高功率旋轉(zhuǎn)電荷泵浦摩擦納米發(fā)電機

高功率旋轉(zhuǎn)電荷泵浦摩擦納米發(fā)電機

中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士團隊成功將電荷泵浦策略應用于旋轉(zhuǎn)式摩擦納米發(fā)電機（Rotary charge pumping triboelectric nanogenerator，RC-TENG）中，實現(xiàn)了低頻激勵下的高輸出性能。研究論文發(fā)表于Advanced Energy Materials。RC-TENG由主TENG和泵浦TENG兩部分構(gòu)成，泵浦TENG為普通旋轉(zhuǎn)式TENG結(jié)構(gòu)，主TENG主要包括存儲電極和輸出電極。兩部分通過一種新穎的同步旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)連接，使電荷可以高效可靠地從泵浦TENG注入主TENG的存儲電極中。這些存儲電極中的約束電荷可產(chǎn)生類似于摩擦表面電荷的作用，在輸出電極中產(chǎn)生感應輸出。

高功率旋轉(zhuǎn)電荷泵浦摩擦納米發(fā)電機。（a）器件的基本結(jié)構(gòu)爆炸視圖；（b）器件的電極結(jié)構(gòu)和電路連接示意圖；（c）一對泵浦TENG驅(qū)動四個主TENG的典型輸出短路電流和轉(zhuǎn)移電荷量；（d）一對泵浦TENG驅(qū)動四個主TENG的功率輸出，驅(qū)動頻率2Hz；（e）器件在低頻驅(qū)動下輸出的電能可點亮一組燈。（圖片來源于中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所網(wǎng)站）

輕量化液態(tài)金屬物質(zhì)

清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系劉靜教授課題組首次提出了輕量化液態(tài)金屬物質(zhì)的概念，并展示了這一全新材料的特性和用途。研究論文發(fā)表于Advanced Functional Materials。文章特別以共晶鎵銦合金及中空玻璃微珠為典型代表，制備出了密度僅為水的一半以致可漂浮于水面的輕量化液態(tài)金屬復合材料。這種材料除保留了純液態(tài)金屬良好的導電性、導熱性、力學強度及固液相變特性外，還擁有可塑性、可變形性乃至磁性等行為，作者們?yōu)榇嗽O(shè)計了系列平面及三維應用場景，并引入不同封裝方式實現(xiàn)了對材料漂浮行為的調(diào)控，展示了水面電路及水中機器人的潛在應用。

晶界調(diào)控提高釹鐵硼熱變形磁體磁性能研究

中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所稀土永磁團隊先后開發(fā)出添加納米WC高熔點相和預擴散Pr-Cu低熔點相兩種晶界調(diào)控方法，通過有效抑制界面粗晶區(qū)大幅提高了磁體的矯頑力，同時揭示了界面調(diào)控抑制粗晶區(qū)形成的機理。相關(guān)研究成果論文發(fā)表于Acta Materialia。釹鐵硼熱變形磁體由于具有磁能密度高、稀土用量少、制備流程短、易于實現(xiàn)近終成型等優(yōu)點，在變頻家電、綠色交通、智能制造等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景，巨大的應用需求也反向推動了提高熱變形磁體磁性能的研究。然而，熱變形磁體內(nèi)顆粒界面處存在的無取向粗晶區(qū)對剩磁和矯頑力都具有嚴重的負面影響。該研究豐富了熱變形磁體的晶界調(diào)控理論。

非富勒烯三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的高效太陽能電池受體材料

南方科技大學化學系副教授何鳳課題組合成了一種定位三氟甲基取代的高效有機太陽能電池受體材料，該材料可通過H/J聚集的協(xié)同作用形成具有更多電子跳躍傳輸結(jié)點的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，極大改善電荷在分子間的傳輸，大幅提高器件性能。研究論文發(fā)表于Joule。有機非富勒烯小分子受體材料設(shè)計合成簡單，能級可調(diào)，在可見光甚至是近紅外區(qū)域有較強吸收。研究團隊成功地將三氟甲基引入到稠環(huán)電子受體中，得到了超窄帶隙受體BTIC-CF3-γ，并將其應用于太陽能電子器件中，極大地提高了器件的能量轉(zhuǎn)換效率，充分體現(xiàn)出光譜紅移和超窄帶隙的優(yōu)勢，在多元體系、半透明器件和疊層器件應用方面展示出非常有潛力的前景。

單原子層溝道的鰭式場效應晶體管

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心韓拯、孫東明等與國內(nèi)外合作者首次演示了可陣列化、垂直單原子層溝道的鰭式場效應晶體管。研究論文發(fā)表于Nature Communications。研究人員設(shè)計了高？ 300nm的硅晶體臺階模板，通過濕法噴涂化學氣相沉積（CVD）方法，實現(xiàn)了與臺階側(cè)壁共形生長的過渡族金屬硫化物單原子層晶體（MoS2、WS2等）。通過采用多重刻蝕等微納加工工藝，制備出以單層極限二維材料作為半導體溝道的鰭式場效應晶體管，同時成功制備出鰭式場效應晶體管陣列。嘗試引入碳納米管替代傳統(tǒng)金屬作為柵極材料，結(jié)果顯示該材料比傳統(tǒng)金屬柵具有更好的包覆性，可以有效提高器件性能。

可陣列化的單原子層鰭式晶體管形貌圖。（陣列最小間距為50納米）（圖片來源于中國科學院金屬研究所網(wǎng)站）

單原子層溝道的鰭式場效應晶體管。a）硅工藝Fi nF E T的溝道材料、垂直二維原子晶體與單根碳納米管尺寸對比示意圖。b）器件結(jié)構(gòu)示意圖。插圖為截面示意圖。c）臺階共形生長的單層二維過渡族金屬硫化合物示意圖。d-e）臺階模板掃描電鏡照片，其中標尺分別為100納米（左）和1微米（右）。（圖片來源于中國科學院金屬研究所網(wǎng)站）

超低功耗二維柔性神經(jīng)形態(tài)器件光電協(xié)同調(diào)制新策略

復旦大學微電子學院副研究員陳琳、研究員孫清清等利用二維層狀MoS2制備具有光電協(xié)同調(diào)制功能的可穿戴仿人腦神經(jīng)形態(tài)器件，首次實現(xiàn)可穿戴仿生神經(jīng)突觸器件的aJ級別超低功耗，遠低于生物功耗水平，為超低功耗、多端調(diào)制的可穿戴式類腦計算器件的應用開辟了新的道路。研究論文發(fā)表于Advanced Science?？蒲袌F隊設(shè)計了一種基于柔性二維MoS2的異質(zhì)突觸，成功實現(xiàn)生物體內(nèi)的長時程可塑性，將長時程增強（LTP）和長時程抑制（LTD）過程中的能耗降低至為18.3aJ/脈沖和28.9aJ/脈沖，為神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)提供了一條比人腦更出色的處理信息的途徑。

3D打印復雜結(jié)構(gòu)仿生骨支架

中國科學院上海硅酸鹽研究所吳成鐵研究員與常江研究員帶領(lǐng)的研究團隊在3D打印仿哈弗斯骨結(jié)構(gòu)生物陶瓷支架用于多細胞遞送和骨組織再生方面取得新進展。研究論文發(fā)表于Science Advances。大段骨缺損的修復是臨床上的一大挑戰(zhàn)，3D打印技術(shù)由于精度高、可個性化定制而廣泛用于制備骨組織工程支架。該研究通過模擬骨的多級結(jié)構(gòu)及多細胞組成，采用光固化3D打印技術(shù)制備出仿哈弗斯骨結(jié)構(gòu)生物陶瓷支架，并負載骨髓間充質(zhì)干細胞和內(nèi)皮細胞，促進血管化骨的修復。該設(shè)計體現(xiàn)了這種基于仿哈弗斯骨結(jié)構(gòu)支架的多細胞遞送系統(tǒng)的普適性特征，可模擬體內(nèi)多細胞組織工程的再生微環(huán)境。

界面聚合過程調(diào)控制備具有亞埃級超高分離精度的納濾膜

中國科學院蘇州納米所靳健研究員課題組與美國范德堡大學林士弘教授課題組合作，設(shè)計開發(fā)了一種利用表面活性劑自組裝有序單分子膜調(diào)控界面聚合過程（SARIP），制備具有超窄孔徑分布的薄膜復合納濾膜（TFC-NF）的策略，實現(xiàn)了亞埃級的分子/離子的高精度分離。研究論文發(fā)表于Nature Communications。研究者在油水界面處引入由陰離子表面活性劑——十二烷基磺酸鈉（SDS）形成的自組裝有序單分子膜，該有序排列的單分子膜極大地改變和調(diào)控了PIP單體的跨界面擴散行為。SARIP被證明是一種調(diào)控單體擴單行為，進而調(diào)控界面聚合反應，獲得具有超窄孔徑分布和超高精度分離性能的薄膜復合納濾膜的有效策略。