材料前沿最新綜述精選(2018年1月第2周)

 

 

　　圖1 靜電紡絲分級結(jié)構(gòu)的一維到三維聚合物纖維及其在生物醫(yī)學領域的應用

 

　　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在諸如感測， 醫(yī)藥，能源儲存等領域的潛力最近受到越來越多的關注。近日，西南交通大學周紹兵(通訊作者)團隊總結(jié)了過去十年中通過靜電紡絲技術設計和制造分層結(jié)構(gòu)聚合物纖維的進展，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結(jié)構(gòu)使纖維能夠更有效地用于生物醫(yī)學領域的應用，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)和功能之間的關系以及進一步的生物醫(yī)學應用。

 

　　文獻鏈接：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：電化學石英晶體微天平電化學儲能電極的原位實時機械和形貌表征

 

　

　　圖2 形貌表征

 

　　石英晶體微量天平與耗散監(jiān)測(QCM-D)在石英晶體板中產(chǎn)生表面聲波，可以有效探測薄膜的結(jié)構(gòu)。但是，大多數(shù)采用電化學系統(tǒng)的QCM測量是基于單一的(基本)頻率進行的，因此，只要諧振帶寬保持不變，就只適用于重力測量。多諧波測量主要是在導電/氧化還原聚合物膜上進行，而不是在典型的復合電池/超級電容器電極上進行。近日，巴伊蘭大學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QCM-D(EQCM-D)，用于對操作電池/超級電容器電極的機械性能進行系統(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用模式下運行的效果。該方法可以很容易地作為儲能和轉(zhuǎn)換領域的高效原位分析工具來實施。

 

　　文獻鏈接：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：緩解高能電化學儲能系統(tǒng)退化的納米級保護層

 

 

　　圖3 納米級保護層示意圖

 

　　在追求更高能量的儲能設備方面，新的離子儲存材料和高壓電池化學品是非常重要的。越來越多的研究強調(diào)了通過在電極-電解質(zhì)界面處形成人造界面區(qū)域的薄保護層(PL)可改善退化機制。 近日，馬里蘭大學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。在實驗和理論證據(jù)的基礎上提出，PL有效地穩(wěn)定了電化學界面以防止寄生化學和電化學反應，并且減輕了在電極-電解質(zhì)界面處電極材料的結(jié)構(gòu)，機械和成分退化。

 

　　文獻鏈接：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)拓撲：從統(tǒng)計到合理設計

 

 

 

 

　　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Vladislav A. Blatov(通訊作者)團隊通過使用多用途結(jié)晶化學程序包ToposPro，利用客觀和可重復的拓撲方法探索了金屬間化合物的結(jié)構(gòu)化學，并對能夠調(diào)和不同的結(jié)構(gòu)進行了描述。描述了文獻中使用的不同觀點，表明12頂點多面體是最常見的(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)描述符都可以與實驗數(shù)據(jù)和理論模擬結(jié)果相關聯(lián)，然后可以用來合成新的金屬間化合物并預測新的材料。

 

　　文獻鏈接：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展。近日，賓夕法尼亞大學T.DebRoy(通訊作者)團隊的綜述涵蓋了對金屬材料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科學的綜合概述。該文的獨特之處包括對難熔合金，貴金屬和成分梯度合金的實質(zhì)性討論，AM與焊接的簡單比較以及基于實驗和理論對各種工程合金可印刷性的嚴格檢驗。并提供了對該領域現(xiàn)狀的評估，科學認識上的差距以及對金屬部件AM擴展的研究需求。

 

　　文獻鏈接：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)和化學改性：用于生物醫(yī)學應用的木質(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用的傳統(tǒng)金屬和有機材料的有吸引力的替代品。這主要是因為它們的生物相容性，可生物降解性和低生產(chǎn)成本。近日，赫爾辛基大學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，可用作納米復合材料中的增強劑，并可用于生物醫(yī)學應用的藥物遞送和基因遞送載體中。

 

　　文獻鏈接：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)電的導電聚合物

 

　　

 

　　圖7 近年來導電聚合物的進展

 

　　盡管在過去的十年中，導電聚合物已經(jīng)應用于包括電子，超級電容器，傳感器，晶體管和存儲器等各種柔性器件中，但對其在熱電發(fā)電領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)等人提供了關于各種導電聚合物的熱電性能的綜合研究。指出最近有機熱電材料的發(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(由于固有的低導熱率); (3)仍然面臨的挑戰(zhàn)。電和熱傳輸機制的詳細分析表明，可以應用諸如拉伸，受控摻雜和添加無機材料/碳納米結(jié)構(gòu)的各種工藝來提高熱電品質(zhì)因數(shù)。