今日最新Nature: 可电化学重构的结构化材料

【引言】

结构化材料因为能够展现出负折射率等奇异性质而成为近年来非常活跃的研究对象。通过改变其几何特性，这类材料能够响应机械力、磁场等外部刺激从而实现新型功能。然而这种转变极其不稳定，并且需要持续不断的外部刺激，否则，一旦外部刺激消失，材料就会恢复到原始构型。这种缺陷致使基于结构化材料的器件难以施展应用。

【成果简介】

美国加州理工学院的J. R. Greer（通讯作者）等人报道了一种响应电化学反应的新型的结构化材料。在该工作中，研究人员发展了三维的硅包覆正方晶系微点阵，这种材料可以响应由电化学驱动的硅-锂合金反应产生协同的beam屈曲行为，通过这一行为，点阵可进一步转变进行正弦图案化。原位显微学揭示了这种结构转变是非常稳定可控的，并且具有可逆性。研究还重点关注到了缺陷和能量起伏影响结构化材料动态响应性能的作用。进一步研究也发现，通过预先设计的人工缺陷和微结构设计，畴边界可被程序化形成特异的图案并且实现一系列的重构自由度。该研究发展的新型结构化材料实现了材料的可电化学重构，可在电池电极、可调光子晶体和生物可植入器件等领域有所应用。2019年09月11日，相关成果以题为“Electrochemically reconfigurable architected materials”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 Si-微点阵锂化前后的制备过程及SEM表征

图2 Si-微点阵中锂化诱导屈曲行为的光学和电化学表征

图3化学-机械FEA模型化

图4 畴形成过程中的缺陷作用

图5 畴形成动力学的统计力学分析

图6 可电化学重构的结构化材料

文献链接：Electrochemically reconfigurable architected materials（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-1538-z）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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