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纳米材料前沿研究成果精选

2017-11-16 17:00:38
作者:本网整理
来源:材料人

德国基尔大学Rainer Adelung、Fabian Schütt、特伦托大学Nicola M. Pugno(共同通讯)等人展示了用于制造开孔三维自组织双层碳纳米管管状结构的简单策略。尽管单个纳米管之间不存在另外的交联,但是通过在所有三个维度上形成自缠绕的碳纳米管(CNT)网络,使用具有高拉伸性能的CNT来实现压缩和拉伸特性的高增强效果。

     1、ACS Nano:鹦哥鱼牙齿的微观结构研究——坚硬的生物矿石

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    鹦哥鱼(鹦嘴鱼科)常常以石珊瑚为食,其牙齿的坚硬程度引起了威斯康星大学Pupa U.P.A. Gilbert和劳伦斯伯克利国家实验室Matthew A. Marcus(共同通讯)等人的注意。该团队研究了头足类鹦嘴鱼小鼻绿鹦哥鱼牙齿的化学成分,纳米和微米尺度结构以及力学性能。它的似釉质是氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)生物矿物质,具有优异的机械特性:平均弹性模量为124GPa,咬合表面附近的平均硬度是7.3GPa,是测得的最坚硬的生物矿物质之一。平均压痕屈服强度在6GPa以上,平均断裂韧性为2.5MPa.m1/2,对于高度矿化的材料来说相对较高。

    文献链接:Parrotfish Teeth: Stiff Biominerals Whose Microstructure Makes Them Tough and Abrasion-Resistant to Bite Stony Corals(ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b05044)

    2、ACS Nano:3D打印热调节织物
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    空气中冷却是人们日常生活中能量消耗的主要部分,尽管在炎热天气里我们习惯躲在阴凉的房间里获得舒适感,但是这是十分耗能和高成本的。近日,马里兰大学帕克分校胡良兵教授(通讯作者)团队展示了一种使用导热和高度均衡的氮化硼(BN)/聚(乙烯醇)(PVA)复合材料(表示为a-BN/PVA)纤维的热调节纺织品,以改善纺织品的热传递性能。a-BN / PVA复合纤维是通过快速和可扩展的3D打印方法制造的。BN纳米片(BNNSs)在纤维制造过程中可以实现均匀分散和高对位,从而实现高机械强度(355MPa)和良好的散热。

    文献链接:Three-Dimensional Printed Thermal Regulation Textiles(ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b06295)

    3、Advanced Functional Materials:氧化石墨烯基薄层网络增强声音吸收
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    噪音是一种环境污染物,对人类的心理和生理健康有很大的影响。近日,阿德莱德大学Dusan Losic(通讯作者)团队基于由格栅形三聚氰胺骨架支撑的自组装互连氧化石墨烯(GO)片材,发现了有效且强健的层状结构作为吸声器。与三聚氰胺泡沫相比,所制备的薄片结构在128-4000Hz的宽吸收带上表现出约60.3%(在较低频率下约为100%)的增强。增强的声学吸收都被确定为与结构有关而与密度无关。开孔结构中的消声是由于粘性和热损失造成的,而在波传播中主要是曲折,并且GO-基片层的表面积增大实现。

    文献链接:Graphene Oxide-Based Lamella Network for Enhanced Sound Absorption(Adv.Funct.Mater.,2017,DOI:10.1002/adfm.201703820)

    4、Journal of the American Chemical Society:超薄Ni/CdS纳米片催化H2生成的可见光驱动法
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    近日,犹他州立大学孙宇杰(通讯作者)团队制备了厚度为~1 nm CdS纳米片负载的Ni催化剂,可以在常温常压水溶液中在可见光辐照下催化糠醇,羟甲基糠醛HMF等转化为对应的醛,更重要的是,利用生物质中间体作为质子源,在可见光照射下实现同时产生H2。观察并研究了糠醛醇和HMF在水中转化为相应醛速率的显著差异,在理论计算的帮助下发现,HMF中醛基与Ni/CdS的结合亲和力稍强,导致HMF转化成2,5-二甲酰基呋喃的转化率比糠醇到糠醛的转化率低。

    文献链接:Visible-Light-Driven Valorization of Biomass Intermediates Integrated with H2 Production Catalyzed by Ultrathin Ni/CdS Nanosheets(JACS,2017,DOI:10.1021/jacs.7b08657)

    5、Nano Letters:在不相容的过渡金属二硫族化合物同系物中的超快中间层电子转移
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    二维材料,如石墨烯,过渡金属二硫属元素化物和磷杂环戊二烯可用于构建范德华多层结构。近日,中国科学技术大学戚泽明副研究员、堪萨斯大学Hui Zhao(共同通讯)等人发现在两个单层MoSe2之间的电子转移发生在皮秒时间尺度上,且在WS2和WSe2的同质双链中观察到更快的转移,所用实验样品是通过手工堆叠两个剥离的单层薄片制造的。通过添加石墨烯层作为两个单层中的一个单层的快速载流子重组通道,飞秒瞬态吸收测量对光激发的载流子从填充的单层到单层的转移进行时间分辨。观察到的有效的层间载流子转移表明这种均聚物可以用于范德华多层中以增强其光吸收而不显著损害层间迁移性能。

    文献链接:Ultrafast Interlayer Electron Transfer in Incommensurate Transition Metal Dichalcogenide Homobilayers(Nano.Lett.,2017,DOI:10.1021/acs.nanolett.7b02608)

    6、Nature Communications:具有可调带隙的CH3NH3PbBr3钙钛矿纳米晶的生长机理
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    金属卤化物钙钛矿纳米晶体是用于各种应用的有前途的材料,例如发光器件和光电检测器。近日,香港城市大学Andrey L. Rogach(通讯作者)团队展示了通过前体和配体浓度的变化在室温和升高(60℃)温度下合成的CH3NH3PbBr3纳米晶体的带隙可调性,详细讨论了两种配体,油胺和油酸在铅前体和纳米晶表面配位方面的作用。并且,通过将实验结果与成核/生长模型的原理相结合来阐明纳米晶体的生长机理。

    文献链接:Growth mechanism of strongly emitting CH3NH3PbBr3 perovskite nanocrystals with a tunable bandgap(Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-00929-2)

    7、Nature Communications:分层自纠缠碳纳米管网络
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    基于碳纳米材料的三维(3D)组件在机械和电特性方面仍然落后于其单个一维构件块。近日,德国基尔大学Rainer Adelung、Fabian Schütt、特伦托大学Nicola M. Pugno(共同通讯)等人展示了用于制造开孔三维自组织双层碳纳米管管状结构的简单策略。尽管单个纳米管之间不存在另外的交联,但是通过在所有三个维度上形成自缠绕的碳纳米管(CNT)网络,使用具有高拉伸性能的CNT来实现压缩和拉伸特性的高增强效果。另外,当在3D可拉伸导体中使用时,管状结构导致导电性的自增强效应,以及在低CNT浓度下的高导电性。

    文献链接:https://www.nature.com/articles/s41467-017-01324-7(Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01324-7)

    8、Nature Communications:多功能纳米复合中空纤维膜的溶剂转移诱导相分离
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    近日,宾夕法尼亚大学Daeyeon Lee、Kathleen J. Stebe、罗文大学Martin F. Haase(共同通讯)等人引入了一种简单的单步法使用双连续的界面堵塞乳液来形成纳米颗粒官能化的中空纤维膜。通过溶剂转移诱导的相分离和光聚合制备的所得纳米复合材料膜具有特别高的纳米粒子负载量(高达50wt%的二氧化硅纳米粒子),并具有均匀分布在整个膜表面上致密填充的纳米粒子。这些结构明确的不对称膜促进了对膜通量和选择性的控制,能够形成刺激响应性水凝胶纳米复合膜。

    文献链接:Multifunctional nanocomposite hollow fiber membranes by solvent transfer induced phase separation(Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01409-3)

    9、Science Advances:用于薄型光伏吸收体的生物弹性相分离无序纳米结构
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    黑蝴蝶,红纹凤蝶的翅膀被微米和纳米结构的鳞片覆盖,可以在广泛的光谱和角度范围内收获阳光。近日,加州理工学院Radwanul H. Siddique、卡尔斯鲁厄理工学院Hendrik H?lscher(共同通讯)等人分析了这些微观和纳米结构的机理,除了显微光谱实验外,还进行了精确尺度结构的三维光学模拟。在这些结果的基础上,设计了无序纳米光伏吸收体,它将有效的光输入耦合和光俘获特性结合在一起,具有较高的角稳定性。最后,受自组装生物光子纳米结构的相分离机制的启发,使用基于二元聚合物相分离的可缩放自组装图案化技术来制造这些生物吸收剂。

    文献链接:Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers(Sci.Adv.,2017,DOI:10.1126/sciadv.1700232)

    10、Science Advances:石墨烯中性点附近的生物传感
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    在过去的十年中,石墨烯丰富的电子性质已经引起了研究者的极大兴趣,并应用于电化学和生物物质的电检测领域。然而,创造实用的石墨烯电子传感器很大程度上取决于我们理解和维持低水平电子噪声的能力,这是限制传感器分辨率的根本原因。近日,莱顿大学Wangyang Fu(通讯作者)等人研究表明,在中性点附近以双极模式操作石墨烯晶体管可显著降低石墨烯中的1/f噪声。值得注意的是,数据显示与传统石墨烯晶体管电导测量相比,该研究中的石墨烯芯片的感测响应不受损害,因此显著改善了信噪比。

    文献链接:Biosensing near the neutrality point of graphene(Sci.Adv.,2017,DOI:10.1126/sciadv.1700232)
 

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标签: 纳米材料, 石墨烯, 钙钛矿

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