材料前沿最新綜述精選（2018年2月第4周）

1、Progress in Materials Science綜述：與剛度、壓縮性相關的機械超材料
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圖1?影響機械超材料的因素

機械超材料是具有違反直覺機械性能的人造結構，其起源于晶胞的幾何形狀。典型的機械超材料通常與四個彈性常數相關聯，即楊氏模量、剪切模量、體積模量和泊松比。近日，清華大學周濟教授（通訊作者）團隊回顧了底層設計原理的結構拓撲優化以及實驗制造的重要進展，此外，根據基礎材料力學建立了機械超材料的明確分類。將超材料和拓撲優化整合到微觀結構中，可以開發新穎的人造材料。因此，作者預計機械超材料將開創一個材料的新時代。

文獻鏈接：Mechanical metamaterials associated with stiffness, rigidity and compressibility: A brief review (Prog. Mater. Sci.,2018,DOI:10.1016/j.pmatsci.2017.12.003）

2、Advanced Materials綜述: 超潤濕性的生物防霧材料的研究進展與挑戰

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圖2?使用一步SiO₂膠體涂布法制備AF和DSSC的示意圖

在自然界發現的防霧（AF）結構材料具有很大的潛力，能夠促進新型產品和新興技術的發展，促進人類社會的日常生活，并可廣泛應用在顯示設備、交通工具、農業溫室、泡沫包裝、太陽能產品等領域。近日，來自吉林大學的Niu Shichao（通訊作者）團隊總結了生物超潤濕性防霧材料的研究進展和有關超濕潤生物敏感AF材料的機理、制備和應用，文章指出，防霧材料的超潤濕性取決于其表面幾何結構和表面化學組成的組合，這包括在設計結構和調節表面化學組成的基礎上構建超濕潤防霧材料，最后，文章還簡要討論了該領域遇到的挑戰和發展方向。

文獻鏈接：Flourishing Bioinspired Antifogging Materials with Superwettability: Progresses and Challenges（Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1002/adma.201704652）

3、Advanced Materials綜述: 可再生能源電極材料的等離子體輔助合成和表面改性

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圖3?等離子體生成過程和基底表面的基底化

可再生能源技術被認為是降低工業和日常生活中使用化石燃料的必然選擇。設計關鍵和復雜的材料對于實現高性能能源技術具有重要意義。納米材料的高效合成和表面改性對于能源技術而言是非常重要的。因此，對合理設計高效電催化劑或電極材料的要求越來越高，這也是可擴展和實用的電化學能量器件的關鍵。近日，來自湖南大學的王雙印教授（通訊作者）等人總結了利用等離子體技術合成和改進燃料電池、鋰離子電池、鋰硫電池和超級電容器材料的最新進展以及等離子體輔助合成、表面改性、原子摻雜，缺陷應用到電催化劑和電極材料的一般方法。不同類型的等離子體可能會對材料產生不同的影響，等離子體可以輔助氣體或液體衍生的原子，分子，離子或自由基等的前體來驅動合成和修飾獲得所需要的物質，因此，等離子體無疑是一種高效的工具，將延伸到其他領域。

文獻鏈接：Plasma-Assisted Synthesis and Surface Modification of Electrode Materials for Renewable Energy,(Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1002/adma.201705850）

4、Nature Reviews Materials綜述：用于有機太陽能電池的非富勒烯受體

圖4?有機太陽能電池的方案

在過去的十年里有機光伏器件已經取得了重大進展，主要是供體有機半導體新材料的開發發揮了非常重要的作用。大量的富勒烯衍生物已被用作受體，然而，對新型非富勒烯受體開發的研究正如火如荼。近日，來自北京大學占肖衛教授（通訊作者）團隊總結了富勒烯化合物用于有機太陽能電池的優缺點，文章簡要介紹了其原理，并介紹了最成功的新型非富勒烯受體，后者受體的應用使得制造具有約2-4％效率的有機太陽能電池成為可能。

?文獻鏈接：Non-fullerene acceptors for organic solar cells?( Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/natrevmats.2018.3）

5、Advanced Functional Materials綜述：用于電子和光電子學的二維納米材料陣列

圖5?石墨烯陣列及其相關SEM圖

二維（2D）材料得益于其獨特的平面結構和電子性質在新穎的電子和光電子應用領域得到了廣泛關注。作為器件結構的基礎，基于耦合效應和協同效應的納米二維材料陣列的研究對二維材料的功能化至關重要。近日，電子科技大學的熊杰和Junwei Chu、蘇州大學的李亮、湘潭大學廖敏（共同通訊作者）等人介紹了一些關于二維材料陣列的研究，第一個重點是2D材料陣列的各種典型制造方法，包括光刻、2D印刷、晶種生長、外延生長和自組裝。其次詳細介紹了2D材料陣列的應用，如場效應晶體管、光電探測器、壓力傳感器、以及應變傳感器的柔性電子器件。最后討論了基于混合維異質結構的探索，其可以通過尺寸調整來提高器件性能。

文獻鏈接：2D Nanomaterial Arrays for Electronics and Optoelectronics ?(Adv. Funct. Mater.,2018,DOI: 10.1002/adfm.201706559）

6、Progress in Polymer Science綜述：含有聚肌氨酸的共聚物的合成、表征和應用

圖6?不同類型的含有聚肌氨酸的共聚物

一個世紀前人們首次合成了聚肌氨酸，但是最近聚肌氨酸才獲得更廣泛的關注，并被認為是聚乙二醇的替代物。與聚醚如PEG相比，聚肌氨酸是基于氨基酸肌氨酸的多肽，即N-甲基化甘氨酸。作為聚合物，聚肌氨酸在基于內源性材料的同時，結合了類似PEG的性質，例如在水中的優異溶解性，蛋白質抗性，低細胞毒性和非免疫原性特征。近日，來自浙江大學的凌君、約翰尼斯古騰堡大學的Matthias Barz（共同通訊作者）等人提供了聚肌氨酸含有嵌段共聚物的第一個綜述，其中包括與聚酯、聚醚、多肽、聚類，聚丙烯酸酯等共聚物，文章對這種聚合物的特性和應用進行了詳細介紹和討論。最后，作者綜述了聚肌氨酸嵌段共聚物的解決方案自組裝和應用，強調了這種多肽材料的巨大潛力。

文獻鏈接：Polysarcosine-containing copolymers: Synthesis, characterization self-assembly, and applications (Prog. Polym. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2018.01.002）

7、Chemical Reviews綜述：Pd金屬催化劑用于交叉偶聯反應和相關反應

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圖7??2001-2012年發布的具有鈀催化劑負載的Heck反應機理模式的示意圖

交叉偶聯和相關反應是一類高效合成方案，通常由分子Pd作為催化劑來促進。 然而，基于或多或少高度分散的Pd金屬的催化劑也被用于此領域，并且它們的使用已經延伸到其中大多數反應。近日，來自帕多瓦大學的Andrea Biffis（通訊作者）等人提供了關于Pd金屬催化劑在這些最近應用中的重要概述， 并提出了用于解釋Pd金屬的催化作用的機理路徑。此外，文章闡述了已經出現的最優異的Pd金屬基催化體系，以及開發的新方法用以促進Pd金屬的反應性。

文獻鏈接:Pd Metal Catalysts for Cross-Couplings and Related Reactions in the 21st Century: A Critical Review (Chem.Rev.,2018,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00443）

8、Chemical Reviews綜述：基于DNA納米技術的藥物輸送系統

圖8?結構DNA納米技術的起源和原理

納米技術在生物醫學領域的應用取得了迅速的進展，包括生物成像，生物檢測和藥物輸送等。作為一個新興領域，DNA納米技術為納米結構的自組裝提供了簡單而強大的設計技術，具有獨特的優勢和潛力，可以增強藥物靶向性并減少藥物毒性。人們已經開發了各種序列編程和優化方法來設計具有精確設計的，可控大小、形狀、表面化學和功能的DNA納米結構。近日，來自復旦大學的顧宏周、中科院上海應用物理研究所的樊春海（共同通訊作者）等人從DNA納米技術的起源開始，隨后總結了DNA納米結構和由DNA納米載體提供的藥物載荷構建的最新策略。此外，作者還討論了基于DNA納米結構的藥物遞送的挑戰和面臨的機遇。

文獻鏈接：DNA Nanotechnology-Enabled Drug Delivery Systems (Chem.Rev.,2018,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00663）

9、Chemical Society Reviews綜述：通過核酸擴增策略的光學納米生物傳感界面的構建和應用

圖9?各種核酸等溫擴增輔助光學生物傳感方法在宏觀反應界面和微觀反應界面上的示意圖

現代光學檢測技術由于其高靈敏度和高準確性在臨床檢測中起著關鍵作用。然而，由于對腫瘤治療具有重要意義的惡性腫瘤的早期發現和診斷的臨床需求，人們已經提出了諸如高檢測靈敏度的更高要求。核酸等溫擴增技術為滿足這一要求開辟了途徑，核酸擴增輔助的現代光學傳感界面已經取得了令人滿意的靈敏度和準確性，高速度和特異性。近日，來自臨沂大學張書圣和南京大學的徐靜娟（共同通訊作者）等人描述了由核酸擴增策略輔助的新興的光學納米生物傳感界面的構建，并提出了以下觀點：1.光學納米生物傳感界面的智能制造方法；2.通過核酸擴增方法的生物傳感機制；3.最新的策略和未來的展望。

文獻鏈接：Optical nano-biosensing interface via nucleic acid amplification strategy: construction and application (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00573C）

10、Accounts of Chemical Research綜述：層狀鹵化物鈣鈦礦的白光發射

圖10?層狀鹵化物鈣鈦礦結構及其光譜圖

有效地創造室內照明所需的高質量白光仍然是一個挑戰，照明源必須提供具有我們所見的所有能量的光子，這種需要難以通過單一材料實現。在商業白光源中，一個或多個發光二極管涂有一種或多種熒光粉組合發射呈現白色，然而，由于發射器的不均勻降解速率和不同組件的重疊吸收和發射能量而導致的有效損耗導致發射顏色隨時間發生變化。近日，來自斯坦福大學的Hemamala I. Karunadasa（通訊作者）等人提出觀察到的廣泛的白色發射主要源于激子缺陷。激子耦合到晶格產生可被視為“激發態缺陷”的瞬態彈性晶格畸變。這些激子產生具有大斯托克斯位移的寬發射。最高效的白光發光鈣鈦礦的量子效率為9％，提高這個值將使這些熒光粉對固態照明具有吸引力，同時可以實現低成本沉積的大面積涂層，有助于擴大白光發射體的相空間，并可通過合成光譜、理論控制它們的激子動力學。

文獻鏈接： White-Light Emission from Layered Halide Perovskites (Acc.Chem.Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00433）

11、Accounts of Chemical Research綜述：α-MnO₂隧穿結構作為儲能模型陽離子主體的研究

圖11?隧道結構示意圖

由于重復充電和放電循環，與離子移動和電子轉移相關的晶格膨脹和收縮會導致結構退化和非晶化，伴隨著容量的損失。相比之下，隧道式結構體現了更加堅固的框架，其中固有的結構設計可以適應陽離子的存在并且通常可以存在多種陽離子。近日，來自石溪大學的Amy C. Marschilok、Kenneth J. Takeuchi和Esther S. Takeuchi（共同通訊作者）團隊探討了隧道式結構的可行性，以便在儲能系統中嵌入和脫嵌陽離子。文章介紹了對隧道結構的α-MnO₂材料的研究，可以全面了解其電化學以及與電化學系統中活性材料相關的機制，作者指出，人們需要在合成材料性能控制和多模態表征方面共同努力，理論和模型結合在多重生理化學性質中起著重要作用。

文獻鏈接：Investigation of α-MnO₂?Tunneled Structures as Model Cation Hosts for Energy Storage (Acc.Chem.Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00478）

本文由材料人電子組楊超供稿，材料牛整理編輯。

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