《深圳先进院形状记忆微阵列研究获新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-09-11
  • 中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏副研究员团队成功设计出形状记忆微阵列,并探索了该微阵列结构在液滴浸润特性调控与微结构可控复制应用。该项研究成果以 Tunable shape memory polymer mold for multiple microarray replications (形状记忆高分子模板用于多种微结构可控复制)为题发表在材料领域权威期刊 Journal of Materials Chemistry A (材料化学 A )( IF: 9.93 , J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA04763D )上,论文第一作者为课题组研究助理王娟,通讯作者为杜学敏副研究员。

      近年来,微纳米阵列结构在抗冰、抗生物粘附及细胞操控等领域应用广泛。然而,传统的微阵列结构制备主要采用光刻技术,不仅制备成本高昂、工艺繁琐、耗时长久,而且所制备的微阵列结构在撤去外力后无法维持可控形变,极大限制了微阵列结构实际应用。为解决该问题,杜学敏博士研究团队在前期工作中通过仿生大自然中含羞草等植物可控形变特性( Advanced Materials, 2017, 29, 1702231 ; Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120 ),结合形状记忆材料成功实现了材料宏观形变维持( Advanced Functional Materials, 2018, 1801027 )。前期研究发现,通过调节形状记忆材料所在环境温度,可实现材料的可控拉伸形变,且在外力撤销后仍可维持良好宏观形变,该研究结果为解决上述问题提供了新策略,然而微观尺度的形变特性如何仍有待探索。

      在前期研究基础上,研究团队更进一步探索了形状记忆材料在微观尺度上的形状记忆特性。研究团队采用形状记忆材料制备形状记忆微阵列,发现仅需较小程度拉伸( 6 0 % ),即可实现该微阵列材料较大表面浸润特性改变( 21° ),且在 1 0 次以上可控浸润特性循环改变后,微观结构的形状回复率仍高达 9 1 % 。更重要的是,采用一个形状记忆微阵列结构作为模具,通过不同程度拉伸,可复制出一系列连续形变微阵列结构。相关成果不仅为液滴浸润特性调控提供了全新方案,而且也实现了多样化微结构阵列的批量、低成本可控复制,有望促进微阵列结构在抗生物粘附、液滴操控、智能干胶等方向实际应用。

      该研究工作得到了科技部重点研发专项( 2017YFA070130 3 )、广东省引进创新创业团队( 2013S046 )、广东省特支计划( 2015TQ01R292 )、粤港科技合作资助计划( 2017A050506040 )、深圳市孔雀团队以及深圳市基础研究( JCYJ20170307164610282 )等项目的资助。

相关报告
  • 《深圳先进院钠基双离子电池研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-08-28
    • 中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其团队通过一种分子嫁接策略成功制备出具有高活性材料占比( >95 wt% )的钠电负极材料( SnP 2 O 7 @N-C ),该复合材料在超低碳含量( <5 wt% )的情况下表现出优异的储钠性能。相关研究成果 Molecular Grafting towards High-Fraction Active Nanodots Implanted in N-doped Carbon for Sodium Dual-Ion Batteries 在线发表于著名综合性期刊 National Science Reviews 上( DOI: 10.1093/nsr/nwaa178 , IF: 16.693 )。 由于锂资源储量有限且分布不均性,使得锂离子电池难以满足规模化储能需求。钠基双离子电池具有资源丰富、环境友好、低成本等优势,在规模化储能领域具有良好的应用前景。然而,由于缺乏合适的负极材料,钠基双离子电池的倍率及循环性能仍然不够理想。为了提升负极材料的储钠性能,通常的策略是将活性材料纳米化并与碳材料进行复合设计。虽然这种策略能提升负极的导电性和缓解膨胀问题,但过量的碳材料( >15 wt% )将导致活性材料占比下降,从而限制了电池的整体能量密度。因此,在改善负极导电性和稳定性的同时,最大限度提高活性材料的占比,对提升负极材料整体性能具有重要意义。 鉴于此, 唐永炳研究员及其团队成员刘齐荣博士、木赛男等人 提出了一种分子嫁接策略,一步法原位合成了具有高活性材料占比的氮掺杂碳基复合材料( SnP 2 O 7 @N-C )。该策略实现了高比例活性材料均匀地嵌入低含量碳骨架结构,有效防止了活性材料的膨胀剥落。此外,原位氮掺杂有效解决了碳含量较低时倍率及稳定性不足的问题。该复合材料与石墨正极组装成的钠基双离子电池表现出优异的快充 / 慢放特性( 2 分钟充 /20 分钟放),以及长循环性能( 1000 次循环后容量保持率为 ~96% )。该工作对发展钠、钾等新型储能器件的高效负极材料具有重要借鉴意义。 该研究工作得到了国家自然基金、广东省重点专项、深圳市等科技项目资助。
  • 《深圳先进院等在硅锗合金的热电性能调控领域取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-07-23
    • N型硅锗合金是一类性能优异的高温热电材料,由它制成的放射性同位素热电发电机RTG可以长时间有效地将放射性同位素(Pu)衰变产生的热量转化为电能,工作性能稳定而无需额外燃料和人工维护,满足了航空航天器、卫星等设备在黑暗广袤的太空中的各种仪器供电需求。硅锗合金多应用于航天航空而很少出现在日常生活中,一个主要原因就是大量掺杂的锗元素提高了材料成本;另一个原因是硅锗合金的热导率在5 W/mK以上,制约了其热电转换效率。如何利用低锗组分的硅锗合金实现同等甚至更为优异的热电转换应用,就需要考虑除了合金材料对声子的质量散射以外其他的作用机理。   对此中国科学院深圳先进技术研究院的隋帆博士与其合作者展开了对于低锗组分的硅锗合金材料的热电性能调控相关的研究,通过快速的放电等离子烧结技术,保留硅锗合金的微纳结构以及合金母体中的异质纳米颗粒,这种合成方法可以引入大量边界散射,使得低锗组分材料具有与RTG的高锗合金一样高效的热电转换效率。另外,本研究与美国喷气推进实验室(JPL)合作,利用合金材料这一优异的测试标样对比了塞贝克系数的两种现行主要测试方法:同轴法和异轴法,发现异轴法会在热电偶局部造成“冷点效应”,使得高温区域的塞贝克系数测量值明显偏高,这也就意味着,现有的广泛应用的异轴法测试提供了大量误导性的文献数据,引起学术界广泛关注。论文以“Influence of YbP on the thermoelectric properties of n-type P doped Si95Ge5 alloy”为题于近日发表在Journal of Alloys and Compounds期刊上。   硅材料往往具有较高的热导率,合金体系通过锗元素掺杂,可以提高对于声子的质量散射,降低热导率,诸如RTG使用的硅锗合金采用了20%的锗掺杂量,最终实现1.3以上的zT值。在低锗的Si95Ge5材料中,锗原子不能造成足够的质量散射来有效降低热导率,隋帆博士利用一系列不同组分P和YbH2前驱物均匀分散到硅锗合金的多晶粉末中,通过快速的放电等离子体烧结一步完成YbP异质颗粒的反应嵌合和材料的烧结。   通过对样品系统表征发现,1%低浓度掺杂的YbP组分可以降低材料的晶格热导率,取得和RTG同等甚至高温区域更优的热电转换效率。合金中团聚的纳米颗粒会产生比同等数目的单个原子更强的散射,这是由于除了质量差异引起的散射,纳米颗粒会有更明显的弹性系数差异,对于声子频率的散射也受纳米颗粒的半径影响。本研究还发现,不同测量原理的塞贝克系数表征会引起很大的偏差,这是由于在高温区域需要准确获得电极间的温差和电压差需要同轴法测量,才能避免异轴法对在局部因为的温差畸变。该研究对于硅锗合金的热导率调控提出了新的解决思路和实验方案。      图1.样品热导率随温度的变化,在不增加锗含量的前提下,YbP在合金中的掺杂有效降低了材料的晶格热导率   图2.研究对比的两种不同的塞贝克系数测量原理: 左图为异轴法测量,右图为同轴法测量