纵览“国内材料最新突破”—物理所研获超疏水、密度最小、长寿命的冰
2016-04-22 10:12:03
作者：本网整理 来源：国内材料周报
国内材料的科研进展一直保持着奋发前行的劲头，随着国家逐渐重视材料的发展，我们相信我国的材料产业总有一天会达到世界一流水平。下面就一起去领略国内材料研究的最新突破。
超疏水功能新材料在众多领域具有良好的应用前景，但常见的多数超疏水材料普遍存在着寿命短、功能单一等问题，理想的材料现实生活中确实很少见。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）孟胜研究组黄永峰等利用二氧化钛纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷（PDMS）设计了一种新型层状材料。该材料能在紫外光处理后迅速发生由超亲水到超疏水的性能转变并能长时间保持极佳的超疏水性能。
相关研究结果发表于Advanced Materials和Science Advances。
近期，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所应用等离子体研究室环境与放射化学课题组利用自组装的方法合成了多功能的、独立的柔性薄膜材料，并应用于对水体中放射性离子Sr和Cs的去除与分离，同时通过对其表面改性后得到疏水性材料用于去除油性物质。该研究工作为以后的废水处理和分离技术提供了新思路。
钛硅碳（Ti3SiC2, TSC）具有优异的耐高温、耐腐蚀、高温准塑性，是高温条件下应用的Cf/C复合材料焊接层候选材料之一，但采用传统的高温（1600°C）热压烧结工艺，会破坏Cf/C复合材料中的纤维结构使得Cf/C复合材料失效。近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维与核能材料工程实验室成功将FAST（电场辅助烧结）技术应用于碳化硅陶瓷连接领域，在1300°C的低温下成功实现了SiC陶瓷的连接，整个连接过程仅需15min。该研究成果将为航空航天及核用陶瓷基复合材料的连接提供实验和理论支撑。
高比强度钢(HSSS)作为新一代汽车用钢的候选，体现出节约能源和减少温室气体排放的优势，成为轻质高强钢的研发热点。中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室的科研人员深入研究了这种HSSS的拉伸行为和微结构演化过程，针对塑性变形和加工硬化机理，提出了不同的理解，并在此基础上获得了更加优异的力学性能。这对深入理解高比强度钢的变形物理提供了新的思路，对含金属间化合物强化相的轻质高强钢微观组织设计和强韧化提供了有价值的建议。
固态照明被誉为是继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯之后的第四代电光源，具有较高的能量转换效率，但LED目前所采用的硅胶和环氧树脂混合陶瓷荧光粉存在较大的散热和稳定性问题，这极大地限制了LED在大功率方面的应用。中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维与核能材料工程实验室研究人员经过四年的努力，解决了两相复合陶瓷界面相容性问题和低光散射损耗的高透明陶瓷制备技术，成功将陶瓷荧光粉镶嵌入热膨胀系数匹配的铝基透明陶瓷基体中，将传统封装中的被动发光模块的热导率提高了两个数量级。
聚合物太阳能电池中大部分聚合物都是基于苯并二噻吩构筑单元，为了实现有机太阳能电池效率的进一步突破，人们急需基于新设计策略和新构筑单元的太阳能电池材料。近日，中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室郑庆东课题组首次将不对称茚并噻吩作为构筑单元，成功制备了9.14%的高转换效率的太阳能电池。另外在无添加剂的条件下，实现了近1V的高开路电压太阳能电池。该工作拓宽了聚合物太阳能电池领域的给电子构筑单元的选择范围。
L-H转换机理是磁约束核聚变界30多年悬而未决的难题，是实现磁约束核聚变能源的重要物理基础之一。近日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所针对"L-H转换"物理机制实验研究，在剪切流如何抑制湍流这一关键问题上取得了突破性进展，首次获得磁约束核聚变等离子体从低约束模式（L模）向高约束模式（H模）转换过程中边界湍流径向波数谱移动的实验证据。
作为锂离子电池的正极材料，硫的高理论容量引起了人们的极大关注，但硫具有不导电、中间产物溶于电解质、体积膨胀严重等缺点，这些问题使得锂硫电池的大规模应用面临诸多挑战。为了克服这些问题，中国科学院理化技术研究所功能高分子材料研究中心发展了一种在三维多孔碳结构中原位制备并负载硫的新方法，负载量达到90%，创造了硫的最高负载量纪录，电极材料的充放电循环稳定性显著提高，为新一代锂离子电池电极材料的设计开拓了新思路。
具有"富勒烯"结构类型的高对称性纳米团簇一直是科学家们所追寻的明星分子，但目前已知的钛氧簇分子的结构对称性都较低，高核高对称性钛氧簇的合成与表征仍然是一个极具挑战性的课题。中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员张健等，利用温和的溶剂热反应，通过调控钛酸酯在异丙醇溶液中的水解聚合，成功合成了首例具有富勒烯结构类型的高核钛氧团簇分子(Ti42)。这项研究成果不仅丰富了富勒烯类分子的组成，同时也为新型高对称性钛氧簇材料的研究提供了一个新的思路。
最近，中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室研究员沈国震课题组成功研制出一种基于石墨烯材料的新型柔性触觉传感器，实现了类似人体皮肤功能，可快速感知微小压力变化，从而构筑了具有高灵敏度和高稳定性的人造仿生电子皮肤。该器件具有极好的传感特性，其灵敏度能够达到15.6 kPa-1，响应时间在5 ms, 可循环工作10万次以上，该项工作为电子皮肤、可穿戴人体健康监测系统提供了一个新的思路。
相关研究成果发表于 Nano Energy
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