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郑州华晶金刚石股份有限公司

《自然》《科学》一周(2.20-2.26)材料科学前沿要闻

关键词 新材料 , 材料科学|2017-02-27 09:45:09|来源 新材料在线
摘要 1.3D打印鹰眼(复合透镜系统)(3D-printedeagleeye:Compoundmicrolenssystemforfoveatedimaging)Thiele等人在互补金...
  1. 3D 打印鹰眼(复合透镜系统)
  (3D-printedeagle eye: Compound microlens system for foveated imaging)
  Thiele 等人在互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器表面直接 3D 打印复合透镜,实现了仿生自然视觉的高度微型化的相机。这个系统将 2 个 2×2 排列的不同焦距的四个印刷双合透镜(相当于 35 mm 胶片的 f = 31至123 mm)组合在一起,实现了图像中心具有高达2 周期/度视场的递增角分辨率70°的全视场。芯片上的光学元件的占用面积小于 300mm×300mm,高度小于 200mm。因为四个透镜一步印刷而成,不需要任何进一步的组装或对准,所以该方法允许快速的设计迭代,并且可以在诸如内窥镜检查、光学计量学、光学传感、侦察无人机或安防等领域产生足够多的不同的小型化多孔成像系统。(Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.1602655)

  2. 用于超分辨率纳米显微镜的上转换纳米粒子中的放大受激发射
  (Amplified stimulatedemission in upconversion nanoparticles for super-resolution nanoscopy)
  镧系元素掺杂的玻璃和晶体对于激光应用来说很有吸引力,因为三价镧系元素离子的亚稳态能级有助于在相对低的泵功率下建立粒子数反转和放大受激辐射。现在在纳米尺度上,可以制备具有精确控制的相、尺寸和掺杂水平的镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒(UCNP)。当在近红外激发时,这些 UCNP在各种可选择的波长下能够发射稳定、明亮的可见光,具有单纳米颗粒敏感性,这使得它们适合应用于高级发光显微镜。Liu 等人展示了用高浓度的铥离子(Tm3+)掺杂的 UCNP 在 980 纳米的波长处激发,可以容易地建立它们的中间亚稳态 3H4 能级的粒子数反转:在高 Tm3+ 掺杂浓度下减小的发射体间距离导致强烈的交叉弛豫,诱导快速填充亚稳态 3H4 能级的类光子雪崩效应,最终致使相对于单个纳米颗粒内 3H6 基态的粒子数反转。因此,808 纳米的激光照射与3H4→3H6 跃迁的上转换能带匹配,可以触发放大受激发射以释放 3H4 中间能带,因此上转换路径可以光学抑制蓝色发光的产生。利用这些属性可实现低功率超分辨率受激发射损耗(STED)显微镜并实现纳米尺度光学分辨率(纳米显微镜),从而对单个 UCNP 成像;分辨率为 28 纳米,即波长的 1/36。这些调控的纳米晶体提供的饱和强度比目前在受激发射损耗显微镜中使用的荧光探针的饱和强度低两个数量级,启发了减轻平方根律的新方法,通过这种技术可实际实现通常被限制的分辨率。(Nature DOI: 10.1038/nature21366)

  3. 融合聚乙烯(PE)和聚丙烯(iPP)
  (Combiningpolyethylene and polypropylene: Enhanced performance with PE/iPP multiblockpolymers)
  聚乙烯(PE)和全同立构聚丙烯(iPP)占据了世界塑料的近三分之二。尽管它们由相似的烃组成,但是它们的聚合物却彼此不混溶。因此,普通级别的PE 和 iPP 不会粘附或混合,这对回收这些材料造成了挑战。Eagan 等人使用等选择性烯烃聚合引发剂合成了PE/iPP 多嵌段共聚物。根据嵌段共聚物的分子量和结构,这些聚合物可以将普通级别的商业PE 和 iPP 熔合在一起。相分离的 PE 和 iPP 与四嵌段共聚物的界面增容可以实现形貌控制,将脆性材料转化为机械坚韧的共混物。(Science DOI: 10.1126/science.aah5744)

  4.高性能的钴-氮复合物催化剂
  (Highperformance of a cobalt–nitrogen complex for the reduction and reductivecoupling of nitro compound into amines and their derivatives)
  替代稀有贵金属、发展廉价的非贵金属异相催化剂对于还原或者还原偶联硝基化合物至关重要。中南民族大学的zhang课题组发展论一种Co-Nx/C-800-AT催化剂应用于还原或者还原欧联硝基化合物为胺及其衍生物。他们首先热解酞青钴-SiO2溶胶复合材料,然后再去除SiO2和钴纳米颗粒。这一催化剂对于用H2还原硝基化合物极高的催化活性、化学选择性和稳定性,在3.5 bar H2压力下110 oC 1.5小时后仍然能够全部转化且具有大于97%的选择性。硝基苯在Co-Nx/C-800-AT 催化下的氢化甚至可以在非常温和的条件(40℃ 和 1 bar的 H2 压力)下平稳地进行,苯胺产率为98.7%。此外,Co-Nx/C-800-AT催化剂对硝基苯转化为苯胺的氢化转化和硝基苯以高产率还原偶合成其它衍生物都具有高活性。而且,这些方法是以环境友好的方式进行的,没有碱和配体。(Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.1601945)

  5.界面限域析氢反应
  (Interfaceconfined hydrogen evolution reaction in zero valent metalnanoparticles-intercalated molybdenum disulfide)
  界面约束反应,由于其可以调节反应物与催化中心的结合并影响本体溶液的质量传输速率,已经成为实现高度稳定和选择性催化的可行策略。Chen 等人证明了 1T’相-富集的锂化MoS2是一种强有力的还原剂,可以用于金属离子在锂化二硫化钼内部平面内的原位还原,形成零价金属插入的二硫化钼。与分散在碳载体上的催化剂相比,铂纳米颗粒在二硫化钼层状结构中的限制致使析氢反应活性和稳定性增强。特别是内部铂表面可以接触带电物质如质子和金属离子,同时阻止较大尺寸污染物或中性分子毒害。这指引了一条将体相层状化合物用于能量相关应用的新思路。(Nature Communications DOI: 10.1038/ncomms14548)

  6. 电子突变硼烯/有机横向异质结构的自组装
  (Self-assemblyof electronicallyabrupt borophene/organic lateral heterostructures)
  最近已经通过实验实现了二维硼片(即,硼烯),并发现它具有很有前景的电子性质。因为电子器件和系统需要界面清晰的多种材料集成,所以寻找硼烯和电子不同材料之间形成原子级突变异质结构的化学方法,引起了人们的关注。为此,Liu 等人演示了在硼烯和苝-3,4,9,10-四羧酸二酐(PTCDA)之间的横向异质结构的自组装。通过分子动力学模拟证明,由于Ag(111)上 PTCDA较高的吸附焓和 PTCDA 分子之间的横向氢键,通过沉积PTCDA在 位于Ag(111)基底上的亚单层硼烯表面上,这些横向异质结构能够自发形成。原位 X 射线光电子能谱证实了硼烯和 PTCDA 之间的弱化学相互作用,而分子分辨率超高真空扫描隧道显微镜和光谱证明了在硼烯/PTCDA 横向异质结界面处的电子突变界面。这项工作第一次证实了硼烯异质结构,将引起更多将硼烯纳入纳米电子应用的全新研究。(Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.1602356)

  7. 表面辅助带电胶体的单晶形成
  (Surface-assistedsingle-crystal formation of charged colloids)
  衬底诱导的异质成核是制备极少的缺陷扩展单晶的很有前景的方法。尽管这种方法非常重要,但这一方法背后的物理机理仍然难以理解。利用实验和数值计算对单粒子水平的晶体成核和生长的动力学途径的研究,Arai 等人揭示了衬底诱导的单形单晶形成的关键是:(1)在过冷液体中形成的局部有利结构和最稳定晶体之间的角对称性相匹配,(2)局部有利结构在液体中与衬底诱导层的耦合。这两个条件对于直接形成最稳定的晶体同时保持其相对于衬底的独特方向十分重要。Arai 等人还讨论了带电系统的特征。这些发现表明,衬底影响的过冷液态的预排序在很大程度上决定了未来结晶的过程,这为异质结晶的控制提供了新的理解。(Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4034)

  8. 通过透射电子显微镜解开金属-有机框架的表面和界面结构
  (Unravellingsurface and interfacial structures of a metal–organic framework by transmissionelectron microscopy)
  金属-有机框架(MOF)是具有可设计的拓扑性、孔隙率和功能性的结晶多孔材料,在气体存储和分离、离子传导和催化中具有很有前景的应用。由于在电子束照射时MOF极不稳定,所以用透射电子显微镜(TEM)观察MOF很具挑战性。Zhu 等人使用直接检测电子计数相机获取MOF ZIF-8 的 4.1电子/平方埃的超低剂量 TEM 图像,以保持结构完整性。获得的图像包含2.1Å 的结构信息,能够分辨单原子列的Zn 和框架中的有机连接体。此外,TEM 还揭示了 ZIF-8 晶体重要的局部结构特征,包括扶手型表面终端和组装晶体之间的相干界面。这些观察结果使我们了解 ZIF-8晶体如何实现自组装以及界面空穴对客体分子质量传输的影响。(Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4852)
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