【实验与文献汇报】-2020.10.17-组内动态-仿生智能材料研究组  
【实验与文献汇报】-2020.10.17
龙立芬 2020-10-17 7028

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  • weihua 2020-10-17
    引用 2


    文献:Spider‐Web‐Inspired PM0.3 Filters Based on Self‐Sustained Electrostatic Nanostructured Networks

    通讯作者:Bin Ding

    通讯地址:东华大学

     

                                               

    颗粒物(PM)污染已成为严重的公共卫生问题,尤其是随着新发传染病的爆发。然而,大多数现有的过滤器体积大、不透明,显示出低效率的PM0.3/病原体截获,并且不可避免地在去除颗粒物和空气渗透性之间进行权衡。在这里,一种独特的电喷雾-网技术被用来创建蜘蛛网启发的网络发生器(SWING)空气过滤器。通过对Taylor锥的动力学控制及其喷射液滴的相分离,可以在大范围内生成二维自充电纳米结构网络。由此产生的摆动式过滤器显示出由风积振动驱动的异常长程静电特性,从而实现了自维持的PM粘附。结合其由纳米线(直径12 nm)组成的Steiner树状结构孔隙(尺寸200–300 nm),摆动式过滤器具有高效(去除PM0.3>99.995%)、低空气阻力(<0.09%大气压)、高透明度(>82%)以及对生物危害病原体的显著生物保护活性。这项工作可以为环境和能源应用的新型纤维材料的设计提供重要的参考。

     


    文献:Multifunctional Bio‐Nanocomposite Coatings for Perishable Fruits

    作者:Pulickel M. Ajayan

    饥饿和长期营养不良影响超过8亿人,相当于世界人口的10.7%。虽然各国越来越多地努力通过可持续能源和农业实践来减少贫困和饥饿,但全球生产的粮食有三分之一仍然被浪费,而且从未被消费。减少粮食短缺在这项努力中至关重要,通常通过开发转基因农产品或化学添加剂以及不可食用的涂料来解决,这些都会带来额外的健康和环境问题。本文报道了一种多功能生物纳米复合材料,主要由鸡蛋衍生聚合物和纤维素纳米材料组成,作为一种保形涂层覆盖在新鲜农产品上,通过延缓成熟、脱水和微生物入侵来减缓食品腐烂。这种涂料是可食用的、可洗的,并且是由现成的廉价或废弃材料制成的,这使得它成为一种有前途的替代商业水果涂料的经济替代品,也是世界上猖獗的食品浪费问题的一种解决方案。

     

    文献:A Self-cleaning Heterostructured Membrane for EfficienOil-in-water Emulsion Separation with Stable Flux

    作者:Jianmei Lu

    通讯地址:苏州大学



    缺乏清洁的水是一个重大的全球性挑战。膜分离技术能耗低、成本低,是处理工业、生活污水的理想选择。然而,膜极易受到污染,特别是在废水处理过程中,这限制了其在该领域的实际应用。同样,由于层间距减小,膜通量随着使用时间的延长而降低。制备具有抗污染性能和稳定通量的膜是解决这一问题的关键。在本研究中,藉由自组装制备具有可见光驱动自清洁性能之二维异质结构膜。值得注意的是,坡缕石的加

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    入增加了石墨烯和异质结结构的层间距,增加了膜的通量,避免了压力下薄膜层间距的减小。具有可见光催化性能的异质结的存在有效地避免了膜污染,避免了渗透通量的急剧下降。重要的是,所制备的2D膜对油水乳状液具有良好的分离性能,同时具有较高的通量和效率。这些特性表明所制备的2D膜在废水处理中具有很大的应用潜力。

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  • 安雪 2020-10-17
    引用 3


    Mechanically enhanced graphene oxide/carboxymethyl cellulose nanofibril composite fiber as a scalable adsorbent for heavy metal removal

    链接:https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116348

    本研究开发了氧化石墨烯/羧甲基纤维素纳米纤维(CMCNF)复合纤维(CF)作为一种高效、耐用的吸附剂。在典型的湿法纺丝过程中,采用Fe离子作为混凝剂,连续制备交联GO/CMCNF CF。由于CMCNFFe和羧基之间的离子键和静电作用等多重作用,复合纤维的力学性能优于纯氧化石墨烯纤维。GO/CMCNF-Fe CF对铅(Pb)的吸附剂率高,吸附剂回收成功,表明纤维型吸附剂对重金属离子具有耐用性,适用于废水处理。 

                                                

    Cellulose Nanofibril/Reduced Graphene Oxide/Carbon Nanotube Hybrid Aerogels for Highly Flexible and All-Solid-State Supercapacitors

    链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/am507999s

    本文报道了一种以纤维素纳米纤维(CNF)/还原氧化石墨烯(RGO)/碳纳米管(CNT)混合气凝胶为电极、HSO/聚乙烯醇(PVA)凝胶为电解质的新型高柔性全固态超级电容器。这些柔性固态超级电容器是在没有任何粘合剂、电流收集器或电活性添加剂的情况下制造的。由于CNF CNT / RGO /气凝胶电极的多孔结构和CNF在气凝胶电极中的优良电解质吸收特性,所制备的柔性超级电容器表现出较高的比电容(252 F g放电电流密度为0.5 A g)显著的循环稳定性(在电流密度为1 A g的条件下,1000次充放电循环后,电容量保持在99.5%以上)。此外,这些超级电容器还表现出极高的面电容、面功率密度和能量密度(分别为216 mF cm9.5 mW cm28.4 Wh cm)CNF/RGO/CNT气凝胶电极具有优异的电气性能、低成本、易于大规模生产和环保等优点,在柔性储能器件的开发中具有广阔的应用前景。

                                                  

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  • chengchaoyi 2020-10-17
    引用 4


    Electrically Heatable Graphene Aerogels as Nanoparticle Supports in Adsorptive Desulfurization and High-Pressure CO Capture

    链接: https://doi.org/10.1002/adfm.202002788

    通讯作者:Diana Iruretagoyena, and Robert Menzel

    单位:利兹大学

    还原氧化石墨烯rGO )气凝胶为水滑石衍生的纳米粒子(如镁铝混合金属氧化物(镁铝MMO))提供了高度稳定的多功能多孔载体,在两个重要的商业吸附应用中发挥着重要作用。引入了一种简便的方法,在纳米碳气凝胶中均匀地负载功能性的、由乳酸脱氢酶衍生的纳米颗粒,以提高它们在气相和液相吸附应用中的功能性能。具体地说,聚合物辅助组装的乳酸脱氢酶修饰的氧化石墨烯片被成功地用于在多孔氧化石墨烯气凝胶载体的导电框架内负载金属氧化物和金属纳米粒子(镁铝MMO、镍铝MNP、铜铝MNP),负载率高达88%。在开放的大孔气凝胶中支持LDH衍生的纳米粒子导致其有机硫吸附特性的显著改善,包括显著增加的有机硫吸收能力(对于简单和空间位阻的芳族有机硫)30倍加速的吸附动力学,优异的有机硫选择性和显著改善的吸附剂再生稳定性。气凝胶支撑的镁铝MMO纳米粒子与未支撑的纳米粒子粉末相比,在吸附脱硫性能方面表现出显著的增强,包括有机硫吸收能力(> 100%增加)、吸附动力学(> 30)和纳米粒子再生稳定性(> 3)的显著提高。气凝胶支持的NiAlCuAl金属纳米粒子的有机硫容量也有所提高。重要的是,rGO气凝胶网络的导电性通过石墨载体的直接电加热实现了精确和稳定的纳米粒子温度控制,从而增加了全新的功能。与传统的外部加热相比,载体介导的电阻加热允许以快得多的加热速率(>700 °C∙min)进行热纳米颗粒回收,并显著降低能耗。首次在与燃烧前碳捕获和氢生成技术相关的高温和高CO压力条件下评估了镁铝-MMO/氧化锗杂化气凝胶的CO吸附性能。气凝胶负载的镁铝MMO纳米颗粒的总CO容量是未负载的纳米颗粒的两倍多,达到2.36 mmol·COg(P = 8 bar, T = 300 °C),优于其他高压CO吸附剂。

     

    Rapid Fabrication of Noniridescent Structural Color Coatings with High Color Visibility, Good Structural Stability, and Self-Healing Properties

    链接:https://sci-hub.se/10.1021/acsami.9b01522

    通讯作者:唐炳涛

    单位:大连理工大学

    非晶光子结构的人工构建是获得非发光结构颜色的重要途径,在涂料、纺织品着色、显示或其他与颜色相关的领域显示出巨大的实际应用潜力。然而,由于非相干散射的影响,结构颜色通常较暗,微球之间的点接触导致结构稳定性差。本文提出了一种通过将APSs与聚合物结合来构建具有高颜色可见度、良好结构稳定性和自愈合性能的非荧光结构彩色涂层的创新策略。通过喷涂聚砜酰胺与WPU相结合的方法制备了具有高显色性和良好结构稳定性的非荧光结构彩色涂层。结果表明,聚砜膜具有固有的光吸收特性和高折射率,在不添加黑色光吸收物质的情况下,明显提高了APS涂层的颜色可见度。WPU作为一种粘合剂提高了APS涂层在各种基材上的结构稳定性,如玻璃甚至柔性织物。此外,在制备的APS涂层上形成的WPU保护膜不仅增强了结构稳定性,而且赋予了自愈合性能。通过简单的掩模工艺可以在各种衬底上实现快速图案化。由于多硫化物微球的固有特性,在不添加黑色吸光物质的情况下,颜色可见度显著提高。同时,水性聚脲的引入增强了体系的结构稳定性,赋予了体系自愈合性能。所制备的涂层可应用于各种基材,甚至柔软织物的着色,不仅获得优异的性能,而且易于批量图案化。

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  • yushanyu 2020-10-17
    引用 5

    Macroporous three-dimensional MXene architectures for highly efficient solar steam generation

    DOI: 10.1039/c9ta00176j

    单位:四川大学

    通讯作者:魏阳

      有效利用丰富的太阳能产生蒸汽是一种有吸引力的,可再生的,环境友好的技术,用于海水淡化和废水净化,能够解决全球长期存在的水资源短缺问题。但是,低能效,高成本以及具有最新技术的多个组成部分的复杂系统阻碍了它们的实际应用。

        通过将MXene纳米片通过PVA的粘附力组装到三聚氰胺泡沫(MF)骨架上而获得的三维 MXene体系结构(3DMA),可以实现高的太阳能蒸汽产生效率。多孔MF不仅提供了水传输的通道,而且由于其较大的表面积而提高了光吸收能力。由于具有亲水性,因此MXenes可以充分润湿内部骨架,而整个3DMA可以自浮,因为水无法填充3DMA内的小孔。 MXene的二维到三维形态转化极大地增强了它们在紫外线,可见光和近红外区域的光吸收能力。所得的具有隔热层的3DMA在1个太阳光下显示高达88.7%的高太阳蒸汽效率,在5个太阳光照射下显示高达94.2%的太阳蒸汽效率,这与其他太阳蒸汽发生器系统的太阳蒸汽效率相当,具有太阳能海水淡化和废水净化应用。这项工作也为制造多功能的基于三维MXene的MXene的光热材料提供了新的可能性,以有效地产生太阳能蒸汽。

         这种可扩展的3DMA可用于从海水和废水中产生纯净水,对于有机染料和金属离子的排斥率接近100%。这项工作为在实际应用中利用MXene作为光热材料打开了一个新窗口,从而为开发用于太阳能驱动的海水淡化和废水净化的新型复合材料创造了一个平台




    All-weather-available, continuous steam generation based on the synergistic photo-thermal and electro-thermal conversion by MXene-based aerogels

    DOI: 10.1039/c9mh01443h

        太阳能触发的蒸汽产生已成为一种绿色且可持续的战略,可以潜在地解决长期存在的全球淡水短缺问题。但是,考虑到清晨或午后或阴天的光照不足,此文献介绍了一种全天候可用的蒸汽发生系统,该系统能够在白天和晚上根据交联的MXene气凝胶(CMA)连续产生蒸汽。凭借CMA的强光吸收能力和出色的电导率,所构建的蒸汽发生系统不仅可以将阳光转化为热能以在晴天产生蒸汽,而且可以在弱光或黑暗的情况下通过利用电力持续实现热量的产生来生产水蒸气。此外,巧妙地引入了太阳能电池组件,避免了额外的电能输入和损耗。


        具有高光吸收效率和出色电导率的单一材料是实际全天候蒸汽产生应用所需要的。在典型的电热过程中,必须具有较低的电阻,以确保较低的电压输入以产生足够的热量以产生全天候蒸汽。迫切需要开发具有亲水性,高电导率和高吸光性能的新型整体多孔材料。MXene独特的结构和独特的表面化学赋予MXene具有许多关键特性,例如金属导电性和亲水性表面。将二维材料集成到三维宏观结构中,为蒸汽发生器中光吸收差和水传输速度慢的问题提供良好的解决方案,从而导致产生高性能的蒸汽。本文献使用乙二胺(EDA)作为交联剂,将二维三维 MXene板组装成具有少量GO的高导电性,光吸收性,隔热性和亲水性三维多孔结构。借助于冷冻干燥,交联的MXene水凝胶(CMHs)变成交联的MXene气凝胶(CMA)。基于CMA和太阳能电池(SC-B)组件的精心设计的蒸汽发生系统演示了全天候的蒸汽发生,其中CMA可以将阳光转化为热量以产生蒸汽,而SC-B可以将阳光转化为电能,从而支持CMA在阴暗的天气和黑暗的条件下产生电热蒸汽。


    最后于 2020-10-17 被yushanyu编辑 ,原因:
  • 龙立芬 2020-10-17
    引用 6


    Liquid-Phase Gallium–Indium Alloy Electronics with Microcontact Printing

    https://doi.org/10.1021/la401245d

    用微接触打印机在弹性体基底上对液相电子电路构图。打印机头浸入液相镓铟合金池中,例如共晶镓铟铟(EGaIn)或镓铟锡(Galinstan),然后在硅弹性体基底上沉积。在图案化沉积之后,液相电路用附加的有机硅弹性体层密封。该研究使用人工上墨并压入弹性体基材的模制聚二甲基硅氧烷压模对液相GaIn合金进行图案化沉积的方法。与通过针头注射或掩膜沉积生产的其他液相电子设备一样,该电路可弹性变形,并且可以拉伸到其自然长度的几倍而不会失去电子功能。当前的打印机被设计为产生直径为340μm的液滴,当这些液滴间隔约200μm时会聚结形成线条和填充形状。与当前的针头注射方法相比,微接触印刷是一种快速且全自动的方法,可以生产出具有任意平面几何形状的液相电路。



     

    Nanoscale Controlled Oxidation of Liquid Metals for Stretchable Electronics and Photonics

    https://doi.org/10.1002/adfm.202006711

    由于镓基液态金属具有出色的可拉伸性和导电性能,引起了柔性电子和生物电子领域的广泛关注。然而,镓基液态金属的大表面张力,使得材料难以图案化和形成连续的薄膜或纳米级2D结构,阻碍了降维系统的实际应用。在此,由于对衬底表面状态和氧化动力学都进行了精细控制,因此提出了一种简单且可扩展的工艺,该工艺可生产渗滤阈值低至90 nm的高度可拉伸且导电的镓膜,并且可以精确控制工艺参数。已经证明了蒸发过程中的氧气浓度和PDMS基板上残留单体含量低的重要作用。光学和电气研究表明,在90 nm厚度附近存在明显的渗滤过渡。在厚度为400 nm的情况下,以50%应变伸长的薄膜在未封装时表现出的电阻变化低至8%,在封装时表现出的电阻变化低至3%,这为可拉伸互连打开了有趣的应用。封装膜在25%应变下的循环测试显示在15 000个循环中稳定的电响应。理论上使用单层时间形成理论评估氧浓度的影响,并与在各种氧浓度下拉伸这些薄膜获得的实验观察结果相关。最后,由于新开发的工艺,证明了在红外中具有可调共振峰的超表面。进一步缩小尺寸将允许访问电信频谱区域,从而为主动调整人工工程相位分布图(有源透镜或滤色镜)开辟了有趣的应用,而且还可用于监视和识别生物分子。



  • xutongfei 2020-10-17
    引用 7


    Conductive MXene Nanocomposite Organohydrogel for Flexible, Healable, Low-Temperature Tolerant Strain Sensors

    链接:https://doi.org/10.1002/adfm.201904507

    通讯作者:Pengbo Wan and Guihua Yu

    单位:Beijing University of Chemical Technology

    MXene纳米片和水凝胶网络中的其他聚合物之间的相互作用是由聚合物链纠缠、离子相互作用、氢和/或共价键引起的,MXene一般不参与聚合过程。Liao等人通过将丙烯酰胺(AAm)单体和聚乙烯醇(PVA)溶于含有Ti3C2Tx纳米片的水中,制备了MXene共聚水凝胶(5a)18四硼酸钠(硼砂)被用作PVA链之间的动态交联剂,其中的OH基团通过四氟化硼酸(B(OH)4)离子相互连接。聚丙烯酰胺(PAAm)网络随后通过AAm单体在601c的原位聚合得到。在凝胶形成过程中,由于聚合链的纠缠,MXene纳米片成功地融入水凝胶网络中。所制备的水凝胶具有优异的防冻性能(40℃)、持久保湿性能(8 d)、优异的自愈能力和优异的机械性能。此外,该MNOH可组装为可穿戴式应变传感器,在极低温下具有较宽的应变范围(高达350%的应变)44.85的高测量因子来检测人体生物活动。这项工作为电子皮肤、人机交互和个性化医疗监测的潜在应用铺平了道路。

    Fast Gelation of Ti3C2Tx MXene Initiated by Metal Ions

    链接:https://doi.org/10.1002/adma.201902432

    通讯作者:Quan-Hong Yang

    单位:Tsinghua University

    过长的凝胶化过程中不可避免的氧化导致形成的MXene水凝胶的部分性能退化,为了解决这个问题Deng提出了利用金属离子对于MXene进行快速凝胶化,从而避免MXene片的氧化,其利用Fe2+作为交联剂,利用其对-OH的强相互作用力,从而降低了MXene的负电荷和亲水性,从而促进了MXene片的分离,进而可以在几分钟内进行快速凝胶化。该水凝胶具有较优的倍率性能,显示了其在高性能储能设备上的巨大潜力。总的来说,MXene的凝胶化提供了一种有效的方法来实现MXene的三维组装以提高其储能性能。

     

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  • hanxiao 2020-10-17
    引用 8


    【文献分享】

    1. A Biodegradable Antibacterial Nanocomposite Based on Oxidized Bacterial Nanocellulose for Rapid Hemostasis and Wound Healing

    https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b17732

    通讯作者 Feng Hong

    单位:东华大学

    用于体内不可压迫伤口的止血,要求产品具备诸多优异的性能,譬如快速止血、可降解吸收、广谱抗菌、良好的生物相容性以及安全性等。目前,国内临床上可用的体内止血产品为数不多,且主要依赖于进口。然而,现有的医疗止血材料在使用过程当中也存在诸多缺陷和不足,如止血效率偏低、局部环境酸性、抑菌性弱、生物相容性差、降解速率偏慢等。

    针对以上问题,作者设计开发了一种基于氧化细菌纳米纤维素的体内可吸收抗菌复合止血海绵。利用具有高比表面特性的多聚阴离子氧化细菌纳米纤维素(OBC)和多聚阳离子壳聚糖(CS)的静电吸附自组装反应,巧妙地将胶原蛋白(COL)进行绑定,制备得到了一种新颖的止血纳米复合材料(OBC/COL/CS)。引入胶原蛋白提高并丰富了复合材料的止血效率和促愈功能。

    Abstract Image

     

    3.拓展阅读

    抗病毒材料综述文章

    Antimicrobial Nanomaterials and Coatings: Current Mechanisms and Future Perspectives to Control the Spread of Viruses Including SARS-CoV-2

    https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05937

    通讯作者:Tohid F. Didar

    单位:加拿大麦克马斯特大学

    综述后半部分对于聚合物和其他有机物的抗病毒性能的总结值得我们借鉴用于生物质高分子抗病毒性能的修饰和改性

     


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    最后于 2020-10-18 被hanxiao编辑 ,原因:
  • chexinpeng 2020-10-18
    引用 9


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