超拉伸水凝胶热电偶（英文）

可拉伸温度传感对实现人机触觉交互和温度调节至关重要,这些传感元件需要贴合特异性表面,且在拉伸条件下保持温度感知的精度.现有可拉伸温度传感器由于温度和形变引起电阻变化的相互干扰,在拉伸过程中存在固有的传感不稳定问题.本文提出了一种超可拉伸水凝胶热电偶,通过构建具有动态交联双网络的热电水凝胶,实现水凝胶热电偶的超拉伸性.通过设计的P型和N型热电水凝胶,构建热电偶单元.热电偶表现出1.93 mV K^-1的高塞贝克系数,即使在100%的拉伸应变下,灵敏度依然保持稳定.本文的研究结果为可拉伸温度传感器提供了一种新的策略,并有望广泛应用于智能可穿戴设备.     

溶解制造多孔金属玻璃（英文）

简单、精密、可控的制造技术在功能表面中具有广阔的应用前景.在这项工作中,我们通过使用食盐这种水溶性材料作为模板,利用金属玻璃优异的热塑成型性能,成功地实现了多孔金属玻璃的溶解制造.通过这种溶解制造方法制备的微/纳米结构具有良好的可调控性,不仅可以制备大面积多孔结构,还可以制备具有纳米级复制精度的有序规则阵列.其中,通过可溶性模板策略制备的无序多孔结构具有约140°的水滴接触角和接近于0°的油滴接触角,可用于油水分离,并且在强酸和强碱的环境中浸泡后表现出稳定的润湿性.即使在严重磨损后,带有多孔结构的表面仍可保持约130°的水滴接触角和约4°的油滴接触角.此外,该策略显示出优异的可重复使用性能.通过在同一个金属玻璃表面上重构三次多孔结构,发现每次重构的多孔结构的润湿性没有显著变化.本文的研究成果为制备多级孔结构及功能表面提供了一种简便可控的方法.     

一种智能纳米酶工厂作为诊疗纳米平台用于协同癌症治疗（英文）

多模态疗法是结合多种疗法治疗通常复杂而隐蔽的肿瘤组织的最有希望的策略之一.尽管多功能纳米材料已被设计用于构建多模态疗法,但普遍存在的各组成部分之间的不充分协调可能导致协同治疗效果不佳,并妨碍其充分实现临床潜力.在此,受可控“集束炸弹”模型的启发,我们设计了一种智能、生物相容、多功能的纳米工厂系统(PDA@GOx@MnO₂-PEG),它封装了多种纳米试剂,以达到对肿瘤组织的高破坏效率.刺激反应性的外层二氧化锰作为“炸弹”的外壳可触发级联催化反应,并与GOx形成一个自给自足的环形催化链. PDA作为一种具有良好蛋白质携带能力的基质,实现了高的GOx负载.同时,其高效的光热转换效率显示了低温(～45°C)进一步提高GOx酶活性的潜力.值得注意的是,内部的GOx就像一个“子炸弹”,通过控制释放来增加肿瘤缺氧部位的积累,并在充足的氧气和低热度的帮助下充分发挥其葡萄糖消耗能力进行饥饿治疗.在这个体系中,各种纳米试剂相互配合,层层推进,充分发挥其威力,形成了一个自给自足的纳米工厂模型,通过协同策略实现了良好的低温光热-饥饿协同治疗.此外,该纳米复合材料表现出三态成像能力,可用于...     

3C-SiC各向异性行为的原位纳米划痕研究（英文）

立方碳化硅(3C-SiC)是一种在极端条件下具有优异机械和物理性能的理想材料.然而,由于其生长深度有限且脆性较高,研究其材料去除和摩擦性能具有一定的挑战性.在本研究中,我们使用扫描电子显微镜对厚度约为20μm的3C-SiC单晶进行了原位纳米划痕研究,并观察了其各向异性行为.随后在(100)平面上沿[110]和[100]方向分别进行了纳米划痕实验.与[100]方向相比,[110]方向在划痕过程中表现出更高的硬度,导致材料去除率较低和摩擦系数较高.通过对划痕沟槽的原子级分辨观察,我们发现3C-SiC的塑性去除是通过位错滑移和显著的晶格畸变实现的.在塑性变形阶段,两个划痕方向的亚表面主要经历了全位错滑移.此外,强烈的应变导致了多晶化,这是3C-SiC中的一个重要变形机制.     

分子桥连石墨烯/银用于高性能导电浆料（英文）

印刷作为一种增材制备技术可以降低制备过程中的材料成本并减少对环境的污染.银导电浆料常用于各种电子印刷器件,如互联网、电感、天线等领域.然而贵金属银的高成本限制了其大规模应用.为了降低目前银导电浆料的成本,本文提出了一种分子桥连的石墨烯/银(MB-G/A)导电浆料,并应用于高导电性、低成本的纸基电子器件.石墨烯可以取代部分银纳米颗粒,降低成本的同时形成合适的导电网络,从而保证了良好的导电性能.采用巯基乙胺作为分子桥连剂,其一端通过叠氮反应锚定在石墨烯表面,另一端通过巯基官能团与银原子成键,实现石墨烯和银之间分子尺度的桥连,从而促进石墨烯/银界面的电荷传输.结果表明所制备的MB-G/A导电浆料的最大电导率可达2.0×10⁵S m^-1,且可成功应用于各种电子器件中.此外,最优的MB-G/A导电浆料的成本与纯银导电浆料相比减少了至少一半.该MB-G/A导电浆料在商业化电子器件领域具有良好的应用前景.     

全氧化镓薄膜同质p-n结（英文）

制备p-n结以及探索其物理机制在发展各种功能器件和推进其实际应用中起到关键作用.超宽禁带半导体在制备高压高频器件上有着巨大的潜力,但是氧化镓p型掺杂困难限制了氧化镓同质p-n结的制备,进而阻碍了全氧化镓基双极型器件的发展.本文通过一种先进的相转变生长技术结合溅射镀膜的方法,成功制备了n型锡掺杂β相氧化镓/p型氮掺杂β相氧化镓薄膜.本工作成功制作了全氧化镓单边突变同质p-n结二极管,并且详细分析了器件机理.该二极管实现了4×10⁴的整流比、在40 V下9.18 mΩcm²的低导通电阻、4.41 V的内建电势和1.78的理想因子,并在交流电压下表现出没有过冲的整流特性以及长期稳定性.本工作为氧化镓同质p-n结初窥门径,为氧化镓同质双极型器件奠定了基础,为高压高功率器件的应用开创了道路.     

聚合物电介质表面电荷积聚的根本原因（英文）

聚合物电介质在使用过程中表面会积聚大量的电荷,导致局部电场畸变、闪络、爆炸和设备损坏等问题.由于造成电荷积聚的聚合物载流子深陷阱的主要构成目前仍不清楚,这一瓶颈问题目前仍未得到有效解决.本文基于开尔文探针力显微镜(KPFM)和磁力显微镜(MFM)观测了纳米微区聚合物自由基的电荷行为,发现自由基表现出深陷阱的特性.第一性原理计算发现出现自由基后的体系中存在深能级缺陷态.微观和宏观的电荷测量表明,清除自由基后的聚合物表面电荷量显著减少,这为聚合物电介质在诸多领域中的安全使用提供了有效的材料改性方案.本文首次揭示了电介质中的自由基是深陷阱,为后续关于聚合物电介质的电荷特性方面的研究提供了重要的理论指导.     

低温条件下反常的铁电保持（英文）

理解铁电材料畴结构在低温条件下的翻转行为,对于铁电物理以及其在宽温域的应用都非常重要;然而,目前在低温条件下直接观测介观尺度下的畴翻转仍然面临着巨大的挑战.本论文利用铁酸铋(BiFeO₃)作为模型来研究3.6–260 K温度范围内的铁电畴翻转行为.菱形相的BiFeO₃在温度为130 K时观测到了明显的铁电保持失效现象;这是因为BiFeO₃在130 K附近有较大的热释电系数,从而使其升温到该温度附近时释放了大量的热释电电荷,进而产生较强的退极化场,导致铁电极化翻转.另外,本论文还发现通过纳米尺度设计相界可以有效地抑制铁电保持失效.本研究为变温条件下,尤其是低温温域,研究铁电翻转提供了实验范式.     

使用纳米焊接从金纳米粒子自下而上制备三维纳米多孔金（英文）

三维纳米多孔金具有高的比表面积、高的导电性和等离激元特性等众多优异的物理化学性质,可以应用于多个领域.然而,其最常见的制备方法,即脱合金,面临着高能耗、资源浪费、需使用腐蚀性液体和牺牲组分的残留等问题.本文中,我们报道了一种较普适性的自下而上的纳米焊接方法,用于从金纳米粒子制造高纯度三维纳米多孔金.该方法先将化学合成的金纳米粒子在液-液界面自组装成致密的单层金纳米粒子薄膜,随后将其逐层转移到固体基底上形成多层的金纳米粒子膜,最后对该多层金纳米粒子膜在空气中通直流电进行纳米焊接.研究结果表明,直流电纳米焊接工艺可在10 s内在低温下将层状金纳米颗粒薄膜逐渐转变为纳米多孔金,同时不会破坏母体金纳米粒子的球形结构.这是因为在纳米焊接过程中,电子更倾向于聚集在高电阻的粒子/粒子结点处,造成该处的表面原子受到较强的静电排斥作用,从而强化了该处的表面原子扩散并引发温和的固态扩散纳米焊接.此外,当使用不同尺寸的金纳米粒子作为起始构筑单元时,该方法可有效调整纳米多孔金的厚度、韧带尺寸和孔径,从而为构筑功能性多孔纳米材料(如用于甲醇电氧化的电催化剂)提供极大的灵活性.可以预料,该低温纳米焊接方法也可用于...     

基于可重构光开关多态荧光聚合物的信息加密工具箱（英文）

具有坚固、智能、且易于编程等特性的信息加密材料对于防止信息泄露和打击造假具有重要意义.为此,我们开发了一种信息加密材料工具箱,该工具箱基于一系列新型的自修复光开关双态(P1和P2)和多态(P3)荧光聚合物.这类聚合物含有两种二芳基乙烯光致变色荧光基团(SDTE和BTBA)和四重氢键构筑单元(UPy).在不同波长的光照射下,P1/P2可以在绿-猝灭/红-猝灭两态之间交替,而P3可以在红-绿-猝灭三态之间变化.它们可以作为像素单元用来制备可重构的图案和代码;所得到的图案和代码均显示出良好的机械性能和优异的光学特性,包括快速的光响应性、突出的光可逆性、优异的荧光热稳定性和抗酸碱腐蚀的能力.本文展示了该工具箱在3D代码阵列和二维码信息加密中的应用潜能.     

硼酸盐:氧离子导体设计的一个新方向（英文）

降低固体氧化物燃料电池(SOFCs)的工作温度正在推动新型氧离子导体材料的开发.在此,受氧离子导体材料结构共性的启发,基于Sr(Si/Ge)O₃材料中刚性(Si/Ge)₃O₉基团无法容纳氧空位,以及BO_n多面体在配位数、旋转、变形和连接上的巨大灵活性,我们首次通过计算预测和实验验证,报道了基于硼酸盐的新型氧离子导体材料(Gd/Y)_1-x-Zn_xBO_3-0.5x.(Gd/Y)BO₃中的氧空位可以通过孤立的B₃O₉三元环形成B₃O₈结构单元来容纳,并通过B₃O₉和B₃O₈单元之间的氧交换合作机制来传输,而这些结构单元作为过渡态的打开和伸展则有助于氧的传输.这项研究为设计和开发新型氧离子导体开辟了新方向,有望从硼酸盐家族发现更多新的氧离子导体.     

可定制多孔玻璃表面的溶解制造策略（英文）

玻璃表面微纳结构的设计和制造在实现所需功能方面具有重要意义.然而,玻璃固有的硬度和脆性给传统制造方法带来了不便.因此,开发一种简单且可控的制造策略对于制备具备功能应用的微纳结构玻璃至关重要.在本文中,我们提出了一种创新方法,利用可溶性氯化钠颗粒作为前驱体模板,在玻璃表面上创建可定制的多孔结构.通过我们的先导成型策略,成功利用可溶性氯化钠颗粒的潜力作为前驱体模板,从而便于制造量身定制的多孔玻璃表面.通过调节这些颗粒的大小和组合,我们实现了对所得多孔玻璃的连续调控,范围从超亲水(1°)到超疏水(142°).值得注意的是,制备的多孔玻璃表面表现出显著的亲油性,展示了在油水分离和自清洁等多种应用方面的巨大潜力.最重要的是,即使经过了10次制造迭代,玻璃表面的疏水-亲油功能依然完好,凸显了我们策略的耐久性和可重复性.这种方法为实现玻璃的特殊功能提供了方便且具有成本效益的途径,为不同领域的进展铺平了道路.     

超稳定石墨烯气凝胶的电磁屏蔽性能研究（英文）

石墨烯气凝胶(GAs)在解决下一代电子器件电磁屏蔽污染方面引起了广泛关注.但是,由于超轻石墨烯气凝胶在复杂环境中结构不稳定,其在电磁屏蔽的实际应用中仍面临巨大的挑战.在此,我们提出一类机械结构稳定的石墨烯气凝胶,其展示出优异可靠的电磁屏蔽性能.这类气凝胶呈现出面面堆叠的结构,在密度ρ=3.7 mg cm-3,高度1 m m时,电磁屏蔽效能可达到6 4.1 d B,比电磁屏蔽效能达到173,243 dB cm2g^-1,远超现有报道的碳基材料.同时,石墨烯气凝胶具有优异的环境适应性,在机械形变、极端温度、燃烧及水下等环境中均可保持性能稳定.此外,制备的石墨烯气凝胶可通过真空袋装工艺进行包装运输,解决了超轻材料实际应用中低密度与大体积的矛盾,且在这一极端变形过程中材料结构和性能均未产生破坏.该研究为石墨烯气凝胶电磁屏蔽材料的实际应用铺平了道路,且拓展了其实际应用场景,比如航天、军事战机及海洋领域.     

表面自由能对二维结晶的影响（英文）

二维分子晶体是一类具有优异光电性能的新兴材料.然而,由于人们对决定二维结晶的因素知之甚少,二维分子晶体的生长极具挑战.我们研究了有机半导体的二维结晶和表面自由能之间的关系,提出了利用表面自由能各向异性因子来衡量二维结晶趋势的设想.以两个BTBT衍生物为例,我们发现具有大的g因子的分子有不受外界条件干扰的二维结晶趋势.这项工作为合理设计可二维结晶的有机半导体提供了指导.     

自还原法合成超小尺寸钯加氢催化剂（英文）

负载型超小尺寸金属纳米颗粒在多相催化过程中表现出优异的催化性能.虽然已经发展了一些合成方法,但仍缺少便捷地合成超小尺寸催化剂的方法.通常情况下,加氢金属催化剂往往需要经过高温还原过程.但过量的还原剂,如H₂,会导致金属纳米颗粒的聚集.本研究利用含有有机配体的钯前驱体合成了金属氧化物负载的超小尺寸钯催化剂.在惰性气氛下,通过简单的煅烧即可得到尺寸均一、超小的Pd纳米颗粒(～1 nm).有机配体中的-CH_x基团与氧化物载体的表面氧物种反应促进了Pd物种的还原.同时,反应过程中原位产生的CO和氧空位稳定了超小尺寸纳米颗粒.该方法所制备得到的催化剂具有较高的抗烧结能力、优异和稳定的催化加氢反应性能.     

基于联硼结构的新型剪切增稠超分子材料（英文）

剪切增稠型聚硼硅氧烷(PBS)通常以“silly putty”,“bouncing putty”或“solid-liquid”被熟知.因其独特的抗冲击性能, PBS广泛应用于防护装甲、运动器材、玩具等领域.然而,自第二次世界大战PBS被发明后, PBS材料的更新升级较少.本论文中,我们通过设计联硼/氧配位键制备了一类新型剪切增稠材料——聚联硼硅氧烷(PDBS).结果表明,与单硼/氧配位键相比,联硼/氧配位键具有更多的配位结构和更高的键能,导致PDBS具有更类固体性的剪切增稠行为.因此, PDBS具有比PBS更优异的抗冲击性能与防护功能,为新一代智能装备、阻尼器和传感器的开发提供了一类高性能防护材料.     

硫调控FeNi纳米合金作为双功能氧电极的研究（英文）

当前,FeNi合金由于其含量丰富、化学稳定性好的优点,在锌-空气二次电池(ZABs)中的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)方面受到了广泛的关注.然而,传统FeNi合金还具有导电性差、比表面积小、活性低等缺点,严重阻碍了它们的催化性能.我们通过对金属有机前驱体进行热处理,合成了以分级多孔碳为载体的S-调控FeNi纳米合金材料(S-FeNi/PC),以实现高效的双功能氧催化.S调控赋予了FeNi纳米合金优越的OER性能,同时还使材料保持了与Pt/C相当的ORR性能.因此,SFeNi/PC具有很好的双功能氧催化活性,优于商业的Pt/C和RuO₂贵金属基复合催化剂.值得注意的是,以S-FeNi/PC为电极组装的ZABs具有较高的比容量(792 mA h g^-1)、高峰值功率密度(123.5mW cm^-2),以及在10 mA cm^-2电流密度下可700次放电/充电循环的优异耐久性,这些性能远高于商用Pt/C-RuO₂催化剂,甚至超过了许多先前报道的工作.我们相信这项研究不仅为高效的...     

外场驱动分子极化调控反应物界面及其电催化析氢性能（英文）

反应物界面对电催化反应至关重要.然而,由于调控和表征手段的不足,对反应物界面的深入研究仍难以实现.本文中,我们借助单片电催化微纳器件,通过调节背栅电压引入分子极化,实现了对电化学双电层中水合氢离子(H₃O⁺)浓度的调控,进而提高了催化剂的电催化析氢性能.以C₆₀/MoS₂异质结为例,电学性能测试表明背栅电场促进了电子从C₆₀向MoS₂的转移,并导致了C₆₀分子的极化.原位光致发光光谱表征显示,在背栅电场的作用下,极化的C₆₀分子会吸引H₃O⁺,使其聚集在MoS₂附近.而电催化测试表明,在1.5 V背栅电压下,由于发生了H₃O⁺的富集,C₆₀/MoS₂异质结在-0.45 V_RHE电位下的析氢电流密度增加了5倍我们提出的调控和监测反应物界面的方...     

硫掺杂氮化碳纳米片棒状聚集体用于光催化析氢（英文）

合成具有较宽吸收光谱的少层氮化碳是一个具有吸引力的课题.杂原子掺杂(特别是硫掺杂)可以有效地避免纳米级片层氮化碳中由于量子限制效应所引起的带隙加宽.与二次煅烧硫化不同的是,预硫化超分子前驱体可以原位地形成硫掺杂氮化碳纳米片堆叠聚集体(SCN).这种少层的框架结构呈现出了更大的比表面积(139.06 m² g^-1),暴露了更多的活性位点.此外,硫的引入使原七嗪环的共轭结构发生扭曲,从而通过激活价带电子的n→n^*跃迁而缩小带隙.在模拟日光条件下,SCN_0.8(3925.8μmol g^-1h^-1)的析氢速率是块体氮化碳(BCN,485.2μmol g^-1 h^-1)的8.1倍.本工作旨在最大限度地利用杂原子掺杂和形态调控的协同效应来提高光催化活性,且为光催化剂的多维同步优化提供了新的视角.     

基于透明活性层的高效柔性半透明有机太阳能电池（英文）

柔性和半透明是有机太阳能电池(OSCs)的重要优势,受到科学界和工业界的广泛关注.目前,提高柔性半透明OSCs(ST-OSCs)性能的关键是柔性透明电极(FTEs)和吸光活性层.本文制备了透过率为84.8%的复合FTEs,这使得活性层可以高效捕获太阳光,优化了器件中的光管理.此外,在活性层中采用了多种成熟的策略,包括构筑类合金近红外受体(Y6:m-BTP-PhC6)和稀释可见光范围强吸收的给体(PM6),使得每个光子被精确利用,有效平衡了ST-OSCs效率和透过率之间的冲突.利用以上策略,提高了活性层中可见光的透过和近红外光的吸收,最终获得了高透明度的活性层,其平均可见光透过率(AVT)值为39.3%.基于此,柔性不透明和半透明OSCs分别获得了16.44%和11.48%的能量转换效率,这是目前柔性ST-OSCs的最高效率之一.本工作对实现具有优异鲁棒性和高性能的ST-OSCs具有重要的指导意义,也为其实际应用迈出了重要一步.