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★研究人員發現超高能量密度、超高安全性的新型“水鹽”電池
★研究人員研製出可高速傳輸高頻信號的石墨烯線
★有機器件中的馬庫斯區-界面電荷轉移機制得到驗證
★高效分離有機溶劑的新型膜材料
★研究人員開發出響應衝擊波材料
★能發電又能儲能的透明能源器件
★研究人員通過蛋黃醬研究彈塑性材料的“不穩定閾值”
NEWS 01
研究人員發現超高能量密度、超高安全性的新型“水鹽”電池
最近，馬里蘭大學和美國陸軍研究實驗室的研究人員創造了一種高能“水鹽”電池，目前在水性電池領域還未有類似的發現，該電池是通過創建一個可逆的固體鹽層來改善電池陰極的化學轉換。該研究是基於2015年Science雜誌上報道的鹽包水電解質的發現基礎上，通過添加新的陰極材料，利用石墨結構中的可逆鹵素插入，以及超濃縮的含水電解質，產生了前所未有的能量密度。研究人員發現，鹽水電池的超濃縮溶液，結合石墨陽極在電池內部自動構建和重新形成保護層的能力，使電池具有穩定、持久、高能量的特點。目前，由Chunsheng Wang 教授領導的研究團隊已經把電池推進到了一個可測試的階段。該研究報道的水基電池的能量輸出比普通可燃有機液體電池的能量密度增加了25%，但是更加安全。這種新型陰極每克可以承受240mA的電流，可以工作一小時，大約是目前手機和筆記本電腦中常見陰極電流的兩倍。含水鹽電池最終可用於千瓦或兆瓦級的大能量應用中，以及無毒、安全和非易燃的設備中。
NEWS 02
研究人員研製出可高速傳輸高頻信號的石墨烯線
大邱慶北科技學院（DGIST）信息通信工程系教授Jae Eun Jang帶領團隊研究了單層石墨烯的高頻傳輸特性，並開發出一種高性能、高頻率的傳輸線。石墨烯具有六方形碳陣列，厚度僅有0.3nm，電導率是銅的100倍，電子遷移率是硅的100倍。然而，純石墨烯具有納米級的薄結構效應，製作出的器件載流子濃度太低，僅為10e12cm-2，這導致石墨烯的電阻過高。該團隊通過把石墨烯和無定形碳結合在一起，將石墨烯器件的載流子濃度提高到10e13cm-2，增強了石墨烯的導電特性。相關文獻已發表在Science Advances。
該團隊還證明，石墨烯內部的缺陷會降低其高頻傳輸性能。他們開發出一種新的，穩定的摻雜技術，可最大限度地減少內部缺陷。該研究團隊開發的高頻石墨烯傳輸線表現出高的信號傳輸效率和穩定的工作特性，可應用於現有半導體工業的金屬佈線以及下一代集成電路製作中。
量子異質結構納米腔（來源：Science Advances）
NEWS 03
有機器件中的馬庫斯區-界面電荷轉移機制得到驗證
德累斯頓工業大學電子德累斯頓研究中心的物理學家與來自西班牙、比利時和德國的研究人員共同研究了電子在注入有機半導體薄膜時的表現。對於基於有機薄膜技術的器件，該表現包括通過金屬觸點注入電荷載流子和有機薄膜本身中的電荷傳輸。但至今未能很好地理解金屬觸點和薄膜接觸界面處電子轉移行為。研究人員通過使用三端子熱電子分子晶體管，控制了分子薄膜中熱載流子的注入能量，成功誘導了有效的負差分電阻狀態，實現了非傳統的傳輸方式的訪問。這是馬庫斯區倒置區域的直接結果。相關研究發已表在Nature Communications上。
電子注入有機半導體薄膜過程原理圖（來源：Frank Ortmann）
NEWS 04
高效分離有機溶劑的新型膜材料
阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的研究人員調整了氧化石墨烯的層結構，模擬了生物沙漏型的納米級通道，製備了超薄膜以快速分離化學混合物。通常，高分子膜受到trade-off效應制約，通量與截留不能兩全。該團隊從水通道蛋白汲取靈感，在石墨烯氧化物層之間引入了親水性硅基分子作為間隔物，擴大了局部通道，模擬了水通道蛋白結構。當用氫氧化鈉處理時，通道內會形成二氧化硅納米顆粒，從而增強了溶劑滲透性。通過有機染料溶液測試膜性能，發現溶劑滲透性增強了10倍，選擇性不受影響，而且氧化石墨烯和納米顆粒之間形成化學交聯時，膜的強度和壽命都得到了增強。研究員希望下一步可以使用該材料製備工業應用的中空纖維。
有機染料溶液被二維雙間距通道膜分離（來源：KAUST; Anastasia Khrenova）
NEWS 05
研究人員開發出響應衝擊波材料
美國空軍研究實驗室與洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究合作伙伴正在努力通過突破性的發展改變材料技術的形狀。協作團隊開發了一種三維印刷聚合物基泡沫結構，它響應衝擊波的力來作為單向開關，這是衝擊研究中一個長期追求的目標。這種材料描述為泡沫狀結構，其中包含一系列專門設計的微孔，可確定整體行為特徵。將實驗結果分析並微調材料配置，以通過額外的建模和測試進一步完善產品。最終產品成為含有一系列空心錐體。當這些錐體遇到衝擊波時，它們向內塌陷，形成從相對側突出的射流突起。
美國空軍研究實驗室的研究小組開發了一種基於聚合物的三維聚氨酯泡沫結構，可以響應衝擊波的力量，作為單向開關。這些圖像顯示了材料的噴射形成，它將衝擊波能量定位在一個方向，而不是另一個方向。（來源：美國空軍科學研究辦公室）
NEWS 06
能發電又能儲能的透明能源器件
大邱慶北科技學院（DGIST）於4月23日宣佈，智能紡織品研究組高級研究員Changsoon Choi的團隊開發了基於薄膜型石墨烯的多功能“透明能源器件”，該器件可用於各種應用當中，如電子器件和具有發電和自充電能力的皮膚附著器件。單層石墨烯薄膜具有優良的導電性和輕薄特性，非常適合用於需要電池的電子產品中。研究人員利用“單層石墨烯薄膜”作為電極，使用含有半固態電解質的高分子納米墊，成功地提高了器件的透明度，最高可達77.4%。此外，研究人員還成功的設計了自充電的電子設備以及帶有觸摸傳感系統的電子產品等。研究人員表示，儘管該技術生產成本高，商業化道路很長，但其在沒有任何顯著研究成果的“透明領域”取得了成功。
NEWS 07
研究人員通過蛋黃醬研究彈塑性材料的“不穩定閾值”
美國裡海大學Arindam Banerjee團隊研究極端環境材料的動力學。其中一個研究領域是瑞利-泰勒不穩定性，當密度和壓力梯度在相反的方向上時，它會產生不穩定的分層。通常，不穩定性研究僅限於流體，不研究對加速固體中的不穩定性。在實驗中，蛋黃醬被倒入有機玻璃容器中。在蛋黃醬上形成不同的波浪狀擾動，然後在旋轉輪試驗中加速樣品，使用高速相機跟蹤材料的生長。通過實驗結果可以看到材料的彈塑性和不穩定性演變，同時為這種流動模型的開發，驗證和驗證提供了有用的數據庫。同時，對加速下彈塑性材料“不穩定閾值”的新認識對於幫助解決高能密度物理問題。該研究發表在最新的Physical Review E雜誌上。
蛋黃醬（來源：Mara Zemgaliete / Adobe Stock）
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