8)n(m?+ nwellbet吉祥官方网站?= 6)横向异质结的电学性质(能带结构、有效质量)和带边跃迁偶极矩

图6:(Cs4CuBiI8)3/(Cs4AgInI8)3横向异质结的力学性质

]]>
http://budgetbizsites.com/203508.html/feed 0
“三人两诺奖,科研三巨擘”之“锂离子电池之父”、“石墨烯之父”、“染敏太阳能电池之父” http://budgetbizsites.com/202995.html http://budgetbizsites.com/202995.html#respond Fri, 12 Jun 2020 22:16:00 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=202995 一、“锂离子电池之父”-?John B. Goodenough

John B. Goodenough,著名电化学家,2019年诺贝尔化学奖获得者之一,被誉为“锂电池之父”。他是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂三种最重要的锂离子电池正极材料的发明人,为锂离子电池的发展做出了不可磨灭的贡献。他是这一领域的奠基人。目前,Goodenough任美国德州大学奥斯汀分校,机械工程系终身教授。他是著名固体物理学家,主要通过研究化学、结构以及固体电子/离子性质之间的关系来设计新材料解决材料科学问题。Goodenough教授主要的研究方向有:锂离子电池、燃料电池、氧渗透膜以及过渡金属氧化物。主要进行能量储能和转换材料研究,开发了中温固态氧化物燃料电池和氧渗透膜。同时也在从事合成新型陶瓷材料相关的工作,并进行化学和结构表征,以及高温、高压、元素分析。除此之外,Goodenough教授还从事高温超导超、电子由局部变为流动时的超巨磁阻现象的机理研究。Goodenough教授发现的三种正极材料钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂是他所做出的最杰出的成就,这奠定了现代社会广泛使用的锂离子电池的基础,堪称一代伟人。没有他,我们现在所使用的手机电池,不过是一个“行走的炸药包”而已。英国科学院院士Peter G. Bruce等人认为John B. Goodenough教授的科学成就足以获得两次诺贝尔奖。97岁高龄获得诺贝尔奖的John B. Goodenough教授也成为历史上最年长的诺贝尔奖获得者。

近期代表性成果:

1、Angew:增强表面相互作用可实现氧化物/聚合物复合电解质中的快速Li+导电

美国德克萨斯大学奥斯汀分校的John B. Goodenough教授团队向聚环氧乙烷中引入了两种商业化的Li+绝缘氧化物萤石Gd0.1Ce0.9O1.95(GDC)和钙钛矿La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.55(LSGM)来研究两种氧化物/聚环氧乙烷(PEO)基聚合物复合电解质;两种材料的整体和颗粒表面上的氧空位能增加氧化物表面与聚合物中Li-盐的阴离子之间的相互作用,从而促进Li+离子的迁移率并增强Li+导电性。密度泛函计算(DFT)显示了锂盐的TFSI阴离子与无机填料表面之间形成键。GDC与LSGM相比,与TFSI阴离子的相互作用更强。随着GDC或LSGM的引入,Li+在A1和A2位点的分布发生了变化。当流动的A2环境中的Li+含量增加时,复合电解质的Li+wellbet吉祥官方网站电导率得到改善。在具有不同阴极的全固态锂金属电池中,每种复合电解质均显示出稳定的循环和良好的性能。

文献链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201914478

2、ACS Energy Lett.:将传统有机电解质升级为未来的锂金属电池:纳米SiO2负载的分凝胶聚合物电解质

美国德克萨斯大学John B. Goodenough西安交通大学唐伟、李明涛等人报道了一种纳米SiO2负载的凝胶聚合物电解质,该电解质是通过原位凝胶化功能改性的SiO2层上负载的有机液体电解质制成的。SiO2-GPE表现出高离子电导率,出色的热稳定性和宽的电化学窗口。由于电极和SiO2-GPE之间的界面电阻低以及对Li枝晶的有效抑制,因此LFP/SiO2-GPE/Li电池在200次循环后显示出162.9 mAh g-1的高放电容量。这项工作展示了一种解决锂金属与传统液体电解质之间的界面问题的新策略,可能使有机电解质系统向下一代高能量密度锂金属电池发展。

文献链接:

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c00412

3、AFM:原位形成Li3P层可实现跨Li/固体聚合物电解质界面的快速传导

美国德州大学奥斯汀分校John B. Goodenough教授团队和北京理工大学金海波教授等人通过在制备过程中向聚合物电解质膜中添加黑磷,使得锂金属/固体聚合物电解质界面上的Li3P层会在循环时原位形成。该原位形成的层显著降低了锂金属/固体聚合物电解质的界面电阻以及全固态锂金属电池的总电阻。具有包含黑磷添加剂的聚合物电解质的电池的较低电阻极大地增强了电池的电化学性能,电池以较高的电流密度循环,同时提高了全固态锂金属电池的临界电流密度。

文献链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202000831

4、AFM:PEO基电解质对固态锂离子电池反应机理的研究

美国德州大学奥斯汀分校John B. Goodenough教授团队通过将DN较低的聚偏二氟乙烯(PVDF)被用作硫阴极中的粘合剂。结果,通过抑制PVDF聚合物形成多硫化物,可显着提高PEO基Li–S电池的循环性能。在循环过程中,未在PVDF涂层的硫阴极中生成长链多硫化物中间体,这表明硫直接转化为固体Li2S2/Li2S。因此,固态Li–S电池在0.05 mA cm-2和55°C下60个循环后可保持630 mAh g-1wellbet吉祥官方网站的可逆放电容量。在基于PEO的固态Li-S电池中实现一步式“固-固”反应,为开发具有长循环稳定性的高性能Li-S电池提供了一条新途径。

文献链接:

wellbet吉祥官方网站https://doi.org/10.1002/adfm.202001812

二、“石墨烯之父”-?Andre Geim

Andre Geim,英国曼彻斯特大学物理与天文学院教授。1958年10月出生于俄罗斯索契,拥有英国、荷兰双重国籍。1987年在俄罗斯获得博士学位,后在英国、丹麦继续研究工作。1994年,任荷兰奈梅亨大学副教授,并与康斯坦丁·诺沃肖洛夫首度合作。2001年,任曼彻斯特大学物理教授。2004年,与诺沃肖洛夫合作发现二维材料石墨烯,两人因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。获得诺奖后,海姆又获得了荷兰和英国册封的骑士头衔。职业生涯中发表超过250篇顶尖文章,其中超过30篇发表于Nature、Science。超过20篇文章被引次数大于1000,其中4篇文章被引超过10000次。他也是世界上唯一一个同时获得过诺贝尔奖搞笑诺贝尔奖的科学家,在获奖后接受采访时,安德烈?海姆说:“我昨晚睡得很香,因为我根本没有期望能拿奖。当有些人拿到诺贝尔奖后开始停止做科研,甚至停止做很多他该去做的事,并且其他方面的事物会缠绕着他很多年,这样他更不能专心工作。但对于我来说,我会像往常一样继续我的研究,认真工作,享受研究wellbet吉祥官方网站。” Andre Geim的故事还远没有结束,全世界的人都在盯着他,未来,他继续会带给我们惊喜与欢乐。

近期代表性成果:

1、Nature: 石墨烯的气体渗透性极限

英国曼彻斯特大学诺奖得主A. K. Geim教授团队使用小的石墨烯密封的单晶容器,研究发现无缺陷的石墨烯是不透水的,其精确度比之前的研究高出8-9个数量级。研究人员能够辨别出每小时只有几个氦原子的渗透,这个检测限也适用于除了氢的所有其他测试气体(氖、氮、氧、氩、氪和氙)。尽管氢分子比氦分子大,并且要经历一个更高的能量屏障,但它仍表现出明显的渗透。这异常的结果归因于两阶段的过程,涉及在高催化活性的石墨烯波纹处解离氢气分子,紧随其后的是吸附的氢原子以相对较低的活化能跃迁到石墨烯片的另一侧。该研究工作为二维材料的抗渗性提供了一个关键的参考,从基础研究的角度和它们的潜在应用都具有重要意义。

文献链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2070-x

2、Nature Commun:单层石墨烯中的电子散射控制

英国曼彻斯特大学诺奖得主A. K. Geim教授团队通过使用具有原子层厚的门栅极介电层和原子层厚的金属栅极的设备,研究人员测量了石墨烯中电子的电子散射长度,并报告了与标准行为的定性偏差。仅在几纳米的栅极电介质厚度下,由屏蔽引起变化,该厚度比电子之间的典型间隔小得多。理论分析与从单层石墨烯中电子粘度的测量和石墨烯超晶格中Umklapp电子-电子散射的测量结果中得出的散射率非常吻合。该研究为将来在二维系统中实现多体研究提供了指导。

文献链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15829-1

3、“染敏太阳能电池之父”-Michael Gr?tzel

Michael Gr?tzel,瑞士洛桑联邦理工学院界面与光子学实验室主任、国际著名科学家,主要从事有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的研究;开创了介观材料系统中能量和电子转移反应领域的研究及其在能量转换系统中的应用,特别是光伏电池和光电化学装置,用于将水分解为氢气和氧气,以及通过太阳光减少二氧化碳。以及锂离子电池中的电力储存。并与BrianO' Regan教授共同发明了染料敏化太阳能电池,后来也被称为Gr?tzel电池。在国际学术期刊上发表论文1500多篇,包括Nature、Science、Nat.Nano.、Nat. Mat.、J. Am. Chem.Soc.、Angew.,Adv. Mater.等,论文已被引用超过了227000,H因子218,成为全世界论文引用次数最多的三位科学家之一wellbet吉祥官方网站;撰写了两部著作,拥有专利50多项。

近期代表性成果:

1、AM:23.5%效率!两性分子钝化用于制备高效稳定钙钛矿太阳能电池

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Michael?Gr?tzel教授和天津大学李祥高教授合作引入了一种经过精心设计的钝化剂,即4-叔丁基-苄基碘化铵(tBBAI),其庞大的叔丁基基团可防止由于空间排斥而产生的不利聚集。发现用tBBAI进行简单的表面处理可以显着加速从钙钛矿到螺-OMeTAD空穴传输剂中的电荷提取,同时阻碍了非辐射电荷载流子的重组。这将PSC的功率转换效率(PCE)从大约20%提高到23.5%,从而将磁滞降低到几乎无法检测到的水平。重要的是,tBBAI处理将填充因子从0.75提高到0.82的极高值,这与理想因子从1.72降低到1.34是一致的,证实了无辐射载流子重组的抑制。叔丁基还提供了疏水性保护伞,可保护钙钛矿薄膜免受周围水分的侵蚀。结果,在连续模拟太阳辐射下,在最大功率点跟踪下,全日照500小时后,PSC表现出优异的操作稳定性,可保留其初始PCE的95%以上。

文献链接:

https://doi.org/10.1002/adma.201907757

2、JACS:二维19F固态NMR光谱揭示通过双功能卤素键的混合钙钛矿太阳能电池的超分子调制

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Michael?Gr?tzel教授团队使用双功能调节剂1,2,4,5-四氟-3,6-二碘代苯(TFDIB),通过卤素键(XB)与杂化钙钛矿相互作用。研究人员通过结合密度泛函理论(DFT)计算使用二维19wellbet吉祥官方网站F固态NMR光谱作为工具来阐明其作用方式。钙钛矿太阳能电池的调制可在连续照明下提高稳定性,同时保持优异的光伏性能。这展示了通过XB在太阳能电池研究中进行超分子调制的潜力。该工作揭示了双功能XB在改善钙钛矿太阳能电池的稳定性和结构-性能关系方面的作用,从而为钙钛矿光电技术中的分子设计提供指导。

文献链接:

https://doi.org/10.1021/jacs.9b13701

3、Angew.:高效稳定的FA基钙钛矿太阳能电池

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Michael?Gr?tzel教授团队使用逐步退火方法,可以通过有效抑制δ-FAPbI3非钙钛矿相的形成来稳定基于FAPbI3的钙钛矿。通过利用MACl的催化活性以及分子定制的IBA2FAPb2I7层的表面涂层,可达到接近23%的PCE,这是报道的基于纯FAPbI3的PSC的最高值。这种2D涂层的PSC在80 oC的热应力下表现出优异的操作稳定性。该工作为稳定和提高基于FAPbI3的钙钛矿的操作稳定性提供了一种有效方法,为未来PSC的工业化铺平了道路。

文献链接:

wellbet吉祥官方网站https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202005211

本文由ecir供稿

wellbet吉祥官方网站本内容为作者独立观点,不代表wellbet吉祥官方网立场。

wellbet吉祥官方网站未经允许不得转载,授权事宜请联系kefu@cailiaoren.com。

wellbet吉祥官方网站欢迎大家到wellbet吉祥官方宣传科技成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及内容合作可加编辑微信:cailiaorenVIP。

]]>
http://budgetbizsites.com/202995.html/feed 0
昆士兰大学王连洲团队Advanced Functional Materials: 具有可调润湿性的三层纳米网膜作为高度透明、柔性和可回收的电极 http://budgetbizsites.com/203357.html http://budgetbizsites.com/203357.html#respond Fri, 12 Jun 2020 22:14:10 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=203357 【引言】

wellbet吉祥官方网站透明导电薄膜(TCFs)广泛应用于刚性和柔性光电子器件,包括显示器、太阳能电池、触摸屏、智能窗户、透明储能器件和生物电子器件。然而,工业上最常用的透明导体铟锡氧化物(ITO),由于铟资源的限制价格昂贵,而且ITO是一种易碎的脆性材料,不能满足新兴柔性器件的需求。近年来,?MXene、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物、金属纳米线、图案金属网格等不同类型的TCFs被开发出来取代ITO。在这些材料中,由光刻、注射印刷、激光印刷和反向胶版印刷制作的带有纳米或微结构金属网络的图案金属网格,由于其性能和成本,显示出其作为高性能TCFs的巨大应用潜力。然而,通过这些方法获得的图案具有较大的间距尺寸,范围从10 μm至5 mm,这影响了网络孔内的电荷收集效率。在光电器件中,平面内电荷扩散距离长会导致载流子复合几率增加。因此,减小薄膜的间距尺寸是很重要的。纳米球模板法(NSL)利用单层紧密排列的胶体颗粒作为模板,是一种制备数百纳米量级小孔径的金属纳米电极的独特技术。此外,NSL可以在刚性和柔性基片上制备结构可控,高度均匀的图案化薄膜。此外,该方法有潜力扩展到用卷对卷技术大面积制造。NSL制造的金属纳米网电极表现出独特的等离子体性质,包括特定波长范围透光率增强和表面等离子体共振。这些现象已广泛应用于传感器、太阳能电池、有机发光二极管(OLEDs)、电致变色器件和透明储能器件。然而,有序圆孔的金属纳米网电极的一个主要问题在透光性,通过图案尺寸调控,这一类TCF的透光性通常仍然低于80%。

【成果简介】

近日,在澳大利亚昆士兰大学王连洲教授(通讯作者)团队等人带领下,与墨尔本大学合作,报道了采用纳米球模板法技术制备了可以精确控制孔径,网格尺寸的三层电介质/金属/电介质(D/M/D)纳米网膜电极。小孔径(≤700 nm)和超薄(≤50 nm)的TiO2/Au/TiO2纳米网膜显示出高透光率(> 90%)、低薄膜电阻(≤70Ωsq-1),以及出色的耐弯折性能和大面积图案化的可行性。此外,通过调整表面润湿性,这类薄膜展示了可回收柔性电极的应用潜力。这种简单低成本的制备方法,可广泛适用于制备多种层状纳米网透明导电膜,为设计制造先进光电子器件提供了新思路。相关成果以题为Trilayer Nanomesh Films with Tunable Wettability as Highly Transparent, Flexible, and Recyclable Electrodes发表在了Adv. Funct. Mater.上。

【图文导读】

图1?制备D/M/D三层纳米网状TFCs的示意图

a)制备D/M/D(D = TiO2,M = Au、Ag、Cu)三层纳米网TFCs的示意图。i)单层聚苯乙烯(PS)颗粒自组装然后沉积到基片上,通过反应离子蚀刻(RIE)来减小颗粒尺寸。ii)通过电子束蒸镀技术在基片上依次沉积TiO2、金属和TiO2。iii)除去PS颗粒后得到TiO2/金属/TiO2纳米网膜。

b)左边是玻璃和右边是玻璃基片上的TiO2/Au/TiO2纳米薄膜的照片。

c)在玻璃基片上孔径为650 nm的典型TiO2/Au/TiO2wellbet吉祥官方网站纳米薄膜的扫描电镜图像。插图是局部放大图。

图2 TiO2/Au/TiO2和TiO2/Ag/TiO2纳米网膜的光谱表征

a)TiO2/Au/TiO2膜、Au膜及对应的纳米网(NM)的紫外可见光谱。所有样品的Au厚度都为15nm。在TiO2/Au/TiO2膜体系中,TiO2的厚度为12 nm。在Ti/Au体系中,使用5 nm Ti作为Au膜和Au纳米网的附着层。纳米网的平均周期为750 nm,平均孔径为600 nm。透光率排除了衬底的吸收。

b)TiO2/Au/TiO2膜(10 nm/15 nm/10 nm)和Ti/Au膜(5 nm/15 nm)的计算光谱。

c)玻璃、玻璃上的ITO、玻璃上的TiO2/Au/TiO2纳米网、玻璃上的TiO2/Ag/TiO2纳米网的紫外可见光谱的比较。透光率包括衬底吸收。

d)本工作制备的TiO2/Au/TiO2和TiO2/Ag/TiO2纳米网膜与实验和文献得到的图案尺寸相近的Au、Ag纳米网的薄膜电阻与透光率的比较。

图3 PET基片上的TiO2/Au/TiO2纳米网膜和ITO的薄膜电阻变化

a)在不同弯曲半径下,经过一次弯曲和恢复后。

b)在弯曲半径为2.5 mm时,这些薄膜经过1000次弯曲后。

c)在PET和玻璃基片上TiO2/Au/TiO2纳米网的薄膜电阻与胶带测试次数的关系。

图4 TiO2/Au/TiO2纳米在PET基片上的透明柔性电路

a)PET基片上袋鼠图案的TiO2/Au/TiO2纳米网用作柔性透明电路,点亮蓝色LED。

b)左侧图片是使用TiO2/Au/TiO2纳米网作为电极的液体电解质的电致变色器件的褪色和显色状态。右侧图片是使用回收的TiO2/Au/TiO2纳米网作为电极的带有固体凝胶电解质的柔性电致变色器件的褪色和显色状态。

c)具有相应参数和水接触角的PET基片上TiO2/Au/TiO2纳米网表面上的水滴的照片。

小结

综上所述,该工作采用简单的NSL方法开发了新的D/M/D (D = TiO2,M = Au、Ag)三层纳米网TCFs,有效解决了纳米孔阵列的低透光率问题。这种方法是一种制备多层纳米网材料的通用方法。TiO2/Au/TiO2和TiO2/Ag/TiO2三层纳米网TCFs的透光率和薄膜电阻性能优于大多数已报道的纳米孔阵列的TCFs。特别地,TiO2/Au/TiO2纳米网具有良好的柔韧性、机械稳定性好、可图案化和回收利用。这项工作为先进光电子器件的设计和制造提供了新的机会。

文献链接:Trilayer Nanomesh Films with Tunable Wettability as Highly Transparent, Flexible, and Recyclable Electrodes(Adv. Funct. Mater.,?2020,DOI:10.1002/adfm.202002556)

团队介绍

邱腾飞wellbet吉祥官方网站,昆士兰大学发展学者(UQ?Development Fellow)。2005-2009年中南大学本科。2011年获得中国科学院-德意志学术交流中心联合培养奖学金(CAS-DAAD)在德国柏林自由大学留学一年。 2015年中国科学院大学国家纳米科学中心获得博士学位,同年开始昆士兰科技大学博士后研究。2017年在昆士兰大学进行博士后研究,2018年获得昆士兰大学发展基金资助。 主要研究方向:薄膜电极材料,纳米材料,能源材料。在包括Adv. Mater., Adv. Funct. Mater. 等国际期刊发表文章20篇,已授权国家发明专利5项, 论文引用1000余 次。

罗彬,2013年于中国科学院大学国家纳米科学中心获博士学位,主要从事功能纳米材料的可控制备及其在储能领域的应用。迄今为止在重点国际期刊如Advanced Materials, Energy & Environmental Science, Nano Energy等发表学术论文90余篇,其中11篇论文入选ESI高引论文,学术论文总引用次数达5000余次;已授权国家发明专利13项。曾获得中国科学院优秀博士学位论文奖,中国科学院院长优秀奖,北京市科学技术奖,澳大利亚国家研究基金理事会青年学者奖等多个荣誉奖项。

王连洲wellbet吉祥官方网站(Lianzhou Wang),昆士兰大学化工学院教授和澳大利亚桂冠教授,澳大利亚纳米材料研究中心(Nanomac)主任,澳大利亚生物工程与纳米技术研究所(AIBN)兼职课题组长。主要从事半导体纳米材料的合成及其在清洁能源领域的应用,2018年底其团队创造了新型量子点太阳能电池效率的世界记录,认证转换效率达16.6%。先后在诸多国际学术期刊发表论文400余篇,承担或参与了澳大利亚基金委、澳洲科学院、昆士兰州政府以及工业界等40余项竞争性研究项目。先后获得澳洲基金委女王伊丽莎白学者,未来学者和桂冠学者称号,昆士兰大学研究优秀奖及优秀研究生导师奖,澳洲寻找未来之星奖,国际化工学会杰出研究奖等,入选澳洲基金委专家委员会和英国皇家化学会会士,科睿唯安“高被引科学家”等。任澳洲材料科学与工程全国委员会副主任。

wellbet吉祥官方网站个人主页: http://researchers.uq.edu.au/researcher/1479

论文引用信息:

https://scholar.google.com.au/citations?user=1Kb97_kAAAAJ&hl=en

课题组网站:

wellbet吉祥官方网站https://nanomaterials.centre.uq.edu.au/

其他合作者包括墨尔本大学Eser Metin Akinoglu博士,昆士兰大学Jung-Ho Yun博士和Ian Gentle 教授。

团队在该领域工作汇总:

Mengmeng Hao, Yang Bai, Stefan Zeiske, Long Ren, Junxian Liu, Yongbo Yuan, Nasim Zarrabi, Ningyan Cheng, Mehri Ghasemi, Peng Chen, Miaoqiang Lyu, Dongxu He, Jung-Ho Yun, Yi Du, Yun Wang, Shanshan Ding, Ardalan Armin, Paul Meredith, Gang Liu, Hui-Ming Cheng & Lianzhou Wang, Ligand-assisted cation-exchange engineering for high-efficiency colloidal Cs1?xFAxPbI3 quantum dot solar cells with reduced phase segregation, Nature Energywellbet吉祥官方网站, 2020, 5,?79–88

Peng Chen, Yang Bai, Songcan Wang, Miaoqiang Lyu, Jung‐Ho Yun, Lianzhou Wang, In situ growth of 2D perovskite capping layer for stable and efficient perovskite solar cells, Advanced Functional Materialswellbet吉祥官方网站, 2018,?28, 1706923

Hu, Yuxiang, Bai, Yang, Luo, Bin, Wang, Songcan, Hu, Han, Chen, Peng, Lyu, Miaoqiang, Shapter, Joe, Rowan, Alan and Wang, Lianzhou (2019) A portable and efficient solar‐rechargeable battery with ultrafast photo‐charge/discharge rate.?Advanced Energy Materials,?2019, doi:10.1002/aenm.201900872.

相关文献:

Part. Part. Syst. Charact. 2017, 34, 1600262

Nano Lett. 2014, 14, 2105?2110

wellbet吉祥官方网站small 2014, 10, No. 20, 4136–4141

本文由木文韬翻译。

欢迎大家到wellbet吉祥官方宣传科技成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

]]>
http://budgetbizsites.com/203357.html/feed 0
加拿大Edward H. Sargent院士最新Science:高电流密度下氯离子介导选择性电合成环氧乙烷和环氧丙烷 http://budgetbizsites.com/203489.html http://budgetbizsites.com/203489.html#respond Fri, 12 Jun 2020 00:23:19 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=203489 【引言】

化学品生产消耗大量能源,并在全球碳排放中占相当大的比例。利用可再生电力生产所需化合物的电化学系统为降低化学行业的碳排放提供了一条途径。环氧乙烷用于制造塑料、洗涤剂、增稠剂和溶剂,尤其是在制造聚酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯方面,是世界上产量最大的15种化学品之一,每年约2000万吨。目前在高温高压(200℃~ 300℃,1 ~ 3 MPa)下采用银(Ag)催化乙烯直接氧化制得。这个过程每产生一吨环氧乙烷,就会产生0.9吨CO2wellbet吉祥官方网站,其中一半以上是由于乙烯的完全燃烧,其余的则是由温度控制装置产生的平衡,而现在的温度控制装置是化石燃料驱动的。

【成果简介】

今日,在加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授团队等人带领下,应用扩展的异质:均质界面,在阳极使用氯化物作为氧化还原介质,促进乙烯选择性部分氧化为环氧乙烷。团队实现了1 A cm-2的电流密度,法拉第效率约70%,产品特异性约97%。当以300 mA cm-2的电流运行100小时时,该系统的法拉第效率始终保持在71(±1)%。相关成果以题为Chloride-mediated selective electrosynthesis of ethylene and propylene oxides at high current density发表在了Science

【图文导读】

图1?利用可再生能源电合成环氧乙烷

2 通过均匀界面实现从乙烯选择性生产环氧乙烷

3 优化能源效率以降低能源成本并最大化技术经济效益

4 乙烯-环氧乙烷性能评价

文献链接:Chloride-mediated selective electrosynthesis of ethylene and propylene oxides at high current density(Science,2020,DOI:10.1126/science.aaz8459)

本文由木文韬翻译,wellbet吉祥 整理编辑。

wellbet吉祥官方网站欢迎大家到wellbet吉祥官方宣传科技成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

]]>
http://budgetbizsites.com/203489.html/feed 0
东北林业大学最新Adv. Mater.综述:木材衍生的碳材料和发光材料 http://budgetbizsites.com/203419.html http://budgetbizsites.com/203419.html#respond Thu, 11 Jun 2020 22:17:45 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=203419 【引言】

wellbet吉祥官方网站?木材作为传统材料,为人类社会的发展做出了巨大贡献。同时其广泛用于建房,加热,家具和纸张。此外,木材作为一种环保材料使得吸引更多的关注。从化学角度看,木材是一种天然的复合材料,由纤维素(占重量的40-45%),半纤维素(占重量的20-35%)和木质素(占重量的10-30%)组成。纤维素和半纤维素是多糖的一种,很容易碳化。虑到其自然的层次结构,具有高多糖含量的木材对于开发具有规则形态的碳材料是有利的。木质素是一种非均质非晶态聚合物,占木材细胞壁的很大比例,使其成为仅次于纤维素的地球上第二大生物量。同时,木质素具有有趣的自缔合和荧光发射特性,这促进了其作为自组装发光纳米材料的功能。此外,多糖和木质素均具有丰富的羟基部分,这使这些木材衍生的成分易于进行化学修饰。木材的这些固有优势使其作为制造高级碳和发光材料的原材料,尽管在木材衍生的高级碳和发光材料的开发方面已取得了实质性进展,但对该研究领域的系统评估很少。

近日,东北林业大学刘守新教授和李坚院士(通讯作者)提供了有关该领域最新进展的重要摘要。介绍了最新的木材衍生碳材料和发光材料的典型制备策略,性能和应用。重点讨论了木材衍生的碳球、碳海绵和来自木材的碳纤维的制备策略,形成机理和形貌调整。同时详细讨论了这些材料的制备策略和结构-性能之间的关系。然后介绍了包括荧光碳点(CD),抗聚集淬灭(ACQ)的材料(抗ACQ材料)和圆偏振发光(CPL)材料等木材衍生的发光材料,包括它们的制造原理、结构和光学性能。这些木材衍生的碳和发光材料的应用包括吸附,生物成像,化学传感,太阳能蒸汽和电子设备。最后,讨论了木质先进材料的挑战和未来展望。相关研究成果以“Wood-Derived Carbon Materials and Light-Emitting Materials”为题发表在Adv. Mater.上。

【图文导读】

图一、木材衍生材料制备碳和发光材料的示意图

?图二、通过碳化转化为碳球(CSs)

(a)通过水热转化(HTC)将纤维素转化为富呋喃芳族网络;

(b)纤维素衍生的碳微球复合材料的形成过程;

(c)通过HTC由羧甲基纤维素(CMC)制备的光滑碳球(CSs);

(d)通过HTC和软模板的组合从CMC中制备的笼状CSs;

(e)由葡萄糖制备的具有Au核的碳球。

图三、木材衍生的碳海绵

(a)通过模板说明超厚LiCoO2正极的制造过程;

(b)电解液扩散性较差,锂离子传输路径较长的传统电极以及具有垂直通道以缩短锂离子传输路径的木质电极,和超厚LiCoO2正极截面SEM图像;

(c)具有CA-木/Ru正极的锂氧电池示意图;

(d)高度压缩的WCS的设计和制造过程的说明图;

(e)合成柔性和导电的碳/硅氧烷复合材料的途径;

?图四、碳纤维

(a)由纤维素制备碳化纤维的示意图;

wellbet吉祥官方网站(b)由木质素制备碳化纤维的示意图。

五、碳气凝胶

(a)通过定向冷冻方法制备C-CNC/rGO-X气凝胶的示意图;

wellbet吉祥官方网站(b)C-CNC/rGO-glu2碳气凝胶的超压缩和弹性机理的数码照片和示意图;

(c)CNT/rGO-CNF气凝胶制备示意图;

wellbet吉祥官方网站(d)CNT/rGO–CNF压缩和恢复的数码照片。

?由木材衍生制备的荧光碳点

wellbet吉祥官方网站(a)通过水热碳化制备木质素基碳点(CDs)的示意图;

wellbet吉祥官方网站(b)通过分子聚集及其发射的荧光图像制备木质素基CDs;

wellbet吉祥官方网站(c)纤维素衍生物基CDs的制备及其发射的荧光图像;

(d)制备基于纤维素衍生物的CD/水凝胶杂化物,并通过荧光图像显示其发射。

七、纤维素/木质素抗ACQ材料

wellbet吉祥官方网站(a-c)纤维素基抗ACQ二甲苯四羧酸材料(a)、CA-FITC和CA-PpIX材料(b)和香豆素材料(c)的示意图;

?图八、纤维素分解酶木质素的AIE荧光

wellbet吉祥官方网站(a)木质素的AIE荧光示意图;

(b)C-CNC在紫外线下的AIE荧光;

(c)在紫外线下聚集诱导的纤维素衍生物的发射。

九、纤维素基CPL材料

(a)含有芘基团的纤维素基CPL材料;

(b)蒸发诱导的CNC衍生CDs协同组装示意图;

(c)从胆甾型纤维素薄膜中组装的非手性染料生成全色和可转换CPL的插图;

(d)可调UC-CPL发射(450和620nm),具有量身定制的glum

十、主体材料

(a)太阳能辅助碳吸附剂的图示说明了油的吸附过程;

(b)用于水处理的Fe-Mn-O NS/木材碳膜的合成示意图;

wellbet吉祥官方网站(c)由纳米纤维素制成的碳气凝胶吸收了庚烷;

(d)纤维素衍生的磁性碳吸附剂去除Cr(VI)的机理;

(e)木质素衍生的碳吸附剂的SEM图像;

十一、微波吸收

(a)用于电磁吸收应用的源自生物质的多孔碳的示意图,显示了多孔碳的制造过程;

wellbet吉祥官方网站(b)多孔生物质热解碳材料(I–VI)的图像;

?十二、能量存储和转换

(a-d)依次为活性炭纤维基超级电容器,含CNT的碳化木基高性能超级电容器,分层多孔碳板从木材衍生为双功能ORR/OER电极和一种全木材,低弯曲,水,可生物降解的超级电容器,具有超高电容。

太阳能蒸汽发生装置

wellbet吉祥官方网站(a-d)基于表面碳化的木材和完全碳化的木材的CW-SSGDs的示意图;

?催化作用

(a)CND/TiO2在可见光照射下的催化机理;

wellbet吉祥官方网站(b)显示了CW-CNT@NC-NiFe电极的开放和低曲折结构;

(c)在N‐C‐NiFe纳米粒子上发生氢释放反应的示意图;

(d)CW-CNT@NC-NiFe电极的制造过程示意图。

五、生物成像与传感

(a)水凝胶的明场图像(左上方)和荧光图像(左下方);

(b)AW 264.7巨噬细胞的共聚焦荧光显微镜图像;

wellbet吉祥官方网站(c)CNF/CD气凝胶的明场图像(左上方)和荧光图像(左下方)。

?【小结】

wellbet吉祥官方网站总之,木材和木材衍生的成分(包括纤维素,半纤维素和木质素)不仅具有生物相容性和丰富的地球资源,而且具有自然提供的潜在优势,可能够带来潜在的转换性能。由于具有这些固有的优势,源自木材的碳材料和发光材料正成为应对一系列技术挑战的有吸引力的解决方案。尽管在这些领域已经取得了相当大的进步,但是目前仍然存在一些挑战,限制了先进的木材衍生碳材料和发光材料的实际使用,特别是在能源和生物医学领域的新兴应用中。木材衍生的碳材料面临的这些挑战包括:对木材衍生的碳化过程的基本了解有限,以及需要制定一种将木材衍生的组件有针对性地转化为规则形态的碳材料的策略。此外,理想的是,将来开发一种简便的方法来动态调整木材衍生碳材料从纤维,球形到泡沫的形态。木质发光材料面临的挑战包括需要将木质发光材料的发射波长红移到近红外光学窗口。较长的光学窗口使其能够穿透深层组织,从而促进了它们在体外和体内作为生物成像和治疗试剂的应用。还需要开发更具可持续性的具有刺激响应性可调特性的抗ACQ荧光材料和CPL材料。将来,可能会使用更多的天然染料来替代可用的基于汽油的染料,与纤维素一起用于制备抗ACQ材料。以这种方式,可以获得纯的可持续固体排放材料。对于CPL材料,也可以将刺激敏感的成分(如热,光或氧化还原响应性分子/聚合物)组装在纤维素手性薄膜中,以生产对外部刺激具有动态响应的CPL材料。迄今为止,这两种类型的木材衍生材料大部分都是由木材衍生的组件而非原始木材生产的。因此,有必要设计一种低成本,绿色的方法来分离纤维素,半纤维素,木质细胞壁中的木质素。作者相信,全球范围内的共同努力将克服这些挑战,并促进木材衍生的碳和发光材料的进一步发展,这将大大改善日常生活。

文献链接:“Wood-Derived Carbon Materials and Light-Emitting Materials”(Adv. Mater.,2020,DOI:?10.1002/adma.202000596)

本文由wellbet吉祥官方CYM编译供稿。

 

]]>
http://budgetbizsites.com/203419.html/feed 0
走过路过不错过 / 金属硫化物最新成果速递 http://budgetbizsites.com/202442.html http://budgetbizsites.com/202442.html#respond Thu, 11 Jun 2020 22:13:33 +0000 http://budgetbizsites.com/?p=202442 楼雄文(新加坡南洋理工大学)

1. Angewandte Chemie International Edition FeCoS2-CoS2双层纳米管具有增强的光催化还原CO2性能

金属硫化物半导体由于其合适的能带结构、优异的氧化还原活性以及可调的电学和光学性质,在光催化还原CO2方面具有巨大的潜力。新加坡南洋理工大学楼雄文课题组报道了一种简便的金属有机框架(MOFs)辅助合成方法来制备层次化的FeCoS2-CoS2双壳纳米管(DSNTs),其中两个壳层都由2D纳米片状单元组装而成。该合成策略采用两步阳离子交换反应,精确地将两个金属硫化物整合成双壳管状异质结构,两个壳层都由超薄的2D纳米片组装而成。受益于独特的结构和组成,FeCoS2-CoS2杂化物可以减少光激发电荷载流子的体积到表面扩散长度,以促进它们的分离。这种杂化结构可以暴露出丰富的活性位点,以增强CO2吸附和表面依赖性的氧化还原反应,并通过复杂内部的光散射更有效地收集入射的太阳光。这些分层的FeCoS2-CoS2双壳纳米管显示出优异的活性和对光敏脱氧性CO2还原的高稳定性,CO生成速率高达28.1 mmolh-1(每0.5 mg催化剂)。[1]相关成果以“Formation of Hierarchical FeCoS2-CoS2?Double-Shelled Nanotubes?with Enhanced Performance for Photocatalytic Reduction of CO2”为题,发表在Angewandte Chemie International Edition。

图一:FeCoS2-CoS2双壳纳米管合成示意图

2. Angewandte Chemie International Edition 合理设计的三层Cu2S @ Carbon @ MoS2多层纳米盒子用于高效储钠

金属硫化物由于具有组成多样性和良好的电化学性能,得到研究者的广泛关注。其中,复合金属硫化物由于各组分间的协同作用,表现出高效的储钠性能。新加坡南洋理工大学楼雄文课题组报道了一种精心设计和合成了Cu2S@Carbon@MoS2作为钠离子电池阳极材料的分层纳米盒子。合成过程是以Cu2O纳米立方体为模板,通过硫化和刻蚀反应得到CuS空心结构;经过PDA包覆以及随后的碳化反应,得到氮掺杂碳包覆的Cu2S空心结构(Cu2S@Carbon);利用进一步溶剂热反应,在Cu2S@Carbon表面生长出一层MoS2纳米片,得到Cu2S@Carbon@MoS2三层空心结构。该设计缩短了电子/钠离子的扩散路径,适应了循环过程中电极的体积变化,增强了杂化物的电导率,并为钠的吸收提供了丰富的活性位点。凭借这些优势,这些三层Cu2S@Carbon@MoS2分层纳米盒子在良好的速率能力和稳定的循环寿命方面表现出出色的电化学性能。该研究提供了一种制备高性能分级结构的复杂混合金属硫化物负极材料的新策略,为钠离子电池的发展和应用,以及复杂分级结构材料的合成提供新的思路。[2]相关成果以“Rationally Designed Three-Layered Cu2S@Carbon@MoS2?Hierarchical Nanoboxes for Efficient Sodium Storage”为题,发表在Angewandte Chemie International Edition。

图二:三层Cu2S @ carbon @ MoS2分层纳米盒子合成示意图

3. Angewandte Chemie International Edition 通过顺序离子交换合成铜取代的CoS2@CuxS双壳纳米盒子用于高效储钠

纳米级构件组装而成的分层中空纳米结构显示出增强的钠存储特性,并且可以减少钠离子和电子的扩散路径,以及中空结构可以适应电化学反应期间的应变。由于每种成分的协同作用,电极材料的混合体系结构的构建已被证明是提高钠存储性能的有效策略。新加坡南洋理工大学楼雄文课题组报道了通过基于金属-有机框架(MOFs)的模板化策略合成了由铜取代的CoS2@CuxS双壳纳米盒子组成的集成纳米结构(Cu-CoS2@CuxS DSNBs)。以ZIF-67纳米立方体为原料,通过外延生长合成了ZIF-67@ZIF 8多面体;通过与S2-和Cu2+的顺序离子交换反应,将获得的ZIF-67@ZIF-8多面体转化为Cu-CoS2@CuxS DSNBs。Cu-CoS2@CuxS DSNBs具有独特的壳层结构和复杂的组成,在高容量(0.1 A g-1时为535 mA h g-1)、高倍率(5 A g-1时为333 mA h g-1)和长循环(300次循环中76%的容量保持率)方面表现出优异的储钠性能。这项研究为各种应用的复杂异质结构的设计和制造提供灵感,为发展钠离子电池提供一种新的思路。[3]相关成果以“Synthesis of Copper-Substituted CoS2@CuxS Double-Shelled?Nanoboxes by Sequential Ion Exchange for Efficient Sodium Storage”为题,发表在Angewandte Chemie International Edition。

图三:铜取代的CoS2?@CuxS双壳纳米盒子合成示意图

翟天佑(华中科技大学)

4. Matter生长超薄三元PbSnS2薄片用于高度各向异性的光电

二维(2D)三元材料作为2D材料家族的新成员,由于其来自多种元素化合物的额外自由度而受到了广泛关注。 二维三元材料中这种可变的化学计量比会对能带结构、声子振动、晶格对称性和载流子传输产生重大影响。华中科技大学翟天佑课题组通过盐和分子筛辅助的化学气相沉积(CVD)合成了超薄的2D PbSnS2薄片,其厚度可以薄至2.4 nm,添加丁二烯分子筛分别降低了金属前驱体的熔点和反应体系中均匀分布的源蒸汽。基于2D PbSnS2薄片的光电晶体管展示了巨大的各向异性电子器件(空穴迁移率:μarmchair?/ μzigzag?= 1.78)和光电器件(响应度:Rzigzag?/ Rarchair?= 1.25),并且armchair和zigzag方向均显示出约几毫秒的快速响应速度。该研究为成功合成超薄PbSnS2薄片而在CVD工艺中使用盐和分子筛可能为设计其他2D三元材料提供了新的平台。[4]相关成果以“Growth of Ultrathin Ternary Teallite?(PbSnS2) Flakes for Highly?Anisotropic Optoelectronics”为题,发表在Matter。

图四:超薄PbSnS2薄片CVD生长和表征示意图

5. Adv. Funct. Mater. 盐辅助生长P型Cu9S5纳米薄片用于高响应性的P-N异质结光电探测器

基于二维(2D)范德华异质结构的p-n结是下一代电子学和光电子学中最有希望的替代方法之一。通过选择不同的2D过渡金属二卤化金属(TMDC),p-n结具有定制的能带排列方式,并具有出色的光电探测器性能。在反向偏置下工作的p-n二极管由于抑制了暗电流而通常具有较高的检测率,但由于量子效率低而具有较低的响应性。耗尽层中更大的内置电场可以通过减少电荷载流子的复合来提高量子效率。华中科技大学翟天佑课题组通过盐辅助化学气相沉积(CVD)法合成了具有直接带隙和高光吸收系数的新型p型半导体Cu9S5。根据Anderson异质结模型,Cu9S5中高密度的空穴赋予了构造的p-n结Cu9S5/MoS2强大的内置电场。由于有效的电荷分离,Cu9S5/MoS2?p-n异质结在反向偏置时具有较低的暗电流,在照明下具有较高的光响应。Cu9S5/MoS2光电探测器在光照下表现出1.6×1012?Jones的良好光探测性和76 A W-1的光响应性。该研究表明二维Cu9S5纳米片是一种新颖的p型半导体,在光电应用中具有良好的前景,这可能进一步为将Cu2-xS(0 <x <1)引入p-n二极管光电探测器领域铺平了道路。[5]相关成果以“Salt-Assisted Growth of P-type Cu9S5?Nanoflakes for P-N?Heterojunction Photodetectors with High Responsivity”为题,发表在Adv. Funct. Mater.。

图五:Cu9S5纳米薄片的CVD合成装置和表征示意图

6. Adv. Funct. Mater. 亚毫米级单层p型H相VS2

2D H相二硫化钒(VS2)与金属T相结构相比有望表现出可调节的半导体性能,有望在未来的电子应用中发挥作用。由于硫化钒的多晶型和H相VS2的热力学不稳定性,目前尚未在实验中实现二维H相VS2纳米结构。华中科技大学翟天佑课题组通过引入熔融盐介导的前驱体系统以及外延云母生长平台,构建了独特的生长环境制备了横向尺寸最大为250 mm的H相VS2单层,并使VS2的2D H相结构得以演化。通过球面像差校正的扫描透射电子显微镜和二次谐波生成表征,证实了具有反转对称性的H相VS2的蜂窝状结构,发现相结构在高达500 K的超稳定状态。场效应器件研究进一步证明了2D H相VS2的p型半导体性质。这项研究介绍了一种新型的相稳定2D 过渡金属硫化物材料,为电子设备的发展奠定基础。[6]相关成果以“Sub-Millimeter-Scale Monolayer p-Type H-Phase VS2”为题,发表在Adv. Funct. Mater.。

图六:H相VS2单层膜的合成与表征示意图

7. Adv. Funct. Mater. 通过氧等离子体处理具有宽带响应的巨型增强型2D SnS2光电探测器

层状二硫化锡(SnS2)由于其高的载流子迁移率和出色的光响应性而成为具有多种功能的重要半导体,由于费米能级钉扎效应(显着的金属接触电阻)的固有缺陷Vs(硫空位),从而使其无法在光电器件应用中充分发挥其潜在的性能。华中科技大学翟天佑课题组报道了利用强O2等离子体处理来增强型SnS2基器件的光电性能,通过引入更多的载流子陷阱(缺陷)以增强其(光)载流子活性。通过实验研究和第一性原理计算,解释了处理过的SnS2能带结构变化的基本物理原理。在O2等离子体处理过程中,SnS2薄片的表面被蚀刻,同时注入了氧原子。在350 nm的光照下,经O2等离子体处理的SnS2光电探测器在385 AW-1至860 AW-1范围内表现出增强的光响应性,外部量子效率从1.3×105%到3.1×105%,比检测率从4.5×109 Jones到1.1×1010?Jones以及将上升(tr)和衰减(td)时间分别从12s和17s改进为0.7s和0.6 s的光开关响应。该研究为改善光响应和扩展响应光谱提供了新的思路,为光电子学的应用奠定了基础。[7]相关成果以“Giant-Enhanced SnS2?Photodetectors with Broadband?Response through Oxygen Plasma Treatment”为题,发表在Adv. Funct. Mater.。

图七:O2等离子体处理技术的示意图及表征图

张艳锋(北京大学)

8. ACS Nano Au(111)外延生长厘米级单晶MoS2薄膜

二维(2D)半导体过渡金属硫化物(TMD)已成为下一代纳米电子学和光电子学中吸引人的平台,具有高结晶度的晶片级单晶TMD的受控合成一直是人们的不懈追求。但是,在绝缘衬底(例如云母和蓝宝石)上外延生长TMD膜未能消除反平行畴和孪晶边界的发展,导致形成多晶膜。北京大学张艳锋课题组与清华大学等人合作报道了通过熔融-固化法将多晶Au箔转化成厘米级Au(111)薄膜,并以此作为范德华外延的衬底,实现了单层MoS2纳米片的单一取向生长,获得了厘米级(1英寸)单晶单层MoS2薄膜。通过扫描隧道显微镜表征与第一性原理计算相结合,发现MoS2单层成核主要受Au(111)上台阶的引导,从而导致MoS2沿?110?台阶边缘高度定向生长。该研究发展了利用金属单晶衬底外延制备大面积单层MoS2单晶薄膜的新方法/新体系,并深入分析了其生长机制,为高质量二维材料的晶圆级制备提供了可能的方案和研究思路,对于推动半导体性二维材料的器件集成和实际应用具有重要意义。[8]相关成果以“Epitaxial Growth of Centimeter-Scale Single-Crystal MoS2wellbet吉祥官方网站?Monolayer on Au(111)”为题,发表在ACS Nano。

图八:在Au(111)上生长均匀单层MoS2单晶示意图及表征图

9. Advanced Materials 二维铁磁性Cr2S3半导体可控生长和厚度导电性依赖

二维磁性材料作为构造多功能电子和自旋电子设备的理想平台引起了广泛的关注。然而,大多数报道的二维磁性材料主要是通过机械剥离途径实现的,特别是厚度控制合成直至2D极限。北京大学张艳锋课题组通过化学气相沉积法并且精确控制Cr前驱体的进料速度和生长温度在化学惰性云母基底上纳米级菱形Cr2S3薄片(约1.9 nm至数十纳米)的厚度可控合成。随着Cr2S3纳米片厚度的增加(从2.6 nm到4.8 nm,>7nm),Cr2S3的导电行为从p-型到双极型再到n-型变化。这项工作为阐明2D磁性材料的可扩展的合成、传输和磁性能探索提供新的见解。[9]相关成果以“Controlled Growth and Thickness-Dependent Conduction-Type Transition of 2D Ferrimagnetic Cr2S3wellbet吉祥官方网站?Semiconductors”为题,发表在Adv. Matter.。

图九:化学气相沉积法在云母基片上合成纳米级Cr2S3薄片示意图及表征图

10. Nanoscale 硫化镍修饰提高无定形硫化钼纳米薄片的电催化活性

无定形纳米级MoSx(a-MoSx)具有丰富的活性位点和可扩展的合成能力,是用于氢释放反应(HER)的有吸引力的电催化剂。然而,阐明内部催化机理并以可扩展的尺寸实现更高的HER性能仍然是挑战。湖北大学王喜娜课题组与北京大学张艳锋课题组合作通过便携式水热法成功地在10×20 cm2大小的Ni泡沫上合成了由Ni3S2纳米晶体(尺寸<10 nm)装饰的a-MoSx薄片的杂化催化剂。通过结合状态和拉曼表征证明了[Mo3S13]2-簇与Ni3S2的强相互作用;[Mo3S13]2-簇本身与[Mo3S13]2-簇与Ni3S2之间的完美界面聚合作用通过密度泛函理论计算得到证实。这两个因素将氢的吸收能大大降低到几乎为零,从而大大提高了HER活性。在181和246 mV的过电势下分别达到100和600 mA cm-2的电流密度。这项工作为基于a-MoSx的催化剂的催化起源提供了基本的参考,并为非贵金属电催化剂与低成本批量生产的相容性提供了实际的应用。[10]相关成果以“Boosting the electrocatalytic activity of?amorphous molybdenum sulfide nanoflakes?via nickel sulfide decoration”为题,发表在Nanoscale。

图十:a-MoSx合成示意图及表征图

参考文献:

1. Wang Y., Wang S., Zhang S., Lou X., Formation of Hierarchical FeCoS2-CoS2Double-Shelled Nanotubeswith Enhanced Performance for Photocatalytic Reduction of CO2, [J] Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 1-6.

2. Fang Y., Luan D., Chen Y., Gao S., Lou X., Rationally Designed Three-Layered Cu2S@Carbon@MoS2wellbet吉祥官方网站Hierarchical Nanoboxes for Efficient Sodium Storage, [J] Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7178-7183.

3. Fang Y., Luan D., Chen Y., Gao S., Lou X., Synthesis of Copper-Substituted CoS2@CuxS Double-ShelledNanoboxes by Sequential Ion Exchange for Efficient Sodium Storage, [J] Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2644-2648.

4. Shu Z.,Peng Q.,Huang P.,?Xu Z.,?Suleiman A.,?Zhang X., Bai X.,?Zhou X.,?Zhai T., Growth of Ultrathin Ternary Teallite?(PbSnS2) Flakes for Highly?Anisotropic Optoelectronics, [J] Matter 2020, 2, 977-987.?

5. Yang S., Liu K., Han W., Li L., Wang F., Zhou X., Li H, Zhai T., Salt-Assisted Growth of P-type Cu9S5 Nanoflakes for P-NHeterojunction Photodetectors with High Responsivity, [J] Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1908382.

6. Su J., Wang M., Li Y., Wang F., Chen Q., Luo P., Han J.,Wang S., Li H., Zhai T., Sub-Millimeter-Scale Monolayer p-Type H-Phase VS2wellbet吉祥官方网站, [J] Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2000240.

7. Yu J., Suleiman A., Zheng Z., Zhou X.,Zhai T., Giant-Enhanced SnS2Photodetectors with Broadband?Response through Oxygen Plasma Treatment, [J] Adv. Funct. Mater. 2020, 2001650.

8. Yang P., Zhang S., Pan S., Tang B., Liang Y., Zhao X., Zhang Z.,Shi J., Huan Y., Shi Y., Pennycook S., Ren Z., Zhang G.,Chen Q.,?Zou X.,?Liu Z.,?Zhang Y., Epitaxial Growth of Centimeter-Scale Single-Crystal MoS2?Monolayer on Au(111), [J] ACS Nano 2020, 14, 5036-5045.

9. Cui F., Zhao X., Xu J., Tang B., Shang Q., Shi J., Huan Y.,Liao J., Chen Q., Hou Y., Zhang Q., Pennycook S.,Zhang Y., Controlled Growth and Thickness-Dependent Conduction-Type Transition of 2D Ferrimagnetic Cr2S3wellbet吉祥官方网站?Semiconductors, [J] Adv. Mater. 2020, 32, 1905896.

10. Zheng Z.,Su T.,Shi J.,?Tong R.,?Xiao H.,?Zhang Q., Zhang Y.,?Wang Z.,?Li Q.,?Wang X., Boosting the electrocatalytic activity of?amorphous molybdenum sulfide nanoflakes?via nickel sulfide decoration, [J] Nanoscale, 2019, 11, 22971-22979.

本文由喜欢长颈鹿的高供稿。

本内容为作者独立观点,不代表wellbet吉祥官方网立场。

未经允许不得转载,授权事宜请联系kefu@cailiaoren.com。

欢迎大家到wellbet吉祥官方宣传科技成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及内容合作可加编辑微信:cailiaorenVIP。

]]>
http://budgetbizsites.com/202442.html/feed 0