材料研究

陶瓷氣凝膠極端隔熱多功能材料

哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院李惠和徐翔教授在陶瓷氣凝膠隔熱領(lǐng)域取得新成果。相關(guān)成果發(fā)表于《自然》（Nature）。傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠超隔熱材料存在困擾其近百年的“力熱互斥”瓶頸難題，例如陶瓷無定形態(tài)增韌的同時(shí)引發(fā)高溫析晶粉化、低熱膨脹效應(yīng)受困于結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)型和力學(xué)特性、力熱協(xié)同增強(qiáng)的同時(shí)犧牲隔熱性能、低密度降低聲子傳熱的同時(shí)無法有效阻隔高溫?zé)彷椛涞?，難以滿足極端環(huán)境熱控制需求。文章提出了一種氣凝膠多尺度超結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備方法，采用半晶質(zhì)陶瓷材料設(shè)計(jì)結(jié)合宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，賦予陶瓷氣凝膠近零泊松比和近零熱膨脹的“雙零”反常規(guī)物理性質(zhì)，可獲得輕質(zhì)超柔韌、高熱穩(wěn)定性及高溫超隔熱等特性。

拓?fù)淞孔硬牧系哪茉磻?yīng)用

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所李國偉研究員與中山大學(xué)羅惠霞教授及嚴(yán)凱教授合作，系統(tǒng)綜述了拓?fù)淞孔硬牧显谀茉创呋皟δ艿阮I(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，并提出了基于磁性、磁場等手段的效率優(yōu)化策略。相關(guān)成果發(fā)表于《自然物理評論》（Nature?Reviews?Physics）。拓?fù)洳牧鲜沁^去十多年凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的明星材料之一，研究者們追求其拓?fù)浞瞧接沟谋砻鎽B(tài)及無耗散的電子傳輸，并試圖在超導(dǎo)技術(shù)、量子計(jì)算及低能耗器件上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。然而，由拓?fù)涮匦詫?dǎo)致的表面化學(xué)性質(zhì)一直缺乏相關(guān)研究。目前，拓?fù)涮疾牧铣蔀榱水?dāng)前電極材料的熱門候選體系，包括鋰離子電池、鈉離子電池以及超級電容器等。

石墨炔的化學(xué)鍵轉(zhuǎn)換產(chǎn)電研究

北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院陳南副教授團(tuán)隊(duì)在石墨炔（GDY）材料研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，提出并驗(yàn)證了GDY化學(xué)鍵轉(zhuǎn)換（烯-炔轉(zhuǎn)換，acetylenic-alkenic?conversion）誘導(dǎo)的小分子之間電子轉(zhuǎn)移的生成機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于《物質(zhì)》（Matter）。氣態(tài)H2O分子通過定向擴(kuò)散穿過GDY框架結(jié)構(gòu)時(shí)，與GDY的炔鍵之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生感應(yīng)電信號。此外，氣態(tài)H2O分子構(gòu)成水汽的相對濕度和溫度以及氣體的類型（NH3、HCl）也會影響感應(yīng)電信號輸出。與從復(fù)雜環(huán)境（如太陽能、摩擦電和壓電）獲取能量的方法不同，這種發(fā)電技術(shù)利用GDY中獨(dú)特的化學(xué)鍵誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移并直接獲得感應(yīng)電，可將其周圍存儲的巨大能量轉(zhuǎn)換為電能。

微塑料老化降解研究

西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院郭學(xué)濤教授團(tuán)隊(duì)闡明基于環(huán)境活性物質(zhì)介導(dǎo)的微塑料分配機(jī)制，明確控制微塑料轉(zhuǎn)化的環(huán)境活性物質(zhì)界面體系，揭示控制微塑料環(huán)境地球化學(xué)行為的關(guān)鍵因子。相關(guān)成果發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)技術(shù)》（Environmental?Science?&?Technology）。聚苯乙烯微塑料（PSMPs）是環(huán)境中最常見，也是最具代表性的微塑料之一。已有研究表明光照條件下微塑料（MPs）的老化受活性氧（ROS）影響。然而，關(guān)于黑暗條件下MPs老化過程及溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）的影響機(jī)制仍不清楚。新研究不僅揭示了DOM在黑暗和紫外光條件下促進(jìn)PSMPs的老化機(jī)制，而且明確了DOM對PSMPs的老化受DOM類型的影響。

高熵?zé)犭姴牧涎芯?/p>

南方科技大學(xué)物理系講席教授何佳清團(tuán)隊(duì)開發(fā)了具有高熱電性能和高發(fā)電效率的高熵碲化鍺基熱電材料。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》（Science）。熱電材料能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能之間的直接轉(zhuǎn)換，由熱電材料做成的器件具有設(shè)備構(gòu)造簡單、服役穩(wěn)定性高、對熱源要求低等特點(diǎn)，在低品質(zhì)環(huán)境廢熱的回收利用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在由高熵穩(wěn)定獲得的極低晶格熱導(dǎo)率基礎(chǔ)上，通過調(diào)控電子局域化程度，避免了無序引入對電子傳輸?shù)挠绊?，從而使高熵碲化鍺基材料的電性能得到了顯著提升。這種電性能和熱性能的協(xié)同優(yōu)化，極大地提高了材料的熱電優(yōu)值，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了極高的器件轉(zhuǎn)換效率，有利于高熵穩(wěn)定概念在高性能熱電材料開發(fā)中的應(yīng)用。

發(fā)現(xiàn)碳家族單晶新材料

中國科學(xué)院化學(xué)研究所鄭健課題組在常壓下通過簡單的反應(yīng)條件，創(chuàng)制了一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合C60。相關(guān)成果發(fā)表于《自然》（Nature）。碳是元素周期表中最多樣化的元素之一，碳原子具有極輕的原子質(zhì)量和極強(qiáng)的共價(jià)鍵，以多種雜化方式成鍵獲得結(jié)構(gòu)豐富的碳網(wǎng)絡(luò)，其獨(dú)特的π電子共軛體系展現(xiàn)出優(yōu)異的力、熱、光、電等屬性。研究人員通過調(diào)節(jié)碳材料的帶隙，可以使其表現(xiàn)出迥異的電學(xué)性質(zhì)，從而在晶體管、能源存儲器件、超導(dǎo)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用；利用摻雜聚合-剝離兩步法，成功制備了單層二維聚合C60單晶，獲得了確鑿的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)；通過調(diào)節(jié)工藝，進(jìn)一步得到單層C60聚合物。

分子篩孔道內(nèi)單分子原子級顯微成像

清華大學(xué)魏飛團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了在室溫下高硅鋁比準(zhǔn)二維片層ZSM-5（2-3個(gè)單胞厚度）分子篩孔道內(nèi)限域的有機(jī)小分子（吡啶、噻吩）的原子級成像，實(shí)現(xiàn)了分子篩孔道內(nèi)單分子原子級顯微成像突破。相關(guān)成果發(fā)表于《自然》（Nature）。有機(jī)小分子在以分子篩為代表的多孔材料中的單分子成像與構(gòu)象研究，是深入理解其相變、吸附、催化和相互作用過程的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。其中，有機(jī)小分子（吡啶、苯、噻吩等）在室溫或更高溫度下的原子級成像一直難以有效開展。新研究不僅提供了一種有效、通用的相互作用勢阱在室溫下對單個(gè)有機(jī)小分子的原子級結(jié)構(gòu)成像策略，同時(shí)推動了電子顯微學(xué)在有機(jī)小分子原子級成像上的進(jìn)一步應(yīng)用。

石墨烯基三維網(wǎng)狀超輕復(fù)合吸波材料研究

安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院疏瑞文教授團(tuán)隊(duì)致力于研發(fā)新型輕質(zhì)高性能吸波材料。相關(guān)成果發(fā)表于《材料科學(xué)技術(shù)》（Journal?of?Materials?Science?&?Technology）。吸波材料是解決電磁干擾和電磁輻射污染問題的關(guān)鍵材料，在軍事和武器方面應(yīng)用廣泛。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合氣凝膠具有獨(dú)特的三維分級多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；鈷鐵氧體的形貌和添加量對復(fù)合氣凝膠的電磁參數(shù)與吸波性能具有顯著的影響。復(fù)合氣凝膠的電磁衰減機(jī)理主要包括空間電荷在異質(zhì)界面積累產(chǎn)生的界面極化損耗，石墨烯表面的結(jié)構(gòu)缺陷、殘留官能團(tuán)及氮原子摻雜誘導(dǎo)的偶極極化損耗，磁性中空鈷鐵氧體引起的自然共振損耗，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傳導(dǎo)損耗和多重反射效應(yīng)等。