科学家设计出既坚硬又能隔热的新型混合材料

科学家设计出既坚硬又能隔热的新型混合材料研究人员已经证明，他们有能力设计出既坚硬又能隔热的材料。这种特性的结合极为罕见，有望应用于一系列领域，如开发用于电子设备的新型隔热涂层。研究人员使用的是二维有机-无机混合包晶石材料的一个子集。这些薄膜由高度有序的晶体结构中的有机层和无机层交替组成，如图所示。资料来源：北卡罗来纳州立大学JunLiu"但在有些情况下，需要既坚硬又绝缘的材料。例如，你可能想制造隔热涂层，以保护电子产品免受高温影响。从历史上看，这一直是个难题。我们现在已经发现了一系列既坚硬又具有出色隔热性能的材料。更重要的是，我们可以根据需要设计这些材料，以控制它们的硬度和导热性。"Liu说：研究人员正在研究一种被称为二维有机-无机混合包晶石（2DHOIP）的材料。本文共同通讯作者、北卡罗来纳大学教堂山分校化学与应用物理科学教授WeiYou说："这些薄膜由高度有序的晶体结构中的有机层和无机层交替组成。我们可以调整无机层或有机层的成分。"本文共同通讯作者、德克萨斯农工大学材料科学与工程系助理教授QingTu说："我们发现，通过用苯环取代有机层中的部分碳-碳链，可以控制某些二维HOIP的弹性模量和导热性。基本上，在这个特定的层状材料子集中，我们添加的苯环越多，材料就越硬，隔热性能就越好。"Liu说："虽然发现这些材料本身就蕴含着一系列应用的巨大潜力，但作为研究人员，我们感到特别兴奋，因为我们已经确定了造成这些特性的机制，即苯环发挥的关键作用。"在实验中，研究人员至少发现了三种不同的二维HOIP材料，它们的导热性能越差，硬度越高。Liu说："这项工作令人兴奋，因为它为具有理想性能组合的工程材料提供了一条新的途径。"研究人员还发现了二维HOIP材料的另一个有趣现象。具体来说，他们发现，通过在有机层中引入手性（即使有机层中的碳链不对称），即使有机层的成分发生了重大变化，也能有效地保持相同的硬度和导热性。这提出了一些有趣的问题，即是否能够优化这些材料的其他特性，而不必担心这些变化会影响材料的刚度或导热性。论文发表在《ACSNano》杂志上。曾在北卡罗来纳州立大学攻读博士学位的AnkitNegi是该论文的第一作者。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432919.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432919.htm

科学家开发出存储能力更强的铝离子电池

科学家开发出存储能力更强的铝离子电池一个研究小组创造出一种有机氧化还原聚合物，可用作铝离子电池的正极。铝离子电池正在成为传统电池的潜在替代品，因为传统电池依赖于锂等难以获取且难以回收的材料。这种转变归因于铝在地壳中的丰富含量、其可回收性，以及相对于锂的安全性和成本效益。尽管如此，铝离子电池的发展仍处于早期阶段，因为研究人员仍在寻找能够提供足够存储容量的适当电极材料。最近，由乌尔姆大学的BirgitEsser博士、弗莱堡大学的IngoKrossing博士和AnnaFischer教授领导，GauthierStuder负责的研究小组在这一领域取得了突破性进展。研究小组开发了一种正电极材料，由一种基于吩噻嗪的有机氧化还原聚合物组成。在实验中，使用这种电极材料的铝电池存储的容量达到了以前从未达到的每克167毫安时（mAh/g）。因此，这种有机氧化还原聚合物的容量超过了石墨，而迄今为止，石墨主要用作电池的电极材料。该研究成果发表在《能源与环境科学》（Energy&EnvironmentalScience）杂志上。将电极材料插入复杂的铝阴离子在电池充电过程中，电极材料会被氧化，从而吸收复杂的铝阴离子。这样，有机氧化还原聚合物聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）就能在充电过程中可逆地插入两个[AlCl4]-阴离子。研究人员使用离子液体乙基甲基氯化咪唑作为电解质，并添加了氯化铝。电池示意图显示了电极材料被氧化、铝酸阴离子沉积的氧化还原过程。图片来源：BirgitEsser/弗莱堡大学"铝电池研究是一个令人兴奋的研究领域，在未来的储能系统中具有巨大潜力，"GauthierStuder说。"我们的重点是开发具有高性能和可逆特性的新型有机氧化还原活性材料。通过研究聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）在氯铝酸盐基离子液体中的氧化还原特性，我们取得了重大突破，首次证明了吩噻嗪基电极材料的可逆双电子氧化还原过程。"在10摄氏度条件下进行5,000次充电循环后，电池仍能保持88%的容量聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）能在0.81伏和1.65伏的电位下沉积[AlCl4]-阴离子，并提供高达167毫安时/克的比容量。相比之下，作为铝电池电极材料的石墨的放电容量为120毫安时/克。经过5000次充电循环后，研究小组展示的电池在10C（即充放电速率为6分钟）条件下仍具有88%的容量。在较低的C速率下，即充放电时间较长的情况下，电池仍能恢复到原来的容量。BirgitEsser说："这种电极材料具有放电电压高、比容量大以及在快速C速率下容量保持率高的特点，代表了可充电铝电池开发领域的一大进步，因此也代表了先进且经济实惠的储能解决方案的一大进步。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377793.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377793.htm

韩国科学家研制出治疗骨骼破裂的新型“骨绷带”材料

韩国科学家研制出治疗骨骼破裂的新型“骨绷带”材料骨再生是一个复杂的过程，目前促进骨再生的方法，如移植物和应用生长因子，都面临着费用增加等挑战。然而，随着一种能够促进骨组织发育的压电材料的问世，这一研究取得了突破性进展。由材料科学与工程系（DMSE）SeungbumHong教授领导的KAIST研究小组于1月25日宣布，利用羟基磷灰石（HAp）独特的成骨能力，开发出了一种生物仿生支架，可在施加压力时产生电信号。这项研究是与全南国立大学聚合生物系统工程系的JanghoKim教授领导的团队合作进行的。HAp是一种存在于骨骼和牙齿中的基本磷酸钙物质。这种具有生物相容性的矿物质还具有防止蛀牙的作用，常用于牙膏中。骨再生领域的突破以往关于压电支架的研究证实了压电性在促进骨再生和改善各种聚合物基材料的骨融合方面的作用，但在模拟最佳骨组织再生所需的复杂细胞环境方面受到限制。然而，这项研究提出了一种新方法，利用HAp独特的成骨能力来开发一种模拟活体骨组织环境的材料。压电和地形生物仿生支架的设计和表征。(a)通过加入HAp的P（VDF-TrFE）支架提供的电学和地形学线索增强骨再生机制的示意图。(b)制作过程示意图。资料来源：KAIST材料成像与集成实验室研究小组开发了一种将HAp与聚合物薄膜融合在一起的制造工艺。通过对大鼠进行体外和体内实验，该工艺开发出的柔性独立支架在促进骨再生方面具有显著的潜力。了解骨再生原理研究小组还确定了其支架所依据的骨再生原理。他们利用原子力显微镜（AFM）分析了支架的电特性，并评估了与细胞形状和细胞骨骼蛋白形成有关的详细表面特性。他们还研究了压电性和表面特性对生长因子表达的影响。韩国科学技术院DMSE的Hong教授说："我们开发出了一种基于HAp的压电复合材料，它可以像'骨绷带'一样加速骨再生。他补充说："这项研究不仅为生物材料的设计提出了新的方向，而且在探索压电性和表面特性对骨再生的影响方面也具有重要意义。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418833.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418833.htm

科学家发现新型二维量子材料 质量增加100倍

科学家发现新型二维量子材料质量增加100倍"CeSiI中的电子比普通材料中的电子质量大100倍。这就是它们被称为重费米子的原因。"这项研究背后的乌普萨拉大学研究人员之一Chin-ShenOng说："CeSiI的特别之处在于，这种有效质量是各向异性的，它取决于电子在原子层中移动的方向。"瑞典乌普萨拉大学物理与天文学系研究员Chin-ShenOng。资料来源：乌普萨拉大学这项研究是乌普萨拉大学材料理论研究人员与美国哥伦比亚大学研究人员的合作成果。对于乌普萨拉大学的材料研究人员来说，主要问题是从理论上研究材料中电子的量子特性。重费米子的背景和意义重费米子化合物是一类电子相互作用异常强烈的材料。在此过程中，它们在所谓的量子波动中协调运动。这种相互作用使电子的质量比普通材料中的电子大100或1000倍。这些量子波动被认为在许多至今无法解释的量子现象中发挥了重要作用，如非常规超导现象（电流可以通过材料而不损失能量）和磁性。这种新型量子材料是在哥伦比亚大学实验室合成的，其独特之处在于它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈、硅和碘（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。有关重费米子材料的研究已经进行了几十年，但直到现在，研究重点仍是原子紧密排列成三维结构的材料。早在20世纪70年代，乌普萨拉大学的研究人员就开始重点研究铈基材料，并取得了巨大成功。然而，由哥伦比亚大学实验室合成的这种新材料却独一无二，因为它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈层、硅层和碘层（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。"有了这一发现，我们现在有了一个大大改进的材料平台，可以用来研究相关电子结构。二维材料就像乐高积木。我们的合作伙伴已经在着手添加其他二维材料的层，以创造出一种具有定制量子特性的新材料，"Chin-ShenOng说。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1417027.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1417027.htm

弯曲的空间结构 - 科学家们开发出一种新的量子材料

弯曲的空间结构-科学家们开发出一种新的量子材料由于铝酸镧（LaAlO3）和钛酸锶（SrTiO3）界面的自旋和轨道状态的叠加，导致空间结构的曲率。资料来源：XavierRavinet-UNIGE由日内瓦大学（UNIGE）领导的一项全球合作，包括来自萨勒诺大学、乌特勒支大学和代尔夫特大学的研究人员已经开发出一种材料，可以通过弯曲它们演变的空间结构来控制电子的动态。这一进展为未来的电子设备带来了希望，特别是在光电子领域。该研究结果发表在《自然材料》杂志上。未来的电信产业将需要新的、极其强大的电子装置。这些设备必须能够以前所未有的速度处理电磁信号，在皮秒范围内，即十亿分之一秒的速度。这在目前的半导体材料中是无法想象的，例如硅，它被广泛用于我们的电话、电脑和游戏机的电子元件中。为了实现这一目标，科学家和工业界正专注于新的量子材料的设计。由于其独特的属性--特别是组成它们的电子的集体反应--这些量子材料可用于在新的电子设备中捕获、操纵和传输携带信息的信号（例如，在量子通信的情况下，光子）。此外，它们可以在尚未探索的电磁频率范围内工作，因此将为非常高速的通信系统开辟道路。曲速驱动器量子物质最迷人的特性之一是电子可以在一个弯曲的空间中演化。由于电子所处空间的这种扭曲，力场产生了传统材料中完全没有的动力学。这是量子叠加原理的一个杰出应用，"UNIGE理学院量子物质物理系全职教授AndreaCaviglia解释说，他是这项研究的最后一名作者。在最初的理论研究之后，来自日内瓦大学、萨勒诺大学、乌特勒支大学和代尔夫特大学的国际研究小组设计了一种材料，其中空间结构的曲率是可控的。''我们设计了一个承载极薄的自由电子层的界面。它被夹在钛酸锶和铝酸镧之间，这是两种绝缘的氧化物，''萨勒诺大学教授和理论研究的协调人CarmineOrtix说。这种组合使我们能够获得可以按需控制的特殊电子几何构型。一次一个原子为了实现这一目标，研究小组使用了一个先进的系统，在原子尺度上制造材料。使用激光脉冲，每层原子被一个接一个地堆叠起来。''这种方法使我们能够在空间中创造特殊的原子组合，从而影响材料的行为，''研究人员详细说明。虽然技术使用的前景还很遥远，但这种新材料在探索极高速电磁信号操纵方面开辟了新的途径。这些结果也可用于开发新的传感器。研究小组的下一步将是进一步观察这种材料对高电磁频率的反应，以更精确地确定其潜在的应用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354017.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354017.htm

兼具自愈能力和抗菌性 - 科学家开发出能改变人体组织生长的新材料Trpzip

兼具自愈能力和抗菌性-科学家开发出能改变人体组织生长的新材料Trpzip"Trpzip"材料在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会发生重塑。资料来源：新南威尔士大学悉尼分校一些人造水凝胶被广泛应用于各种商品中，从食品和化妆品到隐形眼镜和吸水材料，最近还被用于医学研究，以密封伤口和替代受损组织。虽然合成水凝胶可以充分发挥空间填充剂的作用，促进组织生长，但却无法再现真实人体组织的复杂特性。但在今天发表于《自然-通讯》（NatureCommunications）上的一篇研究论文中，新南威尔士大学的科学家们描述了一种新型实验室制造的水凝胶如何表现得像天然组织，并具有许多令人惊讶的特性，这些特性对医疗、食品和制造技术都有影响。新南威尔士大学材料科学与工程学院和化学学院的克里斯-基利安（KrisKilian）副教授说，这种水凝胶材料由非常简单的短肽制成，而短肽是蛋白质的组成部分。基利安教授说："这种材料具有生物活性，这意味着被包裹的细胞就像生活在天然组织中一样。同时，这种材料还具有抗菌性，这意味着它可以防止细菌感染。这种组合使它成为可能用于医学的材料的最佳选择。这种材料还具有自愈性，这意味着它在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会重新塑形。这使它成为三维生物打印的理想材料，或作为一种可注射的药物材料。"AshleyNguyen是新南威尔士大学化学学院的博士生，也是该论文的第一作者，她是在COVID-19大流行期间利用计算机模拟发现这一发现的。Nguyen一直在寻找能够自我组装的分子--即在没有人为干预的情况下自发排列的分子--并偶然发现了"色氨酸链条"的概念。这是一种含有多个色氨酸的氨基酸短链，可促进链条自组装，因而这种材料被命名为"Trpzip"。Nguyen说："通过计算模拟，我发现了一种可能形成水凝胶的独特肽序列，这让我非常兴奋。我们回到实验室后，我合成了最重要的候选肽，看到它真的形成了凝胶，我非常激动。这种水凝胶的发现有可能成为广泛使用的天然材料的道德替代品。天然水凝胶早已在社会上广泛使用，从食品加工到化妆品，但需要从动物身上采集，这就带来了伦理问题。此外，动物提取的材料也很难用于人体，因为会产生负面的免疫反应。有了Trpzip，我们就有了一种合成材料，它不仅在目前使用天然材料的许多领域显示出潜力，而且在临床研究等其他领域也能胜过天然材料。"为了测试Trpzip在生物医学研究中的可行性，Kilian教授的团队与新南威尔士大学悉尼分校生物医学科学学院的研究员ShafaghWaters博士合作，后者在研究中使用Matrigel（一种从小鼠肿瘤中提取的水凝胶）培养与模拟患者组织。"在研究中使用Matrigel有一些缺点，因为每一批都不一样。化学定义的替代品可能更便宜、更均匀，这将证明对生物医学研究非常有益，"沃特斯博士说。基里安教授指出，天然材料业务是一个价值数十亿美元的产业，他说该团队热衷于探索商业化途径："我们认为，Trpzip水凝胶和类似材料将为动物源性产品提供更统一、更具成本效益的替代品。如果我们的材料能减少科学研究中使用的动物数量，那将是一个巨大的成果。"下一阶段的研究将涉及与行业和临床科学家合作，测试Trpzip凝胶在组织培养中的效用，并探索能突出其独特动态特性的应用，如三维生物打印和干细胞输送。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392947.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392947.htm