智能薄膜材料的“折纸术”

<正>智能材料是一种感知外界环境变化并经过自身判断后改变特性从而适应这种变化的新型功能材料,其自变形、自判断和自适应等特点可以实现对生物智能的人工模仿,因而在各领域都有着重要的应用.在实际应用中,智能薄膜材料的"智能"程度往往会受限于它的二维尺度,如应激行为单一、特性变化测试困难等.但智能材料的三维     

清华大学材料学院纳米材料实验室

<正>致力于纳米材料的制备及其应用基础研究,目前主要从事石墨烯、碳纳米管等纳米碳材料的多维多尺度合成及能源/传感/环境应用技术开发。针对材料学科的发展特点,形成了"交叉"和"合作"的团队风格,建成了一支稳定、团结协作、富有开拓创新精神的学术团队。课题组现有教授1人、博士后3人、博士生10人、硕士生4人。与北京大学、国家纳米科学中心、美国麻省理工学院、美国特拉华大学、英国曼彻斯特大学、日本国立材料科学研究     

石墨烯的组装和织构调控:碳功能材料的液相制备方法

石墨烯是sp2杂化碳质材料的基本结构单元,为构筑具有特定结构和功能的碳质材料带来新的契机.通过石墨烯/氧化石墨烯的液相组装和组装体织构的二次调控可以实现新颖碳功能材料的可控制备,这种液相制备方法实现了碳结构单元在溶液相直接自组装构建固相碳质材料.相比较而言,碳功能材料制备的经典方法,如固相炭化方法侧重于材料宏观尺度的结构和形态调控(如炭纤维),气相沉积方法长于在微观层面实现材料结构控制(如碳纳米管);而这种基于石墨烯自组装的液相制备方法架起了从微观到宏观的桥梁,实现了材料介观织构的精确构建.结合本课题组近年来的研究工作,本文对与石墨烯相关的液相结构组装和组装体织构调控方面的研究进展进行了简要评述和前景展望,并着重介绍了几种新颖的石墨烯基多孔碳功能材料.     

低维材料中的缺陷效应与电子态调控

低维材料具有大的比表面积、独特的电子结构和优异性能,在新能源、信息等领域具有重要的应用前景.低维材料所具有的特殊电子态可以突破传统半导体材料的尺寸极限,是后摩尔时代重要的候选材料.如何有效地调控低维材料电子结构以满足特定功能的需要是实现这一应用的关键.本文从一维纳米管和二维层状材料中的"缺陷效应"出发,对我们课题组在低维材料电子结构调控方面的研究结果进行综述,揭示空位和吸附原子等点缺陷以及表面修饰和内部填充等对材料的电子结构、电子自旋极化和激发态特性的调控机制与规律,为低维材料在新型电子器件等领域的应用提供依据.     

自组装低维无机/有机异质结纳米材料

一维有机-无机异质结纳米材料因自身具有突出的光学和电学的性能而备受关注.在这种异质结材料内部,有机和无机的组分相互作用形成多个功能界面.这种新材料不仅保留了原来单组分的本征特性,还会通过界面强的作用产生新的特性,真正实现"1+12"的协同性能.认识和解释分子自组装的控调规律;通过分子结构的裁剪和作用力的调控实现小尺度低维分子聚集态异质结构的大面积、高有序组装;理解分子聚集态尺度下分子间弱相互作用产生的协同驱动机制和通过杂化/异质自组装优化原有功能,获得新结构的分子低维聚集态结构并在分子自组装体水平上研究结构变化导向的特殊性质,对基础科学研究的发展具有重大的科学意义.在本文中,我们主要讨论了制备异质结纳米材料的方法以及这些材料在电子和光学领域的应用.     

皮米尺度电子显微学对功能材料功能性起源的探索

功能材料功能性起源于场和局域对称性.物质科学中局域对称性由晶格、电荷、轨道和自旋4个自由度来描述.认识和利用对称性破缺下原子最近邻、次近邻结构扭曲所带来的丰富物性,要求我们在皮米尺度掌握物质的精细结构.本文将晶格自由度分为多面体的膨胀收缩、多面体的弯曲旋转和阳离子偏离平衡位置这3种情况,评述了皮米尺度电子显微方法对功能材料功能性起源的探索.在电子结构层次对皮米尺度晶格结构下的电荷结构进行了评述,并对轨道和自旋结构的电子显微学研究进行了展望.     

纳米结构材料在能源与环境中的应用研究进展

通过纳米尺度的结构单元可控组装可以得到纳米结构材料.它们具有多级、多尺度、多维度的总体结构,在能源、环境等国家发展重大需求领域可望发挥关键作用。     

基于第一性原理计算的低维功能材料分子设计

低维材料具有高比表面积以及独特的物理化学特性,是未来能源、信息等技术领域的重要研究内容,但如何实现特定结构和功能是其实际应用的基础.分子是保持化学结构和特性的最小单元,从分子基元出发,可以实现低维材料结构预测以及功能导向的理论设计.本文综述了低维功能材料理论设计方面的研究进展,结合分子设计策略和第一性原理电子结构计算方法,针对特定结构和性能开展理论设计,预测了复杂二维单质晶体结构以及一系列低维新型光催化材料和自旋电子学材料,并揭示了低维材料功能和分子基元物性之间的对应关系,总结和展望了低维功能材料分子设计的优势与挑战.     

功能梯度材料在日本的开发近况

功能梯度材料是一种具有倾斜功能的材料,它的正面特性和功能极不同于它背面的特性和功能,它的中间组分和结构根据高级材料设计方法控制在显微水平上,尤其适于工作环境。功能梯度材料的设想是5,6年前首次由国家航天实验室和东北大学的研究人员提出来的。它的历史不长,但它的重要意义是举世公认的。能够像飞机那样垂直升降和往返太空和地球之间的“航天飞机”的研制工作,是21世纪太空开发的主要目标之一。实现这个目标有许多技术问题。最重要     

光控微流体相关研究获重大突破

正复旦大学俞燕蕾教授团队创造性地采用自主研发的新型液晶高分子光致形变材料,构筑出具有光响应特性的微管执行器,实现了对各种复杂流体的全光操控,突破了微流体系统简化难题,被国际同行誉为"超越现有的微流体操控技术,是具有真正开创意义的优秀成果(Superior to all existing technologies;very nice piece of work with real openings)".该研究成果于2016年9月8日以"Photocontrol of     

经典文献寻内核，实践本源求真谛——指导不相干材料相融的杂化策略是怎样形成的

正本篇报道围绕2018年上海市自然科学奖一等奖项目"有机-无机杂化策略构建多功能生物医用材料" 展开,该奖项由东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士领衔的团队获得。2018年,有一项获得上海市自然科学一等奖殊荣的工作,即用"有机-无机杂化策略构建多功能生物医用材料",由东华大学材料科学与工程学院的朱美芳院士和陈志钢教授领衔的团队获得。     

基于金相图片输入的功能梯度板件力学分析

建议一种细观元方法, 将材料金相图片信息替代传统力学分析的材料参数输入, 来进行力学行为分析, 完成材料细观结构与构件宏观响应间跨尺度分析. 细观元法在结构的常规有限元内部设置密集细观单元以反映材料细观构造, 又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度, 再上机计算. 此方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析, 而计算单元与自由度又等同一般常规有限元, 为解决具有细观结构新材料与构件跨尺度分析提供一种新的有力工具. 直接从材料金相图片提供的复杂细观结构图形出发计算功能梯度板件力学响应, 给出了宏观力学量三维分布形态以及细观骨架上等应力线走向图.     

蚕丝走向可植入微纳器件

正吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室孙洪波教授课题组与复旦大学邵正中教授课题组合作,提出基于丝素蛋白的全水相多光子光刻技术.利用飞秒激光直写"定制"以丝素蛋白为"核心材料模块"的功能特性多样化且可设计的微纳结构与器件.相关研究结果以"Aqueous multiphoton lithography with multifunctional silk-centredbio-resists"为题,于2015年10月16日发表于Nat     

纳米生物医学成像表征与医学功能生物界面

基于微尺度(微/纳米)功能生物界面的成像与表征,集成并发展了以原子力显微镜、环境扫描电子显微镜等纳米源头技术为主导的,具有相互协同、验证、补充的多信息、多层次联合成像、表征及微加工设备功能群,实现了活体生物界面微尺度成像与表征方法学上的突破.进而,强调"医学功能界面"的概念,针对血管、骨和肿瘤相关医学功能界面,深入开展"微尺度构建-功能-力学耦合机制"研究.在此基础上,受血管内皮细胞为载体的血流/血液/血管相互作用功能界面的启发,实现黏附可控医学功能界面的仿生设计与制备;同时在中医"补气活血"理论的指导下,开辟"生物力药理学"这一新的交叉研究领域,强调生物力学因素在药理学研究和临床诊疗活动中的重要作用,建立可作为Biomarker另一类形式的临床样品微尺度力学参数指标,并倡导将"实验台/病床"双向引导的转化医学模式实施于诊断与治疗中.     

导电高分子微米/纳米结构材料

微米/纳米结构化的导电高分子材料不仅具有导电高分子自身的特性, 同时兼具微结构赋予的特殊功能, 从而在光、电子微型器件, 高效、快速感应器件, 微型电化学器件等方面具有广泛的应用前景. 本文着重从软、硬模板合成技术等方面综述了近几年导电高分子微米/纳米结构的制备方法, 讨论了两种技术的优缺点. 介绍了一系列导电高分子微米/纳米结构材料, 并对该研究领域进行了展望.     

梯度折射率超材料透镜

超材料是由人工设计的、具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构,有负等效质量密度、负等效弹性模量、负折射率等特性.声子晶体超材料是一种具有周期性结构的超材料,其布拉格带隙或局域共振带隙的存在使处于禁带频率下的声波或弹性波进入声子晶体后无法在其中传播.其能带特性可以通过设计进行调节,使通带频率下的声波或弹性波进入具有特定结构的声子晶体后,实现成像、聚焦以及定向传输等对波传播的极端控制功能.梯度折射率超材料是一种折射率随空间变化而变化的结构.梯度折射率透镜由局部非均匀结构组成,其折射率是空间坐标的函数.波在透镜中会沿着弯曲的轨迹传播,可以通过适当的设计实现对波的弯曲、偏转和聚焦等功能.梯度折射率的设计可以通过改变局部晶体单元的性质实现有效折射率的梯度分布,如改变声子晶体的晶格尺寸、散射体的填充率、散射体的材料等.此外,梯度折射率超材料透镜能够通过设计在宽频率范围内精准聚焦波,从而实现能量采集等工程应用.本文从光学理论原理、透镜设计及其应用三方面展开介绍,首先对理论基础以及目前构建梯度折射率器件的几种方法进行总结,然后从透镜的应用角度介绍几种典型案例,最后对透镜的未来研究作出展望.     

自组装低维无机/有机异质结纳米材料简

一维有机-无机异质结纳米材料因自身具有突出的光学和电学的性能而备受关注. 在这种异质结材料内部,有机和无机的组分相互作用形成多个功能界面. 这种新材料不仅保留了原来单组分的本征特性,还会通过界面强的作用产生新的特性,真正实现“1+1>2”的协同性能. 认识和解释分子自组装的控调规律;通过分子结构的裁剪和作用力的调控实现小尺度低维分子聚集态异质结构的大面积、高有序组装;理解分子聚集态尺度下分子间弱相互作用产生的协同驱动机制和通过杂化/异质自组装优化原有功能,获得新结构的分子低维聚集态结构并在分子自组装体水平上研究结构变化导向的特殊性质,对基础科学研究的发展具有重大的科学意义. 在本文中,我们主要讨论了制备异质结纳米材料的方法以及这些材料在电子和光学领域的应用.     

哈尔滨工业大学 先进材料特种凝固加工研究所

正哈尔滨工业大学先进材料特种凝固加工研究所,拥有一支主要围绕先进材料的凝固理论和凝固加工工艺开展研究的团队。研究所现有教师12人,其中中国工程院院士1人,长江学者特聘教授1人,国家杰出青年科学基金获得者2人,"万人计划"科技创新领军人才1人,教育部新世纪优秀人才/省杰青5人,博士生导师8人。现有在读博士生和硕士生60余人。     

我国研制出有望替代塑料的仿生材料

塑料制品给现代生活带来便利,也造成环境污染.近期,中国科学技术大学俞书宏院士团队运用仿生结构设计理念,发展出一种被称为"定向变形组装"的新材料制造方法,将纤维素纳米纤维和二氧化钛包覆的云母片复合,制备出具有仿生结构的高性能可持续结构材料.     

合成生物学在活体功能材料构建上的应用

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,代表了一个时代科学技术成果的最前沿.近年来飞速发展的合成生物学,通过改进现有系统或构建全新的生物体系,极大地促进了对生物本身的了解,拓宽了生命科学的应用范围.将构建的生物体系进一步结合材料科学中的设计工具及方法,便诞生了活体功能材料这一概念及领域.与传统材料不同,活体功能材料以活体细胞为结构单体组装材料,活体细胞本身成为材料的工程化设计工具以及技术设想和实现途径的基本单元.将编程后的工程活细胞组装、裁剪成具有生物系统特性的活体功能材料,将活体细胞的自我修复能力等特性融入材料,进一步拓展了原有材料的性能.本文将着重介绍活体功能材料的产生、发展及近年来取得的相关成果,在此基础上对活体功能材料未来的发展进行展望.