新冠常态下功能性口罩研究进展

新冠疫情常态化下,戴口罩已广泛成为预防呼吸道疾病的有效手段。人们对口罩的需求不仅是用于过滤含有微生物气溶胶,而且能满足抗菌、抗病毒、自我清洁及检测等更多的需求。具有抗菌、抗病毒功能的口罩可以有效杀灭截留在口罩过滤层中的病原体,减少污染源和感染源;具有自我清洁功能的口罩能实现口罩的循环利用,缓解环境污染及资源浪费;具有自我检测功能的口罩能实现可视化检测病原体,解决常规采样给人们带来的不适感。各种功能修饰改善了口罩的性能,如金属纳米颗粒和草药提取物用于灭活病原体;碳基纳米粒子赋予口罩光热效应和超疏水特性,可显著延长口罩寿命;金属纳米粒子利用其荧光猝灭或增强用于病原体检测。本文综述了近3年随着材料科学的进步,功能性口罩的研发以及功能化方面的最新进展。     

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为,分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响.在弹性形变区域,孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显.在塑性形变阶段,首先从表面边缘开始产生位错成核,然后延伸并受阻于孪晶界.在进一步拉伸载荷作用下,孪晶界将作为位错源产生新的位错.模拟结果表明,银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关.孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时,此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小,只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1),孪晶界使得纳米线得到强化.综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响,为构建高强度金属纳米线打下基础.最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响,随着温度的升高,孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定;当拉伸速度逐渐增大,孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.     

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为, 分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响. 在弹性形变区域, 孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显. 在塑性形变阶段, 首先从表面边缘开始产生位错成核, 然后延伸并受阻于孪晶界. 在进一步拉伸载荷作用下, 孪晶界将作为位错源产生新的位错. 模拟结果表明, 银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关. 孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时, 此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小, 只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1), 孪晶界使得纳米线得到强化. 综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响, 为构建高强度金属纳米线打下基础. 最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响, 随着温度的升高, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定; 当拉伸速度逐渐增大, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.     

稀土元素在高速钢晶界偏聚的研究

材料的晶界状态对材料的性能有很大的影响,元素在晶界偏聚对材料性质的影响是冶金和材料科学的重要课题。合金元素和杂质元素在晶界偏聚,使晶界的化学成分发生变化,影响晶界移动、晶粒长大、元素沿晶界扩散、沿晶界的破断等现象,从而影响材料的机械性质、化学性质以及电学性质等。溶解在铁中的铈因原子半径远大于铁而产生较大的点阵畸变能,这将促使它们偏聚在晶界上。我们曾指出,铈和镧能够使硫的偏聚减     

高容量金属镓薄膜和粉体作为锂离子电池负极材料的自修复行为研究

锂离子电池合金类负极材料比如Si, Sn, 因其理论容量远高于目前商业化石墨负极材料受到了广泛的关注. 然而, 受限于这类材料的循环稳定性, 距离其产业化仍然有一定的距离, 主要是由于其在电化学充放电过程中锂离子的嵌入和脱出产生巨大的应力而导致出现的不可修复的裂纹. 利用金属镓低熔点的物理特性, 在其熔点之上研究其脱嵌锂过程中的自修复能力. 对制备出金属镓薄膜电极研究发现, 25次充放电后, 因为固体电解质(SEI)的持续生成, 有效自修复区域降低为34 μm, 自修复区域随着循环次数的增加逐渐降低. 同时通过简单的液相分散方法制备出金属镓粉末电极, 金属镓粉末大小为3.43 μm, 尺寸小于有效自修复区域, 电化学分析显示该金属镓粉末电极前25次循环能够实现高的可逆容量和稳定的循环性能, 25次循环后的金属镓粉末电极的SEM分析显示裂纹平均尺寸大小为1 μm, 说明金属镓在液体电解液体系中的自修复能力有限. 金属镓有望用于非液态电解质体系中的裂纹修复, 比如对全固态电池中金属锂粉化的修复.     

金属苯炔的合成与化学性质

金属苯炔是一类新颖的杂环芳香化合物.它们可看成是苯炔分子中的一个碳原子被等瓣的过渡金属基团取代而衍生出来的六元杂环化合物.近年来,金属苯炔的化学引起了人们的兴趣和关注.一系列含锇和铼的金属苯炔已被成功地合成和鉴定.这些金属苯炔不仅具有有机化合物的芳香性,还具有金属有机化合物的属性.它们既可以发生芳香体系的经典反应(如亲电取代反应),也可以发生金属有机化合物的反应(如卡宾化合物的形成).     

光驱动的金属富勒烯分子磁开关※

由于碳笼的保护, 从外部操控内嵌富勒烯笼内分子的特性一直是一个挑战. 通过在顺磁性金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀碳笼外修饰具有光活性的偶氮苯-氮氧自由基, 成功设计出基于金属富勒烯-氮氧自由基的分子开关, 实现了原位可逆地光驱动远程控制金属富勒烯的顺磁特性. 在不同光照条件下, 利用偶氮苯的光异构化特性改变双自旋中心的相对位置, 调整自旋-自旋、自旋-晶格相互作用, 进而影响金属富勒烯的电子顺磁特性. 研究发现, 紫外光照下, 氮氧自由基使金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号逐渐减弱, 可见光照下Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号又增强, 由此实现了氮氧自由基作为顺磁开关的功能.     

块状LaNi5基纳米合金的正电子湮灭研究

利用高温高压技术，在不同的压力和温度(-4．5GPa，-800℃)下将LaNi5基快淬合金粉直接压制成了块状纳米晶合金。X射线衍射分析表明，高压使其晶粒内部发生了明显的压致晶粒碎化，其平均晶粒尺寸在4．5GPa下从75．5nm降至24．6nm。利用正电子湮灭技术研究了这种晶粒碎化效应对纳米合金内部缺陷结构的影响。测试结果表明，在高温高压的作用下，由于界面上原子的迁移和弛豫加剧，导致晶界上尺寸较大的微孔隙缺陷逐渐转化为尺寸较小的自由体积缺陷，使得纳米合金的致密度逐渐增强，显微硬度逐渐升高，从而在高温高压下得到致密的块状纳米合金材料。     

追踪锂金属负极的压力与形貌变化（英文）

采用高载量氧化物正极(>4mAh·cm^-2)和超薄锂金属负极(<50μm)可以构建高比能锂金属二次电池。然而,该类电池的循环寿命和安全性受到锂金属不可控沉积的严重制约。高比表面积的锂枝晶和锂“苔藓”导致了较低的库伦效率,前者有一定可能穿刺隔膜,造成电池内短路,是亟待解决的安全隐患。因此,提升锂金属二次电池的循环寿命和安全性的关键在于实现锂金属的致密沉积。文献中已有多种化学方法可达到这样的效果。由于锂金属较软,受力容易发生形变,对锂金属电池施加机械压力是另一种促进锂金属致密沉积和提高循环性能的方法。然而,机械压力、锂金属形态的演变、和循环性能之间的关系尚未被完全理解。本文报道了一种基于薄膜压力传感器的电池压力测量装置,可以实时跟踪纽扣型锂金属电池内部的压力变化,并且探究外加机械压力对电池循环性能的影响。研究发现,在纽扣电池和高比能的软包电池(5 Ah,>380 Wh·kg^-1)中,一定程度的压力可以促进锂金属的致密沉积,改善电池循环性能;而过大的压力则会导致锂金属向负极内部沉积,造成负极变形和电池性能恶化。我们的研究结果凸显了...     

内嵌镧金属富勒烯的高产率合成及异构体比例调控

采用电弧放电法制备内嵌镧金属富勒烯的原灰,通过改变氦气压力及电流强度来提高内嵌镧金属富勒烯产率。原灰由1,2,4-三氯苯提取并回溶入甲苯后,利用分析型高相液相色谱(HPLC)对提取液中各富勒烯组分进行分析。通过分别衡量3种常见含镧金属富勒烯La@C2v-C82、La@Cs-C82和La_2@C_(80)与C84的相对峰面积比,探讨了氦气压力和电流强度等对3种金属富勒烯产率的影响。实验结果表明,氦气压力与电流强度共同决定了金属富勒烯的产率,在(1)低电流高氦气压、(2)中等电流中等氦气压、(3)高电流低氦气压的条件下都可以高产率地获得含镧金属富勒烯。此外,调整电流强度和氦气压力可以改变La@C2v-C82和La@Cs-C82的相对比例。例如,在电流为100、120 A或氦气压为20、35 k Pa时,此前认为的"minor"异构体La@Cs-C82的含量甚至高于"major"异构体La@C2v-C82。还发现降低电流强度或减小氦气压力可促进La_2@C_(80)的生成,这表明La_2@C_(80)与La@C82的形成过程可能是不同的。     

双主相(Ce,R)-Fe-B烧结磁体的核壳结构

研究了铈基双主相烧结磁体的磁性能和微结构,重点对双主相磁体不均匀的元素分布及微结构特征进行观察分析。研究表明:在双主相磁体的烧结及热处理过程中,稀土元素在两种主相晶粒之间发生了互扩散,形成了两种典型的核-壳结构晶粒,它们具有成分接近的"壳"和成分明显不同的"核"。双主相磁体中的这种核-壳结构,类似于"晶界扩散"Nd-Fe-B磁体的核-壳结构。在此基础上,对双主相(Ce, R)-Fe-B磁体的矫顽力增强机制和反磁化行为进行了解释。     

稀土相对Ti-5.6Al-4.8Sn-2Zr-1Mo-0.32Si-1Nd钛合金晶粒长大的阻碍作用

对Ｔｉ－５．６Ａｌ－４．８Ｓｎ－２Ｚｒ－１Ｍｏ－０．３２Ｓｉ－１Ｎｄ合金β相区不同热处理样品的分析表明,在ＥＭＰ－８１０Ｑ电子探针仪的精度范围内,晶界无元素偏聚。阻止晶粒长大的主要原因是稀土相颗粒对晶界移动的阻碍作用。     

二氧化碳在金属-有机骨架材料中吸附的阶梯现象

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)模拟方法, 对二氧化碳在5种具有相同拓扑结构的金属-有机骨架材料(IRMOFs), 即IRMOF-1, -8, -10, -14, -16中吸附产生的阶梯现象进行了详细的研究. 结果表明: 低温条件下, 孔径越大的IRMOFs越容易发生阶梯现象; 发生阶梯现象的转变压力与能够发生阶梯现象的转变温度都与孔径呈线性关系. 此外, 模拟结果进一步验证了二氧化碳分子之间的静电作用力是阶梯现象发生的关键因素. 这些规律将为金属-有机骨架材料(MOFs)的设计和改性以及二氧化碳在混合气体中的吸附分离提供有用的信息.     

卟啉/酞菁配合物修饰钙钛矿太阳能电池研究

为解决资源短缺和环境污染问题,太阳能电池应用研究引起了广泛的科学关注。在过去的十年间,钙钛矿太阳能电池作为一种新型的电池技术得到了快速发展,逐渐成为目前商业化硅基太阳能电池最有力的竞争对手之一。然而,钙钛矿薄膜在低温溶液制备过程中不可避免地形成缺陷,这些缺陷是严重制约钙钛矿太阳能电池光电转化效率与长期运行稳定性得到进一步提高的主要因素。利用功能化有机分子钝化钙钛矿薄膜表面及晶界处缺陷是提升电池性能及稳定性的有效手段。卟啉/酞菁金属配合物具有良好的稳定性和优异的光电特性,利用卟啉/酞菁金属配合物修饰钙钛矿薄膜是提高钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的有效方法之一。本文综述了卟啉/酞菁金属配合物界面调控实现高效稳定钙钛矿太阳能电池组装的研究进展,并对其存在的问题及今后可能的发展方向进行了总结与展望。     

具有聚集诱导发光特性的含氟有机金属配合物的研究进展

近年来,具有聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)特性的化合物由于在聚集态或固态发光量子效率较高而受到很多关注.含氟的功能化合物,由于氟原子的存在,往往具有独特的结构和物理、化学及生物学性质.根据中心金属和配体的种类,汇总了具有A IE性质的且含有氟代配体的有机金属配合物的研究进展.这些含氟有机金属配合物主要是铱、铂、金配合物,在发光器件、化学传感、细胞成像、数据存储等方面具有潜在应用.还简要讨论了相关研究的发展前景.     

纳米块体金属钆和镝的磁性相变分析

对纳米晶钆(Gd)和镝(Dy)块体材料的磁性进行了研究.与多晶比较,通常纳米晶的磁化强度减小,居里温度TC降低,但平均粒径为10 nm的纳米晶Dy的居里温度TC反而升高到100 K,平均粒径为10 nm的纳米晶Gd中还存在明显的反铁磁相.通过RKKY交换作用的计算知道,晶面晶界处原子的交换积分会发生正负号的变化,能量最低的稳定状态对应三种有序相:铁磁相、反铁磁相和扇相,晶粒中在一定条件下出现三相共存.对于平均粒径为10 nm的纳米晶,晶面晶界处原子所占比例很大,三相叠加的结果,对于Gd,即是在相变点附近出现磁化强度尖峰;对于Dy,则是磁化强度随温度升高下降缓慢,表现为居里温度TC比多晶升高.     

铈对低铬铁素体不锈钢晶粒和碳化物的影响

冶炼不同铈含量的低铬铁素体不锈钢, 锻造后采用不同的热处理制度进行热处理, 在光学显微镜和扫描电镜下观察其组织. 实验结果表明: 铈可抑制试验钢的静态再结晶, 提高再结晶温度, 细化晶粒, 晶粒平均尺寸由50 μm下降到19 μm;添加铈后不锈钢中的碳化物更细小、弥散. 分析其机理: 固溶铈在晶界的偏聚可起到对晶界的拖拽作用, 降低晶界的迁移速度, 影响再结晶行为;碳化物容易在晶界析出, 细晶造成晶界增加, 使得碳化物更细小、弥散.     

金属催化合成呋喃衍生物的最新进展

综述了近几年来利用金属催化合成多取代呋喃环的方法。分两大类介绍：一是通过对呋喃环进行结构改造,即呋喃金属试剂在过渡金属催化下与卤化物或酰氯发生偶联反应得到,或呋喃卤化物与金属试剂、烯烃、炔烃偶联得到;二是以非环状化合物为前体进行呋喃环的构筑,即在金属试剂催化下,1,2-联烯基酮、β-碘代-β-烯酮、叁键在α,β-、β,γ-、γ,δ-的炔酮、4-炔-2-烯醇可以关环得到多取代的呋喃产物。此外,在Ru~2(OAc)~4催化下,α-叠氮酮与炔烃反应得到金属卡宾中间体,然后关环也可得到取代呋喃产物。     

纳米金属微粒M-Al2O3介孔复合薄膜的光谱特性

用电化学方法合成了纳米金属微粒M(M=Au,Ag,Cu,Co,Ni,CuAg)-Al₂O₃介孔复合薄膜,并研究了其在近紫外至可见光波范围的光谱特性.研究结果表明,复合薄膜的光吸收峰位置与纳米金属微粒和Al₂O₃介孔薄膜的介电常数有关,且随着膜层中纳米金属微粒复合量的增加,大幅度向红外波段移动;通过共沉积的方法形成的合金微粒复合膜也能使吸收边发生移动.同时还发现Ag-Al₂O₃,Au-Al₂O₃介孔复合薄膜分别在波长为360,500nm处存在等离子体共振吸收峰.     

液态金属催化裂解甲烷制氢动力学研究

液态金属催化甲烷热解是一种高效生产氢气且无二氧化碳排放的新兴技术.本文开发了一个液态金属裂解反应器催化甲烷热解的数值模型,在实验室自主搭建的液态金属制氢平台上得到的实验数据与模型预测结果吻合良好.该模型是基于甲烷在气液界面发生的催化热解、气泡内部发生的非催化热解过程和气泡上升过程中的流动行为,耦合了催化和非催化反应动力学和流体力学所建立的.使用气体体积流速、压力、气体成分、温度和液态金属性质(密度、黏度和表面张力)预测气泡尺寸和熔体中的气含率.该模型较好地预测了液态铜铋合金(Cu_0.45Bi_0.55)催化甲烷热解实验中不同温度、不同甲烷进气流量和液态金属高度下的甲烷转化率,得到了催化甲烷热解过程中的气含率、表观气体速率和压力沿液态金属高度的分布.实验数据与模型预测结果的高度吻合证明了模型的可靠性,该模型未来将有助于反应器优化和氢产率提高.