顶刊日报丨王中林、黄维、张锦、孙学良、张晓宏等成果速递20200323
纳米人 纳米人 2020-03-23
1. ACS Nano:化烦恼为利器,摩擦纳米发电机利用衣服静电原理为可穿戴设备供电

摩擦电纳米发电机(TENGs)在生物能量获取方面显示出了巨大的潜力,和纺织材料的结合为智能面料提供了一种有效的方法。然而,大多数传统的物TENGs输出的是交流电(AC),必须采用一个不太兼容于织物的硬质整流桥来获得直流(DC),以实现存储和为电子设备供电。有鉴于此,美国佐治亚理工学院王中林、东华大学Zhaoqun Du等研究人员,设计了一种最常见的平纹结构的直流织物TENG(DC F-TENG),它巧妙地利用了服装中有害而烦人的静电击穿现象来获取生物运动能量。

 

本文要点:

1小型DC F-TENG(1.5cm×3.5cm)可方便地点亮416个串联发光二极管。

2此外,还制作了纱线超级电容器,并将其编织到DC F-TENG中,用于采集和储存能量,为电子设备(如湿度计或计算器)供电,在实际应用中显示出极大的方便性和高效性。

 

这种低成本、高效率的DC F-TENG可以直接产生直流电能,而无需通过整流桥从不健康的静电击穿中收集能量,作为一种轻便、灵活、耐磨、舒适的能量收集装置,具有很大的潜力。


10-.png



 ChaoyuChen, et al. Direct Current Fabric Triboelectric Nanogenerator for BiomotionEnergy Harvesting. ACS Nano, 2020.

DOI:10.1021/acsnano.0c00138

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c00138


1. Nature Electronics:双功能钙钛矿二极管实现双向光信号传输

将光信号的生成和接收集成到一个设备中(允许在两个相同的器件之间进行双向光信号传输)在开发小型化和集成化的光电设备中具有重要意义。然而,常规的可溶液处理的半导体具有固有的材料和设计限制,从而阻止了它们用于创建具有高性能的此类器件。瑞典林雪平大学高峰深圳大学Wenjing Zhang西北工业大学的黄维院士与团队报道了一种溶液处理钙钛矿能够同时在发光和检测模式下工作的二极管。

 

本文要点:

1可以通过更改器件在模式之间切换,钙钛矿发光二极管实现了超过21%的外部量子效率与最灵敏的光检测性能。调节偏压后,两种模式可以自由切换。

2该二极管在其峰值发光(〜804 nm)处表现出较高和探测率(大于2×1012 Jones),允许在两个相同的二极管之间进行光信号交换。同时发光和光检测的响应速度可以达到MHZ级别。为了说明双功能二极管的潜力,它可以用于创建单片脉冲传感器和双向光通信系统。



10-.png

Bidirectionaloptical signal transmission between two identical devices using perovskitediodes, Nature Electronics 2020.

DOI:10.1038/s41928-020-0382-3.

http://dx.doi.org/10.1038/s41928-020-0382-3

 

2. Angew: 通过蒸发驱动的水流动在纳米结构硅中发电

水力发电技术通过精确控制水与固体表面之间的相互作用,而成为一种新型的可再生能源收集方法,大大扩展了收集水能的能力。然而,固体表面的载流子传输性能差,是限制其设备性能的主要问题之一。有鉴于此,苏州大学孙宝全教授等人合作,设计制备了一种新型的基于硅纳米线阵列(SiNWs)的水力发电器件。

 

本文要点:

1这种基于硅纳米线阵列(SiNWs)的水力发电设备可同时提供较大的带电表面/体积比和出色的载流子传输特性,并通过由蒸发诱导的水在纳米通道内部流动引起的载流子浓度梯度来持续产生电能。

2而且,该设备可以产生直流电,电流密度超过55μA/cm2,比以前报道的类似设备(约40 nA/cm2)提高了三倍。此外,该器件的恒定输出功率密度超过6 μW/cm2,并且开路电压高达400 mV,轻松驱动商用发光二极管。

3通过改变水中离子浓度,SiNWs的长度和表面电荷,他们提出了通过SiNWs中的水流收集能量的机理。结果表明,产生的能量应主要与德拜屏蔽效应(Debye screening effect)和库仑相互作用相关。

 

6-.png


YuanshuaiQin et al. Constant Electricity Generation in Nanostructured Silicon viaEvaporation‐driven WaterFlow. Angew., 2020.

DOI:10.1002/anie.202002762

https://doi.org/10.1002/anie.202002762


3. Science Advances:不怕潮湿的导电聚合物,为生物电子器件助攻!

常用的导电聚合物包括聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT),聚苯胺(PANI)和聚吡咯,常常作为电极涂层,以实现生物和电极的完美接触。问题在于:在潮湿的生理环境中,导电聚合物与基底和器件之间的粘附力较弱且不稳定,容易导致器件失效,极大地限制了其应用和可靠性。有鉴于此,麻省理工学院赵选贺教授等人展示了一种在潮湿的生理环境中,实现了各种导电聚合物在不同绝缘和导电基底上强粘附的通用而简单的方法。

 

本文要点:

1在基体和导电聚合物之间引入了一层厚度仅为几个纳米的亲水性聚合物胶层,该胶层与基体形成强粘附力,并与导电聚合物形成互穿聚合物网络。

2湿导电聚合物与各种基材之间产生超强的界面粘合力,剪切强度超过120 kPa;力学性能和电化学性能稳定,超声60分钟和10,000次充放电循环后未观察到的界面损坏。

3不需要高端仪器设备,不需要精细而高难度的操作,工艺简便易行。原料来自于市场上常见的导电聚合物和亲水性PU,不需要进行复杂的化学合成或底物修饰。此外,该方法与导电聚合物常见的溶剂浇铸和电沉积等制造方法兼容,且不会损害导电聚合物的电学或力学性能。



3-.png


InoueA, et al. Strong adhesion of wet conducting polymers on diverse substrates.Science Advances. 2020;6(12):eaay5394.

https://doi.org/10.1126/sciadv.aay5394


4. Science Advances: 3D打印仿骨支架用于骨骼再生中的多细胞递送

组织工程支架的结构与功能的整合对于模拟天然骨组织具有重要意义。然而,层次结构的复杂性、对力学性能的要求以及骨常驻细胞的多样性是构建仿生骨组织工程支架的主要挑战。于此,中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁等人利用基于数字激光处理(DLP)的3D打印技术,成功制备了一种具有完整层次哈弗氏骨结构的哈弗氏仿骨支架。

 

本文要点:

1 通过改变模拟哈弗骨骼结构的参数,可以很好地控制支架的抗压强度和孔隙率。

2 通过体外诱导成骨、血管生成和神经源性分化,模拟哈弗氏骨的支架显示出巨大的多细胞传递潜力,并在体内加速血管的生长和新骨的形成。这项工作通过模拟天然复合骨组织进行组织再生,为设计结构化和功能化的生物材料提供了一种新的策略。


2-.png


ZhangM, et al. 3D printing of Haversian bone–mimicking scaffolds for multicellular delivery in bone regeneration.Science Advances. 2020;6(12):eaaz6725.

https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz6725

 

5. Angew: 碳化物固体催化剂用于可控结构的单壁碳纳米管的生长

单壁碳纳米管(SWNT)的受控合成对于碳纳米管的进一步应用非常重要。具有特定手性的SWNT水平阵列可通过在基材上使用碳化物固体催化剂来富集。然而,通过将碳化物固体催化剂连续负载在基底上来增加产量仍然是一个巨大的挑战。

有鉴于此,北京大学的张锦教授等人合作提出了一种制备用于控制SWNTs生长的浮动碳化物固体催化剂(FSC)的合理方法。

 

本文要点:

1碳化钛(TiC)纳米颗粒FSC是通过二茂钛二氯化物前驱体在载气相中高温下分解和碳化直接获得的。

2使用TiC纳米颗粒FSC,可以根据基质获得具有水平阵列或随机分布网络结构的SWNTs。

3通过热力学控制制备得到的单壁碳纳米管的手性,具有四重对称性,与具有面心立方结构的TiC的(200)晶面相同。生长条件的进一步优化可以使(16,8)管的含量达到约74%。

 

4-.png


JinZhang et al. Growth of Single‐Walled Carbon Nanotubes withControlled Structure using Floating Carbide Solid Catalysts. Angew., 2020.

DOI:10.1002/anie.202002651

https://doi.org/10.1002/anie.202002651

 

6. Angew:通过界面Suzuki反应合成二维共轭聚合物应用于电子设备

具有理想的共轭结构和半导体性质的二维共轭聚合物(2DCPs)的制备具有重要意义,但仍然是一个巨大的挑战。近日,中国科学院大学Huanli Dong等报道了一种新的2DCPs,称为2D聚三乙基三吲哚(2DPTTI)的高效合成。

 

本文要点:

1作者在室温下将2,7,12-tribromo-5,10,15-triethyltriindole (2-BrTTI)和 1,4-benzenediboronic acid dipinacol ester (BADE)前体通过改进的界面Suzuki反应合成了2DPTTI。

2通过调整实验条件,作者还获得了可控厚度为2.5-46.0 nm的晶圆级无支撑2DPTTI膜。

3作者将所得的2DPTTI薄膜用作有机场效应晶体管(OFET)的活性层,该材料表现出典型的p型半导体电传输性能,以及出色的UV光电性能;在380 nm光照射下,感光灵敏度为3.7 x 103,灵敏度为1.4 x 10A W-1

 

5-.png


ChenguangLi, et al. Two‐DimensionalConjugated Polymer Synthesized via Interfacial Suzuki Reaction towardElectronic Device Applications. Angew. Chem. Int. Ed. 2020,

DOI: 10.1002/anie.202002644

https://doi.org/10.1002/anie.202002644

 

7. Angew: 用于电催化和光电催化的贵金属气凝胶的制备

自2009年首次发现以来,贵金属气凝胶的制备问题一直限制该领域的发展。气凝胶的常规制备路线为:溶液→湿凝胶→气凝胶,其核心在于溶剂-凝胶步骤。大多数NMA都是按照这种方法创建的,可生产出具有不同骨架尺寸(即凝胶网络中主要纳米线的直径),组成和微结构的多孔材料。然而,制备湿凝胶通常需要额外的添加剂(例如多巴胺,盐,配体或氧化剂)或升高的温度,从而引入各种杂质或形成微观结构。另外,还经常遇到长的胶凝时间(长达数周)和繁琐工艺步骤(例如超速离心),从而阻碍了材料的制备。

 

有鉴于此,德累斯顿工业大学的Alexander Eychmüller等人合作,通过利用贵金属聚集体的长期反应性,冷冻促进的盐析行为和冰模板,开发了一种冻融方法,能够在一天之内制备出具有多级孔结构的贵金属凝胶。

 

本文要点:

1制备凝胶的过程中仅需溶液(Au,Pd,Rh,Au-Ag,Au-Pd,Au-Pt和Au-Rh,金属盐浓度cM≤0.5 mM),而无需引入额外的添加剂。

2凝胶化机理是由冷冻时溶质浓度急剧增加所引起的盐析效应所导致的,这在相应的MC模拟中得到了反映。

3鉴于其多尺度的结构,以及组合的催化/光学特性,利用乙醇的电氧化法研究了Au-Pd和Au-Pt气凝胶的内在电催化和光驱动光电催化性能。该贵金属气凝胶提供的电流密度比市售Pd/C催化剂高6.5倍。这可以归因于Pd或Pt的催化活性,高电导率以及Au的等离子体吸收以及气凝胶的分级多孔结构的组合。


7-.png


RanDu et al. Freeze‐Thaw‐PromotedFabrication of Clean and Hierarchically‐StructuredNoble Metal Gels for Electrocatalysis and Photoelectrocatalysis. Angew., 2020.

DOI:10.1002/anie.201916484

https://doi.org/10.1002/anie.201916484

 

8. Nano Lett.:基于单个硅纳米线的超小可拉伸应变传感器可作为微细型电子皮肤

小型可拉伸应变传感器是电子皮肤的关键组件,可用于实现个性化的健康监测和身体运动感知等方面。苏州大学Bingchang Zhang、揭建胜教授和张晓宏教授合作,首次构建了一种基于单个厘米级的硅纳米线(cm-SiNWs)的新型超小型化可拉伸应变传感器。

 

本文要点:

1由于该活性材料的直径甚至比蜘蛛丝的直径还要小,因此这些传感器是高度微细的。同时,它们也具有大的应变感应范围(>45%)和高耐久性(> 10,000循环)。通过控制可拉伸cm-SiNWs的预应变性能,可以对该传感器的最佳应变范围进行调节。

2基于这一能力,实验选择了具有适当传感范围的传感器以分别监测大的和细微的人类运动,包括关节运动、吞咽和触摸等,并取得了良好的效果。


8-.png


SiyiHuang. et al. Ultraminiaturized Stretchable Strain Sensors Based on SingleSilicon Nanowires for Imperceptible Electronic Skins. Nano Letters.2020

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b05217

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b05217

 

9. EnSM:具有自生Li+途径的完全相容的P4S10+n正极材料,适用于基于硫化物的全固态电池

具有更高的安全性和较高的理论能量密度的全固态锂硫电池(ASSLSBs)被认为是下一代储能系统的有希望的候选者。但是,由于在固态电解质(SSE)和导电碳中都掺入正极复合材料中以提供Li+/电子途径,从而导致电池能量密度降低以及不可避免的SSE分解。此外,由于SSE的部分重叠氧化还原反应,因此无法反映S或Li2S正极极的真实电化学行为。

 

近日,西安大略大学孙学良院士团队设计了一系列用于高性能ASSLSBs的独特的P4S10+n正极材料,这些正极材料完全不需要任何额外的SSE添加剂。并成功地证明,在锂化/脱锂过程中原位自发形成的高离子导电性Li–P–S组分是获得不含固体电解质添加剂的可逆P4S10+n正极材料的关键。

 

文章要点:

1作者根据元素S(S8)和商业P2S5(即二聚体P4S10)制备出P4S10+n(n = 6、12、18、24、30)材料。在共熔体系中,S8环对多硫化物链或具有双自由基末端的裂化多硫化物开放,并且P4S10转化为P2S5自由基。因此,这两个成分之间容易发生加成反应,另外的S插入到原始P4S10中,形成P–S–P键。所制备的P4S10+n的粒径较大,直径为几微米。然而,利用P4S10+n在二甘醇二甲醚(DEGDME)中的良好溶解性,可以通过溶液法制备P4S10+n/C正极极复合材料,以实现更好的均质性和更小的颗粒尺寸。P4S10+n/C复合材料直接用作基于硫化物的ASSLSB中的正极,而没有任何固体电解质添加剂掺杂进正极材料。

2作者使用同步加速器XANES,拉曼和XPS进行的多次分析证实,在初始锂化过程中,形成了高离子导电性Li3PS4以及少量Li4P2S6物质。随后,形成了均匀Li–P–S网络以维持导电,确保可行的Li+正极内的迁移以及ASSLSBs 中P4S10+n/C正极的高可逆容量和良好的循环稳定性。尽管Li–P–S物质也部分显示还原/氧化作用。活性P4S10+n含量仍然可以达到70 w%。此外,经过180个循环,基于P4S10+n/C正极的ASSLSBs显示出良好的循环性能。


9-.png


XiaonaLi, et al, Totally compatible P4S10+n cathodes withself-generated Li+ pathways for sulfide-based all-solid-statebatteries, Energy Storage Materials, 2020,

DOI:10.1016/j.ensm.2020.03.014.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720300957

加载更多
311

版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读! 2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。 3) 除特别说明,本文版权归纳米人工作室所有,翻版必究!
纳米人
你好测试
copryright 2016 纳米人 ICP备16031428号

关注公众号