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物料衡算与能量衡算
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或者联系我们:甲烷（天然气）是替代石油成为汽车发动机清洁燃料最有吸引力的候选者之一。但是它在标准大气压下较低的体积能量密度限制了其实际应用。近年来，利用金属有机框架（MOF）或多孔配位聚合物（PCP）材料的物理吸附储存甲烷已经被证明是比传统的液化或压缩方式更加低能耗及安全的手段。目前具有最高的甲烷体积储存量（例如：65 bar时239-267 cm3(STP) cm-3）的框架材料都借助于不饱和金属位点（OMS）对甲烷的强吸附作用。近期，中山大学的张杰鹏教授团队报道了一例利用具有八面体及立方八面体笼状结构的PCP，具有极高的甲烷体积储存量（263 cm3(STP) cm-3，65 bar，298 K）及吸附焓（21.6 kJ mol-1）。计算机理论模拟表明，该结构中的单壁纳米笼具有十分合适的尺寸/形状及有机吸附位点，促使甲烷分子的高效吸附和高密度堆积（理论最高堆积密度可达0.481 g cm-3，甚至超过液态甲烷密度0.423 g cm-3）。上述研究成果发表在近期的《Angew. Chem., Int. Ed.》上。http://dx.doi.org/10.1002/anie.原文标题：A Metal–Organic Framework with a Pore Size/Shape Suitable for Strong Binding and Close Packing of MethaneX-MOL材料领域学术讨论QQ群（）做实验、发文章、报项目……除了不能求文献，与学术有关的问题都能唠唠！
在材料科学领域，斯坦福大学的华裔女科学家鲍哲南（Zhenan Bao）无疑是一颗耀眼的明星。2015年，她入选《Nature》评选的十大年度人物。2016年2月，当选美国工程院（National Academy of Engineering）院士。X-MOL曾经报道过鲍哲南团队在人造皮肤研究上的重大进展，对于人类皮肤移植术以及假肢感知力的改进有很大帮助（相关资讯：材料名家鲍哲南：能给神经传导触觉的人工皮肤）。如今，鲍哲南教授与母校南京大学等单位合作开发出一种新的高弹性自修复弹性体材料，称为Fe-Hpdca-PDMS，具有自愈功能，向着制造智能化人造肌肉迈出了重要一步。这项研究发表于《Nature Chemistry》，南京大学李承辉（Cheng-Hui Li）副教授和斯坦福大学的Chao Wang为论文并列第一作者。（A highly stretchable autonomous self-healing elastomer. Nature Chem., DOI: 10.1038/nchem.2492）人造肌肉的概念可以追溯到几十年前，研究者们研究过很多不同的原料，从原子厚的碳纳米管到陶瓷，再到金属合金。2000年，科学家们发现一些橡胶状高分子（弹性体）在施加电压后能够可逆地拉伸至原来长度的三倍（Science, , 836-839）。然而，像几乎所有的合成材料一样，这些弹性体一旦受损，必定需要外界的修复。自修复材料是近十几年来兴起的一种新型智能材料，可以实现材料对自身裂纹的检测并自发完成修复，但基于弹性体的自修复材料，大部分韧性和弹性都较差，很难称之为人造“肌肉”。配位作用通常被认为是超分子化学中最强的超分子间相互作用之一。通过选择合适的配体和金属，可以得到合适强度的配位键（小于共价键但强于非共价相互作用），这种配位键还可具有物理可逆性或化学可逆性，是构筑自修复材料的理想选择。鲍哲南教授和她的同事们开发的这种高弹性自修复材料，包含Fe(III)配位络合物交联的聚（二甲基硅氧烷）链的网状结构，具有高可拉伸性、高介电强度、自主自我修复和机械致动等性能。其中，交联络合物包含2,6-吡啶二甲酰胺（2,6-pyridinedicarboxamide）配体和Fe(III)中心，配体可提供多个配位点与Fe(III)配位，得到三种不同强度的配位键（下图左侧）：一种Fe(III)与吡啶基团之间的强配位键，以及两种Fe(III)与酰胺基团之间的弱配位键。强配位键与弱配位键位置相邻，当弹性体材料被拉伸时，弱配位键断开耗散能量而强配位键仍然存在以保证材料不致断裂，这赋予该材料非常好的可拉伸性（最高可拉伸至原长度的45倍）。图片来源：南京大学再来说说自愈性能。由于强配位键与弱配位键的结合导致配位结构具有高度动态性，受到破坏后这些键能够快速自发形成，因此材料受损后无需任何外界刺激即可完全修复。即使将材料切成两片，只要相互接触放在一起，它们也会再次完美地结合，同时恢复几乎全部强度和90%的可拉伸性，而这一自修复过程即使在温度低至-20℃下依然可以进行（上图右侧）。如果在这种材料上扎一个洞，72小时后这个洞就会消失不见（下图a、b、c）。同时，研究人员还发现，当向材料施加电场时（类似于肌肉组织被激活），该材料的长度会迅速增加约2%，而当电场被关闭后，材料又迅速恢复成原来大小（上图d、e、f）。不过这也是该材料的一个显著缺点，即施加电场后尺寸变化太小，远小于真实的肌肉（可收缩40%左右）。“我们最初的目标并不是设计合成最好的人造肌肉，而是开发可拉伸和可自我修复的新材料，人造肌肉只是这种材料的潜在应用之一，”鲍哲南教授解释说。目前，该团队正计划进一步研究电场对材料的影响。“这项工作非常有趣，也非常漂亮，”在南卡罗来纳州克莱姆森大学的高分子化学家Marek Urban说。这种弹性体的用途很多，如假肢、植入性人造肌肉、机器人、压力或者应变传感器等等。它的自愈功能也非常重要，尤其是对于在极端条件下（比如外太空）工作的仪器来说，这些仪器的修复极其艰难，或者干脆就不可能。“如果材料不得不被放置到很有可能会受损的地方，而且这种材料刚好具有自愈功能，那将会是一个巨大的优势，”Urban说。1. /nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2492.html2. http://www.sciencemag.org/news/2016/04/artificial-muscle-can-heal-itself3. http://scit./Item/876.aspxX-MOL材料领域学术讨论QQ群（）做实验、发文章、报项目……除了不能求文献，与学术有关的问题都能唠唠！
深紫外激光由于波长短、加工精度高的优点，在半导体光刻、激光光电子能谱仪和激光切割等方面具有重要应用。目前，KBe2BO3F2（KBBF）是唯一能实际输出深紫外激光的非线性光学（NLO）晶体。但是，KBBF含剧毒铍元素且其晶体层状生长习性严重。中科院福建物构所罗军华课题组在国家自然科学杰出青年基金和海西研究院“团队百人”赵三根副研究员主持的海西研究院“春苗”人才专项等项目资助下，利用配位能力相近的Li+和Al3+取代有毒的Be2+，设计合成了一种新型无铍深紫外NLO材料K3Ba3Li2Al4B6O20F（KBLABF）。KBLABF具有和著名深紫外NLO晶体Sr2Be2B2O7(Nature, , 322)的双层结构，其层状结构单元继承了KBBF和Sr2Be2B2O7晶体中[BO3]3-功能基元的有利排列方式，从而保留了KBBF和Sr2Be2B2O7良好的光学性能，其透光范围低至190 nm，在1064 nm处NLO倍频效应约为KH2PO4标准样品的1.5倍并且相位匹配；同时，其层状结构单元之间通过Ba-O键紧密连接，使得KBLABF晶体克服了层状生长习性（目前生长出的KBLABF晶体c向厚度最高达8 mm，大大超过了目前KBBF的最大厚度（3.7 mm））。同时，厘米级KBLABF透明单晶的获得证实该晶体克服了Sr2Be2B2O7晶体的结构不稳定性问题。因此，该材料成为新一代深紫外NLO晶体的优秀候选材料。该课题组与中科院理化所林哲帅研究员合作，对其光学性质和声子谱作了第一性原理理论计算，其结果与实验数据相吻合。相关研究成果已发表在《J. Am. Chem. Soc.》（J. Am. Chem. Soc., , ）上并已申请中国发明专利（申请号：.x）和PCT专利（申请号：PCT/CN）。该研究团队此前在无铍深紫外NLO材料方面已取得系列研究进展，相关成果发表在《J. Am. Chem. Soc.》（J. Am. Chem. Soc., , ）；《Nat. Commun.,》（Nat. Commun., 19）；《J. Am. Chem. Soc.》（J. Am. Chem. Soc., , ）；《Angew. Chem. Int. Ed.,》（Angew. Chem. Int. Ed., 17-4221）等。http://dx.doi.org/10.1021/jacs.6b00436原文标题：Designing a Beryllium-Free Deep-Ultraviolet Nonlinear Optical Material without a Structural Instability ProblemX-MOL材料领域学术讨论QQ群（）X-MOL无机领域学术讨论QQ群（）做实验、发文章、报项目……除了不能求文献，与学术有关的问题都能唠唠！
中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和张弛研究员团队基于电学性能突出的新型二维材料——二硫化钼，研制了摩擦电子学晶体管。该晶体管使用电负性不同材料之间的摩擦电势作为门控电压，通过与外界材料接触起电来调控二硫化钼沟道层中的电流大小。在铝电极和PTFE高分子材料摩擦电势的调控下，晶体管源漏极的电流可以从1.56μA增加到15.74μA, 提高了10倍多；而且该器件在1000次循环测试下，输出电流几乎没有明显衰减，表现出很好的稳定性和耐久性。基于二硫化钼的摩擦电子学晶体管可以作为智能触摸开关，用于人机交互界面。人类的皮肤和器件表面集成的PTFE薄膜之间接触时，存在着摩擦电荷的转移，皮肤带正电荷，PTFE带负电荷。当手指或者人体其他部位触碰到器件时，源漏输出电流可以增大到原来的16倍。论文中展示了使用该器件作为LED灯的智能触摸开关。该工作提出的基于二维材料的高性能摩擦电子学晶体管在微/纳机电系统、纳米机器人和人机交互技术等领域具有潜在的应用前景。研究成果发表于《Advanced Functional Materials》，第一作者是博士生薛飞和陈立博。/wol1/doi/10.1002/adfm./suppinfo原文标题：MoS2Tribotronic Transistor for Smart Tactile Switch
自然界中，大多数昆虫的眼睛为复眼，它由成千上万只小眼构成；一般情况下，这些小眼会均匀地分布在球面上。正是由于这一特殊的结构，使得昆虫具有非常大的视场，同时对运动物体十分敏感，在其捕捉食物、逃避天敌中起到了至关重要的作用。受生物复眼的启发， 科研工作者提出了一种人工复眼结构，该结构可广泛应用于大视场成像及运动目标探测当中。然而，受制造工艺的限制，大尺寸、超精细复眼结构的制备仍然是目前的一个难点。近期，西安交通大学陈烽教授的研究团队，提出了一种大尺寸、超精细人工复眼结构制备的新思路。该制备工艺将飞秒激光微纳制备技术与传统热压印工艺相结合，既继承了飞秒激光微纳制造灵活、可控性强的特色，又保留了热压印简洁、可批量制造的优点。通过设计实验参数，制备出了由30000多个子眼构成的仿蜻蜓复眼结构，其“小眼”分布与形貌可根据真实复眼参数精确控制，实现真正的结构仿生；此外，制备的人工复眼视场角达到150度左右，同时具备无畸变成像等特性。该成果近日发表在材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》上。/resolve/doi?DOI=10.1002%2Fadfm.原文标题：Dragonfly-Eye-Inspired Artificial Compound Eyes with Sophisticated Imaging
钙钛矿太阳能电池作为最有潜力的新型太阳能电池，近年来受到热切的关注，其最高效率目前已经超过20%。然而电池的稳定性，尤其是电流电压回滞现象仍然是限制该电池商业化大规模生产的一个重大问题。中国科学院物理研究所的孟胜研究团队通过在不同氧压（0.02-1.0 atm）下对纳晶TiO2进行500℃高温烧结，控制TiO2电子传输层中氧空位的浓度，并用以上不同氧空位浓度的纳晶TiO2制作成钙钛矿太阳能电池，测量其电流电压性质。他们发现当TiO2中的氧空位浓度越高，电池的回滞现象越明显。进一步，通过瞬态吸收光谱和时间分辨的荧光光谱测量TiO2和钙钛矿层界面处的电子注入过程以及电子-空穴复合过程，他们发现随着TiO2层中的氧空位浓度增加，界面电子注入变慢，而电子-空穴复合加快。更进一步，他们通过第一性原理计算研究了TiO2层中氧空位浓度以及氧空位的位置对界面电子动力学的影响。计算显示，随着TiO2层中的氧空位浓度增加，界面电子注入变慢，而电子-空穴复合加快，这一结果与实验测量完全一致。同时，他们发现界面氧空位的位置极大地影响界面电子-空穴复合过程，氧空位越远离界面，复合越慢。因此，他们认为在对电池进行电流电压扫描时，扫描电压在电池界面形成外加电场，引起TiO2层中氧空位的定向迁移，导致不同的界面电子动力学过程，从而是引起电池回滞现象的诱因之一。孟胜等的发现对提高钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了新思路，加快钙钛矿太阳能电池工业化生产的脚步。这一研究成果发表于《Chem. Mater.》上。http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.5b04019原文标题：Interfacial Oxygen Vacancies as a Potential Cause of Hysteresis in Perovskite Solar Cells
以石墨烯为代表的二维（2D）材料因其特殊的物理化学性质成为材料学界的焦点，科学家们也在寻找类似石墨烯的新型二维晶体材料。X-MOL也多次报道各种新型二维材料（相关阅读：石墨烯的“表妹”问世——中国科学家制备锡烯；石墨烯，以及那些比石墨烯更牛的各种“烯”；“未来材料”新宠：《Science》报道钾掺杂黑磷，应用或超越石墨烯）。平面结构的二维硼（也称硼烯, 即borophene）作为理论上的二维材料，其存在的可能性一直受到强烈关注。硼只有三个价电子，必须通过形成框架结构来补偿缺失电子以便更好的共享电子，这造成了硼有多种结构不同的3D多晶形。而且，硼是高熔点、低蒸汽压的材料，有效热蒸发温度超过2000摄氏度，直接进行热蒸发非常困难。此前制备硼的材料主要采取硼化物，易于引入杂质及复杂的化学过程。曾经有几种平面硼簇的制备被报道，但纯硼的平面网格结构至今仍然难以制备。最近，中国科学院物理研究所吴克辉（Kehui Wu）研究员、陈岚（Lan Chen）副研究员、李晖（Hui Li）副研究员率领的研究团队，利用超高真空分子束外延（molecular beam epitaxy, MBE）直接进行单原子层构筑的方法，在Ag(111)衬底上获得了单层硼烯。他们的论文发表在《Nature Chemistry》上，吴克辉课题组的博士生冯宝杰（Baojie Feng）为论文第一作者。（Experimental realization of two-dimensional boron sheets. Nature Chemistry, DOI: 10.1038/nchem.2491）Ag(111)衬底上利用MBE手段获得的2D硼烯研究人员利用高纯度耐高温的特种石墨坩埚和电子束加热，实现了超高温度下直接热蒸发硼单质，在Ag(111)衬底上获得了单层硼烯。通过扫描隧道显微镜观察以及计算分析，研究人员发现了两种硼烯单层结构，这与沉积过程中的基底温度有关。570K时，2D硼烯中的硼原子呈现为多排由硼“哑铃”连接的六边形（下图a）；而在650K时，硼原子以类似Z字形排列（下图d）。这两种晶格也与理论预测（β12相和χ3相）相符。硼烯的两种形态硼烯的合成在国际上也是一个竞争激烈的课题，《Science》上早些时候曾刊发了一个美国团队的类似工作，所用的方法与本文非常相近（Science, , ）。有趣的是两个团队的投稿时间先后仅相差10天左右，美国团队的投稿还要稍晚一些，而且该文报道了两种硼烯结构，一种与本文相符，而另一种结构却不一样。南京航空航天大学台国安教授为首的研究团队也通过化学气相沉淀法制备出二维硼材料（Angew. Chem. Int. Ed., 473-15477）。他们将硼和氧化硼加热成为气相的B2O2，再通过氢气还原将硼原子附着在铜箔表面，该单层为一斜方晶系的γ相硼，由正二十面体B12单元和哑铃状B2单元互联构成。（相关阅读：硼烯（borophene），二维材料新成员）总而言之，硼烯的成功合成为二维材料的发展又提供了新的研究方向，其独特的物理化学性质也让它在未来有很广阔的应用空间。1. /nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2491.html2. http://www./xwzx/kydt/7619.html
荧光温度探针是一种新型的非接触式测温手段，具有响应快速、空间分辨率高、可用于远程测量等特点，在温度监测领域有着广阔的应用前景。目前，探针材料的温度灵敏度偏低是制约该技术得到实际应用的一个关键问题。近日，中科院福建物质结构研究所的王元生研究员根据稀土Tb3+、Pr3+与具有d0电子构型过渡金属离子形成电荷迁移带（IVCT）的温度特性，首次提出了一种具有一定普适性的荧光测温新策略：在具有两种金属-金属IVCT的荧光材料中，利用不同IVCT位型曲线偏差导致的荧光热猝灭差异进行测温。基于该策略，设计合成了系列Tb3+/Pr3+共掺的荧光温敏材料，如NaLu(MoO4)2、NaLu(WO4)2、LaVO4、La2Ti3O9等。测试表明，这些材料晶体结构各异，但其绝对温度灵敏度（Sa）和相对温度灵敏度（Sr）都比传统的荧光温敏材料高数倍（其中Tb3+/Pr3+: LaVO4的Sa和Sr分别达到0.156 K-1和5.3% K-1）。该测温技术的另一个优点是监测的两个荧光发射峰分别位于红光和绿光波段，信号甄别度非常高。该测温策略对荧光温感材料领域的研究具有十分重要的科学意义。这一研究成果发表于《Adv. Funct. Mater.》上。http://dx.doi.org/10.1002/adfm.原文标题：A Novel Optical Thermometry Strategy Based on Diverse Thermal Response from Two Intervalence Charge Transfer States
南开大学的刘智波教授和田建国教授发展了一种能够对旋转角度进行精准控制的转角多层石墨烯制备技术。转角石墨烯具有与单层石墨烯和普通双层石墨烯不同的电学和光学性质，而且可以通过改变层与层之间的旋转角度对它的性质进行调控。现有的转角双层石墨烯制备方法制备样品的旋转角度都是随机的，不具有对旋转角度进行控制的能力，因此往往需要制备大量的样品才能找到满足要求的转角双层石墨烯。同时这些制备技术很难制备出具有两个旋转角度的双转角三层石墨烯样品，因为随机产生的角度同时满足两个旋转角度要求的概率非常小。南开大学刘智波教授和田建国教授课题组通过对大面积单晶单层机械剥离石墨烯的“切割”-“旋转”-“堆叠”，完成转角双层和三层石墨烯的制备。通过飞秒激光微加工技术对高质量的机械剥离石墨烯进行图形处理，引入两条相互平行的“人造晶向”来对旋转角度进行控制，石墨烯旋转之后两条“人造晶向”之间的夹角等于转角石墨烯的旋转角度。利用这种方法制备的转角石墨烯旋转角度与设计角度之间的偏差小于0.1°，这是其它制备方法所难以达到的。除了精准的角度控制能力之外，这种方法制备的转角双层石墨烯在品质上也可以与其它制备方法相媲美。这一研究成果发表于《Advanced Materials》上。/doi/10.1002/adma.原文标题：High-Precision Twist-Controlled Bilayer and Trilayer Graphene
尽管数据存储技术近几十年内发生了翻天覆地的变化，但这种进步的速度，还是赶不上当今互联网时代的数据产生速度，您有没有觉得智能手机的空间老不够用？曾经有人预测，到2020年，全世界所有数据的总量将达到4.4×1013GB，如果全用平板电脑存储，摞起来的高度，可以从地球到月球六趟还多（/infographics/digital-universe-2014.htm ）。图片来源：EMC2我们都知道DNA保存着物种的遗传信息，因此也可以看作是一种特殊的数据载体。实际上，DNA也是一种相当高效的数据载体，所能存储的信息密度比现有的数据存储技术高好几百万倍，无论是磁存储技术还是光存储技术；而且DNA分子的稳定性也比现有存储载体高得多。那么，能否用DNA这种遗传信息载体来存储电子邮件、宝宝照片、高清视频呢？答案当然是“可以”。最近，微软（Microsoft）的工程师Karin Strauss和美国华盛顿大学的科学家Georg Seelig、Luis Ceze等人成功实现了用DNA存取数码图片。他们用无损的方式将数码图片编码成DNA的碱基序列存储在DNA中，并且随后还可以完整地读取这些信息，重新生成数码图片。他们的研究论文公布在4月美国亚特兰大的一个国际会议（ACM International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems）上。文中所存储和读取的数码图片。图片来源：University of Washington该团队首先开发了一个全新的方法，将数码图片背后的大串1和0数据转换成DNA的四个基本碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。“你怎么将1和0变成A、T、G、C真的很重要，因为如果你使用一个聪明的做法，你可以把它排列得非常密集，并且不会出太多错误，” Seelig解释说，“如果你做得不对，就会产生很多错误。”幸运的是，科学家们找到了办法，他们将数码图片的数据分割成许多小段，转换成DNA信息后，通过合成大量的DNA分子而存储起来。更具挑战性的是后续的读取信息步骤，这时不能有任何错误，否则信息就不完整。他们的策略是在上一步的合成过程中给DNA加入类似邮政编码或地址的信息，读取时，通过搜索这些“邮政编码”信息来确定该DNA分子是否是目标DNA分子。再通过DNA测序技术，确定目标DNA分子的碱基序列，再解码成大串的1和0数据，最终重新生成数码图片。DNA存储和读取数据的原理示意图。图片来源：University of Washington如果这一方法能被实际运用，那么就意味着百度、腾讯和阿里巴巴这样的公司正在使用的大型数据中心的谢幕。研究人员通过计算估计，如今需要一栋楼大小的数据中心才能存储的文件，仅仅方糖大小的DNA材料就能够全部容纳。试管底部的一点点DNA就可以存储10 TB的数据（相当于600多部智能手机的容量）。图片来源：University of Washington但是，这种方法目前也面临不少问题。首先，成本高，需要昂贵的实验室设备；其次，数据存取速度慢，合成DNA分子以及DNA分子测序，都需要不少时间。这意味着这一技术可能更适合大量数据的存档，而不是日常所需的快速存储和读取。不管怎样，这种技术为人类利用生物材料改造数据存储设备提供了崭新的思路，也许以后我们的每一个细胞都可以作为大容量的“硬盘”，可以完整地存放所有高清视频、高清照片而不用再担心存储空间不够了。1. http://www.washington.edu/news//uw-team-stores-digital-images-in-dna-and-retrieves-them-perfectly/2. https://homes.cs.washington.edu/~luisceze/publications/dnastorage-asplos16.pdf
华中科技大学的王帅教授使用氧化性刻蚀的方法实现厘米级单晶石墨烯的可控生长。该方法首先通过改进化学气相沉积系统，增加了净化管，在反应气流进入高温反应区前吸收了大部分含量不确定的水蒸气杂质，然后通过质量流量计精确通入的微量氧气，提高了石墨烯生长的稳定性，能够精确调控石墨烯的成核密度和生长速率，实现厘米级单晶石墨烯片的生长。该方法无需任何基底的前处理工艺，适合规模化的石墨烯薄膜生产。这一研究结果发表于《Adv.Mater.》上。/resolve/doi?DOI=10.1002%2Fadma.原文标题：Oxidative-Etching-Assisted Synthesis of Centimeter-Sized Single-Crystalline Graphene
战争一直是人类技术进步的推动力之一，从弓箭到狙击步枪，从甲胄到防弹衣，人类攻防两端的装备都在持续进步。防弹衣是目前各国执法机关以及军队的常备装备，可在关键时刻拯救穿戴者的性命。但是，现代的防弹衣尽管能够阻止子弹穿透，但子弹的巨大冲击能量还是会给穿戴者带来不小的伤害。2016年3月布鲁塞尔恐怖袭击后的比利时军警。图片来源：新华社复合金属泡沫（composite metal foams，CMFs）质量轻，而且可以很好地吸收冲击能，是一种很有前途的防弹装甲材料。北卡罗来纳州立大学教授Afsaneh Rabiei等人利用碳化硅陶瓷作为抗打击外层，粉末冶金加工的复合金属泡沫作为吸收子弹动能的中间层，铝7075或者凯夫拉（Kevlar）作为背板层，制成了一种厚度小于25 mm的装甲。它重量轻，却足以承受步枪子弹甚至穿甲弹的攻击，并能将穿甲弹瞬间化为灰烬（见下图）。该研究发表于《Composite Structures》。（Ballistic performance of composite metal foams. Composite Structures, DOI: 10.pstruct.）7.62×63 mm M2穿甲弹打击复合金属泡沫装甲。图片来源：North Carolina State University按照美国国家司法研究所（NIJ）标准0101.06，研究人员测试了复合金属泡沫装甲的防弹性能，子弹选用了7.62 × 51 mm M80 步枪子弹和7.62 × 63 mm M2穿甲弹。 图片来源：“我们的装甲厚度小于1英寸，可以扛住穿甲弹，而且装甲后面的凹痕小于8 mm，” Rabiei教授说，“而NIJ的标准则是装甲后面的凹痕不超过44 mm。”除了能扛住穿甲弹的攻击，实验结果表明，复合金属泡沫材料还可以吸收大约子弹总动能的60-70%，大大降低子弹的冲击能对穿戴者可能造成的伤害。Rabiei教授和她的复合金属泡沫材料。图片来源：North Carolina State University除了能秒杀穿甲弹，这种材料还能有效阻挡X射线、伽玛射线与中子辐射，而且其防火和隔热性能也是纯金属材料的两倍以上。可以预见，这种材料的“征途”是星辰大海。1. /science/article/pii/S04342. http://phys.org/news/2016-04-metal-foam-obliterates-bullets.html
如果说化学家是分子的建筑师，那么创造出新的分子结构对于化学家，就如同建设各种设计新颖的建筑对于建筑师一样，让人激动兴奋。分子的世界虽然小到人眼看不到，但迄今被化学家们发现和创造的无数或精巧或宏伟的分子结构，其令人惊叹的程度，决不亚于世界上任何一处的建筑。不仅如此，这些新的分子结构不仅具有形式上的美感，很多还具有前所未有的物理学、化学或生物学特性，比较近的例子就是福勒烯、碳纳米管和石墨烯了。这些三维或二维的材料都只含有碳这一种元素，但其独特的性能却在从材料科学到生物医学的广泛领域内得到了成功地应用。碳从三维降到二维就有这样的惊喜，那你也许会想到，如果再降到一维成为线性碳链会如何呢？事实上，化学家们确实正在探索合成线性碳链的方法。最近，在《Nature Materials》上就发表了以奥地利维也纳大学Thomas Pichler为首的一个国际研究团队的文章，报道了他们已经合成出了迄今为止最长的线性碳链结构，由超过6000个碳原子连接而成，远超之前约100个碳原子的长度记录。（Confined linear carbon chains as a route to bulk carbyne. Nature Mater., DOI: 10.1038/nmat4617）碳纳米管（灰色）中的线性碳链（红色）。图片来源：University of Vienna这种新的碳链的长度已经接近于1微米，是目前最接近于一维碳单体碳炔（carbyne）的结构，而后者已成为世界上最具争议性的材料之一。理论上说，碳炔是碳原子通过交替的单键和三键连接而成的无限长的链，与碳的三维或二维同素异形体（如石墨烯、碳纳米管和金刚石等）相比具有更高的强度和刚性，而且还有希望制造最小宽度的场效应晶体管。不过在实际情况中，线性碳链很不稳定，极易发生交联，这种不稳定性以及很多化合物被错误地定义成碳炔，使得每每有新的化合物被称为碳炔时，都会引起热烈的争论。因此，Pichler团队将他们合成的这种化合物故意地称为“长线性碳链（long linear carbon chains，LLCCs）”。他们通过在保护性的碳纳米管内部生长碳链来解决稳定性的问题。在高真空条件下，研究人员用退火过程在中空的双壁碳纳米管（DWCNTs）的内管中（内管直径0.7纳米）生成线性碳链，双壁碳纳米管既是纳米反应器，又是封装和保护线性碳链的工具。因此，该团队可以创造比之前更长、碳原子更多的碳链，Pichler说。碳纳米管中线性碳链的高分辨透射电镜照片名古屋大学的纳米碳化学家Hisanori Shinohara说，这是一个激动人心的研究。“下一个重要且必要的步骤，是从碳纳米管中取出线性碳分子”，以了解它们的性质，他补充道。1. /nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4617.html2. http://cen.acs.org/articles/94/i15/New-record-longest-linear-carbon.html
含能化合物是指在一定的外界刺激下，能发生激烈反应并释放大量能量（通常伴有大量气体和热）的化合物，在国防和国民经济中有着重要作用，不同的应用领域对含能化合物的性能(密度、热稳定性、感度、爆热、爆速、爆压、产气量等)有不同的要求，由于其燃爆特性，含能化合物的合成与性能调节是化学领域最具挑战性的研究方向之一。北京理工大学的庞思平教授和李生华副教授把金属有机框架材料（MOFs）应用于含能体系。然而，传统MOFs的结构设计通常追求的是高比表面积、低密度、高孔隙率，以利于实现气体储存和药物传输。而含能化合物追求高能量密度、高稳定性等。为了解决此问题，他们利用多氮有机骨架、高能阴离子等为结构单元提高化合物密度，利用π-π堆积结构提高稳定性，在国际上首次设计合成了一类具有三维立体结构的含能金属有机骨架化合物（含能3D MOFs化合物），这种材料显示出高热稳定性、高爆热、低感度等特点。相关研究结果发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》（Angew. Chem. Int. Ed., 031-14035）。在前期的工作基础上，研究者以一种含能3D MOFs化合物:
[Cu(atrz)3(NO3)2]n[atrz =4,4′-偶氮-1,2,4-三唑，MOF(Cu)]为反应底物与二硝酰阴离子（N(NO2)2?）发生阴离子交换反应，通过改变MOF(Cu)和二硝酰阴离子的原料配比，调节含能3D MOFs化合物孔道中阴离子交换的个数，成功实现对其性能精确而有效地调控。相对于传统调控含能化合物性能的方法，该方法具有简单、方便、反应条件温和、后处理简单且能够更加精确而有效地调控含能3D MOFs的性能等优点。并且，通过含能3D MOFs包覆亚稳态二硝酰胺阴离子，对二硝酰胺阴离子的稳定性有明显改善，爆轰性能也有明显提高。其中，它的热分解温度达到221oC, 是目前分解温度最高的二硝酰类化合物。这部分工作将为调控含能化合物性能提供一种新方法，也为亚稳态含能阴离子的稳定、储存和释放提供一种新思路。相关的研究成果已发表在《Chem. Mater.》（Chem. Mater. 72-1480）。http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b04891原文标题：Taming Dinitramide Anions within an Energetic Metal–Organic Framework: A New Strategy for Synthesis and Tunable Properties of High Energy Materials
发展石墨烯功能分离膜，使其具有高效过滤与分离液相中不同分子和离子的能力对于一系列环境工程应用极其重要。功能分离膜的设计原理包括空间位阻效应、静电相互作用和化学相互作用。由氧化石墨烯（GO）微片堆叠而成的层状薄膜可将以上三种分离原理集于一身，在功能分离膜的制备与应用领域极具优势。例如，GO表面电离含氧官能团与离子产生静电相互作用，实现不同价态离子的选择性过滤和分离。然而，根据离散电荷系统库伦定律，如果不考虑纳米毛细管的尺寸效应、化学相互作用、离子水合壳层的静电屏蔽及反离子静电阻力，GO膜对一价、二价和三价离子的渗透选择度之比为6:3:2。这一比例过小，无法实现对不同价态离子的有效分离。清华大学朱宏伟教授课题组与日本材料科学研究所的马仁志博士合作，设计了一种由带负电的GO和带正电的氢氧化物纳米片构成的分离膜，实现了受电荷调控的选择性离子传输。所得到的全纳米片异质组装复合薄膜具有一系列优点，例如，制备方法简单、强度高、大面积、可独立存在、柔性、半透明。复合薄膜的层间距对湿度变化不敏感，保证了其液相传质应用过程中的结构稳定性。浓度梯度驱动离子跨膜传输实验表明，不同价态的金属阳离子可严格根据其电荷数被有效分离，不受阴阳离子种类的影响。单价与三价金属阳离子的相对选择比高达30，显著优于其他参照膜材料（如GO膜、氢氧化物纳米片膜及其二者的体相分层膜），表明GO与氢氧化物纳米片分子尺度异质自组装的协同效应在电荷驱动离子过滤与分离过程中发挥了主导作用。GO/氢氧化物纳米片复合薄膜的这一优异性能使其在污水处理与再利用、化工精炼、仿生选择性离子输运等领域具有应用潜力。朱宏伟教授课题组自2013年以来在石墨烯功能渗透膜的制备及传质特性研究领域取得了一系列进展，研究了GO分离膜的选择传质特性及其产生机制（ACS Nano, 0, ACS Nano, 8），探索了GO膜在过滤与分离领域的多元化应用（Adv. Mater., 87），发展了基于GO与氧化钛纳米片异质复合层状薄膜并实现了高效水脱盐应用（NPG Asia Mater., 2015, 7, e162），本工作中所发展的GO与氢氧化物纳米片超晶格异质复合薄膜并实现高选择性电荷驱动离子传输与分离是上述系列研究工作后的又一进展。这一研究成果发表于《NPG Asia Materials》。/am/journal/v8/n4/full/am201638a.html原文标题：Highly selective charge-guided ion transport through a hybrid membrane consisting of anionic graphene oxide and cationic hydroxide nanosheets superlattice units
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