縱覽“國內材料最新突破”—物理所研獲超疏水、密度最小、長壽命的冰
2016-04-22 10:12:03
作者：本網整理 來源：國內材料周報
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國內材料的科研進展一直保持著奮發前行的勁頭，隨著國家逐漸重視材料的發展，我們相信我國的材料產業總有一天會達到世界一流水平。下面就一起去領略國內材料研究的最新突破。
超疏水功能新材料在眾多領域具有良好的應用前景，但常見的多數超疏水材料普遍存在著壽命短、功能單一等問題，理想的材料現實生活中確實很少見。近期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）孟勝研究組黃永峰等利用二氧化鈦納米顆粒和聚二甲基硅氧烷（PDMS）設計了一種新型層狀材料。該材料能在紫外光處理后迅速發生由超親水到超疏水的性能轉變并能長時間保持極佳的超疏水性能。
相關研究結果發表于Advanced Materials和Science Advances。
近期，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所應用等離子體研究室環境與放射化學課題組利用自組裝的方法合成了多功能的、獨立的柔性薄膜材料，并應用于對水體中放射性離子Sr和Cs的去除與分離，同時通過對其表面改性后得到疏水性材料用于去除油性物質。該研究工作為以后的廢水處理和分離技術提供了新思路。
鈦硅碳（Ti3SiC2, TSC）具有優異的耐高溫、耐腐蝕、高溫準塑性，是高溫條件下應用的Cf/C復合材料焊接層候選材料之一，但采用傳統的高溫（1600°C）熱壓燒結工藝，會破壞Cf/C復合材料中的纖維結構使得Cf/C復合材料失效。近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所特種纖維與核能材料工程實驗室成功將FAST（電場輔助燒結）技術應用于碳化硅陶瓷連接領域，在1300°C的低溫下成功實現了SiC陶瓷的連接，整個連接過程僅需15min。該研究成果將為航空航天及核用陶瓷基復合材料的連接提供實驗和理論支撐。
部分研究成果已發表于 Journal of Nuclear Materials。
高比強度鋼(HSSS)作為新一代汽車用鋼的候選，體現出節約能源和減少溫室氣體排放的優勢，成為輕質高強鋼的研發熱點。中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室的科研人員深入研究了這種HSSS的拉伸行為和微結構演化過程，針對塑性變形和加工硬化機理，提出了不同的理解，并在此基礎上獲得了更加優異的力學性能。這對深入理解高比強度鋼的變形物理提供了新的思路，對含金屬間化合物強化相的輕質高強鋼微觀組織設計和強韌化提供了有價值的建議。
固態照明被譽為是繼白熾燈、熒光燈和高強度氣體放電燈之后的第四代電光源，具有較高的能量轉換效率，但LED目前所采用的硅膠和環氧樹脂混合陶瓷熒光粉存在較大的散熱和穩定性問題，這極大地限制了LED在大功率方面的應用。中國科學院寧波材料技術與工程研究所特種纖維與核能材料工程實驗室研究人員經過四年的努力，解決了兩相復合陶瓷界面相容性問題和低光散射損耗的高透明陶瓷制備技術，成功將陶瓷熒光粉鑲嵌入熱膨脹系數匹配的鋁基透明陶瓷基體中，將傳統封裝中的被動發光模塊的熱導率提高了兩個數量級。
聚合物太陽能電池中大部分聚合物都是基于苯并二噻吩構筑單元，為了實現有機太陽能電池效率的進一步突破，人們急需基于新設計策略和新構筑單元的太陽能電池材料。近日，中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室鄭慶東課題組首次將不對稱茚并噻吩作為構筑單元，成功制備了9.14%的高轉換效率的太陽能電池。另外在無添加劑的條件下，實現了近1V的高開路電壓太陽能電池。該工作拓寬了聚合物太陽能電池領域的給電子構筑單元的選擇范圍。
L-H轉換機理是磁約束核聚變界30多年懸而未決的難題，是實現磁約束核聚變能源的重要物理基礎之一。近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所針對"L-H轉換"物理機制實驗研究，在剪切流如何抑制湍流這一關鍵問題上取得了突破性進展，首次獲得磁約束核聚變等離子體從低約束模式（L模）向高約束模式（H模）轉換過程中邊界湍流徑向波數譜移動的實驗證據。
作為鋰離子電池的正極材料，硫的高理論容量引起了人們的極大關注，但硫具有不導電、中間產物溶于電解質、體積膨脹嚴重等缺點，這些問題使得鋰硫電池的大規模應用面臨諸多挑戰。為了克服這些問題，中國科學院理化技術研究所功能高分子材料研究中心發展了一種在三維多孔碳結構中原位制備并負載硫的新方法，負載量達到90%，創造了硫的最高負載量紀錄，電極材料的充放電循環穩定性顯著提高，為新一代鋰離子電池電極材料的設計開拓了新思路。
具有"富勒烯"結構類型的高對稱性納米團簇一直是科學家們所追尋的明星分子，但目前已知的鈦氧簇分子的結構對稱性都較低，高核高對稱性鈦氧簇的合成與表征仍然是一個極具挑戰性的課題。中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員張健等，利用溫和的溶劑熱反應，通過調控鈦酸酯在異丙醇溶液中的水解聚合，成功合成了首例具有富勒烯結構類型的高核鈦氧團簇分子(Ti42)。這項研究成果不僅豐富了富勒烯類分子的組成，同時也為新型高對稱性鈦氧簇材料的研究提供了一個新的思路。
最近，中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室研究員沈國震課題組成功研制出一種基于石墨烯材料的新型柔性觸覺傳感器，實現了類似人體皮膚功能，可快速感知微小壓力變化，從而構筑了具有高靈敏度和高穩定性的人造仿生電子皮膚。該器件具有極好的傳感特性，其靈敏度能夠達到15.6 kPa-1，響應時間在5 ms, 可循環工作10萬次以上，該項工作為電子皮膚、可穿戴人體健康監測系統提供了一個新的思路。
相關研究成果發表于 Nano Energy
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