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年度盘点:10大登上《Nature》、《Science》等顶级期刊的功能薄膜技术突破!

2018-06-12 点击数:

科学发展日新月异的今天,大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用,薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。

 

利用粒子所具有的光、电、磁方面的特性,通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能的薄膜,我们称之为“功能薄膜”。而其作为一种高新技术产品,并不是高不可攀的,它应用前景广阔,在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。

 

功能薄膜产业的快速发展,离不开科研人员在薄膜行业孜孜不倦地探索。年末将至,新材料在线®从《自然》、《科学》、《先进材料》等科研期刊精选10大振奋人心薄膜技术成果和突破,以飨读者。

 

以下以事件发生时间为倒序,不分先后。

 

1.新型耐高温锂电池隔膜横空出世 电池安全性有望提高

 

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图片来源于网络

 

材料简介:中科院上海硅酸盐研究所朱英杰团队与华中科技大学胡先罗团队合作,成功研发出一种新型羟基磷灰石超长纳米线基耐高温锂离子电池隔膜。相关研究成果日前发表于《先进材料》,并申请一项发明专利。

 

材料优势:该电池隔膜具有诸多优点,例如柔韧性高、力学强度好、孔隙率高、电解液润湿和吸附性能优良、热稳定性高、耐高温,在700℃的高温下仍可保持其结构完整性。

 

2.《Nature》发文报道离子精确“装订”石墨烯膜用于离子筛分 和海水淡化研究取得重大突破

 

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图片来源于上海大学官网

 

材料简介:中国科学院上海应用物理研究所方海平团队、上海大学吴明红团队、南京工业大学金万勤团队和浙江农林大学学者合作,提出并实现了用水合离子自身精确控制石墨烯膜的层间距,展示了其出色的离子筛分和海水淡化性能,并用理论计算、上海光源的X射线小角散射和精细吸收谱实验阐明了机理,相关论文发表在《Nature》上。

 

材料优势:通过离子选择可以实现对石墨烯膜的层间距达十分之一纳米的精确控制。此外,通过系列水合离子控制的多石墨烯复合膜,从实验上实现了不同离子间的精确筛分。

 

3.《Science》刊发:一张薄膜能将室温狂降17℃

 

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图片来源于扬子晚报

 

材料简介:美国科罗拉多大学的尹晓波和杨容贵在《科学》杂志上发表文章表示发明了一种无需制冷剂、无需电力就可以为建筑降温的薄膜。这种降温薄膜由透明的聚合物制成,这是一种塑料,商业名称是TPX。他们把TPX加工成约50微米厚的薄膜,将一面镀上银,另一面随机镶嵌许多直径在8微米左右的小玻璃珠。在屋顶上铺设时,镀银的一面朝下,太阳光会就被TPX塑料反射回去,防止热量向下渗透。

 

材料优势:该薄膜冷却效果强劲,可以大规模生产,且成本低廉,每平方米只需大约50美分,被称为有划时代意义的降温材料。而这种材料的主要发明人之一尹晓波还是南京大学毕业的苏州人。

 

4. 麻省理工制备出石墨烯膜,比现有材料透析速度快10倍!

 

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图片来源于网络

 

材料简介:麻省理工学院的工程师利用单层碳原子组成的材料——石墨烯为原料制备出了可用于透析的功能性膜。这片膜的尺寸大概有指甲大小,厚度小于1纳米,而现有最薄透析膜大概有20纳米厚。为了进一步提高石墨烯膜的性能,该团队计划在高聚碳酸酯基底上蚀刻空隙来增加膜的整体渗透率。该研究成果发表在《Advance Materials》杂志上。

 

材料优势:这种新型透析膜能够从水溶液中过滤掉纳米级分子,速度比现有技术的膜快10倍。如果只靠考虑石墨烯材料本身,新型渗透膜的过滤速率还可再提高10倍。

 

5. 浙江大学 研发出高导热超柔性石墨烯组装膜

 

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图片来源于新华网

 

材料简介:浙江大学高分子系高超教授团队研发出一种高导热超柔性石墨烯组装膜,通过将石墨烯膜高温加热,膜中的含氧官能团在高温下分解释放出气体,石墨烯膜内部形成微气囊;再经过机械辊压成膜,微气囊的气体被排出,形成微褶皱,从而使新型石墨烯膜由“脆”变“柔”,并兼顾了良好的导热性能。相关研究成果发表在《先进材料》上。

 

材料优势:导热率接近理想单层石墨烯导热率的40%,可反复折叠6000次、弯曲十万次,有望应用在电子元件导热、新一代柔性电子器件及航空航天等领域。

 

6.大面积高效率太阳能电池薄膜: 比蝉翼还薄几十倍

 

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图片来源于科学日报

 

材料简介:9月11日,上海交通大学传出消息,《自然》在线发表其材料科学与工程学院韩礼元教授团队的研究成果:使用更加经济安全的新方法,制备出比蝉翼还薄数十倍的大面积钙钛矿薄膜。该薄膜引进甲铵气体让气体中的甲铵分子和钙钛矿材料中的甲铵离子进行反应,将生成物混合后就可以得到钙钛矿材料的液体,再通过控制压力把液体材料涂布在平板基底上,从而得到了均匀分布的液体薄膜。

 

材料优势:该薄膜有助于开发有效面积36.1平方厘米的钙钛矿电池模块,在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率,创造了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录。韩礼元表示,这一成果的出现意味着未来钙钛矿光伏技术有了走出实验室、实现大规模产业化的可能。

 

7.《先进材料》“不知疲倦”可长久持续运动的仿生智能薄膜

 

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图片来源于华东师范大学官网

 

材料简介:华东师范大学化学院张利东课题组与中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏课题组合作以聚偏氟乙烯和聚乙烯醇高分子材料为研究对象,通过模拟生物结构衍生规律制备出新型智能柔性双层高分子膜材料。该双层膜对丙酮分子的刺激具有及其敏感的响应性,并且通过对丙酮分子的快速吸收和释放,可实现双层膜的长时间连续定向形变。。相关成果成果发表于《先进材料》上。

 

材料优势:该双层膜对于外界丙酮蒸汽的刺激能够保持数小时连续可逆的响应,为拓展刺激响应材料在柔性传感器、软体机器人等领域应用奠定了坚实的基础。而且,基于该双层膜设计的柔性传感器,可长时间连续的监控环境中丙酮浓度,从而及大地拓展了材料的应用潜质。

 

8.合肥工大制备出大晶粒非层状结构材料薄膜

 

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图片来源于合肥工业大学官网

 

材料简介:4月14日获悉,合肥工业大学王敏、陈翌庆团队和韩国成均馆大学科研人员合作提出了一种新的界面限域外延生长方法,成功制备出高质量大晶粒非层状结构硒化镍薄膜,并将其构筑为光探测器阵列,为新一代柔性图像传感器的研发提供了新方法。相关成果发表在《先进材料》上。

 

材料优势:由于这种新型材料薄膜的晶粒达到微米尺度,晶粒间的晶界减少,显著降低了晶界对载流子的散射,从而大幅提高了光探测器的响应度。该成果攻克了非层状结构材料薄膜生长难题,可应用于多种材料。

 

9.《Science Advances》:湘潭大学在柔性钙钛矿外延铁电薄膜取得进展

 

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图片来源于湘潭大学

 

材料简介:湘潭大学材料科学与工程学院周益春教授和台湾交通大学材料系朱英豪教授在柔性钙钛矿铁电薄膜材料领域取得突破性进展,开创性地在天然单晶柔性云母片上直接生长出了可大尺度弯曲、无性能退化、低成本的高品质外延铁电薄膜。相关研究成果发表于《Science》子刊上《Science Advances》上。

 

材料优势:此柔性铁电薄膜极大地简化了当前柔性铁电薄膜的技术复杂性,相比于其它柔性有机铁电薄膜,具有其它有机材料无法比拟的优异的铁电性能和热稳定性能。除此之外,此柔性铁电薄膜还表现出非常显著的可弯曲特性。

 

10.江苏师范大学李海涛课题组开发出新型石墨烯薄膜 吸附率创新高

 

材料简介:江苏师范大学李海涛教授课题组率先成功开发了一种石墨烯多功能复合膜。该新型薄膜利用活性炭材料之间的协同作用,制备了基于氧化石墨烯的复合薄膜材料,实现了对引用水中抗生素物质的完全去除。相关成果发表在《自然》杂志子刊《Scientific Reports》上。

 

材料优势:这种超轻超薄的石墨烯—活性炭薄膜吸附效率,对包括抗生素在内的颗粒状物体可达99.99%。

 

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