【实验与文献汇报】-2020.10.24-组内动态-仿生智能材料研究组  
【实验与文献汇报】-2020.10.24
安雪 2020-10-24 5398

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  • 安雪 2020-10-24
    引用 2

    Linking Renewable Cellulose Nanocrystal into Lightweight and Highly Elastic Carbon Aerogel

    链接:https://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b07833

    现有的碳气凝胶由于结构工程的缺陷,其力学性能往往受到限制。本文提出了一种利用可再生纳米材料制备轻质高弹性碳气凝胶的有效方法。为了实现这一目标,机械性强的纤维素纳米晶(CNC)作为结构单元,魔芋葡甘聚糖(KGM)将CNC连接成连续的、定向排列的波纹状层。这种层状结构以及CNC与KGM之间的相互作用使其具有超高的结构稳定性和优异的力学性能,优于石墨烯和碳纳米管(CNT)基碳气凝胶。所制备的气凝胶在50%的压缩应变下,10000次循环后,可以保持100%的高度和90.6%的应力。它甚至可以承受高达90%的压缩应变1000个循环,而结构变形可以忽略不计。碳气凝胶独特的结构、优异的机械性能和高度灵敏的电流响应,使其能够准确检测人体生物信号,可以应用于压力应变传感器和可穿戴设备中。                 

                                                 

    Nitrogen-Doped Unusually Superwetting, Thermally Insulating, and Elastic Graphene Aerogel for Efficient Solar Steam Generation

    链接:https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c05666

    这项工作报告了具有氮掺杂结构的超润湿性和机械强度强的石墨烯气凝胶。采用SEM、TEM、XRD、Raman和XPS等手段对NGAs的掺氮结构进行了详细的表征。利用高速摄像系统,通过测量缩回WCA和水滴浸渍过程,研究了热退火后异常的超润湿行为。结果表明,当热处理温度从200℃提高到1000℃时,NGA的亲水性越来越强,其超湿性在空气中可保持数周。为了揭示这一异常现象,本文通过实验和分子动力学模拟研究了氮掺杂的影响。进一步详细研究了空气暴露和空气湿度的影响,以清楚地说明整个物理图像。超湿行为是由于水分子对含氮位点的优先吸附,明显抑制了空气中碳氢化合物的吸附。利用NGA-600作为光热材料,结合其良好的机械弹性、高光吸收和良好的隔热性能,证明了所制备的气凝胶具有高效的光热和太阳能蒸汽产生性能,能量转换效率高达86.2%,回收稳定性好。

                                                               

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  • weihua 2020-10-24
    引用 3


    文献 Self‐Densification of Highly Mesoporous Wood Structure into a Strong and Transparent Film

    通讯作者:qi zhou

    单位:瑞典皇家理工

                                                 


    在原生木材细胞壁中,纤维素微纤丝在次生细胞壁上高度取向排列。该文章开发了一种新的制备策略,在不引入机械外力分解的情况下,实现木材细胞壁结构中纤维素微纤维的纳米纤维化。通过液氮冷冻干燥制备的介孔木材结构具有197 m2 g1的高比表面积和249 m2 g1的超临界干燥比表面积。这些值比通过超临界干燥法干燥的传统脱木素木材(36 m2 g1)高57倍。这种高度介孔结构的纳米纤维素微纤维保持其自然排列和组织,可以加工成具有高孔隙率和高抗压强度的气凝胶。此外,由于纤维素微纤维在水蒸发时在毛细力驱动下自密实化,通过空气干燥可获得拉伸强度为449.1±21.8mpa、杨氏模量为51.1±5.2gpa的强薄膜。由于纤维素微纤维的自然排列,自密实薄膜还显示出高透光率(80%)和高光学雾度(70%),具有有趣的双轴光散射行为。

    文献:3D hierarchical porous amidoxime fibers speed up uranium extraction from seawater

    通讯作者:Hongjuan Ma

    单位:上海应用物理研究所


    酰胺肟基聚合物(ABP)纤维的发展为海水提铀(UES)提供了解决方案,也为解决铀资源短缺提供了另一种途径。但现有方法制备的ABP吸附剂不能满足吸附容量大、选择性高、机械强度好、使用寿命长的要求。本文通过轴向接枝链的自组装,制备了一种三维多孔高比表面积ABPH-ABP)纤维。在天然海水中获得了11.50mg-U/g的高吸附容量,这是UES的一个重大突破。同时,铀的吸附量大于其主要竞争元素钒,使纤维的U/V质量比发生逆转。H-ABP纤维还表现出良好的机械强度和较长的使用寿命,至少有10个吸附-解吸循环。设计合理的结构使其具有突破性的性能,完全满足UES经济评价的要求。这项工作提出了一种新的合成UES吸附剂的新技术,从而开辟了一种从海洋生产核燃料的全新途径。

    文献:A Dual‐Surface Amidoximated Halloysite Nanotube for High‐Efficiency Economical Uranium Extraction from Seawater

    通讯作者:王宁

    单位:海南大学


    通过将酰胺肟基化学交联到天然矿石材料,即埃洛石纳米管(HNTs)的双表面,开发出一种高效的吸附剂AO-HNTsAO-HNTs32ppm含铀模拟海水中表现出456.24mgg1的高铀吸附能力。在天然海水中,经过30天的现场试验,AO-HNTs可达到9.01mgg1的高铀提取能力。双表面酰胺肟化空心纳米管具有较高的铀吸附能力,具有较强的配位活性。由于矿石结构稳定,AO-HNTs的使用寿命也很长。得益于HNTs的低成本,从海水中提取铀的成本接近现货铀市场上的铀价格,这表明AO-HNTs可以用于经济地从海洋中提取铀。

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  • chengchaoyi 2020-10-24
    引用 4


    Bottom-up and top-down manipulations for multi-order photonic crystallinity in a graphene-oxide colloid

    链接:https://sci-hub.se/10.1038/am.2016.110

    通讯作者:Jang-Kun Song

    单位:成均馆大学

       在氧化石墨烯水分散体中发现的结构着色增加了碳基二维材料的适用性。然而,光子带隙的起源仍知之甚少,其实际操作仍处于早期发展阶段。通过一阶和二阶布拉格反射在高斯色散中的全色反射,并使用两种基本方法来操纵高斯光子晶体,即通过控制德拜长度和分别使用剪切或表面场的自下而上和自上而下的操纵。静电有效厚度的纳米尺度剪裁和氧化石墨烯片曲率的宏观平滑导致光子晶体的质量和节距的类似改变。直接观察GO粒子排列显示出优异的静电层对层组装和相当差的层内组装。这些结果阐明了控制向列相性质(而不是层状中间相)的机制及其光子晶体周期性的起源,并为在实际应用中开发这些有吸引力的特征提供了新的方法。利用表面场和剪切场自上而下地控制氧化石墨烯光子晶体,极大地提高了2D氧化石墨烯片的柔韧性。这些外部刺激改善了GO排列并平滑了GO粒子的曲率,进而导致反射光的颜色和亮度的变化。有趣的是,GO密度的局部变化可以持续相当长的一段时间,只要GO不被搅动或摇动。这意味着局部渗透压很弱,或者在很大的浓度范围内是自平衡的。果可能为在反射型光学器件中使用GO色散开辟一条新的途径,尽管还需要进一步的研究来解决许多问题,例如稳定性差和反射率低

    Bioinspired few-layer graphene prepared by chemical vapor deposition on femtosecond laser-structured Cu foil

    链接:https://sci-hub.se/10.1002/lpor.201500256

    通讯作者:孙洪波

    单位:吉林大学

    受蝴蝶翅膀的启发,采用模板导向化学气相沉积法成功制备了具有独特超疏水性和明亮结构颜色的多层结构石墨烯薄膜。采用飞秒激光加工来构造铜箔经过简单的飞秒激光处理后,在铜箔上形成了分级微纳结构,包括由激光扫描产生的微米级条纹和纳米级激光诱导的周期性表面结构。通过调节激光功率,可以很好地控制所得铜箔的表面粗糙度。以激光结构的铜箔为模板,成功制备了兼具彩虹色和超疏水性的仿生单层石墨烯薄膜。由于激光扫描和入射激光与半导体激光器之间的光学干涉,在没有任何掩模的情况下,成功地制造了包括微米级条纹和纳米级激光诱导周期性表面结构LIPSS的分级结构。继承了铜箔上的多尺度结构,几层石墨烯薄膜可以从铜箔转移到任何衬底上,并很好地保留了分层结构,证明了去湿性能和彩虹色,类似于蝴蝶翅膀。值得注意的是,超快激光加工能够在活性金属基底如铜和镍上制造适用于石墨烯制备的表面微纳结构。随着化学气相沉积技术的快速发展,以激光结构的铜箔为模板,可以容易地制备出具有所需微米结构的高质量石墨烯。作为一个典型的例子,仿生石墨烯薄膜在有机发光二极管(OLEDs)和有机太阳能电池(OSCs)中有着巨大的潜在应用前景。通过在铜箔上设计不同的表面微纳米结构,结构化石墨烯可以在基础科学和实际应用中获得更多的应用。

  • xutongfei 2020-10-24
    引用 5


    Graphene oxide based moisture-responsive biomimetic film actuators with nacre-like layered

    Structures

    链接:https:// 10.1039/c7ta04208f

    本文报道了在碱性溶液中,通过水蒸发诱导自组装和随后的物理交联,制备了具有仿贝壳样的砖砂浆微观结构的壳聚糖(CS)和氧化石墨烯(GO)纳米复合膜。所得到的杂化膜在水合和无水状态下都表现出很强的力学性能,而这两种状态之间物理性能的变化可能导致永久的力学重构。更重要的是,由于水与环境的交换,这些驱动器具有自主、持续的运动能力。薄膜驱动器可以举起50倍重的物体和运输10倍重的货物。该文中提到了一个十分有趣的应用,将驱动器卷起来作为轮胎,可以在现有研究中借鉴。

     



     

    Photogated humidity-driven motility

    链接:https:// 10.1038/ncomms8429

    本文制备了一种外部控制湿度诱导驱动的替代方法,选择琼脂糖(AG)作为弹性水凝胶基质。为了获得同时的机械健壮性和光化学反应,添加了多功能光响应性聚乙二醇(PEG)偶氮苯衍生物(PCAD),当接触到表面的水分时,由此产生的混合材料可以利用湿度梯度的化学势,并将其转化为机械功。通过快速和不均匀的膨胀,水吸附引起显著的形状重构,包括可逆弯曲,螺旋扭曲和连续滚动或翻转。当暴露在潮湿的环境中,这种材料的细长薄膜可以持续地卷曲和展开,并在潮湿的表面上快速前进,运输的货物重量几乎是其自身重量的20倍。当锚定后,用这种材料制造的驱动元件可以弯曲并快速举起重量为自身85倍的物体。

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  • 龙立芬 2020-10-24
    引用 6


    Controlled Assembly of Liquid Metal Inclusions as a General Approach for Multifunctional Composites

    https://doi.org/10.1002/adma.202002929

    镓基液态金属(LM)液滴作为分散相的软复合材料可能会在多功能材料工程中产生变革性的影响。但是,尚不清楚LM的渗透是否可以在多种基质材料中支持高的电导率。通过LM复合材料合成方法可以解决此问题,该方法重点关注基体固化/固化和液滴形成的相互关系,探索了LM浓度,粒径和沉降的综合影响。该LM复合材料已证明的功能可以推广到其他具有附加功能的基体材料中。具体来说,使用可生物降解/可再加工的塑料(聚己内酯)合成复合材料,水凝胶(聚乙烯醇)和可加工的橡胶(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯衍生物)具有广泛的适用性。该复合材料:i)具有高拉伸性和可忽略不计的机电耦合(大于600%应变);ii)具有焦耳加热的愈合性和可再加工性;iii)具有电气和机械自愈功能;iv)可以打印。这种控制装配的方法是一种具有广泛适用的技术,用于创建具有前所未有的多功能性的新型LM复合材料。

     

    Programmable Liquid Metal Microstructures for Multifunctional Soft Thermal Composites

    https://doi.org/10.1002/adfm.202000832

    柔软,可弹性变形的复合材料可以实现用于电子,机器人和可重构结构的新一代多功能材料。分散在弹性体基质中的液态金属(LM)液滴代表了一种新兴的材料结构,该结构已显示出软机械响应与出色的电气和热功能的独特组合。这些性质在很大程度上取决于材料组成和微观结构。然而,缺乏控制LM微滴形态以编程机械和功能性质的方法。在这里,通过热机械成型软复合材料中的LM液滴以在无应力的材料中创建可编程的微结构,可以克服此限制。这样可以按照规定的颗粒长宽比和方向,使LM负载达到体积的70%,能够控制整个材料主体的微观结构。通过这种对软复合材料的微结构控制,可以同时实现高达13.0 W m-1 K -1的导热率的材料(在聚合物基体上增加了70倍以上)在低应力条件下具有低模量(<1.0 MPa)和高拉伸性(> 750%应变)。在要求极高的机械柔韧性和高导热性的应用中需要这些性能,这在软电子产品,可穿戴机器人以及集成到3D打印材料中的电子产品中得到了证明。


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  • yushanyu 2020-10-24
    引用 7

    Ultralight Ti3C2Tx MXene foam with superior microwave absorption performance


           轻量化是微波吸收(MA)材料的重要追求之一。通常构建多孔结构的低密度泡沫作为吸收体是降低吸收剂含量和提高MA材料质量的有效途径之一,因为多孔结构可以有效地引起电磁波的多次反射,提高MA的性能。此文献介绍了一种通过盐酸诱导自组装和冷冻干燥制备超轻Ti3C2Tx复合泡沫的新方法,该方法可以通过调节预冻温度有效地调节泡沫材料的孔结构和MA性能。预冻温度从-20℃降低到-196℃,孔径变小,孔结构更加均匀,电导率降低,介电常数降低,MA性能显著提高。将3.3wt%Ti3C2Tx泡沫塑料浸入熔融石蜡中制备复合材料,进行MA性能测试。由于多次反射、导电损耗和偏振弛豫的协同作用,预冻温度为-196℃的Ti3C2Tx泡沫材料的MA性能最好,厚度为1.8mm时的最小反射损耗为-50.6dB,厚度为1.4mm时的有效吸收带宽为4.2GHz(13.8~17.6GHz),厚度从1 mm增加到3 mm,有效吸收带宽可在11.9GHz(6.1~18GHz)范围内调节。这是最轻的材料之一,具有优异的MA性能,完美地满足了对重量轻、厚度薄、带宽宽和吸收强的组合追求。这项工作为构建面向MA、电磁屏蔽、环境治理、储能和传感器等应用的三维多孔Ti3C2Tx基泡沫塑料提供了一种简单的策略。



    Ti3C2Tx‑Based Three-Dimensional Hydrogel by a Graphene Oxide-Assisted Self-Convergence Process for Enhanced Photoredox Catalysis

    https://doi.org/10.1021/acsnano.8b06136

           将二维层状结构组装成三维宏观水凝胶是一个经久不衰的研究课题。然而,由于二维Ti3C2Tx优异的亲水性,通过交联形成Ti3C2Tx MXene基水凝胶的仍然具有挑战性。本文献中,Ti3C2Tx  MXene通过氧化石墨烯(GO)辅助的自组装过程在温和的条件下巧妙地组装成三维宏观水凝胶。在此过程中,由于Ti3C2Tx的还原能力,GO被还原为还原的氧化石墨烯(RGO),部分去除了亲水含氧基团,增加了RGO的疏水性和π共轭结构,使RGO能够组装成三维的RGO骨架。同时,Ti3C2Tx通过紧密的界面相互作用自聚合进入RGO骨架,从而形成Ti3C2Tx基水凝胶。具有互联多孔结构的水凝胶作为光氧化还原催化的材料平台具有很大的潜力。本工作丰富了GO/MXene胶体化学在实际应用中的合理利用,设计出综合效能较高的Ti3C2Tx MXene基水凝胶。



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    最后于 2020-10-24 被yushanyu编辑 ,原因:
  • chexinpeng 2020-10-24
    引用 8


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