【文献与实验汇报】2020年9月5日-组内动态-仿生智能材料研究组  
【文献与实验汇报】2020年9月5日 组内汇报
hanxiao 2020-9-4 1523

  

最后于 2020-9-16 被lchaoxu编辑 ,原因:
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  • hanxiao 2020-9-5
    引用 2

    【文献分享】

    1. 光热蒸发
    MOF
    Based Hierarchical Structures for SolarThermal Clean Water Production
    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201808249

    AM 2019.3.11

    通讯作者:张华

    单位: 南洋理工,香港城市大学

    作者制备了一种独特的基于金属-有机框架的分层结构(MOFbased hierarchical structure, MHS)的光热蒸发器件。通过对具有良好吸光性和亲水性的Cu-CAT-1 MOF晶体进行结构调控,所合成的MHS可以实现超过97.6 %的太阳能吸收并增强超亲水表面性质。在1个太阳照射下实现了1.50 kg·m-2·h-1的高蒸发速率。此外,MHS具有优异的抗油污能力,并且可在层状油和乳化油污染下保持较高的光热蒸发速率。较高的光热蒸发速率、优异的抗油污性能以及快速简便的合成使得MHS有望成为用于清洁水生产的良好材料。

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    2. CNC结构色

    Modular Nanocomposite Films with Tunable Physical Organization of Cellulose Nanocrystals for Photonic Encryption

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202000547

    AOM 2020.4.21

    通讯作者:张凯

    单位:哥廷根大学

    作者制备了一种PAM/CNC复合水凝胶,干燥得到薄膜后,创新性地通过多层薄膜堆叠及对堆叠角度和厚度的控制,实现了对材料显色的控制并获得了较宽的色彩范围。通过进一步对不同颜色的复合膜进行编码,实现了该材料在光学加密防伪领域的应用。

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    最后于 2020-9-9 被hanxiao编辑 ,原因:

  • Tuning the Iridescence of Chiral Nematic Cellulose Nanocrystal Films with a Vacuum-Assisted Self-Assembly Technique

    链接:https://pubs.acs.org/doi//10.1021/bm501355x

    通讯作者:张建明

    单位:青岛科技大学

    由纤维素纳米晶体CNC的手性向列液晶相组成的虹彩膜由于其迷人的光学性能而引起了人们的极大兴趣。然而,当前的制造方法,即随后的蒸发工艺的溶液浇铸,具有很大的局限性,因此阻碍了CNC虹彩膜的应用。首次证明了真空辅助自组装VASA可用于制造高取向,大面积,光滑同时具有均匀分层螺旋结构CNC虹彩膜。已经发现,长时间的超声预处理对于通过VASA获得CNC虹彩膜是必要的,并且长时间的超声处理对CNC纳米棒的内部晶体结构和结晶度没有不利影响。此外,还发现可以通过超声处理时间,悬浮液体积和真空度来调节CNC膜的彩虹色。通过结合CD光谱,SEMWAXD技术,对VASA制备的CNC虹彩膜的内部结构进行了详细研究证实可以将通过VASA获得的CNC虹彩膜的结构起源归因于胆甾型液晶的经典左手螺旋模型

    Colouration by total internal reflection and interference at microscale concave interfaces

    链接https://doi.org/10.1038/s41586-019-0946-4

    通讯作者:Lauren D. Zarzar

    单位:宾夕法尼亚州立大学

    描述了一种以前无法识别的机制,该机制可用于创建具有大角度光谱分离的虹彩结构色。在凹形光学界面处沿全内反射的不同轨迹传播的光可能会干扰以生成鲜艳的色彩图案。当光在微尺度界面处经历多次全内反射时,可以通过发生干涉来创建结构着色。尽管这种现象以前没有被研究过,但我们发现它是司空见惯的,因为即使在透明表面上的简单微滴中也能观察到这种现象。产生这种效果的关键要求是:(1)支持全内反射的界面折射率对比,以及(2)支持多条轨迹的微尺度几何结构,以实现特定的光入射和观察方向的光全内反射。我们期望这种色彩效果持续存在,直到沿着界面的各种光轨迹的光程长度差超过入射光的相干长度为止。我们提供了具有预测能力的详细分析模型,该模型已通过实验确定和建模的角度颜色分布的紧密匹配得到了验证。我们的模型使我们能够解释观察到的变量的颜色变化,例如曲率半径,接触角,折射率对比和入射光角。我们利用这种光学效果在各种材料和几何形状中创建结构着色,包括无固定液滴,双相液滴,固体颗粒和具有弯曲和平坦侧面的聚合物微结构。这些设计原理将吸引来自各个领域的科学家和工程师,这些科学家和工程师希望调制材料的颜色和反射光学特性。

    该效应在尺寸比可见光的波长大几个数量级的界面处产生,并且很容易在系统中观察到,就像水滴凝结在透明基板上一样简单。在复杂的系统中利用这种现象,包括多相液滴,三维图案化的聚合物表面和固体微粒,以创建与理论预测一致的彩虹色图案。这种可控制的结构着色很容易在微米级界面上生成,因此我们希望这里概述的设计原理和预测理论将对光学的基础探索以及在功能性胶体油墨和涂料,显示器和传感器中的应用感兴趣。


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  • 龙立芬 2020-9-5
    引用 4


    Overcoming Rayleigh–Plateau instabilities: Stabilizing and destabilizing liquid-metal streams via electrochemical oxidation

    Pub Date : 2020-08-11 , DOI: 10.1073/pnas.2006122117

    Song等发现液态金属具有由于表面张力驱动的普拉托-瑞利不稳定性,从毛细管流出的液体流迅速破裂成液滴。液态金属具有巨大的表面张力,但当金属以低速注入电解液时,通过向金属施加氧化电位,可以形成稳定的圆柱形流。液态金属流的界面张力可以用电化学方法实时控制,以产生各种形态,包括液滴、细线(直径100μm)和其他形状。液态金属丝可以在长距离内流动和弯曲而不会断裂。这一现象为在室温下生产金属结构提供了新的途径,为流体结构中的按需流动以及研究和控制流体行为提供了新的工具。


     

    Voltage-induced penetration effect in liquid metals at room temperature

    Pub Date : 2019-11-05 , DOI: 10.1093/nsr/nwz168

    Frank F Yun等发现通过施加电压,室温液态金属(GaInSn合金)能够穿透大孔和微孔材料。在各种多孔材料(如薄纸,厚海绵和细海绵,织物和网眼)中都证明了液态金属的渗透效果。其原理是电压诱导液态金属表面氧化,降低了液态金属的表面张力且表面张力几乎为零。液态金属极低的表面张力使其能够很容易的润湿多孔的材料,同时通过重力的作用使液态金属渗透多孔材料。该研究表明,两种可能的应用是在密封环境中使用液态金属修复和切断电线。在这里,我们演示了针对两种可能应用的实验。为了达到治疗效果,首先将断开的铜线放在容器的底部(图5)。a),连接到电路的发光二极管(LED)熄灭。然后,我们将液体加仑斯坦液滴放在固定在开路上方7厘米的海绵顶面上。施加电压后,加仑斯坦小滴穿过海绵并向下流到底部。结果,两条铜线被液体林物理连接。然后开路被修复,并且LED灯开启。使用放置在容器底部的铝线建立闭合电路,并点亮LED灯。液态金属穿过海绵后,液滴滴落到底部并与铝线直接接触,而LED灯仍然亮着。然而,大约2分钟后,由于铝与镓的强烈化学反应,铝镓被GaInSn合金小滴阻断,然后LED灯熄灭。这些发现为新型微流体应用提供了新的机会,并可能促进进一步发现液态金属更奇特的流体状态。

    A multifunctional shape-morphing elastomer with liquid metal inclusions

    Pub Date : 2019-10-22 , DOI: 10.1073/pnas.1911021116

    Michael J. Ford等液晶弹性体(LCEs)是一种很有前景的功能材料,但缺乏电刺激形状记忆激活所需的电导率和热导率。为了解决这个问题,LCEs通常嵌入刚性填料,以提高电导率。然而,这些粒子降低了LCE基体的力学性能和变形能力。在该研究中,为了克服这些限制与先进的材料架构,在LCE中添加了液态金属(LM)。该材料体系结构极大地扩展了LCE可以实现的特性和动态功能范围。通过将LCE嵌入液态金属(LM)微滴中来实现多功能。由于液态金属在室温下为液态,因此当复合材料被拉伸时,它们可以随周围的基质自由变形。此外,LM不会干扰LCE响应外部刺激而改变形状和做出机械反应。在没有外部负载的情况下,LCELM复合材料的形状变化可以通过光引发交联被编程,这样它就可以通过电或热的方式在预先编程的形态之间可逆地转变。



  • xutongfei 2020-9-5
    引用 5


    文献:Flexible and Super-Sensitive Moisture-Responsive Actuators by Dispersing Graphene Oxide into Three-Dimensional Structures of Nanofibers and Silver Nanowires

    通讯作者:Dong Wang

    单位:武汉纺织大学

    DOI: 10.1021/acsami.9b20365

    二维氧化石墨烯(GO)被研究者认为是一个理想的候选湿度响应驱动器,因其具有良好的湿度敏感性。将氧化石墨烯薄片均匀分散到由一维pvc-co-pe纳米纤维(NFs)和银纳米线(AgNWs)组成的三维网络中,制备了柔性膜基致动器。AgNWs/NFs/GO复合膜的三维交错孔隙结构保证了其更大的接触面积(19.33 m2/g)、更快的水分交换速率和在水分刺激下更大的弯曲变形。此外,对吸附水分子的空间分布及其对复合膜弯曲行为的驱动作用提出了新的解释。吸附的水位于复合膜的中间层和表面层之间。层间水分子使膜体积膨胀,导致膜的弯曲角度较大。另一方面,膜表面层上的水只会引起膜重的变化,对膜的弯曲性能影响不大。此外,为了使柔性执行器更加实用和多功能,通过在NFs/GO膜上分层喷涂AgNW制备了一种导电AgNWs-NFs/GO双层膜型执行器,可直接用于开关控制电路中。

     


     

    文献:Graphene-Based Actuator with Integrated-Sensing Function

    通讯作者:Luzhuo Chen

    单位:福建师范大学

    DOI: 10.1002/adfm.201806057

    传统柔性驱动器只具备响应功能,但缺乏实时的信号反馈,本文的研究者主要针对该问题进行研究,研发了一种新的石墨烯多功能响应器,从而避免了对执行器进行检测时依赖图像后处理,实现了对执行器形状-变形幅值的实时测量。在近红外光的驱动下,基于双模驱动机构,执行器能够显示一个大的弯曲驱动(曲率为1.1 cm 1)。同时执行机构的相对阻力变化为17.5%。传感功能归因于还原氧化石墨烯和纸张复合材料的压阻性和热阻性。该驱动器可作为应变传感器用于监测人体运动。基于执行器的智能手爪,实现了执行器和传感功能的完美结合,不仅可以抓取和释放物体,还可以感知执行器的每一个执行状态。

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  • weihua 2020-9-5
    引用 6

    文献:Exceptional capacitive deionization rate and capacity by block copolymer–based porous carbon fibers 通讯作者:Guoliang Liu 

    单位:Virginia Tech

    电容去离子(CDI)对低盐度水的脱盐具有积极的作用。目前碳基CDI材料的瓶颈是其脱盐能力有限和耗时循环,这是由于离子可及表面不足和电子/离子传输受阻造成的。本文展示了从微相分离的聚甲基丙烯酸甲酯-嵌段聚丙烯腈(PMMA-b-PAN)衍生的多孔碳纤维(pcf)是一种有效的CDI材料。PCF具有丰富而均匀的中孔,并与微孔相互连接。这种分层多孔结构使PCF具有大的离子可及表面积和较高的脱盐能力。此外,连续的碳纤维和相互连接的多孔网络使电子/离子快速传输,从而提高了脱盐率。PCF的脱盐能力为30 mgNaCl g−1PCF,最大时间平均脱盐率为38.0 mgNaCl g−1PCF min−1,分别是典型多孔炭的3倍和40倍。本工作强调了基于嵌段共聚物的PCF的相互高容量和高速率CDI的前景。

      


                                                

    文献:Ammoniating Covalent Organic Framework (COF) for High-Performance and Selective Extraction of Toxic and Radioactive Uranium Ions 

    通讯作者:Feng Luo 

    单位:华东理工大学 

    铀的理想多孔吸附剂,容量大,选择性高,即使在钻井平台下也具有广泛的适用性-多孔条件非常理想,但仍然极其稀少。在这项工作中,氨化法制备的多孔吸附剂,即[nh4]+[COF-so3−]so3h修饰的共价有机框架(COF)使铀提取性能。相对于原始的so3h装饰COF(COF-so3h)对铀的吸附量为360mg g−1氨化的[nh4]+[COF-so3−]提供超高铀摄取量高达851mg−1,增强2.4倍。这样的性能是所有已报道的铀多孔吸附剂中最高的。重要的是,高达9.8×106 mL g−1的大分布系数K d U是观察到的,意味着对铀有极强的亲和力。因此,[nh4]+[COF-so3-]对铀的吸附具有很高的选择性,如S U/Cs=821,S U/Na=277,S U/Sr=124,使其成为海水中有效的铀吸附剂,产生了惊人的效果,铀吸附量为17.8 mg g−1。而且,它的效果很好-稳定性也使其成为一种有效的铀吸附剂条件(pH=1、8和3的酸度)。





    实验:1 氰基水解的条件还在继续摸索过程中,但已经有些好的进展,还需要继续摸索。 2 在做纤维素原位聚合聚丙烯腈的时候,发现丙烯腈可以表面接枝在纤维素表面,所以做了一些接枝的试验,然后进一步看看接的量,然后水解,测吸附量。 3 在纤维素表面引入聚乙烯酰亚胺,测了摩擦发电性能,发现和原纤维素膜相比电压提高了三倍以上,电流提高了五倍左右。 [/djhide]


  • yushanyu 2020-9-5
    引用 7

    文献:Magnetized MXene Microspheres with Multiscale Magneti Coupling and Enhanced Polarized 

    Interfaces for Distinct Microwav Absorption via a Spray-Drying Method


    https://doi.org/10.1021/acsami.0c00935


    Ti3C2Tx作为一种二维材料,由于其庞大的界面结构,丰富的自然缺陷和化学表面官能团,已被用作微波吸收器。但是,其单一的介电型损耗和过高的电导率严重限制了微波吸收性能的进一步提高。通过一个简单的喷雾干燥程序,将二维MXene重塑成具有Fe3O4嵌入(指定为M / F)的密闭磁化微球。这些Fe3O4磁性单元高度分散在介电的Mxene框架中,从而优化了阻抗平衡和电磁协调能力。这种复合方式有效地超越了常规的物理混合,简单的加载和局部相分离的方法。同时,微米级MXene和纳米级Fe3O4实现了强大的磁损耗能力,并显着提高了磁通线密度,这证实了3D多尺度磁耦合网络。因此,M / F复合材料在厚度仅为2 mm的情况下仍具有独特的微波吸收特性。这种设计策略为基于MXene的功能材料和高性能材料提供了重要指导。
     


     



    文献:Magnetic FeCo nanoparticles-decorated Ti3C2MXene with enhance microwave absorption 

    performance


    https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165639


    Ti3C2 MXene由于其正介电损耗能力而非常希望用作潜在的微波吸收剂。但是,纯Ti3C2MXene缺少磁损耗会导致电磁参数不平衡和阻抗匹配差。刻蚀MAX得到Ti3C2MXene,通过原位水热法首次制备了装饰有FeCo的磁性Ti3C2MXene(FeCo-Ti3C2MXene)复合材料。在Ti3C2MXene上掺入磁性FeCo纳米颗粒可以增强微波吸收性能。FeCo-Ti3C2MXene复合材料仅在1.6毫米的情况下显示了8.8 GHz的宽有效带宽(RL <-10 dB)。这种优异的微波吸收性能主要归因于强大的微波衰减能力和改进的阻抗匹配。FeCo-Ti3C2MXene复合材料可以作为具有高度竞争力的微波吸收剂。

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    最后于 2020-9-6 被yushanyu编辑 ,原因:
  • chexinpeng 2020-9-5
    引用 8

    文献:Highly Compressible, Thermally Stable, Light Weight, and Robust Aramid Nanofibers/

    Ti3AlC2 MXene Composite Aerogel for Sensitive Pressure Sensor

    通讯作者:Bin Yang

    各种可穿戴式气凝胶传感器因其重量轻、传感范围广、传感能力强等优点受到广泛关注。芳纶纳米纤维(ANFs)作为一种新兴材料,由于其固有的力学性能和热稳定性,在各个领域实现了多功能应用。本文报道了一种MXene/ANFs复合气凝胶,通过一种可控真空过滤和冷冻干燥工艺。MXene/ANFs气凝胶具有超低密度25mg/cm的无规则三维分层结构和多孔结构,具有很高的压缩回弹性和传感性能。通过一系列模拟实验表明,MXene/ANFs气凝胶传感器具有较宽的检测范围(2.0−80.0%压缩应变)、灵敏的传感性能(128kpa)和超低的检测限(100pa),经历了超高的破坏性压力(623kPa)后,它仍然在探测人类剧烈运动的指标。此外,MXene/ANFs气凝胶传感器可承受200°C的高温,并显示出优异的阻燃性。MXene/ANFs气凝胶具有优良的综合性能,特别是高灵敏度的传感性能和良好的热稳定性,为人体行为监测传感器和作为在某些极端条件下的传感器。

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    文献:Biomimetic Nacre-Like Silk-Crosslinked Membranes for Osmotic Energy Harvesting.

    通讯作者: Liping Wen

    河水和海水之间的渗透能作为一种从环境中获取可持续能源的方法有助于解决能源短缺和环境污染等全球性问题。目前基于反向电渗析技术的尝试受到限制,主要是由于经济性低功率密度和不足等问题。在这里,我们展示了一种设计多层氧化石墨烯丝纳米纤维氧化石墨烯仿生珍珠层三明治的新策略。增强的界面结合使复合膜在盐水中具有长期稳定性,同时,二维纳米流体通道结构也降低了离子传输阻力,为离子提供了较大的储存空间。因此,通过混合海水和河水,拟建膜式发电机的输出功率密度可达到5.07 W m。此外,我们还从实验和理论上证明,由于离子运动范围和电极反应活性的提高,热场驱动输出功率密度的增加,显示了强化热渗透能量转换的前景。


     


    • 仿生智能材料研究组
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