顶刊动态 | Science：9月材料前沿科研成果精选

小小 8年前 (2016-10-12) 21013浏览

9月份science
内容预览：美国罗格斯大学——微波还原法制备高质量石墨烯仅需1秒；崔屹——可为人体降温的纳米多孔聚乙烯织物；韩国科学技术研究院等——MXenes高效屏蔽电磁干扰；林志群——一维纳米晶尺寸、组成及结构的精确控制；麻省理工学院——量化分子缺陷对聚合物网络弹性的影响；美国哥伦比亚大学——杂化钙钛矿中结晶液体保护高能载流子；哥伦比亚大学——弹道石墨烯p-n结中的电子光学；斯坦福大学——石墨烯超晶格中的弹道微带传导；意大利都灵理工大学——含氟聚合物提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性；瑞士洛桑联邦理工学院——铷离子掺杂提高钙钛矿太阳能电池光伏性能。

1、微波还原法制备高质量石墨烯仅需1秒

图1 与完整的单一氧化石墨烯、还原性氧化石墨烯和CVD生长的石墨烯相比较，微波辅助还原氧化石墨烯的物理性能表征结果

美国罗格斯大学的Manish Chhowalla教授等报道了一种仅需1-2秒的微波法制备高质量石墨烯。该方法制备得到的石墨烯材料作为场效应晶体管中的通道材料电子迁移率大于 1000 cm2 V−1 s−1，并且作为催化剂载体材料表现出优异的析氧催化性能。

文献链接：High-quality graphene via microwave reduction of solution-exfoliated graphene oxide (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aah3398)

相关报道：Science：微波还原法1秒制备高质量石墨烯！

2、崔屹：可为人体降温的纳米多孔聚乙烯织物

图2 nanoPE的光学性能和形貌

斯坦福大学的崔屹教授等开发出一种纳米孔聚乙烯（nanoPE）织物，利用这种多孔高分子织物可以实现体表无能耗散热管理。研究表明，人体是优良的红外辐射源，而孔径在50-1000纳米的nanoPE材料在阻止可见光透过的同时又能允许中红外辐射透过，这样一来就可以实现体表的有效散热。nanoPE材料经过一定处理，在保持散热功能的同时还能保留透气率以及可穿戴机械强度等正常纺织物的性能。虽然在洗涤次数、耐磨度等性能上还需开发完善，但这无疑是一种可以有效改善个人热能管理效能的纺织品材料。

文献链接：Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf5471)

3、MXenes高效屏蔽电磁干扰

图3 Ti3C2Tx及Ti3C2Tx-SA复合薄膜的结构图示

韩国科学技术研究院的Faisal Shahzad（通讯作者）、美国德雷赛尔大学的Mohamed Alhabeb和Christine B. Hatter（共同通讯作者）等证实了几种二维金属碳化物或氮化物（MXenes）及其聚合物复合材料在电磁干扰屏蔽上的应用潜力。45微米厚的Ti3C2Tx薄膜电磁干扰屏蔽效率可达到92 dB，这是迄今合成材料中屏蔽性能最佳的材料。MXenes及其复合材料因其机械柔性及易于涂层的能力使其可作为任何形状的物品屏蔽层，同时还提够高电磁干扰屏蔽效率。

文献链接：Electromagnetic interference shielding with 2D transition metal carbides (MXenes) (Science, 2016, DOI：10.1126/science.aag2421)

相关报道：Science：MXenes实现高效屏蔽电磁干扰

4、林志群：一维纳米晶尺寸、组成及结构的精确控制

图4 使用两性分子直筒型BBCP作为纳米反应器来合成一维纳米晶体的合成机制图解

佐治亚理工学院的林志群教授等报道了一种通用方法，利用洗瓶刷式的嵌段共聚物（BBCP）作为纳米反应器合成出各种具有精确控制的尺寸和组成的不同结构纳米棒。这些圆筒形单分子纳米反应器使得一维纳米晶大小、形状、结构、表面化学和性质得到高度控制。实现了具有金属性、铁电性、上转换、半导体性或热电性及其组合性质的一维纳米晶的合成。

文献链接：1D nanocrystals with precisely controlled dimensions, compositions, and architectures (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aad8279)

相关报道：林志群Science：一维纳米晶尺寸、组成及结构的精确控制！

5、量化分子缺陷对聚合物网络弹性的影响

图5 末端连接的聚合物网络的环状缺陷

麻省理工学院的Bradley D. Olsen和Jeremiah A. Johnson等利用流变学、对称同位素标记分解光谱法和蒙特卡罗模拟法来测量剪切弹性模量，计算一系列聚合物水凝胶的不同阶的拓扑结构的环状缺陷的数目，然后用这些数据来评价虚拟网络弹性理论和仿射网络弹性理论。根据结果提出了真实弹性网络理论，这个理论描述了分子缺陷怎么影响聚合物网络的弹性。这个理论对剪切弹性模量的预测和实验所观察到的一致。

文献链接：Quantifying the impact of molecular defects on polymer network elasticity (Science, 2016, DOI: 10.1126 /science.aag3349)

相关报道：Science：量化分子缺陷对聚合物网络弹性的影响

6、杂化钙钛矿中结晶液体保护高能载流子

图6 揭示长寿命热载流子的荧光（PL）光谱

美国哥伦比亚大学的X.-Y. Zhu等通过比较三种单晶铅溴钙钛矿材料（CH3NH3PbBr3、CH(NH2)2PbBr3和CsPbBr3）揭示了载流子被保护的机制。在CH3NH3PbBr3和CH(NH2)2PbBr3中观测到了寿命为10^2 ps量级高能载流子热荧光的发射，但在CsPbBr3中没有。热荧光与液体分子取向的移动有关，这表明通过溶剂化作用或大极化子的形成与快速冷却在时间上竞争，这种动态的庇护保护了高能载流子。相似的保护机制也存在于带边的载流子。长寿命的高能载流子能够确保热载流子太阳能电池的效率突破Shockley-Queisser的限制。

文献链接：Screening in crystalline liquids protects energetic carriers in hybrid perovskites (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf9570)

相关报道：Science：在杂化钙钛矿中结晶液体保护高能载流子

7、弹道石墨烯p-n结中的电子光学

图7 电子折射