【新 材 料】我国学者在微纳光学领域取得重要进展(2024-04-15)
【摘要】 4月15日,科技日报讯,记者12日从哈尔滨工业大学(深圳)获悉,该校科研团队与澳大利亚国立大学科研团队合作,在微纳光学领域取得重要研究进展,实现超表面能以亚波长横向尺寸生成高质量涡旋光,有望成为世界上最小的涡旋光生成器件。据悉,涡旋光在高容量光通信、超分辨率成像和光学捕获等多种应用中扮演着重要角色。“在传统方法中,每个光学元原子都被独立对待,并忽略了近场相互作用,因此微纳器件通常仅限于单像素级别操作。”哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院教授肖淑敏介绍。科研团队通过原理创新,从近场模式相互作用出发,发现了光场调控的全新自由度——间隙相位。“当一个由紧密排列的纳米柱构成的元胞被照射时,通过近场相互作用可以形成多种混合模式。”哈尔滨工业大学(深圳)集成电路学院教授宋清海进一步解释,“当所有混合模式被激发并相互作用时,可以在纳米柱间隙中生成相位梯度,并形成间隙相位。”实验过程中,科研团队利用间隙相位提供的额外光场调控能力,使用仅包含4个纳米柱的超构四聚体,实现连续涡旋相位,同时实现并验证具有高效率、高纯度、拓扑荷数的涡旋光束。“通过发挥超构四聚体极小横向尺寸特性,我们实现了超高密度涡旋光阵列,其密度相当于在头发丝横截面大小的平面上同时生成1000余个高质量涡旋光。”肖淑敏表示,该研究对于大通量光纤通信、光学加密等领域具有重要价值。
【关键词】微纳,光学,重要进展
【新 材 料】中国科学院团队成果研制胶原蛋白高精度生物打印平台(2024-04-15)
【摘要】 4月15日,新材料网讯,胶原蛋白是人体中重要的功能材料,可为细胞和组织提供结构支撑,参与细胞间的信号传导和组织修复。在器官制造领域,胶原蛋白可作为支架材料,提供细胞附着和生长的框架,促进组织器官的重建与修复。然而,由于胶原蛋白具有明显的软物质属性,使得对其进行高精细度结构的加工非常困难,大大制约了胶原材料在器官制造领域中的应用。针对该问题,中国科学院沈阳自动化研究所与中国人民解放军空军军医大学第一附属医院合作开展研究,研制了一套高精度生物3D打印平台,可用于精准构建集成结构和化学引导线索的胶原蛋白神经支架。相关成果以Quantitative biofabrication platform for collagen-based peripheral nerve grafts with structural and chemical guidance为题发表于Advanced Healthcare Materials(中国科学院一区TOP期刊),并作为封面文章(Front cover)进行特别报道。
【关键词】胶原蛋白,高精度,生物打印
【新 材 料】我国科学家仿生鱼鳞片构筑适度有序布利冈结构材料(2024-04-15)
【摘要】 4月15日,科技日报讯,记者从中国科学技术大学获悉,该校俞书宏院士领导的仿生材料研究团队开展了仿生布利冈结构多级次可重构纤维基元界面设计的系统性研究,提出“仿生适度有序布利冈结构”的概念,分级构筑了具有动态可重构纤维界面的仿生布利冈结构材料。作为生物结构的代表,布利冈结构在鱼鳞片、龙虾腹膜、骨骼等生物材料中广泛存在。独特的纤维多级结构和稳健的纤维界面作用,可赋予生物材料卓越的力学性能,引起研究人员的广泛关注。然而,现有研究主要聚焦在建立纤维基元组装策略和实现不同纤维基元的组装,在调控纤维基元界面作用,以提升仿生布利冈结构应力传递效率和力学功能方面,仍然欠缺。研究人员进行了基于不同取向角度纤维模型的大规模分子动力学模拟。结果表明,通过引入空间取向度产生的贯穿连锁结构可以优化氢键网络的维度。三维氢键网络的空间桥接效应不仅增强了纤维体系的荷载传递能力和抵抗破坏稳定性,而且通过在塑性变形阶段引入更多的氢键断裂-重构行为以促进能量耗散。这种相互对立的影响机制说明适度有序的纤维排列方式,可以获得最佳的纤维间界面作用,从而优化体系的力学性能。
【关键词】仿生,鱼鳞片,结构材料
【新 材 料】青岛能源所铜锌锡硫硒太阳能电池研究获系列进展(2024-04-07)
【摘要】 4月7日,新材料网讯,近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心在高效铜锌锡硫硒(CZTSSe)太阳能电池领域研究方面取得进展。CZTSSe太阳能电池具有元素储量丰富、成本低、稳定性高、无毒等优点,目前其认证效率突破14.9%,已达到光伏技术商业化的门槛。同时,CZTSSe太阳能可以直接兼容成熟的CIGS产业化路线,在薄膜太阳能电池领域展现出应用潜力。CZTSSe材料的多元组分性质导致了化学反应路径的多样性和相结构及缺陷性质的复杂性,从而限制了其性能的提升,是目前该领域面临的问题。针对这一挑战,该团队通过深入研究和创新策略,对体相及界面严重非辐射复合的难题提出了解决思路,提升了CZTSSe太阳能电池的开路电压和光电转换效率。通过在CZTSSe吸收层上界面进行In2Se3沉积后处理,该团队重建了异质结界面,减少了深能级缺陷,形成表面弱n型缺陷,促进CZTSSe吸收层表面的p-n转换,获得13.6%的光电转换效率。此外,研究团队进一步通过优化前驱体溶液成分,制备了结晶度增强、缺陷减少的CZTSSe吸收层,将光电转换效率提高到14.1%。通过继续深入探究硒化过程中元素不均匀的潜在机制,该研究揭示了Cu从吸收层向后界面扩散的现象。为解决这一问题,团队引入了Al2O3阻挡层,有效抑制了二次相和有害缺陷的形成,从而获得了高度均匀的CZTSSe晶粒,使得光电转换效率达到14.9%,VOC超过570 mV,并获得14.6%的第三方认证效率。
【关键词】青岛能源所,太阳能,电池
【新 材 料】我国科学家在铁电隧道结存储器研究中取得新进展(2024-03-19)
【摘要】 3月19日,科技日报讯,记者从中国科学院金属研究所获悉,该所沈阳材料科学国家研究中心胡卫进研究员与合作者,提出利用缓冲层定量调控薄膜应变,延迟铁电薄膜晶格弛豫从而增强铁电极化强度的策略,成功揭示极化强度同铁电隧道结存储器隧穿电阻之间的关联,并实现巨大器件开关比。铁电隧道结具有简洁的金属-超薄铁电-金属叠层器件结构,它利用铁电极化翻转调控量子隧穿效应获得不同的电阻态,实现数据存储功能。具有高速读写、低功耗和高存储容量等优点,属于下一代信息存储技术。隧穿电致电阻是隧道结的关键性能指标,它与界面电荷屏蔽效应、铁电极化强度等密切相关。目前,一般通过多样化的电极工程调制电荷屏蔽效应,实现隧穿电致电阻的提升。但铁电层的电极化强度如何定量影响隧穿电致电阻,迄今尚无实验验证。研究人员以Sr3Al2O6/La0.67Sr0.33MnO3/BaTiO3为模型体系,利用激光分子束外延技术实现了多层膜的原子级逐层生长和隧道结器件的制备。研究发现,Sr3Al2O6缓冲层厚度可连续调控BaTiO3单晶薄膜的面内应变,从而线性增强铁电极化强度。基于此,研究人员得以在-2.1%的压应变下,在BaTiO3/La0.67Sr0.33MnO3界面获得80μC/cm2的铁电极化强度,打破已报道的最高值纪录。
【关键词】铁电,存储器,金属
【新 材 料】耐苛刻使役环境的合成橡胶制备技术取得突破性进展(2024-03-12)
【摘要】 3月7日,科技日报讯,3月6日,科技日报记者从青岛科技大学获悉,该校承担的“耐苛刻使役环境的合成橡胶制备技术及其产业化”项目中的两项课题——“1,2-间同聚丁二烯橡胶制备关键技术和应用研究”(以下简称“1,2-间同聚丁二烯”)和“反式丁戊橡胶制备关键技术和应用研究”(以下简称“反式丁戊橡胶”)取得突破性进展。长期以来,我国合成橡胶行业胶种少,缺乏高端及原创性产品,处于追赶和模仿国外产品的现状。“耐苛刻使役环境的合成橡胶制备技术及其产业化”项目聚焦创制新型催化体系,开发耐苛刻使役环境的合成橡胶及其绿色高效可控制备关键技术,开发耐苛刻使役环境下的高性能轮胎、输送带和减振件等制品。1,2-间同聚丁二烯课题负责人、青岛科技大学张春雨教授向记者介绍,承担该项目研发任务后,团队提出采用Fe系催化剂和Nd/Fe双催化剂体系制备1,2-间同聚丁二烯及其与顺丁橡胶合金的解决方案。基于高温高活性铁系催化剂体系,团队开发了高温绝热聚合技术和双金属催化剂体系序贯聚合技术等关键技术,先后在催化剂结构设计、聚合物熔点和分子量调节及缺气保用轮胎配方优化等方面取得了突破性进展。
【关键词】合成橡胶,制备,突破
【新 材 料】基于天然多孔材料的双梯度结构设计负泊松比超材料(2024-03-12)
【摘要】 3月11日,新材料网讯,负泊松比超材料由于其优异的力学性能,包括优异的抗剪切性能、抗冲击性能、抗断裂性能、吸能隔振等,在个体防护和抗冲击、减振吸能等领域有着重要的应用价值,从而引起了科学家和工程师们极大的研究兴趣。大多数传统的负泊松比超材料通常基于单元胞体的拓扑结构设计,这类超材料通常不可避免地面临着由其复杂拓扑结构,特别是内凹多边形结构,所带来的设计、制备难题。迄今为止,尽管许多研究人员致力于开发新的负泊松比超结构和材料,但很少有研究能明确指出负泊松比超材料的设计指南或工作流程,更多的研究是基于研究人员的设计灵感和对特定胞元结构的计算机辅助优化。近日,北京航空航天大学刘明杰教授等人在Science China Materials发表概念论文,提出了一种受自然启发的负泊松比超材料设计策略,利用天然多孔材料所具有的独特双梯度结构,例如以松质骨和向日葵茎髓心作为生物模型,通过在多孔结构中引入双梯度变化即可得到负泊松比效应,从而制备负泊松比超材料。这种受自然启发的负泊松比超材料设计思路具有一定的普适性,可以扩展到具有常见凸多边形胞元的多孔结构中,基本胞元结构并不局限于特定的内凹多边形等常见的用来构造负泊松比超材料的结构和形状。
【关键词】多孔材料,双梯度,超材料
【新 材 料】理化所提出电化学重整废弃PET塑料耦合海水制氢策略(2024-03-06)
【摘要】 3月6日,新材料网讯,近日,中国科学院理化技术研究所光化学转换与合成中心研究员陈勇团队提出电化学重整废弃PET塑料耦合海水制氢策略,通过设计Pd-CuCo2O4复合电催化剂,可以高选择性的将废弃PET重整为高附加值的乙醇酸。机理研究结果表明,增强催化剂表面OH-物种的吸附,可以提高催化活性,并可以在催化剂表面形成阴离子层来排斥氯离子,提高催化剂稳定性。在模拟海水环境中,该体系可以在1.6A的工业电流下稳定运行超过100小时。
【关键词】海水制氢,电化学,PET塑料
【新 材 料】大面积全钙钛矿叠层组件光电转换效率再创世界纪录(2024-02-27)
【摘要】 2月26日,科技日报讯,全钙钛矿叠层电池光电转换效率再创新高。25日,记者从南京大学获悉,该校现代工程与应用科学学院谭海仁课题组研发的大面积全钙钛矿叠层组件,经国际第三方权威认证机构测试,其稳态光电转换效率高达24.5%,刷新了全钙钛矿叠层组件的世界纪录效率,相关结果已被收录到国际权威的《太阳能电池效率表》。谭海仁坦言,相较于传统的晶硅单结太阳能电池,钙钛矿叠层太阳能电池生产成本更低、更节能,其轻量化、柔性化的特点使其更容易弯折,使用场景更多。钙钛矿叠层太阳能电池由电极、钙钛矿吸光层、空穴传输层、电子传输层等结构堆叠而成,宽带隙钙钛矿薄膜和窄带隙钙钛矿薄膜是叠层电池中重要的吸光层。当前,窄带隙钙钛矿薄膜的均匀制备是制约大面积组件性能提升的关键问题。研究团队在制备窄带隙钙钛矿薄膜时,根据钙钛矿结晶生长理论,筛选了20多种添加剂,最终发现具有缓冲剂特性的两性离子甘氨酰胺盐酸盐可以同时实现铅锡钙钛矿的结晶调控和埋底界面钝化。谭海仁表示,团队将继续尝试制备面积更大、效率更高的全钙钛矿叠层光伏组件,加速推进产业化进程。
【关键词】钙钛矿,组件,光电转换
【新 材 料】3D打印功能性人脑组织创建(2024-02-04)
【摘要】 2月4日,科技日报讯,美国威斯康星大学麦迪逊分校科学家创建了一个3D打印脑组织,其能像典型的脑组织一样生长并发挥作用。这对进一步研究大脑及阿尔茨海默病和帕金森病等一系列神经发育障碍疾病具有重要意义。在最新研究中,团队没有使用垂直堆叠层这种传统3D打印方法,而是使用了水平堆叠。他们将脑细胞(利用诱导多能干细胞生长出来的神经元)置于更柔软的“生物墨水”凝胶内。研究人员表示,水凝胶相对较薄而且柔软,这使神经元很容易从生长介质中获得足够的氧气和营养。打印出来的细胞穿过介质,在每个打印层内部以及层与层之间形成连接,最终形成与人脑相似的网络结构。神经元通过神经递质进行通信、发送信号、相互作用,甚至与添加到打印组织内的支持细胞形成网络。打印出的大脑皮层和脑纹状体,属于大脑不同部分的不同细胞。它们能以一种非常特殊的方式相互“交谈”。大脑类器官(用于研究大脑的微型器官)的生长通常缺乏组织和控制,而这种打印技术可精确地控制细胞的类型及排列方式。最新研究的特别之处在于,几乎可在任何时间制造出任何类型的神经元,并以特定方式将其拼凑在一起。在此基础上,研究人员可进一步了解人类的脑细胞是如何相互交流的。
【关键词】3D打印,人脑组织,细胞
【新 材 料】迄今最高能效量子点太阳能电池面世(2024-02-02)
【摘要】 2月1日,科技日报讯,韩国蔚山科学技术院科学家借助新配体交换技术,合成出基于有机阳离子的钙钛矿量子点(PQD),开发出了迄今能效最高的量子点太阳能电池。这种新型太阳能电池即使储能两年多,效率仍不变,表现出非凡的稳定性。量子点是半导体纳米晶体,尺寸从几纳米到几十纳米不等。科学家可根据颗粒大小控制其光电性能。PQD具有卓越的光电特性,只需简单喷涂或使用溶剂,无需在衬底上生长,制造过程简单且高效,因此引发极大关注。但用量子点制造太阳能电池需要借助一种配体交换技术,以减少量子点之间的距离。配体交换是一种将大分子(如配体受体)结合到量子点表面的过程。在这方面,PQD面临极大挑战,包括在替代过程中,其晶体和表面会出现缺陷等。因此,目前PQD太阳能电池的最高效率为16%。在最新研究中,团队采用了基于烷基碘化铵的配体交换策略,用具有良好太阳能利用率的有机PQD替代配体,制造出具有缺陷可控的量子点光活性层。在此基础上开发的量子点太阳能电池能效高达18.1%。美国国家可再生能源实验室认定其为迄今已知能效最高的量子点太阳能电池。即使储能两年多,这种新型电池的性能也保持不变,具有非凡的稳定性。研究团队指出,以前对量子点太阳能电池的研究主要采用无机PQD。最新研究解决了与有机PQD相关的问题,未来有望催生更多量子点太阳能电池新产品。
【关键词】高能效,量子点,太阳能电池
【新 材 料】国家纳米中心等提出筛选抗菌纳米材料的集成方案(2024-02-02)
【摘要】 2月1日,国家纳米科学中心讯,近日,中国科学院国家纳米科学中心高兴发课题组等在纳米毒理化学的理论设计方向取得了新进展。该成果在课题组提出的催化信号转导理论的基础上,发展出一套集成了科学计算与3D打印技术的方案,实现了在材料数据库中高效地、准确地筛选出具有抗菌潜力的纳米材料,并通过湿法实验进行了验证。高兴发课题组致力于纳米毒理化学的基础理论研究,发展了相关理论模型与计算机辅助方案,在少量实验或无需实验的条件下预测纳米材料杀死有害细胞、保护正常细胞等生物医学功能,以期缩短相关医用纳米材料的研究周期、节约研究成本。该研究基于纳米材料通过表面催化作用活化H2O2,氧化细菌有机质,杀死细菌这一关键化学机制,利用此前提出的纳米表面活化H2O2理论模型,预测纳米材料的抗菌活性。同时,该研究利用前人提出的纳米材料细胞毒性的定量构效关系(Nano-QSAR)模型,预测材料对正常细胞的安全性,发展了在Materials Project材料库中高通量筛选合金纳米粒子的计算方案。该方案同时考虑了材料活化H2O2的抗菌活性以及对正常细胞的安全性,从而能够够筛选出具有高效抗菌活性同时对正常细胞具有较低毒性的抗菌材料。进一步,研究扫描探针嵌段共聚物光刻技术制备出高度均匀的金属/合金纳米颗粒,并进行二次实验筛选。计算和实验筛选结果表明,AuCu3合金兼具高催化活性和安全性,是一种潜在的抗菌纳米药物。研究通过湿化学方法制备了AuCu3纳米材料,并验证了其对正常细胞的安全性和优良的抗菌活性,证明了集成筛选方案的可靠性。
【关键词】国家纳米中心,纳米材料,集成方案
【新 材 料】导管直径小于1.4毫米的微型超声探头有望问世(2024-01-10)
【摘要】 1月9日,中国科学报讯,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员崔崤峣团队成功研发了一种适配于极细消化内镜的微型超声探头及其配套的高频超声成像系统,并与苏大附一院消化内科及消化内镜中心主任李锐教授团队合作,在模式动物实验中取得突破性进展。据了解,消化内镜检查是评估上消化道疾病和筛查上消化道肿瘤的重要方法。根据设备类型,通常可将消化内镜分为经口常规消化内镜和经鼻超细消化内镜。由于插入部分较软,经鼻超细消化内镜对咽部和舌头的刺激较小。因此,患者通常对经鼻超细消化内镜有较高的接受度,无需镇静也能耐受。然而,由于物理条件的限制,经鼻超细消化内镜存在图像质量差、钳道口径小和操作不便等缺点,虽然最新的经鼻超细消化内镜的图像质量有了明显改善,但只有少数配件可用。为此,研究团队研发了直径小于1.4毫米的超声极细探头导管,并通过现有的经鼻超细消化内镜的仪器通道完成了上胃肠道区域的检查。在活体猪体内实验中,研究团队自主研发的极细超声微探头内镜频率覆盖常用的20MHz与更高的30MHz两个频段,获得了具有优良分辨率的超声图像,证实了“极细消化内镜联合超声微探头”检查方法的技术可行性及其临床应用价值。
【关键词】镜检,超声探头,导管
【新 材 料】大连化物所等开发出新型丙烷脱氢双原子催化剂(2024-01-05)
【摘要】 1月5日,中国科学院讯,丙烯是重要的有机化工原料。丙烷脱氢制丙烯和氢气(PDH)是原子经济型的反应,也是重要的工业生产丙烯过程。目前,该过程主要采用Pt基和Cr基催化剂,但面临价格较昂贵、环境不友好等问题。因此,开发非Pt非Cr基高效PDH催化剂具有重要意义。近日,中国科学院院士、大连化学物理研究所催化与新材料研究中心研究员张涛,与研究员王晓东、林坚团队,联合福州大学教授林森等,在双原子催化剂的制备及其协同机制的研究中取得了新进展。该研究开发的新型双原子催化剂表现出优于单原子催化剂的丙烷脱氢性能。
【关键词】大连化物所,丙烷脱氢,催化剂
【新 材 料】化学所锂电池硅基负极研究取得进展(2024-01-04)
【摘要】 1月3日,中国科学院讯,在实现碳达峰和碳中和目标的背景下,开发高能量密度、长寿命的锂离子电池至关重要。相较于传统石墨负极,具有更高理论比容量的硅基材料被认为是颇有前景的锂离子电池负极材料。然而,硅基负极在充放电时存在较大的体积变化,并伴随有材料结构粉化和电极/电解质间的界面副反应,限制了其循环寿命。因此,优化硅基材料的结构、开发与之匹配的电解质,对于进一步提升硅基负极材料的循环性能具有重要意义。中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室郭玉国课题组,致力于硅基负极材料及其适配的电解质材料的开发工作。通过调节电解液成分,在硅基负极表面形成具有良好力学性能的固体电解质界面层(SEI),有望进一步提升硅基负极循环稳定性。然而,目前缺乏关于硅基负极表面SEI组分与电解液组成之间相互关系的明确理论指导,同时,精确控制SEI组分仍存在挑战。近期,该课题组提出了选择性溶解策略,通过控制电解液中的溶剂供体数(DN),实现了对SEI中的低分子量的聚合物和有机锂盐组分的选择性溶解,保留了有较高弹性形变能的氟化锂和聚碳酸酯组分,构筑了具有良好弹性性能的高韧性的SEI。电化学测试结果表明,这一策略有效提升了纯微米硅负极的循环稳定性。该团队通过系统研究具有不同DN值溶剂的电解液中的选择性溶解效应,归纳总结了电解液溶剂DN值与SEI组分之间的构效原理。上述成果为未来适用于高容量和大体积变化电极材料的电解液开发提供了重要指导。
【关键词】化学所,锂电池,硅基
【新 材 料】合肥研究院等设计出肿瘤微环境响应的复合纳米材料(2024-01-04)
【摘要】 1月3日,中国科学院讯,近日,中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员吴正岩团队,联合山东滨州医学院教授张桂龙和魏鹏飞,设计出一种核壳结构铜基纳米复合材料。该复合材料具有肿瘤微环境响应的磁共振成像性能以及杀死肿瘤细胞的能力,从而实现对肿瘤的特异性多模式诊疗。铜基纳米材料具有极强的催化类芬顿反应的能力,可提高细胞内的活性氧水平,从而抑制肿瘤的生长,但稳定性较差。为了解决这一问题,该团队开发了一种对肿瘤微环境响应的核壳结构铜基纳米复合材料,并将靶向肿瘤细胞的靶标连接到其表面,再借助材料中氧化铁壳层的空间位阻效应的保护,促进该复合材料到达肿瘤部位。到达肿瘤部位后,该材料会被肿瘤微环境中的弱酸条件和谷胱甘肽瓦解并释放金属离子和超小氧化铁。这一过程激活了磁共振成像信号,消耗了谷胱甘肽,加速了芬顿和类芬顿反应,提高了细胞内的活性氧水平,加剧了细胞内的氧化应激,最终诱导肿瘤细胞凋亡和铁死亡。这种方式可以实现磁共振成像引导的肿瘤治疗,为肿瘤的特异性多模式诊疗提供了新借鉴。
【关键词】合肥研究院,肿瘤,纳米材料
【新 材 料】硬度媲美钻石的碳氮化物面世,有望用于太阳能电池板和宇宙飞船(2023-12-21)
【摘要】 12月19日,科技日报讯,在一项最新研究中,英国、德国和瑞典科学家组成的国际科研团队成功创造出3种硬度可与地球上最坚硬材料钻石媲美的碳氮化物。最新突破有望催生新型多功能材料,用作汽车和宇宙飞船的保护涂层、高耐久性切割工具、太阳能电池板和光电探测器等。相关论文发表于最新一期《先进材料》杂志。碳和氮的前体在极端高温和极端高压下产生的碳氮化物,比立方氮化硼更硬。立方氮化硼是仅次于钻石(金刚石)的第二硬材料。自20世纪80年代以来,材料科学家一直试图释放碳氮化物的潜力,但历经30多年研究和实践,结果都不尽如人意。研究团队将3种形式的碳氮前体置于70至135吉帕(约为大气压的100万倍)的压力下,同时将其加热至1500℃以上。为确定此类条件下这些化合物原子的排列情况,研究团队利用法国的欧洲同步加速器、德国的电子同步加速器和美国的先进光子源,发射强X射线束照射样品。结果发现,3种碳氮化物都具有超硬度所必需的组成部分。而且,当实验条件回到常温常压下时,这3种化合物的类金刚石特质得以保留。进一步的计算和实验表明,这3种超硬的碳氮化物新材料具有额外的特性,包括光致发光以及高能量密度,应用潜力巨大,有可能将其定位为与钻石竞争的终极工程材料。
【关键词】碳氮化物,硬度,电池板
【新 材 料】青岛能源所开发出基于稀土超富集植物的新型仿生吸附材料(2023-12-07)
【摘要】 12月7日,中国科学院讯,在碳达峰、碳中和的战略时代背景下,能源转型已经成为全球共识。稀土元素有“工业维生素”和“新材料之母”之称,作为高新技术发展的战略资源,随着科技的突破变得越来越重要。我国作为稀土出口大国,优化稀土资源绿色高效的综合利用,突破低浓度稀土回用的技术瓶颈,实现稀土行业的可持续发展已成为稀土矿产资源开发利用的重要课题。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所绿色反应分离与过程强化技术中心基于稀土超富集植物富集基团,开发了一种针对稀土矿区浸矿尾液低浓度稀土离子绿色高效吸附的新型仿生吸附材料,在吸附性能方面取得了进展。该工作制备了一种基于超富集植物细胞壁的有效富集稀土的新型纤维素/果胶复合气凝胶吸附剂,用于回收浸矿尾液中的稀土元素,并采用SEM、FTIR、XRD和接触角测量仪对所得吸附剂的主要成分进行系统分析。研究结果表明,PCA吸附剂表面具有丰富的活性吸附基团、较低的结晶度和良好的亲水性能,在吸附稀土离子领域有着优异的结构基础。热力学研究表明,吸附过程符合Langmuir模型,理论最大吸附容量达到337.36 mg/g。动力学研究表明,吸附过程符合准二级动力学模型,吸附过程为化学吸附。吸附剂五次吸附-解吸循环后仍然具有良好的吸附性能。从FTIR和XPS光谱分析可知,PCA的对稀土离子的吸附机制主要是通过静电作用、与-COOH的离子交换以及与C-NH2的螯合作用实现的。新型的基于细胞壁合成的复合气凝胶PCA具有潜在的应用前景,是一种绿色高效且具有良好再生性能的吸附剂。
【关键词】青岛能源所,稀土,仿生吸附材料
【新 材 料】兰州化物所液体超润滑材料研究获新进展(2023-12-06)
【摘要】 12月6日,兰州化物所讯,构建宏观超润滑界面(摩擦系数在0.001级别甚至更低)可显著降低能源消耗、减少由摩擦引起的经济损失。然而,较长的磨合期可能导致摩擦副表面出现严重的磨损。中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室王道爱研究员团队,前期设计开发了一系列基于天然有机酸(单宁酸、植酸)的液体超润滑材料。研究人员利用天然有机酸、多元醇和水分子之间的协同效应,将氮化硅/玻璃等摩擦副界面达到超润滑所需的磨合期缩短至1s内。然而具有短磨合期的钢/钢摩擦副超润滑材料设计仍存在挑战。近日,该团队设计了一种适用于轴承钢摩擦副的液体超润滑材料。研究人员通过将柠檬酸热解制得的碳量子点(CQDs)添加到聚乙二醇水溶液中,实现了钢/钢摩擦副界面的超润滑(摩擦系数为0.005),其磨合期仅有44s,同时轴承钢表面的磨损率降低了77%。在摩擦过程中轴承钢表面形成的润滑膜包括吸附在摩擦副表面的CQDs和摩擦化学反应生成的铁氧化合物,在摩擦过程中作为边界润滑剂有效减少了表面粗糙峰之间的直接接触。此外,结合分子动力学模拟,研究人员发现摩擦副表面的CQDs吸附膜在流体动力润滑区域还能减少润滑剂分子链与摩擦副之间的相互作用力,从而降低了滑动过程中的摩擦阻力。该研究为在较短磨合期内实现轴承钢摩擦副表面的超润滑提供了新的设计思路。
【关键词】兰州化物所,超润滑材料,电解阳极
【新 材 料】华裔教授团队发明绳子“捞”锂法,或改变锂电产业格局(2023-12-06)
【摘要】 12月6日,OFweek锂电网讯,锂资源开发应用的早期主要是围绕着锂辉石、锂盐湖等资源进行,但是这些资源只分布在极少数的国家。事实上,在海洋中存在大量以离子存在的锂资源,总储量达到2300亿吨,是陆地锂储量的1.6万倍。然而,海水中锂的浓度过低,提取难度极为困难,目前的海水提锂方法耗时占地,污染环境,效率低下。锂电池行业亟需一种新型的海水提锂方法。近日,普林斯顿大学教授任智勇团队的研究人员陈曦和杨美琪发现,由“棉线”搓捻而成的多孔纤维结构,具有亲水的内部和防水的表面,当绳子浸入水中之后,水会通过毛细作用向上流动,水蒸发后,就会把盐离子留在绳子上,最终形成氯化钠和氯化锂晶体,可以轻松把它们收集起来。由于钠盐溶解度较低,会在绳子下端形成,而溶解度较高的锂盐则在上部形成,从而可以轻松地分离,无需使用更多的化学物质。上述研究人员表示,这种方法可节约90%的海水提锂设施占地面积,并将原来几个月甚至几年的海水提锂周期缩短为不到一个月,生产速度提高了20倍以上。
【关键词】锂电产业,绳子,海水