材料前沿最新綜述精選(2017年8月第1周)
1、Nature Photonics綜述：用于非易失性光子的相變材料
相變材料（PCMs）具有獨特的性能組合。在從無定形轉變為結晶狀態時，它們的光學特性急劇變化。可以利用短光或電脈沖完成狀態之間的切換，使得PCMs在光子應用方面具有吸引力。亞琛工業大學的M. Wuttig（通訊作者）等人回顧了PCMs的最新進展，并評估了全光子記憶的潛力。為實現這一目標，提出了實現具有逐步可調傳輸波導的進展和現有挑戰。最后介紹了基于等離子體激元納米結構的納米光子學應用，它們提供了可重新配置的非易失性功能，從而實現了對光的操作和控制，此外文中還介紹了在新興光子學領域成功實施PCMs的要求和觀點。
文獻鏈接：Phase-change materials for non-volatile photonic applications（Nat.Photon.,2017,DOI:10.1038/nphoton.2017.126?）
2、Chemical Reviews綜述：具有刺激反應機械性能的仿生聚合物體系
具有可切換機械性能的材料在生物體中廣泛存在，并賦予許多物種對其生存至關重要的特征。在自然界中發現的許多機械變形材料系統都是基于層次結構的，它們是機械穩定性的基礎，也是響應行為的關鍵。通過對具有改變其機械特性的生物材料中操作原理和功能越來越多的理解，人們已經對認識仿生材料中的這種結構和功能作出了重大努力。該領域的研究在過去二十年中迅速發展，并提供了許多生物材料的例子，能夠在遠程刺激時可逆地改變其剛度，形狀，孔隙度，密度或硬度。瑞士弗里堡大學的Dafni Moatsou和Christoph Weder（共同通訊）等人總結了該領域的研究現狀。
文獻鏈接：Bioinspired Polymer Systems with Stimuli-Responsive Mechanical Properties（Chem.Rev.,2017,DOI:?10.1021/acs.chemrev.7b00168）
3、Chemical Society Reviews綜述：具有集體流動狀態的活性膠體
活性物質（自轉物體將能量轉化為機械運動以驅動其運動，最常見于流體）的集體流動性構成了科學和技術的新前沿。韓國蔚山科學技術大學的Steve Granick（共同通訊）等人研究了現有研究領域的現狀，短期內可以解決哪些新的科學問題，以及長遠的發展方向。 并研究了：（1）嘗試制定設計原則來定制活性顆粒; （2）嘗試設計原理，根據這些原理，了解活性粒子在傳統膠體科學的粒子間相互作用; （3）試圖設計集體行為和動態組合的預期模式; （4）與平衡熱力學相結合。 在每個方面，該團隊評估了其成就，局限性和研究的價值。
文獻鏈接：Active colloids with collective mobility status and research opportunities（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:?10.1039/C7CS00461C）
4、Chemical Society Reviews綜述：聚合物的表面官能化
聚合物的許多應用需要其表面官能化用于傳感器，復合材料，膜，微流體和生物醫學裝置等等。這種表面改性使表面具有獨立于本體聚合物的新特性。巴黎狄德羅大學的Jean Pinson（通訊作者）等人介紹了基于多樣化原理的可用于執行表面官能化的不同方法，包括等離子體和紫外線照射，原子層沉積，電化學，氧化，還原，水解，使用自由基等。文中簡要描述了不同方法的原理，并給出了許多實例來突出方法和應用的可能性。
文獻鏈接：Surface functionalisation of polymers（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00150A）
5、Chemical Society Reviews綜述：二維分層雙氫氧化物納米片的制備及其應用
層狀雙氫氧化物（LDHs）具有高度靈活和可調的化學成分和物理性能，近年來引起了廣泛的關注。 LDHs已被廣泛應用于聚合物納米復合材料中的催化劑，陰離子交換材料，阻燃劑和納米填料。將LDHs剝離成超薄納米片為多功能材料提供了一系列新的機會。康涅狄格大學的孫陸逸和牛津大學的Dermot O'Hare（共同通訊）等人總結了當前可用的LDHs剝離方法。 特別強調了直接合成單層LDHs納米片的最新進展，以及LDHs納米片在催化析氧反應和制備發光器件，超級電容器和阻燃納米復合材料方面的新興應用。
文獻鏈接：Preparation of two dimensional layered double hydroxide nanosheets and their applications（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00318H）
6、Nature Reviews Materials綜述：石墨烯基智能材料
石墨烯的高比表面積和優異的機械，電學，光學和熱學性質使其成為了高性能刺激響應或“智能”材料有吸引力的組件。與這些固有性質相輔相成，功能化或雜化可以顯著改善這些材料的性能。典型的石墨烯基智能材料包括機械剝離的石墨烯，化學氣相沉積的高品質石墨烯，化學改性石墨烯（例如氧化石墨烯和氧化還原石墨烯）及其宏觀組件或復合材料，這些材料對一系列刺激敏感，包括氣體分子或生物分子，pH值，機械應變，電場和熱或光激發。清華大學的石高全教授和曲良體教授（共同通訊）等人概述了不同的石墨烯基智能材料及其在執行器，化學或應變傳感器，自愈材料，光熱療法和受控藥物遞送的應用。還介紹了石墨烯基智能材料的工作機制，并討論了其實際應用面臨的挑戰。
文獻鏈接：Graphene-based smart materials（Nat.Rev.Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.46）
7、Chemical Reviews綜述：聚合物用于3D印刷和增材制造
增材制造（AM）別名3D打印，即將計算機輔助設計（CAD）虛擬3D模型轉換為物理實體。通過CAD，3D掃描或層析成像數據的數字切片，AM可以逐層構建對象，而不需要模具或加工。AM通過利用互聯網上的數字信息存儲和檢索。從原型到快速制造的持續轉變促使機械工程師和材料科學家們面臨新的挑戰。由于聚合物是迄今為止AM最廣泛使用的一類材料，因此德國弗賴堡大學的Rolf Mülhaupt和瑞士聯邦材料科學與技術實驗室的Samuel Clark Ligon綜述了聚合物加工和專門為AM開發的聚合物體系。覆蓋的AM技術包括大容積光聚合（立體光刻），粉末床熔融（SLS），材料和粘合劑噴射（噴墨和氣溶膠3D印刷），片層壓（LOM），擠出（FDM，3D分配，3D纖維沉積和3D繪圖）和3D生物印刷。 AM中使用的聚合物范圍包括熱塑性塑料，熱固性材料，彈性體，水凝膠，功能聚合物，聚合物共混物，復合材料和生物系統。聚合物設計，添加劑和加工參數的方面涉及了增強建筑速度和提高精度，功能性，表面光潔度，穩定性，機械性能和孔隙度。選定的應用程序展示了如何在輕工程，建筑，食品加工，光學，能源技術，牙科，藥物傳遞和個性化醫學中開發基于聚合物的AM。
文獻鏈接：Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing（Chem.Rev.,2017,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00074）
8、Nature Reviews Materials綜述：顆粒狀光催化劑用于水分解
將太陽能轉化為化學能源是發展可再生能源的必經之路。通過在半導體光催化劑上的水分解產生氫氣是大規模太陽能氫合成簡單，成本有效的方法。自從發現Honda–Fujishima效應以來，在這一領域取得了相當大的進展，并且開發了許多光催化材料和水分解系統。東京大學的Kazunari Domen（通訊作者）等人總結了基于顆粒光催化劑的水分解系統，重點研究了光收集半導體和輔助催化劑。還討論了基于一步和兩步光激發的整體水分解系統所用材料的基本設計原理，重點是三個基本過程：光吸收，電荷轉移和表面催化反應。 最后，概述了顆粒狀光催化劑用于太陽能水分解在未來商業應用的挑戰和潛力。
文獻鏈接：Particulate photocatalysts for overall water splitting（Nat.Rev.Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.50）
9、Advanced Energy Materials綜述：水溶性粘合劑：一種用于高能量密度電極材料的電化學性能增強劑
粘合劑盡管經常以小劑量使用，但在具有高能量密度鋰離子電池的電化學性能方面起到了關鍵作用。傳統的PVDF粘合劑通過弱范德華力與電極材料相互作用，因此缺乏必要的功能（例如抑制體積變化，界面穩定等），無法滿足高能量密度電池的高要求。此外，PVDF粘合劑在鋰離子電池中的廣泛使用是有害的，并且可能引起環境問題，因為其處理常常需要有機溶劑的幫助。廈門大學的孫世剛院士和李君濤副教授（共同通訊）等人發表綜述文章，介紹了最近在開發新型環保型，低成本和水溶性粘合劑方面取得的進展。文中提到這些水溶性聚合物粘合劑是天然的、改性的或合成的，并且觀察到其與電極材料之間存在強烈的化學/物理相互作用，并且增強了機械粘附性并明顯改善了體積變化的耐久性，這導致Si基陽極、尖晶石/層狀氧化物陰極和S陰極電化學性能的顯著改善。此外，文中還討論了關于水溶性粘合劑未來研究方向的觀點。
文獻鏈接：Water Soluble Binder, an Electrochemical Performance Booster for Electrode Materials with High Energy Density（Adv.Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201701185?）
本文由材料人編輯部學術組Allen供稿，材料牛整理編輯。
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