材料前沿最新綜述精選(2018年1月第2周)

 

 

　　圖1 靜電紡絲分級(jí)結(jié)構(gòu)的一維到三維聚合物纖維及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

 

　　包含一維，二維和三維分層結(jié)構(gòu)的聚合物纖維由于它們?cè)谥T如感測(cè)， 醫(yī)藥，能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域的潛力最近受到越來越多的關(guān)注。近日，西南交通大學(xué)周紹兵(通訊作者)團(tuán)隊(duì)總結(jié)了過去十年中通過靜電紡絲技術(shù)設(shè)計(jì)和制造分層結(jié)構(gòu)聚合物纖維的進(jìn)展，包括多種靜電紡絲裝置和使用各種聚合物的靜電紡絲參數(shù)。這些定義明確的多級(jí)結(jié)構(gòu)使纖維能夠更有效地用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，如藥物輸送，組織工程和診斷。通過這篇綜述可以提供更好的理解聚合物纖維的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系以及進(jìn)一步的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：From nano to micro to macro: Electrospun hierarchically structured polymeric fibers for biomedical applications(Prog. Polym. Sci. ,2017,DOI:10.1016/j.progpolymsci.2017.12.003)

 

　　2、Accounts of Chemical Research綜述：電化學(xué)石英晶體微天平電化學(xué)儲(chǔ)能電極的原位實(shí)時(shí)機(jī)械和形貌表征

 

　

　　圖2 形貌表征

 

　　石英晶體微量天平與耗散監(jiān)測(cè)(QCM-D)在石英晶體板中產(chǎn)生表面聲波，可以有效探測(cè)薄膜的結(jié)構(gòu)。但是，大多數(shù)采用電化學(xué)系統(tǒng)的QCM測(cè)量是基于單一的(基本)頻率進(jìn)行的，因此，只要諧振帶寬保持不變，就只適用于重力測(cè)量。多諧波測(cè)量主要是在導(dǎo)電/氧化還原聚合物膜上進(jìn)行，而不是在典型的復(fù)合電池/超級(jí)電容器電極上進(jìn)行。近日，巴伊蘭大學(xué)Mikhael D. Levi、Doron Aurbach(共同通訊)等人總結(jié)了最近發(fā)表的致力于開發(fā)基于電化學(xué)QCM-D(EQCM-D)，用于對(duì)操作電池/超級(jí)電容器電極的機(jī)械性能進(jìn)行系統(tǒng)表征的方法。通過改變電極的組成和結(jié)構(gòu)(薄/厚層，小/大顆粒，具有不同機(jī)械性能的粘合劑等)，電解質(zhì)溶液的性質(zhì)和循環(huán)條件，顯示該方法在不同的應(yīng)用模式下運(yùn)行的效果。該方法可以很容易地作為儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的高效原位分析工具來實(shí)施。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：In Situ Real-Time Mechanical and Morphological Characterization of Electrodes for Electrochemical Energy Storage and Conversion by Electrochemical Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring(Acc. Chem. Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00477)

 

　　3、Accounts of Chemical Research綜述：緩解高能電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)退化的納米級(jí)保護(hù)層

 

 

　　圖3 納米級(jí)保護(hù)層示意圖

 

　　在追求更高能量的儲(chǔ)能設(shè)備方面，新的離子儲(chǔ)存材料和高壓電池化學(xué)品是非常重要的。越來越多的研究強(qiáng)調(diào)了通過在電極-電解質(zhì)界面處形成人造界面區(qū)域的薄保護(hù)層(PL)可改善退化機(jī)制。 近日，馬里蘭大學(xué)Chuan-Fu Lin、Gary W. Rubloff(共同通訊)等人總結(jié)了用作避免鋰金屬正極，轉(zhuǎn)換型電極材料和合金型電極退化的緩解策略。在實(shí)驗(yàn)和理論證據(jù)的基礎(chǔ)上提出，PL有效地穩(wěn)定了電化學(xué)界面以防止寄生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，并且減輕了在電極-電解質(zhì)界面處電極材料的結(jié)構(gòu)，機(jī)械和成分退化。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Nanoscale Protection Layers To Mitigate Degradation in High-Energy Electrochemical Energy Storage Systems(Acc. Chem. Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00524)

 

　　4、Accounts of Chemical Research綜述：金屬間結(jié)構(gòu)拓?fù)洌簭慕y(tǒng)計(jì)到合理設(shè)計(jì)

 

 

 

 

　　圖4 各種金屬間化合物的原子結(jié)構(gòu)

 

　　現(xiàn)代結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫收集了38000多種僅由金屬原子構(gòu)成的物質(zhì)，我們可以稱之為金屬間化合物。近日，薩馬拉大學(xué)Vladislav A. Blatov(通訊作者)團(tuán)隊(duì)通過使用多用途結(jié)晶化學(xué)程序包ToposPro，利用客觀和可重復(fù)的拓?fù)浞椒ㄌ剿髁私饘匍g化合物的結(jié)構(gòu)化學(xué)，并對(duì)能夠調(diào)和不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。描述了文獻(xiàn)中使用的不同觀點(diǎn)，表明12頂點(diǎn)多面體是最常見的(33%)，其中幾乎一半是二十面體(46%)，其次是立方八面體(25%)， 雙帽五棱鏡(13%)。在該方案中，所有的結(jié)構(gòu)描述符都可以與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模擬結(jié)果相關(guān)聯(lián)，然后可以用來合成新的金屬間化合物并預(yù)測(cè)新的材料。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Topology of Intermetallic Structures: From Statistics to Rational Design(Acc. Chem. Res.,2017,DOI：10.1021/acs.accounts.7b00466)

 

　　5、Progress in Materials Science綜述：金屬部件的增量制造：工藝，結(jié)構(gòu)和性能

 

　　

 

　　圖5 各種增量制造工藝原理圖

 

　　自有了增量制造以來，國(guó)內(nèi)外在了解增量制造(AM)工藝以及所制造的金屬部件的結(jié)構(gòu)和性能方面取得了重大進(jìn)展。近日，賓夕法尼亞大學(xué)T.DebRoy(通訊作者)團(tuán)隊(duì)的綜述涵蓋了對(duì)金屬材料AM的新興研究，并提供了沉積零件冶金結(jié)構(gòu)和性能的物理過程和基礎(chǔ)科學(xué)的綜合概述。該文的獨(dú)特之處包括對(duì)難熔合金，貴金屬和成分梯度合金的實(shí)質(zhì)性討論，AM與焊接的簡(jiǎn)單比較以及基于實(shí)驗(yàn)和理論對(duì)各種工程合金可印刷性的嚴(yán)格檢驗(yàn)。并提供了對(duì)該領(lǐng)域現(xiàn)狀的評(píng)估，科學(xué)認(rèn)識(shí)上的差距以及對(duì)金屬部件AM擴(kuò)展的研究需求。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Additive manufacturing of metallic components – Process, structure and properties(Prog. Mater. Sci.,2017,DOI:10.1016/j.pmatsci.2017.10.001)

 

　　6、Progress in Materials Science綜述：木質(zhì)素的性質(zhì)和化學(xué)改性：用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的木質(zhì)素基納米材料

 

　

 

　　圖6 木質(zhì)素的分子式及微觀結(jié)構(gòu)

 

　　生物可再生聚合物已經(jīng)成為用于各種不同應(yīng)用的傳統(tǒng)金屬和有機(jī)材料的有吸引力的替代品。這主要是因?yàn)樗鼈兊纳锵嗳菪裕缮锝到庑院偷蜕a(chǎn)成本。近日，赫爾辛基大學(xué)Patrícia Figueiredo、Hélder A. Santos(共同通訊)等人概述了木質(zhì)素的組成和性質(zhì)，提取方法和化學(xué)修飾。此外還介紹了木質(zhì)素基納米材料的不同制備方法，其具有抗氧化劑紫外線吸收和抗菌性能，可用作納米復(fù)合材料中的增強(qiáng)劑，并可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的藥物遞送和基因遞送載體中。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Properties and chemical modifications of lignin: Towards lignin-based nanomaterials for biomedical applications(Prog. Mater. Sci.,2017,DOI:10.1016/j.pmatsci.2017.12.001)

 

　　7、Progress in Materials Science綜述：用于熱電發(fā)電的導(dǎo)電聚合物

 

　　

 

　　圖7 近年來導(dǎo)電聚合物的進(jìn)展

 

　　盡管在過去的十年中，導(dǎo)電聚合物已經(jīng)應(yīng)用于包括電子，超級(jí)電容器，傳感器，晶體管和存儲(chǔ)器等各種柔性器件中，但對(duì)其在熱電發(fā)電領(lǐng)域的探索還不是很大。近日，巴巴原子研究中心Meetu Bharti、Ajay Singh(共同通訊)等人提供了關(guān)于各種導(dǎo)電聚合物的熱電性能的綜合研究。指出最近有機(jī)熱電材料的發(fā)展方向：(1)影響熱電性能的因素; (2)改善功率因數(shù)所需的策略(由于固有的低導(dǎo)熱率); (3)仍然面臨的挑戰(zhàn)。電和熱傳輸機(jī)制的詳細(xì)分析表明，可以應(yīng)用諸如拉伸，受控?fù)诫s和添加無機(jī)材料/碳納米結(jié)構(gòu)的各種工藝來提高熱電品質(zhì)因數(shù)。