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材料

先进储能材料

储能材料在高效、清洁、多功能能源利用中发挥了关键作用,它是开发可再生能源的关键。本文讨论了氢存储先进材料、锂离子电池和超高电容器电极材料的开发策略,以及未来先进储能材料的发展趋势和前景。
便携式电子产品及电动汽车的全球普及刺激了电池和超高电容器等能量存储设备向更高功率密度和能量密度方向的发展。这种发展在很大程度上取决于用于这些设备的新材料的进展。此外,储能材料在高效、清洁、多功能能源的利用中也发挥了关键作用,它是开发可再生能源的关键。已经研发出的能量存储系统有很多,它们包括热学、力学、电磁、氢气和电气化学储能。其中机载应用的高性能氢气储能材料以及锂离子电池和超高电容器的电气化学储能材料尤其引起了人们的高度关注。开发先进储能材料的战略包括纳米结构型、纳米/微量组合、杂化作用、孔隙结构控制、配置设计、表面改性和组合优化。我们正不断在能量存储材料方面取得令人振奋的进展。在新能源存储材料方面的基础理论认识和科学突破可以使我们的地球获得更加强大的可持续性,使我们的生活更加舒适。

Advanced Energy Storage Materials储能材料在高效、清洁、多功能能源利用中发挥了关键作用,它是开发可再生能源的关键。本文讨论了氢存储先进材料、锂离子电池和超高电容器电极材料的开发策略,以及未来先进储能材料的发展趋势和前景。

便携式电子产品及电动汽车的全球普及刺激了电池和超高电容器等能量存储设备向更高功率密度和能量密度方向的发展。这种发展在很大程度上取决于用于这些设备的新材料的进展。此外,储能材料在高效、清洁、多功能能源的利用中也发挥了关键作用,它是开发可再生能源的关键。已经研发出的能量存储系统有很多,它们包括热学、力学、电磁、氢气和电气化学储能。其中机载应用的高性能氢气储能材料以及锂离子电池和超高电容器的电气化学储能材料尤其引起了人们的高度关注。开发先进储能材料的战略包括纳米结构型、纳米/微量组合、杂化作用、孔隙结构控制、配置设计、表面改性和组合优化。我们正不断在能量存储材料方面取得令人振奋的进展。在新能源存储材料方面的基础理论认识和科学突破可以使我们的地球获得更加强大的可持续性,使我们的生活更加舒适。

该图介绍了四种用于锂离子电池的微量/纳米级混合电极材料。a)装入微量中空结构里的纳米材料。b)带有纳米结构涂层的微量活性材料。c)微矩阵中均匀分散和固定分布的纳米活性物质。d)形成了导电网络的微量活性材料和维纳米结构的混合物。

H.-M. Cheng et al., Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.200903328


材料

用于成像和癌症治疗的纳米复合材料

相关报道指出,某些纳米复合材料能够增强诊断成像的能力,提高光诱导体外热消融治疗的水平。多功能粒子由金纳米壳体组成,而金纳米壳体上附着了一层掺杂了氧化铁和一些能够识别癌变乳腺组织的硅层。
莱斯大学和贝勒医学院的研究人员报告了纳米复合材料的新发展,该材料可以增强诊断成像的能力,提高光诱导体外热消融治疗的水平。用氧化铁、氧化硅和化合物为金纳米壳体涂层可以产生多功能粒子,它们可以识别癌变的乳腺细胞。扮演磁共振和荧光成像造影剂角色的纳米复合材料使得在医疗手术前、中、后监测人体组织成为可能。当它们被与纳米壳体的等离子体能量共振的近红外波长照亮时,它们可以光将转换为热,就会增加与之相连的癌变乳腺组织的温度。因此,这种性质可以用来通过热量摧毁癌症肿瘤,而非化疗或放疗。使用该技术或许也可以生产出能够与其它癌变组织相连的同类纳米复合材料。

nanocomposites for imaging相关报道指出,某些纳米复合材料能够增强诊断成像的能力,提高光诱导体外热消融治疗的水平。多功能粒子由金纳米壳体组成,而金纳米壳体上附着了一层掺杂了氧化铁和一些能够识别癌变乳腺组织的硅层。

莱斯大学和贝勒医学院的研究人员报告了纳米复合材料的新发展,该材料可以增强诊断成像的能力,提高光诱导体外热消融治疗的水平。用氧化铁、氧化硅和化合物为金纳米壳体涂层可以产生多功能粒子,它们可以识别癌变的乳腺细胞。扮演磁共振和荧光成像造影剂角色的纳米复合材料使得在医疗手术前、中、后监测人体组织成为可能。当它们被与纳米壳体的等离子体能量共振的近红外波长照亮时,它们可以光将转换为热,就会增加与之相连的癌变乳腺组织的温度。因此,这种性质可以用来通过热量摧毁癌症肿瘤,而非化疗或放疗。使用该技术或许也可以生产出能够与其它癌变组织相连的同类纳米复合材料。

N. J. Halas et al., Adv. Funct. Mater. ; DOI: 10.1002/adfm.200901235

材料

出芽转换

budding transition嵌段共聚物双层结构内部的磁性纳米颗粒的聚集导致了双层结构到胶束的形态转换,这使人联想起了生物细胞膜中双层结构到囊泡的转换过程。

嵌入双层结构的纳米颗粒聚集可以诱导双层嵌段共聚物的动态结构变化,这显示它与生物细胞膜之间存在着令人意想不到的相似之处。这种独特的形态转换是不同体积的磁性纳米颗粒结合的结果,在聚合物的损耗机制和范德华力的引力作用下,这些磁性纳米颗粒聚集到了一起。在转换期间,双层结构和胶束的形态学已被报告出来。在出芽过程中,聚合物链的延伸得以减缓;而出芽过程是指聚合物胶束在内部形成纳米颗粒孔洞的过程。这证实了一种有别于典型平衡过程的新机制,在前者过程中纳米颗粒会动态地影响嵌段共聚物的形态。

R. J. Hickey et al., Small ; DOI: 10.1002/smll.200901266

纳米 | 聚合物

纳米模板聚合物

multiscale directed assembly纳米模板聚合物对于需要纳米级别灵活结构的应用极具价值。较低的成本和简单的方法使得人们对聚合物薄膜中相分离形态控制的兴趣逐渐增加。在这次交流中,J. Chiota等人的研究结果显示:在单一模板上使用不同长度,利用化学功能化的表面,PS/PMMA定向纳米级组合技术可产生复杂的纳米级几何图形。这些化学功能化的纳米模板指导聚合物进行纳米级组装,它可以在不到1小时的时间内形成非均匀的图形。在同一模板上,300纳米到100纳米的长度持续形成。这种方法提供了一种可以组装聚合物的工艺,它可以相对简单、快速、持续地制造出不同的几何结构,这特别适合于规模化的纳米制造工艺,其运用范围包括纳米蚀刻和生物传感器。

10.1002/smll.200901530

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