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五一回來就是母親節了，連着調休上班，這一天我只想好好地犒勞自己。給自己買束花，挑選一份禮物，發個圖秀一秀，讓自己開心一下。
受yi情的影響，現在快遞物流變慢變長了，我都養成了下單之前先問老闆發不發貨，所以早下單才更能及時地收到禮物。


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疫情期間，大家前所未有地注意到了手部衛生，備齊洗手液、免洗洗手液、酒精三件套，恨不得一天洗十幾次手。但是洗手洗得太頻繁對皮膚也會造成很大傷害，很多人的手部已經開始出現皮膚乾燥、指紋消失等症狀，再嚴重些甚至可能皮膚皴裂、手部濕疹。仔細想想，手部的皮膚屏障要是被破壞了，或者手上出現傷口了，那豈不是更不利於對病毒的防護嗎？

勤洗手無疑是正確且必要的，皮膚表面會有灰塵、污垢、細菌、病毒等黏附，且已明確新型冠狀病毒可以通過接觸傳播。為了及時清除各種有害物質，在這個特殊的時間段做好手部的清潔工作尤為重要。但是怎樣洗手才能少傷手呢？這要先從為什麼洗手會傷手開始。

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具有柔性納米孔的吸附劑！

由於納米多孔材料在分子尺度上具有相對較大的表面積和清晰明確的孔隙，使得其可以作為選擇性吸附劑和催化劑。它們可以充當分子篩，並因其在氣體分離和儲存應用（如碳捕獲）中作為節能吸附劑的潛在用途而受到關注。其中一些材料的吸附特性表明，納米多孔材料與其吸附的分子或離子之間的相互作用可能會在孔中引起一定程度的結構靈活性。
沸石具有由共享角的二氧化硅和氧化鋁四面體構成的納米多孔三維結構。迄今為止，已發現超過250種不同的沸石結構，每種結構都有獨特的孔徑和形狀。然而，這些材料的吸附實驗表明，當氣體分子大於預期孔徑時就可以進入材料，這表明材料的結構靈活性與所謂的「主客體」相互作用有關。要了解作為吸附劑或催化劑的材料的尺寸和形狀選擇性特性，重要的是要了解其結構在氣體分子的吸附-解吸過程中如何變化。
已有一些文獻報道：由物理或化學刺激可以引起一些沸石中的結構靈活性。這種結構靈活性可以通過離子交換、脫水或氣體吸附來誘導，並且這種靈活性可以表現為晶胞體積或者對稱性和孔徑的變化。基於衍射的技術（包括X射線、中子和電子衍射）已成為研究這些結構靈活性的重要工具。例如，原位粉末X射線衍射表明，在離子交換後，晶胞體積可擴大高達25%。在脫水或離子交換後，可接近的孔徑會發生顯着變化，這會極大地影響吸附和解吸性能。三維電子衍射(3DED)也是確定多晶多孔材料結構的有力工具。研究人員已使用3DED定位沸石CHA中的二氧化碳分子。然而，這些基於衍射的技術只能提供整個測量材料的平均結構信息。為了更詳細地了解結構靈活性背後的機制，有必要在單個孔水平上可視化主客體相互作用。

鑑於此，清華大學魏飛教授、張晨曦助理研究員、陳曉博士等報道了通過使用原位電子顯微鏡，以苯為探針分子對ZSM-5沸石的直通道進行了成像，並觀察了框架的亞顯微結構柔性。開口孔沿受限苯分子的最長方向伸展，最大縱橫變化為15%，MFI骨架的Pnma空間群對稱性導致相鄰通道變形。這種補償將整個單元的穩定性和剛度保持在0.5%的變形範圍內。正如從頭算分子動力學模擬所證實的那樣，亞顯微結構的柔韌性主要來源於剛性四面體SiO4單元之間的拓撲軟硅-氧-硅鉸鏈，內角從135°到153°不等。相關研究成果以題為「In situ imaging of the sorption-induced subcell topological flexibility of a rigid zeolite framework」發表在最新一期《Science》上。這是繼Science, 2020, 369(6507): 1104-1106.，Nature 2021,592, 541–544 後的又一重磅成果。

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◎科技日報記者 陸成寬


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研究表明，人體體感網絡依靠離子電流來感知、傳輸和處理觸覺信息。有鑑於此，不列顛哥倫比亞省大學John D. W. Madden教授團隊研究了將壓力轉換成離子電流的水凝膠，形成壓電式皮膚。與快速和慢速自適應機械感受器一樣，壓電離子電流的持續時間可以變化很大，從幾毫秒到幾百秒不等。這些電流可引起直接的神經調節和肌肉興奮，表明了通向仿生感覺界面的途徑。信號的大小和持續時間取決於陽離子和陰離子遷移率的差異。具有固定電荷梯度的圖案化水凝膠膜提供類似於細胞電位的電壓偏移。這種綜合效應能夠產生自供電和超軟的壓電式機械感受器，產生的電荷密度比摩擦電和壓電器件高4到6個數量級。這項研究以「Piezoionic mechanoreceptors: Force-induced current generation in hydrogels」為題發表再最新一期的Science上。第一作者為Yuta Dobashi。
【生物感覺傳導和壓電離子的比較】
人的觸覺依賴於柔軟的皮膚機械感受器，其與更柔軟的神經組織錯綜複雜地相互作用。模仿人體皮膚的傳感器能夠實現軟交互，並可克服傳統電子設備固有的設備到組織的機械不匹配。在這項研究中，作者使用水凝膠直接產生響應壓力梯度的離子電流-壓電離子傳感方法。壓電離子顯示出高電荷密度和低電荷密度。與生物對應物類似，它們依賴於離子電流。壓電離子傳感器與通過機械門控釋放跨膜Donnan電位（唐南電勢）的機械感受器不同，它是通過壓力驅動的離子通量運行。
圖1 生物感覺傳導和壓電離子的比較示意圖
【壓電機理和電響應】
在壓電式基質變形時，開路電壓梯度（∇Vsens）與施加的壓力梯度成正比。在最簡單的情況下，這種關係可以描述為∇Vsense= a∇P。作者設計了一個壓痕實驗探索分子效應並研究其在傳感中的應用，在變形和未變形之間測量開路電壓或短路電流。基於丙烯酰胺（AAm）的帶電共聚物對20kPa的非常輕的階躍壓縮的兩個電壓響應。瞬態響應時間取決於聚合物含量。聚合物含量減半會改變可壓縮性，導致相對應力鬆弛更大。這表明低含量水凝膠中更快的響應是由於水凝膠基質的更大滲透性，攜帶質子的孔內流動增加，並且反過來產生更快的上升。隨着流量更快完成，響應衰減也更快。響應的流動電位依賴於電解質內具有單個移動電荷，由聚合物基質上相反符號的固定電荷平衡。
圖2 壓電機理和電響應
【壓電式機械感受器陣列的性質和操作】
壓電式在電荷、電壓和時間響應方面與機械感受器的相似性促使作者創造了壓電式皮膚。人造機械感受器具有16個可單獨尋址的觸摸傳感器陣列。通過在半球上施加輕壓力，位移的水夾帶質子，並且電勢變得更負，對於更高的AA含量具有更大的響應。單個機械感受器單元的壓力靈敏度為8mV/kPa（a=8×10−9V/Pa），使用0.1Hz正弦擾動以高達360kPa的壓力探測。在單圈和多圈條件下以及檢測揮動姿勢測試了一個4cm×4cm的傳感器陣列。輕輕的手指按壓（約100克）會產生大約100克的電壓變化−10 mV，疊加在−50 mV Donnan電位。觀察到機械感受器之間幾乎沒有串擾。通過改變膜厚度或聚合物含量或使用電流響應，可以使該瞬態響應的特性更快或更慢，所需的時間常數取決於應用。
圖3 16-元素壓電離子機械感受器陣列的性質和操作
【壓電離子在齧齒動物模型中的神經調節】
作者進行了周圍神經刺激，以證明自供電的壓電離子神經調節的可能性。通過在腓腸肌中插入一對針電極同時記錄肌電圖（EMG）。然後將一系列壓力機施加到連接到周圍神經的壓電離子傳感器上。使用不鏽鋼電極，作者沒有觀察到後肢可見的抽搐，但確實注意到清晰的EMG信號，表明肌肉已被激活，但不足以獲得視覺確認。如給定傳導速度所預期的，EMG信號使傳感器產生的電壓滯後約8 ms。通過模數轉換將傳感器信號放大為雙相脈衝序列，可以觀察到後肢抽搐。將PEDOT塗覆的Pt-Ir電極與神經一起使用，產生的電流超過10mA並且遠低於100mV，產生清晰可見的後肢抽搐，而沒有任何信號調節或放大。
圖4 壓電離子在齧齒動物模型中的神經調節
【結論】
壓電式提供獲得柔性、自供電和生物相容的傳感解決方案。對壓力的響應性質可以被定製以產生瞬態信號廣泛的時間範圍，並且在比壓電和摩擦電器件低得多的電壓下提供更高的電荷。因此，壓電離子是神經接口應用的良好匹配。壓電離子器件是另一種離子電子學工具，與大自然一樣系統的一部分還包括計算，驅動和能量存儲。
原文鏈接：
https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.aaw1974

名稱：材料科學前沿

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1前言 粉末塗料與水性塗料、光固化塗料以及高固體份塗料並稱為四大新型環保塗料。作為塗料品種的一種重要分支，粉末塗料以其高效、環保及經濟特點，以及優良的裝飾性及耐腐蝕性能，廣泛應用於家用電器、通用五金、鋁型材及汽車等領域。

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編輯推薦：從高溫應用的角度來看，人們一直嚮往材料具有優異的高溫力學性能。文章採用高壓高溫燒結法製備的平均晶粒尺寸為103 nm的無粘結相納米WC陶瓷，由於納米晶粒結構中存在大量位錯，以及大量低能量、高穩定的Σ2晶界，以及相對較低的熱膨脹係數，使其在室溫和1000℃高溫條件下均表現出優異的力學性能。其中，無粘結相納米WC陶瓷在1000℃時仍保持了相當高的維氏硬度（HV 23.4 GPa），僅比室溫低22%。這種優異的熱穩定性優於傳統的工業陶瓷，如SiC、Si3N4、Al2O3等。

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日前，四川大學太陽能材料與器件研究所（以下簡稱川大太陽能所）趙德威教授團隊在1cm2面積鈣鈦礦/鈣鈦礦（全鈣鈦礦）疊層太陽電池上取得突破性進展，經日本電氣安全和環境技術實驗室（JET）權威認證，限定輻照面積為1.044cm2的全鈣鈦礦疊層太陽電池光電轉換效率達26.4%，為目前該類太陽電池的中國效率紀錄。

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