今日最新Nature: 可電化學重構的結構化材料

【引言】

結構化材料因為能夠展現出負折射率等奇異性質而成為近年來非常活躍的研究對象。通過改變其幾何特性，這類材料能夠響應機械力、磁場等外部刺激從而實現新型功能。然而這種轉變極其不穩定，并且需要持續不斷的外部刺激，否則，一旦外部刺激消失，材料就會恢復到原始構型。這種缺陷致使基于結構化材料的器件難以施展應用。

【成果簡介】

美國加州理工學院的J. R. Greer（通訊作者）等人報道了一種響應電化學反應的新型的結構化材料。在該工作中，研究人員發展了三維的硅包覆正方晶系微點陣，這種材料可以響應由電化學驅動的硅-鋰合金反應產生協同的beam屈曲行為，通過這一行為，點陣可進一步轉變進行正弦圖案化。原位顯微學揭示了這種結構轉變是非常穩定可控的，并且具有可逆性。研究還重點關注到了缺陷和能量起伏影響結構化材料動態響應性能的作用。進一步研究也發現，通過預先設計的人工缺陷和微結構設計，疇邊界可被程序化形成特異的圖案并且實現一系列的重構自由度。該研究發展的新型結構化材料實現了材料的可電化學重構，可在電池電極、可調光子晶體和生物可植入器件等領域有所應用。2019年09月11日，相關成果以題為“Electrochemically reconfigurable architected materials”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 Si-微點陣鋰化前后的制備過程及SEM表征

圖2 Si-微點陣中鋰化誘導屈曲行為的光學和電化學表征

圖3化學-機械FEA模型化

圖4 疇形成過程中的缺陷作用

圖5 疇形成動力學的統計力學分析

圖6 可電化學重構的結構化材料

文獻鏈接：Electrochemically reconfigurable architected materials（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-1538-z）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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