Science盘点: 十月材料领域重大进展

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1、Science:在镍铋合金中的一般晶界处偏

析诱导的有序超结构

美国加利福尼亚大学骆建、理海大学Martin P. Harmer(共同通讯)等人在铋掺杂的多晶镍中,发现有序的偏析诱导的晶界超结构发生在随机选择的一般晶界处,这些重建由终止晶粒表面的取向驱动,而不是晶粒之间的晶格匹配。这一发现表明,被吸附物诱导的超结构并不限于特殊的晶界,而是可以存在于各种一般的晶界,因此可影响多晶合金的性能。在一般晶界处发现Bi偏析诱导的超结构丰富了对现有研究的认知,并且可以提供关于结构相关晶界特性如塑性,扩散性和电导率的新见解。

文献链接:Segregation-induced ordered superstructures at general grain boundaries in a nickel-bismuth alloy(Science,2017,DOI:10.1126/science.aam8256)

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2、Science:使用可编程3D纹理变形的可伸

缩表面来伪装

美国康奈尔大学R. F. Shepherd(通讯作者)等人受到头足类肌肉形态的启发,开发出了可将二维(2D)可伸缩表面通过编程转换为目标3D形状的合成组织,合成组织由嵌入不可伸展的纺织网的弹性膜组成,通过使用简单的制造方法和建模方法将其膨胀到其目标形状的10%以内。纤维网作为局部结缔组织起到纤维增强的作用,以此向中心轴提供力并控制3D形状,而弹性体作为可伸展的软组织,其伸缩垂直于合成皮肤表面。这些可伸缩表面从平面转换为3D纹理,可以模仿天然石材和植物形状,并将其伪装成背景环境。

文献链接:Stretchable surfaces with programmable 3D texture morphing for synthetic camouflaging skins(Science,2017,DOI:10.1126/science.aan5627)

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3、Science:利用液态金属制备2D氧化物纳

米材料

虽然二维(2D)氧化物在电子和其他技术中具有广泛的应用,但是许多氧化物通过常规方法不容易合成2D材料。皇家墨尔本理工大学Kourosh Kalantar-zadeh、Torben Daeneke(共同通讯)团队报道使用无毒的共晶镓基合金作为反应溶剂,并将合金化的所需金属加入到熔体中。在热力学角度上,预测了自限界面氧化物的组成。同时,无论是在基底上还是在悬浮液中都将表面氧化物作为2D层分离,实验发现其能够产生出非常薄的亚纳米级的HfO2,Al2O3和Gd2O3。基于液态金属的反应路线可以用于产生以前不能用常规方法获得的2D材料,将室温液态金属作为低维度氧化物纳米材料合成的反应环境为获取2D材料的方法又添一利器。

文献链接:A liquid metal reaction environment for the room-temperature synthesis of atomically thin metal oxides(Science,2017,DOI:10.1126/science.aao4249)

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4、崔屹science:玩转冷冻电镜——揭密电

池材料和界面原子结构

美国斯坦福大学崔屹(通讯作者)团队实现了利用冷冻电镜观测电池材料和界面原子结构,观察到碳酸盐基电解质中的枝晶沿着<111>(优先),<110>或<211>方向生长为单晶纳米线。这些生长方向可能会发生变化,但没有观察到晶体缺陷。 此外,团队还揭示了在不同电解质中形成的不同的SEI纳米结构。这项工作提供了一种简单的方法在原子尺度上保留和成像光束敏感性电池材料的原始状态,揭示其详细的纳米结构。从这些实验中观察到的相关数据可以实现对电池故障机理的完整了解。尽管此工作以Li金属为例来证明cryo-EM的实用性,但是这种方法也可能会扩展到涉及光束敏感材料(如锂化硅或硫)的其他研究。

文献链接:Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy(Science,2017,DOI: 10.1126/science.aam6014)

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5、science:Au-Pd溶胶催化剂选择性催化

甲烷氧化

英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings(通讯作者)等人报道利用溶胶Au-Pd纳米颗粒作为催化剂,可以催化氧化甲烷,在温和水溶液条件选择性高达92%。利用同位素追踪氧,证实催化反应得到的甲醇有70%来自于气相氧分子而不是H2O2。如果甲基自由基产生,选择性氧化成甲醇时更偏向于利用氧分子作为氧化剂。

文献链接:Aqueous Au-Pd colloids catalyze selective CH4 oxidation to CH3OH with O2 under mild conditions(Science,2017,DOI: 10.1126/science.aan6515)

6、Science:原位电场作用ZIF调控晶格

德国物理化学与电化学研究所A. Knebel与J. Caro(共同通讯作者)等人通过施加外部电场,原位控制金属-有机骨架膜(MOFs)的气体输送过程。利用电场极化调控气体渗透源于ZIF-8结构的转变,转变成更具刚性晶格的多晶。经过气体渗透实验检测到,经过电场作用,ZIF-8可逆转换成极化同质异像体,而晶格变硬导致通过膜的气体减少,同时会增加对分子的筛分能力。

文献链接:Defibrillation of soft porous metal-organic frameworks with electric fields(Science,2017,DOI: 10.1126/science.aal2456)

7、Science:二元纳米颗粒超晶格后组织刻

蚀制备可控多孔纳米同素异形体

以色列魏兹曼科学研究所Rafal Klajn(通讯作者)等人报道了非密堆积的纳米颗粒阵列可以通过选择性移除一个或两个包含二元纳米颗粒超晶格的组分制备得到。首先在液-气界面制备不同的二元纳米颗粒超晶格,待其稳定后,可转化为特定的纳米同素异形体,这是一种与原材料有着相同化学成分而在纳米结构上不同的纳米多孔材料。

文献链接:Tunable porous nanoallotropes prepared by post-assembly etching of binary nanoparticle superlattices(Science,2017,DOI: 10.1126/science.aan6046)

本文由材料人学术组大黑天供稿,材料牛编辑整理。

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