基于摩擦纳米发电机的水质检测

基于接触起电和静电感应耦合作用，提出了一种自供电水质检测技术。通过分析不同液相和固体壁面在摩擦感应过程中电信号的形成输运机理，明确不同待测水样通过聚四氟乙烯（PTFE）管道时与壁面形成的摩擦电信号输出特征，从而实时快速检测水中无机盐浓度和杂质成份。结果表明：在摩擦起电过程中，液柱与PTFE管壁之间主要通过电子和带电粒子形成双电层的方式在液固界面完成从水相向固相的定向跃迁；随着液相无机盐浓度和杂质成份的不同，电极检测到的感应电势和电荷密度也呈现不同规律；进一步以去离子水、自来水、矿泉水、红墨水溶液、聚苯乙烯溶液和不同浓度的无机盐溶液为例，验证了其作为液相在摩擦感应过程中形成电信号的差别及其内部组分和开路电压之间的关系。     

Janus复合材料调控界面

Janus材料集成不同组成/功能于一体,具有明确的空间分区特征,是一类特殊的高分子复合功能材料.有机高分子链提供亲水/亲油及响应特性,无机组成提供丰富的光、电、磁、热等功能性.两亲性的Janus材料在高效稳定界面同时,还能赋予界面功能性并可在外场作用下实现操控.本文重点总结了不同结构和功能的Janus材料在稳定界面和调控界面的近期主要进展,包括聚集行为、固体乳化剂、界面增容、界面催化、功能涂层、细胞诊断与治疗等方面.     

表界面调控电催化析氧反应

开发高效绿色清洁能源已引起研究者们的广泛关注。电解水是一种大规模且可持续生产高纯氢能源技术。然而,阳极析氧反应电催化剂的高过电位和不稳定性制约了电解水技术的大规模应用,合理设计电催化剂的结构可显著优化其反应热力学和动力学,提高电解水技术的能量转换效率。表界面是电催化反应发生的主要场所,通过调控电催化剂表面的本征结构或构筑异质界面等系列表界面化学工程对电催化剂进行改性,可以有效改善材料的催化活性和稳定性。本文概述了当前表界面调控策略在电催化析氧反应中的研究进展,重点介绍了表界面调控层状双金属氢氧化物、钙钛矿型氧化物、尖晶石型化合物及合金材料的研究现状,阐述了高效稳定析氧反应电催化剂的设计思路。讨论了表界面调控策对催化剂表界面微结构和电子态的影响以及设计新型析氧反应电催化剂中面临的问题。最后,展望了表界面调控应用于析氧反应电催化剂的前景。     

高分子固液复合界面与液体黏附调控

受猪笼草口缘区润滑效应启发,将低表面能液体注入高分子微纳米多孔结构中可构筑高分子固液复合界面.与超疏水固体界面相比,固液复合界面展现出独特的浸润性和黏附性.界面黏附是高分子复合材料重要的性质之一,实现界面黏附的精准调控对促进这类材料的发展和应用具有至关重要的作用.本文重点从稳定性调控、方向性调控以及原位可逆调控3个方面综述提升固液复合界面黏附可控性的工作,通过在表面微米结构中组装纳米层状及异质纳米层状结构,提高界面黏附的稳定性;使用界面薄层定向冷冻干燥法、激光刻蚀法以及复型法等方法,构筑具有取向结构的高分子固液复合界面,实现界面黏附的方向性调控;通过在界面中引入快速响应的智能基元,设计智能响应高分子固液复合界面,实现界面黏附的原位可逆调控.最后,概述了这类材料目前存在的问题并展望了其未来发展的方向.     

液滴模板法制备颗粒材料过程中介尺度结构调控的研究进展

以液滴模板法来制备颗粒材料,可通过对液滴以及颗粒界面介尺度结构的形成与反应的定向调控来实现对固体颗粒功能材料的高效制备和性能强化。深入研究液滴和固体颗粒界面介尺度结构与反应-扩散过程的相互关系及其定向调控规律,揭示反应与扩散过程的机制及其耦合,对于实现反应过程强化与理性调控具有重要的意义。本文主要介绍了液滴模板法制备颗粒材料过程中的介尺度结构调控的研究新进展,着重介绍了界面两亲分子聚集态介尺度结构对液滴形貌的定向调控及对液滴稳定性的影响、以及液滴界面传递与反应对颗粒材料介尺度结构的定向调控,以期为液滴模板法合成颗粒材料的反应过程强化与理性调控提供科学指导。     

结构化液体的设计、构筑与应用

结构化液体是近年来基于二元流体体系,利用固体粒子液/液界面自组装和堵塞相变构筑的一类非平衡态软物质材料,兼具固体的结构稳定性和液体的流动性.然而,受限于组装基元和成型方法,制备具有精准结构的智能结构化液体及衍生功能材料仍面临挑战.我们课题组在该领域开展了大量研究工作,在发展界面调控新机制,制备液体/固体新材料,以及实现材料器件新突破等方面取得了系列创新成果.本专论从固体粒子界面自组装机制出发,重点阐述了一种利用纳米粒子和聚合物液/液界面共组装制备纳米粒子表面活性剂,进而构筑结构化液体的普适策略;总结归纳了结构化液体在响应性调控、高效精准构筑以及功能材料制备等方面的研究进展;并对该领域面临的机遇和挑战做出展望.     

X射线光电子能谱在材料研究中的应用

Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）在材料科学与工程的许多领域中着广泛的用途，本文将讨论了ＸＰＳ在材料研究的三个方面的应用，即材料表面改性，固体－固体界面体系及材料与环境的相互作用。我们将引用一些具体的例子来说明ＸＰＳ的应用价值及其研究方法。所讨论的例子将步及聚合物和氧化物材料的表面改性，化学及物理气相淀积，粘接界面断裂机制，腐蚀及摩擦等领域。     

胶体刻蚀——纳米结构化表面的构筑与应用

综述了近年来胶体刻蚀领域的研究进展, 分别讨论了基于胶体微粒和胶体晶体为模板的可控沉积与可控刻蚀及在固体平面基质、曲面基质和气液界面等不同基质上构筑结构化表面的方法. 同时还探讨了利用胶体刻蚀方法形成的微纳结构在光、电、磁以及表面润湿和生物学等方面的应用.     

表面电荷及外电场对液固界面热阻的影响

采用非平衡分子动力学方法模拟了外电场及固体表面电荷对水与固体间界面热阻的影响. 结果表明,外加电场平行于界面时, 其对界面热阻几乎没有影响, 而垂直于界面时, 界面热阻将随着电场强度的增大而减小. 壁面带正电荷或负电荷都将使得界面热阻减小. 界面热阻与表面电荷密度及电场强度均满足二次函数关系. 模拟结果表明施加外电场和表面电荷是控制液固界面热阻的有效方法.     

纳米SiO_2在注水-驱油-油水分离中的界面调控研究进展

表面与界面行为在石油注水开发中广泛存在.功能性纳米二氧化硅具有在油-水-岩石三相界面吸附/聚集/解吸附的独特效应,有望在经济、高效和绿色环保的石油开发技术中得到应用.本文针对注水、注化学剂驱油及采出液的油水分离三个应用方向,以改变注入液-原油-岩石三相之间的界面作用为切入点,介绍了纳米二氧化硅的表面功能化及其在调控油/水/岩石三相界面中的研究进展,总结了其界面调控作用机制.最后,结合课题组研究工作,指出了功能性纳米二氧化硅表面结构调控与应用的研究方向.     

全固态钠离子电池及界面改性

全固态钠离子电池具有原料成本低、安全性高以及能量密度高等特点,在移动电源、电动汽车和大规模储能系统领域表现出巨大的应用潜力。然而全固态钠离子电池的发展和规模化应用亟需解决固体电解质室温离子电导率低、界面电荷转移阻抗大、固体电解质与电极界面兼容性和接触差等问题。本文结合近年来全固态钠离子电池相关报道和本课题组研究成果,概述了β-Al₂O₃型固体电解质、NASICON型固体电解质、硫化物固体电解质、聚合物固体电解质、复合固体电解质的研究进展及发展趋势;综述了全固态钠离子电池界面特性、固体电解质表面修饰、电极/固体电解质界面改性最新研究成果;最后对全固态钠离子电池界面改性策略发展方向进行了展望。本综述有助于加深对全固态钠离子电池界面科学问题的认识,并对固态钠离子电池的发展应用形成理论指导。     

无机全固态锂离子电池界面性能研究进展

固体电解质不存在易燃等安全问题, 发展固态锂电池技术是解决液体电解质锂电池安全问题的根本途径. 随着社会对大体积锂离子电池需求的增长以及人们对电池的安全性关注度的日益提高, 发展固态锂离子电池已迫在眉睫. 制备性能良好的全固态锂电池的关键在于获得高室温离子导电率的固体电解质以及在电极与电解质之间形成良好的接触面. 大量的研究集中在制备高室温导电率的固体电解质, 目前已经制备出能与液体电解质相媲美的高室温导电率的固体电解质, 但固态锂电池的高倍率性能仍然较差, 原因是在电极与固体电解质的界面处具有较高的阻抗. 关于固态锂电池电极与电解质界面的研究文章相对较少. 本文简要介绍了一些具有高室温导电率的氧化物及硫化物电解质, 着重分析了全固态锂电池电极与电解质界面处具有高阻抗的原因以及减少界面阻抗的界面改性方法.     

胶体颗粒在液-液界面上的吸附行为及界面组装

综述了胶体颗粒在油水界面上的吸附行为及其应用.胶体颗粒在界面上的吸附行为主要受颗粒大小、相互作用力、电性质及润湿性质等因素的影响.本文第一部分主要从作用力出发阐述了胶体颗粒在液-液吸附过程中各种影响因素的理论研究进展;第二部分主要阐述了胶体颗粒在液-液界面上的吸附能够在界面组装、乳液和具有特殊功能的新材料制备等领域中的应用.     

胶体颗粒在液-液界面上的吸附行为及界面组装

综述了胶体颗粒在油水界面上的吸附行为及其应用.胶体颗粒在界面上的吸附行为主要受颗粒大小、相互作用力、电性质及润湿性质等因素的影响.本文第一部分主要从作用力出发阐述了胶体颗粒在液-液吸附过程中各种影响因素的理论研究进展;第二部分主要阐述了胶体颗粒在液-液界面上的吸附能够在界面组装、乳液和具有特殊功能的新材料制备等领域中的应用.     

气相二氧化硅填充极性低聚物的界面与流变

气相二氧化硅(FS)/低聚物纳米复合材料应用广泛于涂料、胶黏剂、锂离子电池、液体防弹衣等诸多领域.然而,极性低聚物与FS表面相互作用复杂,FS/低聚物复合材料(ONCs)的流变响应多种多样.如何实现ONCs流变行为调控,是长期困扰工业界的难题.本文详细总结了FS在ONCs领域的应用,将FS粒子间相互作用与ONCs流变性质相关联,综述ONCs界面层结构的表征、调控手段及界面层与流变行为的关系.结合本课题组对FS/极性低聚物体系界面及流变行为的研究成果,提出未来ONCs领域的2个重要方向,即研究界面结构与粒子-极性低聚物相互作用间的关系,并通过界面设计实现对纳米粒子/极性低聚物复合材料的流变行为的精确调控.     

固体表面分子的自组装结构与调控机制

固体表面有机分子自组装是合成低维超分子材料和对固体表面进行功能化的重要途径.本文主要介绍了利用理论计算与扫描隧道显微镜实验相结合的手段研究固体表面分子自组装机制及结构与物性调控的相关工作.主要聚焦于几种由弱相互作用主导的分子自组装过程,从影响固体表面功能分子自组装过程的基本要素出发,如固体表面性质、功能分子的结构、功能分子间相互作用的类型和强度以及有卤族元素增原子参与的组装等,介绍了这些要素在构筑并调控分子自组装结构中的作用,理解固体表面功能分子自组装结构的调控机制,最后对如何实现分子自组装结构及物性的可控调制进行了展望,为设计新型低维超分子网格结构提供思路.     

锂/钠离子电池材料的固体核磁共振研究进展

固体核磁共振技术是一种定量分析固体材料结构与组成的强有力手段,结合固体核磁共振和常规x-射线衍射(XRD)、 x-射线吸收谱(XAS)等表征方法可对锂/钠离子电池材料在电化学反应中的结构演化过程进行全面的分析. 例如通过固体核磁共振研究, 可获得不同合成与修饰条件下, 锂/钠离子电池电极和电解质材料体相以及电极/电解质界面层的化学组成、局域结构和离子扩散动力学等信息,为高性能电池材料的设计和研发提供重要的基础数据. 本文结合本课题组的研究工作,综述了近三年来国内外固体核磁共振技术在锂/钠离子电池电极、电解质材料以及固体电解质界面膜（SEI）研究中的应用和进展.     

新型铁电极化拓扑结构构筑及其原子尺度结构特性

<正>铁电材料的自发电极化可以被外场调控翻转,在信息存储和逻辑器件等领域具有巨大应用前景。基于铁电极化的量子材料构筑可实现挠曲电效应、界面电导与超导效应、铁电畴壁电导效应与铁电场效应等钙钛矿氧化物传统与新型界面性能的有效调控,赋予低维钙钛矿氧化物超晶格众多大于简单1+1的新颖性能,为设计多功能、高性能及小型化的电子器件提供新的广阔空间。     

酪氨酸对铜—高岭石相互作用的影响

关于有机物对微量金属－固体粒子相互作用的影响，通常认为［１，２］在微量元素与固体粒子界面作用中，高分子量有机物起促进作用，低分子量有机物起抑制作用．决定有机物影响的因素是有机物的浓度或有机物浓度／固体含量比值；微量元素与有机物的相互作用常数或微量金属...     

聚合物固态锂电池电解质/负极界面

动力电池领域对锂二次电池的能量密度和安全性提出了更高要求,研究高能量密度固态锂电池对发展新能源产业具有重要意义。相比传统的有机电解液锂离子电池,采用聚合物固体电解质的聚合物固态锂电池不但具有明显提升的安全性,而且能够匹配高容量电极材料,实现能量密度的有效提升。聚合物固态锂电池是最有前景的锂二次电池之一,然而聚合物固体电解质与锂负极间仍存在严重的界面副反应、锂负极表面易生长枝晶等问题。近年来,通过电解质成分调控、电解质力学性能提升、电解质/锂负极界面调控和匹配三维锂负极等手段,聚合物基固态锂电池性能明显提升。基于此,本文介绍了常见的聚合物固体电解质及其与锂负极间的界面挑战,从添加无机填料、使用高强度基底膜、分级层状结构设计、构筑界面缓冲层、交联网络设计以及固态锂负极保护等几个方面综述了提升聚合物基电解质/锂负极界面稳定性的最新研究成果,最后对解决聚合物固体电解质/锂负极界面兼容性的研发方向和发展趋势进行了展望。