頂刊動態 | Science：9月材料前沿科研成果精選

小小 7年前 (2016-10-12) 20188瀏覽

9月份science
內容預覽：美國羅格斯大學——微波還原法制備高質量石墨烯僅需1秒；崔屹——可為人體降溫的納米多孔聚乙烯織物；韓國科學技術研究院等——MXenes高效屏蔽電磁干擾；林志群——一維納米晶尺寸、組成及結構的精確控制；麻省理工學院——量化分子缺陷對聚合物網絡彈性的影響；美國哥倫比亞大學——雜化鈣鈦礦中結晶液體保護高能載流子；哥倫比亞大學——彈道石墨烯p-n結中的電子光學；斯坦福大學——石墨烯超晶格中的彈道微帶傳導；意大利都靈理工大學——含氟聚合物提高鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性；瑞士洛桑聯邦理工學院——銣離子摻雜提高鈣鈦礦太陽能電池光伏性能。

1、微波還原法制備高質量石墨烯僅需1秒

圖1 與完整的單一氧化石墨烯、還原性氧化石墨烯和CVD生長的石墨烯相比較，微波輔助還原氧化石墨烯的物理性能表征結果

美國羅格斯大學的Manish Chhowalla教授等報道了一種僅需1-2秒的微波法制備高質量石墨烯。該方法制備得到的石墨烯材料作為場效應晶體管中的通道材料電子遷移率大于 1000 cm2 V?1 s?1，并且作為催化劑載體材料表現出優異的析氧催化性能。

文獻鏈接：High-quality graphene via microwave reduction of solution-exfoliated graphene oxide (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aah3398)

相關報道：Science：微波還原法1秒制備高質量石墨烯！

2、崔屹：可為人體降溫的納米多孔聚乙烯織物

圖2 nanoPE的光學性能和形貌

斯坦福大學的崔屹教授等開發出一種納米孔聚乙烯（nanoPE）織物，利用這種多孔高分子織物可以實現體表無能耗散熱管理。研究表明，人體是優良的紅外輻射源，而孔徑在50-1000納米的nanoPE材料在阻止可見光透過的同時又能允許中紅外輻射透過，這樣一來就可以實現體表的有效散熱。nanoPE材料經過一定處理，在保持散熱功能的同時還能保留透氣率以及可穿戴機械強度等正常紡織物的性能。雖然在洗滌次數、耐磨度等性能上還需開發完善，但這無疑是一種可以有效改善個人熱能管理效能的紡織品材料。

文獻鏈接：Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf5471)

3、MXenes高效屏蔽電磁干擾

圖3 Ti3C2Tx及Ti3C2Tx-SA復合薄膜的結構圖示

韓國科學技術研究院的Faisal Shahzad（通訊作者）、美國德雷賽爾大學的Mohamed Alhabeb和Christine B. Hatter（共同通訊作者）等證實了幾種二維金屬碳化物或氮化物（MXenes）及其聚合物復合材料在電磁干擾屏蔽上的應用潛力。45微米厚的Ti3C2Tx薄膜電磁干擾屏蔽效率可達到92 dB，這是迄今合成材料中屏蔽性能最佳的材料。MXenes及其復合材料因其機械柔性及易于涂層的能力使其可作為任何形狀的物品屏蔽層，同時還提夠高電磁干擾屏蔽效率。

文獻鏈接：Electromagnetic interference shielding with 2D transition metal carbides (MXenes) (Science, 2016, DOI：10.1126/science.aag2421)

相關報道：Science：MXenes實現高效屏蔽電磁干擾

4、林志群：一維納米晶尺寸、組成及結構的精確控制

圖4 使用兩性分子直筒型BBCP作為納米反應器來合成一維納米晶體的合成機制圖解

佐治亞理工學院的林志群教授等報道了一種通用方法，利用洗瓶刷式的嵌段共聚物（BBCP）作為納米反應器合成出各種具有精確控制的尺寸和組成的不同結構納米棒。這些圓筒形單分子納米反應器使得一維納米晶大小、形狀、結構、表面化學和性質得到高度控制。實現了具有金屬性、鐵電性、上轉換、半導體性或熱電性及其組合性質的一維納米晶的合成。

文獻鏈接：1D nanocrystals with precisely controlled dimensions, compositions, and architectures (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aad8279)

相關報道：林志群Science：一維納米晶尺寸、組成及結構的精確控制！

5、量化分子缺陷對聚合物網絡彈性的影響

圖5 末端連接的聚合物網絡的環狀缺陷

麻省理工學院的Bradley D. Olsen和Jeremiah A. Johnson等利用流變學、對稱同位素標記分解光譜法和蒙特卡羅模擬法來測量剪切彈性模量，計算一系列聚合物水凝膠的不同階的拓撲結構的環狀缺陷的數目，然后用這些數據來評價虛擬網絡彈性理論和仿射網絡彈性理論。根據結果提出了真實彈性網絡理論，這個理論描述了分子缺陷怎么影響聚合物網絡的彈性。這個理論對剪切彈性模量的預測和實驗所觀察到的一致。

文獻鏈接：Quantifying the impact of molecular defects on polymer network elasticity (Science, 2016, DOI: 10.1126 /science.aag3349)

相關報道：Science：量化分子缺陷對聚合物網絡彈性的影響

6、雜化鈣鈦礦中結晶液體保護高能載流子

圖6 揭示長壽命熱載流子的熒光（PL）光譜

美國哥倫比亞大學的X.-Y. Zhu等通過比較三種單晶鉛溴鈣鈦礦材料（CH3NH3PbBr3、CH(NH2)2PbBr3和CsPbBr3）揭示了載流子被保護的機制。在CH3NH3PbBr3和CH(NH2)2PbBr3中觀測到了壽命為10^2 ps量級高能載流子熱熒光的發射，但在CsPbBr3中沒有。熱熒光與液體分子取向的移動有關，這表明通過溶劑化作用或大極化子的形成與快速冷卻在時間上競爭，這種動態的庇護保護了高能載流子。相似的保護機制也存在于帶邊的載流子。長壽命的高能載流子能夠確保熱載流子太陽能電池的效率突破Shockley-Queisser的限制。

文獻鏈接：Screening in crystalline liquids protects energetic carriers in hybrid perovskites (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf9570)

相關報道：Science：在雜化鈣鈦礦中結晶液體保護高能載流子

7、彈道石墨烯p-n結中的電子光學

圖7 電子折射