石墨烯凭借其高载流子迁移率与原子级平整表面的独特优势,在二维材料的合成与器件应用中展现出巨大潜力。然而,如何以可控方式高质量合成后石墨烯二维材料及其异质结,仍是制约该领域发展的关键难题。因此,发展以高质量石墨烯为平台的合成新策略具有重要意义。
二维纳米材料(如石墨烯)本征导热极优,但其在复合材料中的随机取向严重制约了热导率的发挥,大大限制了这类填料在热界面材料(TIM)领域的应用——而这种无序取向,本质上由填料的额外自由度以及与基体的强黏滞相互作用所决定。针对这一长期瓶颈,本文,兰州大学高文生 青年研究员、拜永孝 教授与青海大学刘秉鑫等研究人员在《Advanced Functional Materials》期刊发表题为“A Dual Magnetic-Centrifugal Field Strategy for Orienting Thermal Fillers in High Thermal Conductivity Composites”的研究。提出一种范式转换(paradigm-shift)策略:将旋转磁场与可调制的离心体力协同耦合,实现二维填料的垂直取向。
触觉感知对于人类与外部世界的交互至关重要,并在机器人技术、可穿戴设备、假肢和医疗保健领域具有巨大的应用潜力。传统的仿生触觉设备依赖电子运动来产生电信号,这与生物系统的离子传输机制存在差异,从而限制了其与生物组织的兼容性。本文,北京大学王路达 长聘副教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Functional Mimicry of Neural Sensory Systems Using Nanoporous Graphene-Based Ionic Biomimetic Tactile Devices”的论文,研究提出了一种基于离子传输机制的仿生触觉装置,利用电动力能转换(EKEC)技术,通过离子选择性膜在受压时产生电信号。
开发轻质、高效且可调谐的电磁波(EMW)吸收材料,对于减轻电磁污染至关重要。然而,传统的粉末状吸收材料通常存在不可持续性和功能受限的问题。本文,西安理工大学任鹏刚 教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Heterostructures of FeCoSe@MoS2 on Reduced Graphene Oxide Aerogels for Electromagnetic Wave Absorption at Low Frequency and Thermal Insulation”的论文,研究通过溶剂热法结合后续定向冷冻干燥策略,将FeCoSe@MoS?与GO整合,成功制备了具有多尺度异质结构的FeCoSe@MoS?/还原石墨烯氧化物(rGO)气凝胶。合理多组分配比所形成的互连多孔结构及丰富的异质界面,有助于优化阻抗匹配并丰富电磁波损耗行为。通过调整组分配比,可有效调控电磁波吸收性能。
水系锌金属电池(AZMBs)存在因枝晶生长、腐蚀和电解液副反应导致的锌表面退化问题。锌粉是实现柔性电极、增强电解液可及性以及精确控制面容量的关键组分。然而,其应用因严重的表面失效而受到极大限制。本文,韩国成均馆大学Junyoung Mun等研究人员《ADVANCED SCIENCE》期刊发表名为“Basal Plane Graphene Coated Zn Powder for High Performance Aqueous Zn Metal Batteries”的论文,研究通过剪切应力驱动的干法工艺在锌粉表面涂覆石墨烯,形成以基面为主的保护层。该涂层通过同时对表面进行钝化、调节界面Zn2?溶剂化结构以及建立面向(002)晶面取向的外延锌金属沉积,有效抑制了表面退化。所得的石墨烯包覆锌粉(Gr_Zn)表现出稳定的循环性能,在1 mA cm?2下经640小时循环后,电压滞后仅为16.1 mV,性能优于锌箔和裸锌粉电极。此外,在全电池和软包电池配置中,Gr_Zn展现出优异的高倍率性能和极高的面容量(>20 mAh cm?2)。
快充锂离子电池对负极的动力学性能提出严苛要求,商用石墨负极存在锂离子去溶剂化过程迟缓、界面电荷转移阻抗高、充放电过程固体电解质界面(SEI)膜演化不稳定等固有瓶颈,容易造成极化加剧、锂析出,制约快充能力。还原氧化石墨烯(rGO)具备高电导率、结构柔性等优势,但原始 rGO 比表面积过大,会引发大量电解液分解、SEI 无序生长,不可逆容量高,并不适合直接作为活性负极,更适合用作界面改性层。传统氮掺杂碳涂层大多属于被动防护层,无法在大倍率下动态调控锂离子溶剂化结构、离子通量与电荷再分布,亟需开发能够主动调控离子输运的新型界面策略。
石墨烯,这个由单层碳原子构成的二维材料,凭借其优异的导电、导热和力学性能,早已成为材料科学界的明星。但纯碳构成的石墨烯在电子结构调控方面存在天然局限——就像一块完整的画布,虽然干净,却缺少丰富的色彩。
硅基半导体正逼近由基础物理决定的性能极限,寻找替代材料日益迫切。金刚石凭借宽带隙、高热导率与化学惰性,成为量子计算、纳米传感与先进电子学的有力候选,但其n型掺杂困难、重硼掺杂会导致晶格畸变、晶界与缺陷散射也限制了器件性能。石墨烯则具有高载流子迁移率与可调电子特性,二者结合构建的石墨烯/金刚石(G/D)异质结,可将石墨烯的零带隙狄拉克锥与金刚石的超宽带隙结合,实现界面电荷再分布、调控费米能级,并有望克服石墨烯“狄拉克点电子态缺失”的局限。
智能手表、手机甚至部分无人机都依赖轻量、可充电储能器件,一旦报废,许多最终变成电子废弃物。本文,加州大学圣地亚哥分校 Tse Nga Ng、Nandu Koripally 等在《ACS Energy Letters》发表题为 “Recyclable Zinc Ion Structural Supercapacitor Enabled by Porous Vitrimer” 的论文,提出一种可快速拆解、多次循环利用的锌离子结构超级电容器。该器件采用锌金属?铜箔阳极、活性炭纤维阴极和多孔玻璃体聚合物基固态电解质(以 ZnCl? 水系溶液为离子源),结合可拆解的粘结与封装设计,实现了高性能与易回收的兼顾。