Science/Nature盘点: 二月材料领域重大进展

1、Science：钙钛矿表面KTaO3（001）的极性补偿机制

维也纳工业大学Martin Setvin（通讯作者）等人利用扫描探针显微镜和密度泛函理论研究了钙钛矿钽酸钾（KTaO3）（001）表面随着自由度增加的补偿机制。在真空中被切割的表面被固定在适当的位置，但是其能立即响应绝缘体到金属的转变以及可能的铁电晶格失真。在真空中退火形成分离的氧空位，随后将顶层完全重排成有序的KO和TaO2条纹图案。最终通过形成具有理想几何形状和电荷的羟基化覆盖层继而置于水蒸气后发现最佳解决方案。

文献链接：Polarity compensation mechanisms on the perovskite surface KTaO3(001)   （Science, 2018, DOI:10.1126/science.aar2287）

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2、Science: 电子束敏感材料的原子级分辨率TEM成像

阿卜杜拉国王科技大学的Daliang Zhang，Kun Li以及韩宇教授（共同通讯作者）发展了一系列策略来解决目前电子束敏感材料高分辨成像遇到的挑战。该课题组设计方法在限制整体电子剂量的前提利用直接观测电子计算（DDEC）相机分析了包括多种金属有机框架材料在内的一系列电子束敏感材料。利用这类策略，研究人员可观察到UiO-66中的苯环以及表面无配体和表面配体封端的共存现象。因此，该成果证明利用上述策略可以实现对电子束敏感材料的原子级分辨率的透射电子显微成像。

文献链接：Atomic-resolution transmission electron microscopy of electron beam–sensitive crystalline materials（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aao0865）

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3、Science：基于纳米结构范德瓦尔斯材料的红外双曲变面

西班牙巴斯克大学Rainer Hillenbrand（通讯作者）等人通过纳米结构化六面体氮化硼的薄层开发出中红外双曲线变面，该薄层支持深度亚波长尺度的声子极化激元，其与面内双曲线色散一起传播。通过应用红外纳米成像技术，可以看到发散极化子束的凹（不规则）波前，这代表了双曲极化子的标志性特征。这些结果说明了近场显微镜如何应用于揭示各向异性材料中极化激元的外来波前，并证明纳米结构的范德华材料可以为双曲线红外变换设备和电路形成高度可变和紧凑的平台。

文献链接：Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials（Science, 2018, DOI:10.1126/science.aaq1704）

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4、Science：快速冲击超薄薄膜产生液滴包裹层

弹性薄膜能依靠毛吸力对液滴产生自主包裹，而对该过程的直观观察非常重要。美国马萨诸塞大学Narayanan Menon（通讯作者）等人研究了水相中通过超薄聚合物薄膜实现对油滴的包裹。研究人员通过聚合薄膜的2D裁剪边缘得到包裹层的3D形状，并通过油包水和水包油薄膜两方面展现了该技术的普遍性。

文献链接：Wrapping with a splash: High-speed encapsulation with ultrathin sheets（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aao1290）

5、Nature：光催化碳炔类似物的生成及功能化

巴塞罗那科学技术研究所Marcos G. Suero（通讯作者）等人意识到碳炔的本征特点是可以连续形成3个新的共价键，猜测产生碳炔或相对稳定的其他碳形式的催化方法可以通过构建手性中心的组装点分离法实现。该研究组设计了一种新的催化方法，利用可见光光氧化还原催化剂，生成重氮基甲基自由基作为碳炔的类似物。这些碳炔类似物可以诱导芳香环上碳-氢键裂的位点选择，产生有效的重氮甲烷甲基化反应，这能稳定医药类化学物后期组装点功能化的排序控制。这种方法为生物活性分子通过调整手性中心的位点提供了有效的路径，也能进行有效后期功能化过程。

文献链接：Catalytic assembly-point functionalization of carbyne equivalents with feedstock chemicals（Nature，2018，doi:10.1038/nature25185）

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6、Nature：小小木材到高性能结构材料的飞跃

马里兰大学胡良兵、Teng Li（共同通讯）等人研发出了一种简单而有效的策略，将块状天然木材直接转变成高性能结构材料，其强度，韧性和防弹性提高了十倍，并具有更大的尺寸稳定性。通过在NaOH和Na2SO3的含水混合物中的沸腾过程从天然木材中部分去除木质素和半纤维素，随后进行热压，导致细胞壁的完全塌陷和天然木材与高度一致的纤维素纳米纤维的完全致密化。这种策略被证明对各种木材都是普遍有效的，该加工木材具有比大多数结构金属和合金更高的比强度，使其成为低成本，高性能，轻量级的替代品。

文献链接：Processing bulk natural wood into a high-performance structural material（Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25476）

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7、Nature：晶体有序转变消除缺陷机制的新发现

纽约大学Paul M. Chaikin（通讯作者）团队题为“Freezing on a sphere”的文章，表明了球体表面的冻结是通过形成一个单一的，包含晶体的“大陆”而形成的，它将缺陷强制分成12个孤立的“海洋”。使用这种破碎的对称性-将二十面体的顶点与缺陷“海洋”对齐，并将这些面展开到一个平面上，构造一个新的有序参数，以揭示晶格潜在的长程取向顺序。几何形状对结晶的影响可以在纳米级和微米级结构的设计中考虑到，其中可移动缺陷被隔离成自我排列的阵列。此外，缺陷在对称位置上的分离以及在这些位置附近伴随的流动性，在设计特定区域需要刚性和流动性的结构时实验证明是有用的。

文献链接：Freezing on a sphere（Nature,2018,DOI:10.1038/nature25468）

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8、Nature：由单层多晶二硫化钼制成的多端子忆阻晶体管

西北大学Mark C. Hersam（通讯作者）等人利用聚多晶单层二硫化钼（MoS₂）在实验上实现了多端混合记忆电阻和晶体管。二维 MoS₂ 忆阻器在单个电阻态中呈现出门控可调性。此外，六端子 MoS₂ 忆阻晶体管还拥有门控异源突触功能。该装置有助于研究复杂的神经形态学习及二维材料中的缺陷动力学。

文献链接：Multi-terminal memtransistors from polycrystalline monolayer molybdenum disulfide（Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25747）

9、Nature：量产弹性超敏电子皮肤

斯坦福大学鲍哲南教授（通讯作者）等人设计了能实现量产和均一性制备各种本征具可拉伸性的电子聚合物的方法，所制备的电子设备能实现本征弹性聚合物晶体管阵列密度高达347个晶体管每平方厘米。同时拉伸应变1000次晶体管的导电能力及灵敏度等也没有明显下降，能够与传感器阵列和数字电路等构建弹性可拉伸电子皮肤。所报道的制备方法同样能适用于其他本征弹性聚合物材料的应用以制备新一代弹性可拉伸电子皮肤设备。

文献链接：Skin electronics from scalable fabrication of an intrinsically stretchable transistor array（Nature，2018，DOI:10.1038/nature25494）

本文由材料人学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。

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