高效分离有机溶剂的新型膜材料；研究人员开发出响应冲击波材料；能发电又能储能的透明能源器件| 每日材料前沿

摘要：该研究是基于2015年Science杂志上报道的盐包水电解质的发现基础上，通过添加新的阴极材料，利用石墨结构中的可逆卤素插入，以及超浓缩的含水电解质，产生了前所未有的能量密度。★研究人员开发出响应冲击波材料。

★研究人员发现超高能量密度、超高安全性的新型“水盐”电池

★研究人员研制出可高速传输高频信号的石墨烯线

★有机器件中的马库斯区-界面电荷转移机制得到验证

★高效分离有机溶剂的新型膜材料

★研究人员开发出响应冲击波材料

★能发电又能储能的透明能源器件

★研究人员通过蛋黄酱研究弹塑性材料的“不稳定阈值”

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研究人员发现超高能量密度、超高安全性的新型“水盐”电池

最近，马里兰大学和美国陆军研究实验室的研究人员创造了一种高能“水盐”电池，目前在水性电池领域还未有类似的发现，该电池是通过创建一个可逆的固体盐层来改善电池阴极的化学转换。该研究是基于2015年Science杂志上报道的盐包水电解质的发现基础上，通过添加新的阴极材料，利用石墨结构中的可逆卤素插入，以及超浓缩的含水电解质，产生了前所未有的能量密度。研究人员发现，盐水电池的超浓缩溶液，结合石墨阳极在电池内部自动构建和重新形成保护层的能力，使电池具有稳定、持久、高能量的特点。目前，由Chunsheng Wang 教授领导的研究团队已经把电池推进到了一个可测试的阶段。该研究报道的水基电池的能量输出比普通可燃有机液体电池的能量密度增加了25%，但是更加安全。这种新型阴极每克可以承受240mA的电流，可以工作一小时，大约是目前手机和笔记本电脑中常见阴极电流的两倍。含水盐电池最终可用于千瓦或兆瓦级的大能量应用中，以及无毒、安全和非易燃的设备中。

图片来源：马里兰大学

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研究人员研制出可高速传输高频信号的石墨烯线

大邱庆北科技学院（DGIST）信息通信工程系教授Jae Eun Jang带领团队研究了单层石墨烯的高频传输特性，并开发出一种高性能、高频率的传输线。石墨烯具有六方形碳阵列，厚度仅有0.3nm，电导率是铜的100倍，电子迁移率是硅的100倍。然而，纯石墨烯具有纳米级的薄结构效应，制作出的器件载流子浓度太低，仅为10e12cm-2，这导致石墨烯的电阻过高。该团队通过把石墨烯和无定形碳结合在一起，将石墨烯器件的载流子浓度提高到10e13cm-2，增强了石墨烯的导电特性。相关文献已发表在Science Advances。

该团队还证明，石墨烯内部的缺陷会降低其高频传输性能。他们开发出一种新的，稳定的掺杂技术，可最大限度地减少内部缺陷。该研究团队开发的高频石墨烯传输线表现出高的信号传输效率和稳定的工作特性，可应用于现有半导体工业的金属布线以及下一代集成电路制作中。

量子异质结构纳米腔（来源：Science Advances）

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有机器件中的马库斯区-界面电荷转移机制得到验证

德累斯顿工业大学电子德累斯顿研究中心的物理学家与来自西班牙、比利时和德国的研究人员共同研究了电子在注入有机半导体薄膜时的表现。对于基于有机薄膜技术的器件，该表现包括通过金属触点注入电荷载流子和有机薄膜本身中的电荷传输。但至今未能很好地理解金属触点和薄膜接触界面处电子转移行为。研究人员通过使用三端子热电子分子晶体管，控制了分子薄膜中热载流子的注入能量，成功诱导了有效的负差分电阻状态，实现了非传统的传输方式的访问。这是马库斯区倒置区域的直接结果。相关研究发已表在Nature Communications上。

电子注入有机半导体薄膜过程原理图（来源：Frank Ortmann）

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高效分离有机溶剂的新型膜材料

阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员调整了氧化石墨烯的层结构，模拟了生物沙漏型的纳米级通道，制备了超薄膜以快速分离化学混合物。通常，高分子膜受到trade-off效应制约，通量与截留不能两全。该团队从水通道蛋白汲取灵感，在石墨烯氧化物层之间引入了亲水性硅基分子作为间隔物，扩大了局部通道，模拟了水通道蛋白结构。当用氢氧化钠处理时，通道内会形成二氧化硅纳米颗粒，从而增强了溶剂渗透性。通过有机染料溶液测试膜性能，发现溶剂渗透性增强了10倍，选择性不受影响，而且氧化石墨烯和纳米颗粒之间形成化学交联时，膜的强度和寿命都得到了增强。研究员希望下一步可以使用该材料制备工业应用的中空纤维。

有机染料溶液被二维双间距通道膜分离（来源：KAUST; Anastasia Khrenova）

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研究人员开发出响应冲击波材料

美国空军研究实验室与洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究合作伙伴正在努力通过突破性的发展改变材料技术的形状。协作团队开发了一种三维印刷聚合物基泡沫结构，它响应冲击波的力来作为单向开关，这是冲击研究中一个长期追求的目标。这种材料描述为泡沫状结构，其中包含一系列专门设计的微孔，可确定整体行为特征。将实验结果分析并微调材料配置，以通过额外的建模和测试进一步完善产品。最终产品成为含有一系列空心锥体。当这些锥体遇到冲击波时，它们向内塌陷，形成从相对侧突出的射流突起。

美国空军研究实验室的研究小组开发了一种基于聚合物的三维聚氨酯泡沫结构，可以响应冲击波的力量，作为单向开关。这些图像显示了材料的喷射形成，它将冲击波能量定位在一个方向，而不是另一个方向。（来源：美国空军科学研究办公室）

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能发电又能储能的透明能源器件

大邱庆北科技学院（DGIST）于4月23日宣布，智能纺织品研究组高级研究员Changsoon Choi的团队开发了基于薄膜型石墨烯的多功能“透明能源器件”，该器件可用于各种应用当中，如电子器件和具有发电和自充电能力的皮肤附着器件。单层石墨烯薄膜具有优良的导电性和轻薄特性，非常适合用于需要电池的电子产品中。研究人员利用“单层石墨烯薄膜”作为电极，使用含有半固态电解质的高分子纳米垫，成功地提高了器件的透明度，最高可达77.4%。此外，研究人员还成功的设计了自充电的电子设备以及带有触摸传感系统的电子产品等。研究人员表示，尽管该技术生产成本高，商业化道路很长，但其在没有任何显著研究成果的“透明领域”取得了成功。

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研究人员通过蛋黄酱研究弹塑性材料的“不稳定阈值”

美国里海大学Arindam Banerjee团队研究极端环境材料的动力学。其中一个研究领域是瑞利-泰勒不稳定性，当密度和压力梯度在相反的方向上时，它会产生不稳定的分层。通常，不稳定性研究仅限于流体，不研究对加速固体中的不稳定性。在实验中，蛋黄酱被倒入有机玻璃容器中。在蛋黄酱上形成不同的波浪状扰动，然后在旋转轮试验中加速样品，使用高速相机跟踪材料的生长。通过实验结果可以看到材料的弹塑性和不稳定性演变，同时为这种流动模型的开发，验证和验证提供了有用的数据库。同时，对加速下弹塑性材料“不稳定阈值”的新认识对于帮助解决高能密度物理问题。该研究发表在最新的Physical Review E杂志上。