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          年度盤點:10大登上《Nature》、《Science》等頂級期刊的功能薄膜技術突破!

          2018-06-12 點擊數:

          科學發展日新月異的今天,大量具有各種不同功能的薄膜得到了廣泛的應用,薄膜作為一種重要的材料在材料領域占據著越來越重要的地位。

           

          利用粒子所具有的光、電、磁方面的特性,通過復合使新材料具有基體所不具備的特殊功能的薄膜,我們稱之為“功能薄膜”。而其作為一種高新技術產品,并不是高不可攀的,它應用前景廣闊,在水資源、能源、環境、傳統產業改造等領域發揮重大作用。

           

          功能薄膜產業的快速發展,離不開科研人員在薄膜行業孜孜不倦地探索。年末將至,新材料在線?從《自然》、《科學》、《先進材料》等科研期刊精選10大振奮人心薄膜技術成果和突破,以饗讀者。

           

          以下以事件發生時間為倒序,不分先后。

           

          1.新型耐高溫鋰電池隔膜橫空出世 電池安全性有望提高

           

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          圖片來源于網絡

           

          材料簡介:中科院上海硅酸鹽研究所朱英杰團隊與華中科技大學胡先羅團隊合作,成功研發出一種新型羥基磷灰石超長納米線基耐高溫鋰離子電池隔膜。相關研究成果日前發表于《先進材料》,并申請一項發明專利。

           

          材料優勢:該電池隔膜具有諸多優點,例如柔韌性高、力學強度好、孔隙率高、電解液潤濕和吸附性能優良、熱穩定性高、耐高溫,在700℃的高溫下仍可保持其結構完整性。

           

          2.《Nature》發文報道離子精確“裝訂”石墨烯膜用于離子篩分 和海水淡化研究取得重大突破

           

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          圖片來源于上海大學官網

           

          材料簡介:中國科學院上海應用物理研究所方海平團隊、上海大學吳明紅團隊、南京工業大學金萬勤團隊和浙江農林大學學者合作,提出并實現了用水合離子自身精確控制石墨烯膜的層間距,展示了其出色的離子篩分和海水淡化性能,并用理論計算、上海光源的X射線小角散射和精細吸收譜實驗闡明了機理,相關論文發表在《Nature》上。

           

          材料優勢:通過離子選擇可以實現對石墨烯膜的層間距達十分之一納米的精確控制。此外,通過系列水合離子控制的多石墨烯復合膜,從實驗上實現了不同離子間的精確篩分。

           

          3.《Science》刊發:一張薄膜能將室溫狂降17℃

           

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          圖片來源于揚子晚報

           

          材料簡介:美國科羅拉多大學的尹曉波和楊容貴在《科學》雜志上發表文章表示發明了一種無需制冷劑、無需電力就可以為建筑降溫的薄膜。這種降溫薄膜由透明的聚合物制成,這是一種塑料,商業名稱是TPX。他們把TPX加工成約50微米厚的薄膜,將一面鍍上銀,另一面隨機鑲嵌許多直徑在8微米左右的小玻璃珠。在屋頂上鋪設時,鍍銀的一面朝下,太陽光會就被TPX塑料反射回去,防止熱量向下滲透。

           

          材料優勢:該薄膜冷卻效果強勁,可以大規模生產,且成本低廉,每平方米只需大約50美分,被稱為有劃時代意義的降溫材料。而這種材料的主要發明人之一尹曉波還是南京大學畢業的蘇州人。

           

          4. 麻省理工制備出石墨烯膜,比現有材料透析速度快10倍!

           

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          圖片來源于網絡

           

          材料簡介:麻省理工學院的工程師利用單層碳原子組成的材料——石墨烯為原料制備出了可用于透析的功能性膜。這片膜的尺寸大概有指甲大小,厚度小于1納米,而現有最薄透析膜大概有20納米厚。為了進一步提高石墨烯膜的性能,該團隊計劃在高聚碳酸酯基底上蝕刻空隙來增加膜的整體滲透率。該研究成果發表在《Advance Materials》雜志上。

           

          材料優勢:這種新型透析膜能夠從水溶液中過濾掉納米級分子,速度比現有技術的膜快10倍。如果只靠考慮石墨烯材料本身,新型滲透膜的過濾速率還可再提高10倍。

           

          5. 浙江大學 研發出高導熱超柔性石墨烯組裝膜

           

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          圖片來源于新華網

           

          材料簡介:浙江大學高分子系高超教授團隊研發出一種高導熱超柔性石墨烯組裝膜,通過將石墨烯膜高溫加熱,膜中的含氧官能團在高溫下分解釋放出氣體,石墨烯膜內部形成微氣囊;再經過機械輥壓成膜,微氣囊的氣體被排出,形成微褶皺,從而使新型石墨烯膜由“脆”變“柔”,并兼顧了良好的導熱性能。相關研究成果發表在《先進材料》上。

           

          材料優勢:導熱率接近理想單層石墨烯導熱率的40%,可反復折疊6000次、彎曲十萬次,有望應用在電子元件導熱、新一代柔性電子器件及航空航天等領域。

           

          6.大面積高效率太陽能電池薄膜: 比蟬翼還薄幾十倍

           

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          圖片來源于科學日報

           

          材料簡介:9月11日,上海交通大學傳出消息,《自然》在線發表其材料科學與工程學院韓禮元教授團隊的研究成果:使用更加經濟安全的新方法,制備出比蟬翼還薄數十倍的大面積鈣鈦礦薄膜。該薄膜引進甲銨氣體讓氣體中的甲銨分子和鈣鈦礦材料中的甲銨離子進行反應,將生成物混合后就可以得到鈣鈦礦材料的液體,再通過控制壓力把液體材料涂布在平板基底上,從而得到了均勻分布的液體薄膜。

           

          材料優勢:該薄膜有助于開發有效面積36.1平方厘米的鈣鈦礦電池模塊,在國際認證機構首次獲得了12.1%的認證效率,創造了第一個大面積鈣鈦礦模塊的效率世界紀錄。韓禮元表示,這一成果的出現意味著未來鈣鈦礦光伏技術有了走出實驗室、實現大規模產業化的可能。

           

          7.《先進材料》“不知疲倦”可長久持續運動的仿生智能薄膜

           

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          圖片來源于華東師范大學官網

           

          材料簡介:華東師范大學化學院張利東課題組與中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏課題組合作以聚偏氟乙烯和聚乙烯醇高分子材料為研究對象,通過模擬生物結構衍生規律制備出新型智能柔性雙層高分子膜材料。該雙層膜對丙酮分子的刺激具有及其敏感的響應性,并且通過對丙酮分子的快速吸收和釋放,可實現雙層膜的長時間連續定向形變。。相關成果成果發表于《先進材料》上。

           

          材料優勢:該雙層膜對于外界丙酮蒸汽的刺激能夠保持數小時連續可逆的響應,為拓展刺激響應材料在柔性傳感器、軟體機器人等領域應用奠定了堅實的基礎。而且,基于該雙層膜設計的柔性傳感器,可長時間連續的監控環境中丙酮濃度,從而及大地拓展了材料的應用潛質。

           

          8.合肥工大制備出大晶粒非層狀結構材料薄膜

           

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          圖片來源于合肥工業大學官網

           

          材料簡介:4月14日獲悉,合肥工業大學王敏、陳翌慶團隊和韓國成均館大學科研人員合作提出了一種新的界面限域外延生長方法,成功制備出高質量大晶粒非層狀結構硒化鎳薄膜,并將其構筑為光探測器陣列,為新一代柔性圖像傳感器的研發提供了新方法。相關成果發表在《先進材料》上。

           

          材料優勢:由于這種新型材料薄膜的晶粒達到微米尺度,晶粒間的晶界減少,顯著降低了晶界對載流子的散射,從而大幅提高了光探測器的響應度。該成果攻克了非層狀結構材料薄膜生長難題,可應用于多種材料。

           

          9.《Science Advances》:湘潭大學在柔性鈣鈦礦外延鐵電薄膜取得進展

           

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          圖片來源于湘潭大學

           

          材料簡介:湘潭大學材料科學與工程學院周益春教授和臺灣交通大學材料系朱英豪教授在柔性鈣鈦礦鐵電薄膜材料領域取得突破性進展,開創性地在天然單晶柔性云母片上直接生長出了可大尺度彎曲、無性能退化、低成本的高品質外延鐵電薄膜。相關研究成果發表于《Science》子刊上《Science Advances》上。

           

          材料優勢:此柔性鐵電薄膜極大地簡化了當前柔性鐵電薄膜的技術復雜性,相比于其它柔性有機鐵電薄膜,具有其它有機材料無法比擬的優異的鐵電性能和熱穩定性能。除此之外,此柔性鐵電薄膜還表現出非常顯著的可彎曲特性。

           

          10.江蘇師范大學李海濤課題組開發出新型石墨烯薄膜 吸附率創新高

           

          材料簡介:江蘇師范大學李海濤教授課題組率先成功開發了一種石墨烯多功能復合膜。該新型薄膜利用活性炭材料之間的協同作用,制備了基于氧化石墨烯的復合薄膜材料,實現了對引用水中抗生素物質的完全去除。相關成果發表在《自然》雜志子刊《Scientific Reports》上。

           

          材料優勢:這種超輕超薄的石墨烯—活性炭薄膜吸附效率,對包括抗生素在內的顆粒狀物體可達99.99%。

           

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