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材料前沿最新综述精选

2017-10-18 09:20:01|来源 中国超硬材料网
摘要 图1经MCHL拍摄的绿色LED光照下的甲虫图像先进制造技术推动下的超级镜头设计促进了超薄、轻量、平坦等这些前所未有功能镜头的出现。由于简单的制造,一般需要单步光刻,因此有可能垂直整...

       1.Science综述:超级镜头: 多用途多功能光学组件

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图1 经MCHL拍摄的绿色LED光照下的甲虫图像

       先进制造技术推动下的超级镜头设计促进了超薄、轻量、平坦等这些前所未有功能镜头的出现。由于简单的制造,一般需要单步光刻,因此有可能垂直整合。这些平面镜头可以更换或补充传统的折射和绕射镜头,能进一步使高性能光学设备和系统小型化。哈佛大学Federico Capasso(通讯作者)等对超级镜头的发展进行了综述。作者首先对超级镜头进行了简单的概述,总结其重要特性:衍射极限聚焦、高质量的成像和多功能性。之后对当前的问题和解决方案进行了讨论,最后对行业的未来发展进行了展望。

       2. Advanced Materials综述:纳米材料按需重构:当电子遇到离子


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图2 纳米材料的重构

      由于体行业的飞速发展已接近基本物理极限,并面临着严重的性能和成本约束,因此多功能材料和器件正在向新型智能和高效的计算系统转化。通过控制固态薄膜的内部离子分布,在室温下对其施加外加电场后,材料的化学成分和物理性质将在器件制备后可逆地重新配置。在不少材料中均可观察到重构性,包括常用的介质薄膜,这可用于开发新器件,如可变电阻式存储器。物理重构性可进一步将记忆和逻辑运算合并在同一设备中以进行高效内存中计算和神经形态计算。通过直接改变材料的化学成分还可以耦合电、光、磁效应。密歇根大学卢伟教授(通讯作者)等对纳米材料重构领域的最新进展进行了综述,介绍了基本材料和设备的研究,揭示了动态离子过程,讨论了系统建模、器件和材料的挑战以及未来的研究方向。

       3.Nature Reviews Materials综述:利用单线态激子裂变突破Shockley–Queisser限制

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图3 单线态激子裂变的基本概念

       单线态激子裂变是有机半导体中载流子倍增的过程,每吸收一个光子可产生两个电子-空穴对。单线态裂变发生在100 fs内,产率高达200%,基于单线态裂变的光伏器件可获得100%以上的表观量子效率。该领域的主要挑战是使用单线态裂变提升传统无机太阳能电池的效率,突破对单结光伏效率的Shockley-Queisser限制。剑桥大学Akshay Rao(通讯作者)等评估了单线态激子裂变这一领域的现状,重点阐述了单线态激子裂变的基础、定量检测、机理以及单线态激子裂变材料在光伏器件中的应用,最后对单线态激子裂变的未来发展进行展望。

       4.Progress in Polymer Science综述:低共熔溶剂中的自由基聚合反应:功能材料的绿色合成

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图4 低共熔溶剂(DESs)在自由基聚合反应中的应用

       5.Progress in Polymer Science综述:酶聚合制备缩聚物: 以脂肪族聚酯、聚酰胺和聚酰胺酯为例

       随着人类环境意识的日益增长,减少或避免常规有机溶剂在高分子科学中的使用势在必行,因此寻找可替代的反应介质迫在眉睫。低共熔溶剂(DESs)——离子液体的一种,已成为大量化学反应中可持续利用的溶剂。墨西哥国立自治大学Josué D. Mota Morales(通讯作者)等综述了用于自由基聚合反应的DES。文章首先介绍了既可以作为DES的氢键供体或铵盐又能够进行自由基聚合的DES单体。之后,介绍了DES作为溶剂用于均相或乳液聚合。最后讨论了利用特定化学合成方法的聚合物的性质。

5.Progress in Polymer Science综述:酶聚合制备缩聚物: 以脂肪族聚酯、聚酰胺和聚酰胺酯为例

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图5 脂肪族聚酯、聚酰胺和聚酰胺酯的合成方法和底物

      作为一种高效的和可行的聚合方式,酶聚合有望替代传统化学催化聚合流程。相比传统化学催化聚合,酶聚合具有显著的优势,其反应条件温和、低毒和催化剂(酶)选择性高,省去了保护-脱保护环节并提高了最终产品的质量/性能。在过去的三十年,包含大量的单体的均聚和共聚的缩聚聚合物生物催化合成路线一直处于研究阶段。希腊雅典国家技术大学       StamatinaVouyiouka(通讯作者)等对脂肪族聚酯、聚酰胺和聚酰胺酯的酶聚合系统地进行了综述。作者首先对缩聚反应原理、脂肪族聚酯和聚酰胺的化学催化聚合以及酶催化的历史进行了介绍。之后在脂肪族聚酯和聚酰胺的酶聚合原理中提出了用于酶聚合的种类和作用、酶催化缩聚和开环聚合的反应机理,重点介绍了脂肪族聚酯和聚酰胺的酶聚合过程中的相关参数,如酶的种类和浓度、单体链长和类型、反应温度和时间以及溶剂类型、副产物去除方法等等。

       6.Chemical Society Reviews综述:荧光化学传感器: 昨天,今天和明天

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图6 荧光显微镜下的Hela细胞

      用于离子和中性分析物的荧光化学传感器已广泛应用于众多领域,如生物学、生理学、药理学和环境科学。荧光化学传感器领域已经存在了约150年,现已有大量荧光化学传感器可用于检测生物和/或环境重要的物质。尽管该领域已取得大量进展,但仍存在一些问题和挑战。英国巴斯大学Tony D. James、韩国梨花女子大学Juyoung Yoon、土耳其毕尔肯大学Engin U. Akkaya、爱尔兰都柏林大学ThorfinnurGunnlaugsson(共同通讯作者)等介绍了荧光传感器即通常所称的化学传感器的历史,并对其研究发展作了总体概述。之后阐述了用于特定分析物的化学传感器设计基本原则、本领域的问题和挑战以及未来可能的研究方向。

       7.Chemical Society Reviews综述:由超分子聚合物到多组分生物材料

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图7 细胞外基质(ECM)示意图

       细胞外基质(ECM)生物纤维结构最引人注目和一般的性质是生物活性蛋白质亚基之间的强大和定向相互作用。这些纤维具有丰富的动态行为且没有失去其架构的完整性。ECM的复杂性激发了合成化学家在人工一维纤维结构中模仿这些属性的思路,目的是获得多组分的生物材料。由于与自然组织相互作用所需的动态特征,超分子生物材料是再生医学的有力备选。根据应用领域的不同,上述多组分的纤维生物材料的设计标准也不同,作为弹性材料或凝胶系统。弹性材料用于承载特性,而水凝胶则用于支持体外细胞培养。埃因霍芬理工大学E. W. Meijer和Patricia Y. W. Dankers(共同通讯作者)等展示了一维超分子聚合物转化为应用于再生医学的多组分功能生物材料。文章首先介绍了有关超分子聚合物的历史发展,之后阐述了可作为弹性体材料或凝胶因子的超分子聚合物。

       8.Accounts of Chemical Research综述:MOFs/CPs向功能纳米材料转化:基于机械视角的实验过程

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图8 MOFs/CPs向功能纳米材料转化

      由于在能量转换和存储设备、催化、储气等领域应用广泛,纳米材料(如多孔金属氧化物、金属纳米颗粒、多孔碳及其复合材料)得到了广泛的研究。因为其含有的有机和无机物种在给定的情况下均可作为模板和前驱体,因此金属有机框架(MOFs)和配位聚合物(CPs)已成为上述纳米材料的新型前驱体。MOFs的热转换为制备使用传统方法难以获得的功能纳米材料提供了一条可行的路线。韩国蔚山科学技术大学Hoi Ri Moon(通讯作者)等对利用MOFs/CPs作为前驱体制备功能性纳米材料进行了综述,并基于机械视角讨论了各种实验方法。

       9.Accounts of Chemical Research综述:多重发光中心化学传感的镧系功能化MOF复合材料

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图9 镧系功能化MOF复合材料的构筑及其应用

       由于金属有机框架(MOFs)特殊的结构可调性和性能,相比其他化学感应材料具有一定优势。MOFs包含具有特殊化学反应的多用模块(连接体或配体),因此合成后修饰(PSM)为开发和扩大其特性提供了可能。光活性镧系离子(Ln3+)引入MOF的主体可在MOF连接体的不同位置产生新的发光信号。独特发光中心的性质可能使得对敏感物种的反应产生变化(如比率感应),这为发光研究与化学传感应用提供了新的机会。同济大学闫冰教授(通讯作者)对用于多重发光中心化学传感的镧系功能化MOF复合材料的最新研究进展进行了综述。作者首先提出镧系离子、化合物或其他发光物种(有机染料或碳点)功能化MOF主体和基于镧系功能化MOF光功能复合体系组装的通用策略,主要用到了五种方法:原位复合、离子掺杂、离子交换、共价合成后修饰、配位合成后修饰。之后介绍了镧系功能化MOF复合材料在温度传感、pH传感以及食物品质、空气污染物检测方面的应用。

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