【文献与实验汇报】2020年6月6日-组内动态-仿生智能材料研究组  
【文献与实验汇报】2020年6月6日 组内汇报
lchaoxu 3月前 639

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  • Top-Down Approach Making AnisotropicCellulose Aerogels as Universal Substrates for Multifunctionalization

    链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c01888

    本论文将普通木块先通过亚氯酸钠去除木质素,然后浸泡在DMAC/LiCl中溶解细胞壁后置换到丙酮中进行纤维素再生,最后通过冻干或超临界干燥的方式得到高孔隙率、各向异性的纤维素气凝胶。这种气凝胶的比表面积(247m2/g)创下了文献中纤维素气凝胶的记录。利用气凝胶的多孔性,本文将纳米银、纳米二氧化钛负载在气凝胶上进行下一步应用,此外,将气凝胶与导电聚合物(PEDOT/PSS)复合可形成导电气凝胶进行应用。

    Ultrarobust Ti3C2Tx MXene-Based Soft Actuators via Bamboo-Inspired Mesoscale Assembly of Hybrid Nanostructures

    链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c01779

    通过天然竹子结构的启发(纤维素存在浓度阶梯),本论文利用tempo氧化纤维素、Mxene和多巴胺(利用纤维素的吸水性,Mxene的光热性以及聚多巴胺的粘着性)三种材料通过逐层抽滤的方法制备了存在浓度阶梯的MXene/CNF/PDA纳米复合膜。利用复合膜两侧亲水性和光热转换能力的差异,将此膜作为光致驱动器应用于软体机器人方面。

    Assembly of Fluorescent Chiral Photonic Crystal Membrane and Its Sensitive Responses with Multiple Signals Induced by Small Molecules

    链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c02883

    本文利用纤维素纳晶(CNC)、聚乙二醇(PEG)和肼基化合物(ANF)三种物质通过自组装的方式制作了一个荧光手性纤维素纳晶膜。这种膜对小分子(水和甲醇)具有超级灵敏的响应(因为小分子可以诱导液晶结构发生变化)。能够随着湿度的变化而产生的不同的颜色变化。此外,在相对湿度为60%时,能够检测超低浓度0.438 ppm的甲烷并进行显色反应。

    创新点:1通过在CNC溶液中引入ANH制备了具有荧光特性的手性光子膜。

            2该膜对小分子(水和甲烷)具有很灵敏的响应效果,可以检测超低浓度(0.438 ppm)的甲醇。

            3采用DFT的方法墨迹计算荧光分子的几何结构和静电势能。

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  • 引用 3

    文献
    https://doi.org/10.1038/s41586-020-2010-9

    这篇近期刊登的Nature讲的是蛋白质纳米线发电机湿气发电。从土壤杆菌中提取的纳米级蛋白质丝制成的薄膜装置可以在湿气环境中产生连续的电力。这种能量产生的驱动力是当薄膜暴露在空气中自然存在的湿气中时,在薄膜内部形成的自我维持的水分梯度。该器件在7 μm厚的薄膜沉积在金电极上,产生约0.5 V的持续电压,电流密度约为17μA cm-2,最大优势是可以在一定湿度下长时间(1500 h以上)保持电压电流稳定。并对器件的厚度和面积、电压持续时间、湿气大小、稳定性和吸水性等做了一系列的实验和表征,证明其优越性。受到位置或环境条件的限制较小,线性连接多个设备会按比例放大电压和电流,以连接电子设备。

    https://doi.org/10.1002/smll.202000203

    该文章将丝蛋白材料转变为导电材料,获得基于蚕丝纤维蛋白网络的碳纳米管(CNT)模板重组的再生家蚕丝纤蛋白(SF)材料的导电生物相容性纤维。重组的纤维的电导率可以通过掺入CNT的密度来改变。因此,当杂化纤维超过CNTs的渗透阈值> 35 wt时,其电导率会突然增加,使有机碳基杂化纤维的电导率最高,为638.9 S m-1,是同类材料的8倍。特色是该丝绸-碳纳米管介观混合材料电导率具有湿度响应性,这归因于湿度引起的SFs循环收缩和CNTs电导率的耦合。基于此,该材料在文章中被进一步制造为智能口罩,以实现呼吸状态监测,进行远程诊断和药物治疗等。


  • lixk 3月前
    引用 4


    文献:

    1. Soft and stretchable liquid metal transmission lines as distributed probes of multimodal deformations.

    链接https://sci-hub.tw/10.1038/s41928-020-0415-y

    Nature electronics上刚出的一篇文章。该文献利用液态金属GaInSn注入到具有较高流动粘性的SEBS弹性体内,通过简单的热拉伸工艺,大规模制备了新型柔性传输线。主要应用于电时域反射式传感器,其应变感应灵敏度相对传统金属传输线可提高200倍,应力分辨率达到0.2 N,应变位置误差小于6 cm,同时还可感知拉伸应变和扭转应变。通过将其布局到可拉伸织物中,可同时检测多位点压力和整体拉伸信号,感应面积达到50×50 cm2

    该文献利用简单的制备方法,控制传输线的截面结构,调整其阻抗、屏蔽性和信号损失,制备的柔性传输线用于电时域反射式传感器,具有高灵敏度、高柔性、多位点、多种类应变传感的优点。

    2. Bi−Sn Catalytic Foam Governed by Nanometallurgy of Liquid Metals

    链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c01170

      该文献是澳大利亚的Kourosh Kalantar-Zadeh教授近期发表的ACS nano。主要是利用纳米冶金的方法,将EBi57Sn43合金和EBi57Sn43In2的合金在甘油里面超声,向里面加入饱和的NaHCO3溶液,通过吹气法制备液态金属泡沫。其中In作为一种钎焊剂,可以使BiSn形成纳米级别的异质结构。研究了纳米颗粒、泡沫的熔点变化及在电催化CO2转化为甲酸的应用,其中在较高的电流密度(-25 mA cm-2)下,其转化效率高达82%,为液态金属泡沫在催化领域的应用奠定了基础。

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  • lvll 3月前
    引用 5

    题目:Highly enantioselective photo-polymerization enhanced by chiral nanoparticles and in situ photopatterning of chirality
    链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15082-6.pdf
    通讯作者:邹纲,地址:中国科学技术大学高分子科学与工程系。
    研究内容:原料:D或L-半胱氨酸修饰银纳米颗粒(手性纳米颗粒),10,12-二十五碳二炔酸。
    实验步骤:将10,12-二十五碳二炔酸旋涂在石英基底材料上,之后滴涂L或D-半胱氨酸/银纳米颗粒。暗处存放12h,之后利用254 nm或313 nm的UV光激发,使10,12-二十五碳二炔酸在紫外光下产生聚合。
    创新点:利用D或L-半胱氨酸修饰银纳米颗粒的手性,对UV光产生旋光,进而对10,12-二十五碳二炔酸的紫外引发聚合产生影响。非手性10,12-二十五碳二炔酸在具有旋光的UV光下聚合,形成具有手性的聚二炔。聚二炔的手性可通过D或L-半胱氨酸/银纳米颗粒调节,或通过不同波长的激发紫外光调节。具有图案化、可编码、手性聚二炔梯度分布、荧光图案、检测手性物质等应用。
     
    对我们工作的启发:在本文中单独L或D半胱氨酸、单独银纳米颗粒对10,12-二十五碳二炔酸的聚合几乎不产生影响,更不会形成具有手性的聚二炔。在我们的工作中,是否可以利用Cu/胱氨酸手性螺旋进行类似的工作?在微纳米尺度的具有手性排列的聚二炔性质如何?

    题目:Self-Assembled Zinc/Cystine-Based Chloroplast Mimics Capable of Photoenzymatic Reactions for Sustainable Fuel Synthesis

    链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201704678

    通讯作者:闫学海。地址:过程所。

    胱氨酸溶解在pH 12的水中(通过NaOH调节)形成50 mM的溶液,取20 μL加入到940 μL Tris-HCl buffer(10 mM, pH 8.0)中。之后加入ZnCl2(20μL,100 mM),形成白色沉淀,二者反应过程中金属离子Zn2+与胱氨酸相互作用,形成的产物微观形貌为纳米棒形成的多孔球状微米颗粒。可作为载体负载卟啉或活性酶,作为人工材料模拟自然界中叶绿体的光合作用过程。


    最后于 3月前 被lvll编辑 ,原因:
  • lvll 3月前
    引用 6


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  • 韩冲 3月前
    引用 7

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    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001868616303864?via%3Dihub

    实验发现甘氨酸类表活生成泡沫的稳定性比肌氨酸类表活的好,研究结果表明,甘氨酸表活亲水端相邻分子之间的氢键可增强泡沫稳定性,表面活性剂亲水端之间形成的氢键会产生吸引相互作用,使分子的活动受到限制,提升泡沫表面层的强度和弹性,可以更好低抵消变形。 


    https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.9b02407 

    探究了盐溶液对于月桂酰肌氨酸钠和月桂酰甘氨酸钠表面活性剂的泡沫稳定性的影响,其中肌氨酸酰胺键上的甲基不能形成H键,而甘氨酸可以形成稳定的H键。结果表明,离子会降低表活的堆积密度,并且发现盐溶液能够提升甘氨酸的泡沫稳定性,但不能提升肌氨酸的泡沫稳定性,说明离子能够促进H键,从而改善表活的泡沫稳定性。

  • 引用 8


    文献:

    Tunable Magnetic Response in 2D Materials via Reversible Intercalation of Paramagnetic Ions

    https://doi.org/10.1002/aelm.201900040

     

    本文提出一种利用二维片材料膜的层间结构,通过简单地浸泡磁性离子Ho3 +,从而成功将磁性离子嵌入氧化石墨烯(GO)、蒙脱石,碳化钛(MXene),二硫化钼(MoS2)等二维材料中,该种浸泡方式提高了二维材料八到十倍的磁性,并且该种磁性可逆可控。稀酸浸泡可以去除二维材料上的磁性,可控性通过调节浸泡时间来调节材料磁性。

     

    Flexible, Transparent, and Conductive Ti3C2Tx MXeneSilver Nanowire Films with Smart

    Acoustic Sensitivity for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding

    https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c01635

     

    本文以PET为基板,喷涂MXene与银纳米线膜至少,构筑具备高力学性能、高完整性、高透光度和高EMI屏蔽性的膜,通过该多尺度结构,该膜可以达到EMI屏蔽效率(49.2 dB)和83%的透光率,分层结构又为膜提供了极灵敏的声音响应性。

     

    Neutralization Reaction Assisted Chemical-Potential-Driven Ion Transport through Layered Titanium Carbides Membrane for Energy Harvesting

    https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c00526

     

    本文基于MXene的负电荷纳米通电构建盐差发电,利用MXene的酸碱耐受性以一种新的思路对盐差发电进行了优化,以往文章对盐差发电的效率优化集中在制作性能更优异的膜,而该文通过提高化学势的方法提高功率密度,即利用传统的中和反应,HCl /KOH作为酸碱对(ABP)进行发电。

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  • hanxiao 3月前
    引用 9

    【文献分享】纤维素纳米材料部分最新研究动态

    1.Exploiting Supramolecular Interactions from Polymeric Colloids for Strong Anisotropic Adhesion between Solid Surfaces

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906886

    通讯作者:Orlando J. Rojas      Aalto University/University of British Columbia

    该工作利用纤维素纳米晶体(CNC)分散液的溶剂(水)在两片玻璃板之间受限蒸发的过程诱导CNC在界面自组装成具有结构有序、并显示出各向异性的粘合强度(平行于界面方向是垂直方向的70倍)的粘附层。

    这篇文章用简单的实验方法得到了具有实用价值的成果,从文章中可以看到该成果具有放大进行实际应用的潜力(如可以作为包装材料的环保胶水等)。如果真的走向应用,那么该方法形成粘附层的耐水性就值得被讨论,比如当粘附层重新接触到水分后,内部结构怎样变化、对其粘性有怎样的影响,然而文章并未提及?另外,生活中,仅仅利用水的蒸发过程,也能使某些界面产生粘附作用(如被水浸湿的纸贴在木桌表面,干燥后纸张无法被完整的取下,一部分永远的粘在了桌子上,我认为这可能是水的浸润使纸张和木材之间的界面形成了氢键)。这项研究中试验了该粘合方法对其他一些材料(纸、木材等)同样具有粘合作用,但这一证据无法证明水的蒸发过程是怎样对两个界面产生影响的。

     

    2.Bioinspired Hierarchical LiquidMetacrystal Fibers for Chiral Optics and Advanced Textiles

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202002193

    通讯作者:武培怡 复旦大学/东华大学

    该工作通过一种简单的微流控技术,制备了一种具有芯-鞘结构的多层超液晶纤维。作者通过微流控的方法使海藻酸钠快速与钙离子交联,原位形成纤维的鞘作为保护层,保护内部的纤维素纳米晶(CNC)连续、快速地自组装成独特的胆甾型液晶结构。基于该结构,超液晶纤维展现出独特的光学外观,可作为一种响应型的纤维状材料用于手性光学传感、偏振光加密、先进织物等领域。作者打破了CNC胆甾型液晶只有单一的膜材料的现状,实现了纤维材料的制备。此外,该项研究首次系统的探索了胆甾型液晶在一个连续的微管道几何中的自组装行为和光学特性。这种自组装策略对于其他类型的胶体液晶具有普适性。

     

    拓展阅读:综述 生物液晶的研究进展

    Advances in Biological Liquid Crystals

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201900019

    综述从生物液晶的物理性质、生物液晶对其他外界刺激(温度、磁场、流场、水分蒸发等)的响应行为等角度介绍了passive生物液晶(通常指体外的,如纤维素纳米晶)和active生物液晶(体内的细胞脂质膜等)等生物液晶材料的理化性质和研究进展。可作为认识生物质液晶材料的参考。

     

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    最后于 3月前 被hanxiao编辑 ,原因:
  • 文献1:Structure and transformation of tactoids in cellulose nanocrystal suspensions
    链接:https://www.nature.com/articles/ncomms11515?utm_source=other&utm_medium=other&utm_content=null&utm_campaign=JRCN_2_LW01_CN_natureOA_article_paid_XMOL
    纤维素纳米晶体(CNCs)分散液干燥后形成的薄膜具有手性向列光子结构的特性。本文将CNCs混入丙烯酰胺溶液中,利用丙烯酰胺聚合来捕获在CNCs的悬浮液中形成的纳晶团聚体,并将其稳定在丙烯酰胺水凝胶基质中,以观察纳晶团聚体在纤维素纳米晶形成分层结构的液晶相过程中所经历的演变。这种方法提供了一个前所未有的利用电子显微镜在纳米尺度上直接观察纳晶团聚体的机会。
    研究表明,随着水的蒸发,在各向同性相CNCs分散液中形成的纳米纤维团聚体具有手性分层结构。此外,小的纳米团聚体会互相融合,并出现融合缺陷,这些缺陷正是使得干燥的CNC薄膜呈现指纹纹理的原因。希望借用这种方法可以用于了解其他液晶物质中晶体的排列结构。
    文献2:Water-Stable Flexible Nanocellulose Chiral Nematic Films through Acid Vapor Cross-Linked Glutaraldehyde for Chiral Nematic Templating
    链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.9b00826
    本文提出了一种在室温下制备柔性、水稳定性的手性CNC薄膜的方法,进一步提高了CNC薄膜的性能。先将戊二醛(GA)与CNCs混合,通过蒸发诱导自组装形成具有彩虹色的薄膜。然后薄膜置于盐酸蒸汽中,随后GA与CNCs交联。GA交联的CNC薄膜具有高度有序的手性结构。未经过盐酸蒸汽处理交联的整齐薄膜浸泡在水中1分钟内溶解,而GA-CNC薄膜在不同pH值的水中浸泡24小时后仍然保持完整的结构,并且在乙醇、甲醇、丙醇、己烷、甲苯和氯仿中也保持完整性。经过盐酸蒸汽处理后膜的力学性能也增强,断裂强度由9.42MPa增加到17.87 MPa,断裂伸长率由1.23%增加到1.31%。另外,用GA交联的CNC薄膜作为独立的模板基板,可将导电聚合物(聚吡咯)和金属氧化物(氧化铁)沉积到GA-CNC薄膜上得到了手性柔性杂化膜,在能源、环境和传感领域具有潜在的应用价值。

    最后于 3月前 被lchaoxu编辑 ,原因:
    • 仿生智能材料研究组
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