Nature& Science：9月材料領域科研成果匯總 國內進賬2篇
作為標桿科技發展前沿的Nature & Science頂刊，材料人們也萬萬不可放過啊！鑒于十一假期已結束，便容小編為你們簡單細數一下9月間榮登頂刊的材料大文。
1. Science：配體誘導選擇性滲透制備ZIF膜
美國明尼蘇達大學Michael Tsapatsis教授（通訊作者）團隊基于ZnO在多孔載體中的原子層沉積（ALD）然后配體-蒸氣處理的全氣相處理方法證明了ZIF納米復合膜的制造。與以往所有通過逐漸填充載體孔或在其表面上形成沉積物來形成薄的選擇性MOF分子篩層的方法不同，當前方法首先用非滲透沉積物阻塞孔隙，然后通過LIPS將其轉換為選擇性MOF。在ALD之后，所獲得的納米復合材料表現出低通量和不具有選擇性，而在配體-蒸氣（2-甲基咪唑）處理之后，它部分轉化為ZIF并且表現出穩定的性能，丙烯具有比丙烷高的混合物分離因子和高丙烯通量。通過配體誘導的非選擇性和不可滲透沉積物的滲透分離的膜合成，顯示出簡單且高度可再現性，具有可擴展性的前景。相關成果以題為“Zeolitic imidazolate framework membranes made by ligand-induced permselectivation”發表在Science上。
文獻鏈接：Zeolitic imidazolate framework membranes made by ligand-induced permselectivation（Science,2018,DOI：10.1126/science.aat4123）
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2. Science：效率為17.3 %的有機和液相處理的串聯太陽能電池
國家納米科學中心的丁黎明研究員和南開大學的陳永勝教授、萬相見教授（共同通訊作者）等人合作通過實驗和理論模型相結合的模式，對材料和器件進行了優化設計，從而獲得了能夠更加有效利用光能的有機太陽能電池。該合作團隊首先利用半經驗分析理論預測了有機太陽能電池可達到的最高功率轉換效率（PCE）和活性層材料的參數要求，認為在合適的條件下有機太陽能電池的PCE可突破25%。以此模型為基礎，研究人員利用在可見光區域和近紅外區域具有良好互補吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分別作為前電池和后電池的活性層材料，并采用與工業化生產相適應的溶液加工方法，制備得到了2終端的疊層有機太陽能電池，其PCE高達17.3%。這一研究所獲得的光電轉換效率刷新了目前已有文獻報道的有機太陽能電池最高效率，使得有機太陽能電池的產業化前景更加明朗。2018年9月14日，相關成果以題為“Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency”的文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat2612）
材料牛資訊詳戳：南開大學&國家納米科學中心Science:突破PCE記錄的疊層有機太陽能電池
3. Nature：分層液晶聚合物結構的三維印刷
瑞士蘇黎世聯邦理工學院的K. Masania、T. A. Tervoort以及A. R. Studart（共同通訊作者）等人借鑒了自然界中堅固生物材料的生長機理來制備可循環利用的新型輕質結構。當溫度高于熔融溫度時，熱致變液晶芳族聚酯中的剛性分子片段能夠自組裝成液晶向列區（Nematic domains），特別是在熔融狀態的該種聚合物通過3D打印器的噴嘴進行擠出行為時，流體能夠在流動方向上調整對齊液晶向列區。基于此現象，研究人員利用該種液晶聚合物分子在3D打印過程中沿著打印路徑的自組裝行為實現了材料結構各向異性生長，之后結合材料的各向異性和由3D打印賦予的復合成型能力能夠進一步優化結構的機械性能，其剛度、強度以及韌性均比目前的3D打印聚合物材料高出一個數量級，可以與高性能輕質材料相提并論。2018年9月12日，相關成果以題為“Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures”在線發表在Nature上。
文獻鏈接：Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0474-7）
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4.Nature：由截角四面體量子點組裝的超結構
美國布朗大學的Ou Chen教授（通訊作者）在Nature上發表文章，題為“Superstructures generated from truncated tetrahedral quantum dots”。作者報道了通過控制組裝條件，將去頂四面體量子點（TTODs）納米晶體組裝成三種不同的超結構——一維手性四螺旋、二維準晶近似超晶格和基于三維團簇的體心立方單晶。利用實空間和倒易空間中的技術，作者團隊成功地表征了從納米晶體平移有序到單個量子點的原子取向排列的超結構。作者的組裝模型表明，納米晶超結構的形成主要是由四面體的各向異性斑片狀引起的選擇性面對面接觸所決定的。這項研究提供了關于將非球形納米晶體組裝成復雜超結構的信息，并可能增強自組裝納米晶超材料在實際應用中的潛力。
文獻鏈接：Superstructures generated from truncated tetrahedral quantum dots，(Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0512-5)
材料牛資訊詳戳：美國布朗大學Ou Chen教授今日Nature：來自去頂四面體量子點中的超結構
5. Science：鈣鈦礦太陽能電池商業化面臨的挑戰
韓國蔚山國家科學技術大學的Sang Il Seok、美國科羅拉多大學的Michael D. McGehee、加拿大多倫多大學的Edward H. Sargent以及華中科技大學的韓宏偉（共同通訊作者）等人合作撰寫了一篇綜述，總結了PSCs領域的最新科研進展以及其在商業化道路上依舊存在的諸多挑戰。PSCs自發展以來其光電轉換效率不斷提高，2009年的時候這一器件的PCE只有3.8%，隨著今年來相關技術的迅猛發展PSCs的效率記錄不斷被打破，如今文獻報道的PCE可以達到23.3%。然而，雖然器件效率在實驗室里不斷創造新高，PSCs的穩定性和擴大生產的挑戰依然是商業化道路上最需要克服的挑戰。近來，在溫度55℃、功率為1kW/m2的照明作用下PSCs的壽命可達到1000小時左右，根據測算，這一輻照強度相當于能夠在大多數歐洲國家提供10年的戶外使用期限。另一方面，PSCs的擴大化生產也在穩步發展中。目前，光伏公司已經制備出大面積介觀PSCs模塊原型并開始著手生產這一類型的大面積PSC模塊。近年來，光伏市場依舊處在擴張狀態，這也意味著繼續降低每瓦功率的成本是非常必要，這也要求光伏器件的效率和使用壽命都能有所提高，以此推進PSCs的商業化進程。2018年9月21日，相關成果以題為“Challenges for commercializing perovskite solar cells”的綜述文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：Challenges for commercializing perovskite solar cells（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat8235）
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6. Nature：晶體反鐵磁氧化鐵中的可調長程自旋輸運
德國美因茨大學的R. Lebrun以及M. Klaui（共同通訊作者）等人在反鐵磁絕緣體赤鐵礦（α-Fe2O3）單晶中利用自旋霍爾效應展示了自旋流的長程傳播行為。首先研究人員將電流通過赤鐵礦單晶上的鉑絲，一方面可以引發自旋霍爾效應產生橫向自旋流，驅動自旋在鉑-赤鐵礦界面累積，這一累積富集過程能夠進一步產生帶有凈角動量的自旋流。另一方面，通過鉑絲的電流還能使得鉑絲產生焦耳熱引發橫向溫度梯度變化，從而可根據自旋塞貝克效應產生自旋流。這兩種自旋流及其自旋電壓最終共同構成了非本地電壓（non-local voltage），可通過逆自旋霍爾效應進行檢測。基于以上策略，研究人員通過計算測量發現赤鐵礦這一簡單反鐵磁絕緣體傳輸自旋信息的距離可達到微米級別，與復雜鐵磁體一樣高效。2018年9月12日，相關成果以題為“Tunable long-distance spin transport in a crystalline antiferromagnetic iron oxide”在線發表在Nature上。
文獻鏈接：Tunable long-distance spin transport in a crystalline antiferromagnetic iron oxide（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0490-7）
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7. Nature：納米光柵圖案策略實現自供電超柔性有機光伏
日本應急物質科學中心(CEMS)的Kenjiro Fukuda，Keisuke Tajima教授以及東京大學的Takao Someya教授（共同通訊）聯合在Nature上發表文章，題為：Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics。在這里，作者實現了自供電超柔性電子器件的制備。當應用于皮膚或其他組織時，該器件能夠以非常高的信噪比測量生物信號。作者將用作傳感器的有機電化學晶體管與有機光伏電源集成在一微米厚的超柔性襯底上。使用高通量室溫模塑工藝在電荷傳輸層上形成納米光柵形態(周期為760nm)。這大大提高了有機光電轉換器的效率，提供了高達10.5 %的高轉換效率，并實現了每克11.46瓦的高功率重量值。有機電化學晶體管在生理條件下表現出0.8毫西門子的跨導和超過1千赫茲的快速響應，這導致心臟信號檢測的最大信噪比為40.02分貝。作者的發現為下一代自供電電子產品提供了一個通用平臺。
文獻鏈接：Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics, (Nature, 2018, DOI: 10.1038/ s41586-018-0536-x)
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8. Science：探索和設計細胞表面界面
倫敦帝國理工學院的Molly M. Stevens（通訊作者）等人在Science上發表了題為“Exploring and Engineering the Cell Surface Interface”的綜述文章總結了探索細胞表面-材料之間界面行為的相關研究。傳統的人工生物支架材料的構建著眼于從宏觀層面匹配器官特點從而取代器官在體內發生作用。然而，體內細胞外基質（ECM）中的納米結構能夠形成天然的納米纖維網絡結構，為細胞提供支撐，并且能夠形成具有導向性的環境以指導細胞的行為。因此，每一根纖維都蘊含著從細胞發展到組織的線索，而受此啟發，設計建造同樣結構精巧復雜的材料已成為現實。該文章便是旨在介紹利用天然納米材料的構建方法設計更加仿生細胞環境的生物材料的相關研究。
文獻鏈接：Exploring and Engineering the Cell Surface Interface（Science, 2005, DOI: 10.1126/science.1106587）
材料牛資訊詳戳：Science經典綜述鑒賞:探索構建可控制細胞行為的生物材料表面
9. Science：用于高效被動式白天輻射冷卻的分層多孔聚合物涂層
被動輻射冷卻(PDRC)包括通過反射陽光和向寒冷的外層空間輻射熱量來自發冷卻表面。當前的PDRC設計是最有希望來替代電冷卻的方案，但是目前該技術存在效率低下，適用性有限等問題。來自美國哥倫比亞大學N. Yu和Y. Yang團隊提出了一種簡單、廉價和可擴展的基于相轉化的方法來制造具有優異PDRC能力的多級多孔 (P(VdF-HFP)HP)涂層，實現了高效率的被動輻射冷卻。性能等于或超過了最先進的PDRC設計。相關成果以題為“Hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytime radiative cooling”在線發表在Science上。
文獻鏈接：Hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytime radiative cooling, (Science, 2018, DOI:?10.1126/science.aat9513)
10. Nature：強關聯kagome磁體中巨和各向異性自旋軌道可調諧性
磁場對一種物質的電子特性產生巨大的影響是很少見的。電流和磁場之間的相互作用對于許多類型的計算機存儲器是很重要的。我們總是在尋找新的方法來通過電流控制磁性，反之亦然。來自美國普林斯頓大學的M. Zahid Hasan教授（通訊作者）團隊結合矢量強磁場與高分辨掃描隧道顯微鏡發現了強關聯kagome磁體Fe3Sn2的自旋軌道的巨大量子調控特性。相關成果以題為“Giant and anisotropic spin-orbit tunability in a strongly correlatedkagome magnet”在線發表在Nature上。
文獻鏈接：Giant and anisotropic spin-orbit tunability in a strongly correlatedkagome magnet, (Nature, 2018,DOI:?10.1038/s41586-018-0502-7)
本文由材料人電子電工學術組Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。
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