材料前沿最新综述精选(2017年8月第1周)
1、Nature Photonics综述：用于非易失性光子的相变材料
相变材料（PCMs）具有独特的性能组合。在从无定形转变为结晶状态时，它们的光学特性急剧变化。可以利用短光或电脉冲完成状态之间的切换，使得PCMs在光子应用方面具有吸引力。亚琛工业大学的M. Wuttig（通讯作者）等人回顾了PCMs的最新进展，并评估了全光子记忆的潜力。为实现这一目标，提出了实现具有逐步可调传输波导的进展和现有挑战。最后介绍了基于等离子体激元纳米结构的纳米光子学应用，它们提供了可重新配置的非易失性功能，从而实现了对光的操作和控制，此外文中还介绍了在新兴光子学领域成功实施PCMs的要求和观点。
文献链接：Phase-change materials for non-volatile photonic applications（Nat.Photon.,2017,DOI:10.1038/nphoton.2017.126 ）
2、Chemical Reviews综述：具有刺激反应机械性能的仿生聚合物体系
具有可切换机械性能的材料在生物体中广泛存在，并赋予许多物种对其生存至关重要的特征。在自然界中发现的许多机械变形材料系统都是基于层次结构的，它们是机械稳定性的基础，也是响应行为的关键。通过对具有改变其机械特性的生物材料中操作原理和功能越来越多的理解，人们已经对认识仿生材料中的这种结构和功能作出了重大努力。该领域的研究在过去二十年中迅速发展，并提供了许多生物材料的例子，能够在远程刺激时可逆地改变其刚度，形状，孔隙度，密度或硬度。瑞士弗里堡大学的Dafni Moatsou和Christoph Weder（共同通讯）等人总结了该领域的研究现状。
文献链接：Bioinspired Polymer Systems with Stimuli-Responsive Mechanical Properties（Chem.Rev.,2017,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00168）
3、Chemical Society Reviews综述：具有集体流动状态的活性胶体
活性物质（自转物体将能量转化为机械运动以驱动其运动，最常见于流体）的集体流动性构成了科学和技术的新前沿。韩国蔚山科学技术大学的Steve Granick（共同通讯）等人研究了现有研究领域的现状，短期内可以解决哪些新的科学问题，以及长远的发展方向。 并研究了：（1）尝试制定设计原则来定制活性颗粒; （2）尝试设计原理，根据这些原理，了解活性粒子在传统胶体科学的粒子间相互作用; （3）试图设计集体行为和动态组合的预期模式; （4）与平衡热力学相结合。 在每个方面，该团队评估了其成就，局限性和研究的价值。
文献链接：Active colloids with collective mobility status and research opportunities（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00461C）
4、Chemical Society Reviews综述：聚合物的表面官能化
聚合物的许多应用需要其表面官能化用于传感器，复合材料，膜，微流体和生物医学装置等等。这种表面改性使表面具有独立于本体聚合物的新特性。巴黎狄德罗大学的Jean Pinson（通讯作者）等人介绍了基于多样化原理的可用于执行表面官能化的不同方法，包括等离子体和紫外线照射，原子层沉积，电化学，氧化，还原，水解，使用自由基等。文中简要描述了不同方法的原理，并给出了许多实例来突出方法和应用的可能性。
文献链接：Surface functionalisation of polymers（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00150A）
5、Chemical Society Reviews综述：二维分层双氢氧化物纳米片的制备及其应用
层状双氢氧化物（LDHs）具有高度灵活和可调的化学成分和物理性能，近年来引起了广泛的关注。 LDHs已被广泛应用于聚合物纳米复合材料中的催化剂，阴离子交换材料，阻燃剂和纳米填料。将LDHs剥离成超薄纳米片为多功能材料提供了一系列新的机会。康涅狄格大学的孙陆逸和牛津大学的Dermot O'Hare（共同通讯）等人总结了当前可用的LDHs剥离方法。 特别强调了直接合成单层LDHs纳米片的最新进展，以及LDHs纳米片在催化析氧反应和制备发光器件，超级电容器和阻燃纳米复合材料方面的新兴应用。
文献链接：Preparation of two dimensional layered double hydroxide nanosheets and their applications（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00318H）
6、Nature Reviews Materials综述：石墨烯基智能材料
石墨烯的高比表面积和优异的机械，电学，光学和热学性质使其成为了高性能刺激响应或“智能”材料有吸引力的组件。与这些固有性质相辅相成，功能化或杂化可以显著改善这些材料的性能。典型的石墨烯基智能材料包括机械剥离的石墨烯，化学气相沉积的高品质石墨烯，化学改性石墨烯（例如氧化石墨烯和氧化还原石墨烯）及其宏观组件或复合材料，这些材料对一系列刺激敏感，包括气体分子或生物分子，pH值，机械应变，电场和热或光激发。清华大学的石高全教授和曲良体教授（共同通讯）等人概述了不同的石墨烯基智能材料及其在执行器，化学或应变传感器，自愈材料，光热疗法和受控药物递送的应用。还介绍了石墨烯基智能材料的工作机制，并讨论了其实际应用面临的挑战。
文献链接：Graphene-based smart materials（Nat.Rev.Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.46）
7、Chemical Reviews综述：聚合物用于3D印刷和增材制造
增材制造（AM）别名3D打印，即将计算机辅助设计（CAD）虚拟3D模型转换为物理实体。通过CAD，3D扫描或层析成像数据的数字切片，AM可以逐层构建对象，而不需要模具或加工。AM通过利用互联网上的数字信息存储和检索。从原型到快速制造的持续转变促使机械工程师和材料科学家们面临新的挑战。由于聚合物是迄今为止AM最广泛使用的一类材料，因此德国弗赖堡大学的Rolf Mülhaupt和瑞士联邦材料科学与技术实验室的Samuel Clark Ligon综述了聚合物加工和专门为AM开发的聚合物体系。覆盖的AM技术包括大容积光聚合（立体光刻），粉末床熔融（SLS），材料和粘合剂喷射（喷墨和气溶胶3D印刷），片层压（LOM），挤出（FDM，3D分配，3D纤维沉积和3D绘图）和3D生物印刷。 AM中使用的聚合物范围包括热塑性塑料，热固性材料，弹性体，水凝胶，功能聚合物，聚合物共混物，复合材料和生物系统。聚合物设计，添加剂和加工参数的方面涉及了增强建筑速度和提高精度，功能性，表面光洁度，稳定性，机械性能和孔隙度。选定的应用程序展示了如何在轻工程，建筑，食品加工，光学，能源技术，牙科，药物传递和个性化医学中开发基于聚合物的AM。
文献链接：Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing（Chem.Rev.,2017,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00074）
8、Nature Reviews Materials综述：颗粒状光催化剂用于水分解
将太阳能转化为化学能源是发展可再生能源的必经之路。通过在半导体光催化剂上的水分解产生氢气是大规模太阳能氢合成简单，成本有效的方法。自从发现Honda–Fujishima效应以来，在这一领域取得了相当大的进展，并且开发了许多光催化材料和水分解系统。东京大学的Kazunari Domen（通讯作者）等人总结了基于颗粒光催化剂的水分解系统，重点研究了光收集半导体和辅助催化剂。还讨论了基于一步和两步光激发的整体水分解系统所用材料的基本设计原理，重点是三个基本过程：光吸收，电荷转移和表面催化反应。 最后，概述了颗粒状光催化剂用于太阳能水分解在未来商业应用的挑战和潜力。
文献链接：Particulate photocatalysts for overall water splitting（Nat.Rev.Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.50）
9、Advanced Energy Materials综述：水溶性粘合剂：一种用于高能量密度电极材料的电化学性能增强剂
粘合剂尽管经常以小剂量使用，但在具有高能量密度锂离子电池的电化学性能方面起到了关键作用。传统的PVDF粘合剂通过弱范德华力与电极材料相互作用，因此缺乏必要的功能（例如抑制体积变化，界面稳定等），无法满足高能量密度电池的高要求。此外，PVDF粘合剂在锂离子电池中的广泛使用是有害的，并且可能引起环境问题，因为其处理常常需要有机溶剂的帮助。厦门大学的孙世刚院士和李君涛副教授（共同通讯）等人发表综述文章，介绍了最近在开发新型环保型，低成本和水溶性粘合剂方面取得的进展。文中提到这些水溶性聚合物粘合剂是天然的、改性的或合成的，并且观察到其与电极材料之间存在强烈的化学/物理相互作用，并且增强了机械粘附性并明显改善了体积变化的耐久性，这导致Si基阳极、尖晶石/层状氧化物阴极和S阴极电化学性能的显著改善。此外，文中还讨论了关于水溶性粘合剂未来研究方向的观点。
文献链接：Water Soluble Binder, an Electrochemical Performance Booster for Electrode Materials with High Energy Density（Adv.Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201701185 ）
本文由材料人编辑部学术组Allen供稿，材料牛整理编辑。
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