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中国科学：材料科学（英文）
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中国科学：材料科学（英文）/EISCI
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    两步快速热处理退火策略实现8.2％效率的水热法硫化锑薄膜太阳能电池

    邓辉冯信信朱奇强刘永豪...
    3666-3674页
    查看更多>>摘要：水热法制备的硫化锑(Sb2S3)太阳能电池引起了广泛关注.退火结晶是水热制备Sb2S3薄膜的关键工艺.然而,薄膜不完全结晶和高温S损失会导致缺陷复合,从而限制器件性能.本文提出了一种两步快速热处理退火策略,以提高Sb2S3太阳能电池的结晶质量和转换效率.氩气保护下的常压退火过程可以抑制饱和蒸汽压引起的S损失,以330℃低温和370℃高温过程实现两步退火,保证了Sb2S3薄膜的高结晶度和垂直取向,薄膜的缺陷浓度从1.01 × 1012降低到5.97 × 1011 cm-3.Sb2S3太阳能电池的光电转换效率达到8.20％,其中开路电压为784 mV.1.17V的内建电压(Vbi)和1.48的光强依赖因子表明,器件的异质结质量得到了提高,缺陷复合被抑制.本文所提出的两步退火策略和物理机制为研究Sb2S3薄膜太阳能电池提供了新思路.

    Sb2S3 solar cellshydrothermaltwo-step annealingdefect passivation

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    基于忆阻器的感-存-算一体化人工触觉感知系统

    谢玉龙Subhas C.Kundu范苏娜张耀鹏...
    3675-3683页
    查看更多>>摘要：构筑人工智能交互系统依然存在挑战,其原因在于缺少高性能的感知-计算集成系统.本研究基于丝素蛋白复合忆阻器与压阻式传感器设计了集感-存-算功能于一体的人工触觉感知系统.传感器由聚二甲基硅氧烷/银纳米线构成,可快速响应外界压力刺激.丝素蛋白复合忆阻器具有优异的循环稳定性及突触可塑性模拟功能,可作为人工突触处理触觉信息.本文集成的触觉感知系统可实现对压力信号的感知、存储及加工,证实了其模拟生物体触觉神经系统的可能,有望在自动驾驶、可穿戴柔性电子、仿生机器人等人工智能领域广泛应用.

    memristorsilk fibroinartificial tactile perception systemsynapsememristive mechanism

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    具有独特动力学性质的锑化钪薄膜用于快速嵌入式相变存储

    王雪鹏陈彬龚煌段鑫鑫...
    3684-3691页
    查看更多>>摘要：嵌入式相变存储器要求硫系相变存储材料具有良好的非晶相数据保持力.传统增强非晶相稳定性的方法往往不得不牺牲掉结晶速率;此举虽有助于提升终端器件运行的可靠性,但会导致器件响应较慢.为解决此问题,本文在具有快速结晶速率的Sb薄膜中掺入Sc,所设计的锑化钪Sc12Sb88材料不仅十年数据保持力达到～175℃,为目前报道Sb基二元相变材料的最高水平,而且其器件的响应速度可快至10 ns.之所以能兼具这两种相互矛盾的性能是因为5nm厚Sc12Sb88薄膜材料具有独特的动力学性质:在其中度过冷温区内,材料粘度发生了增强的脆性-强性转变,而且结构有序化过程中Sc和Sb会形成两种互不兼容的亚晶格结构.此发现表明,通过有策略的选择掺杂元素和采用纳米尺度限定的手段可以有效调控相变材料的结晶动力学,是实现兼具快速和稳定的嵌入式相变存储器的可行之道.

    embedded phase-change memoryscandium anti-monidecrystallization kineticsflash differential scanning ca-lorimetry

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    可商业化的金属有机框架的孔表面氟化和PDMS复合用于高湿度下C2H2/CO2高效分离

    刘红岩王小康高飞王雨桐...
    3692-3699页
    查看更多>>摘要：从C2H2/CO2混合物中去除CO2杂质是在高湿度下生产高纯度C2H2的重要过程.高稳定性和低成本的金属有机框架(MOFs)在C2H2/CO2工业分离中具有巨大的应用潜力.然而,由于H2O和CO2的竞争吸附,水蒸气会影响C2H2的吸附.因此,我们提出了一种孔表面功能化和聚二甲基硅氧烷(PDMS)沉积的协同策略,以避免水蒸气的影响,同时提高C2H2/CO2分离性能.用可商业化的金属有机骨架(ALP-MOF-1)作为模板,用CH3、Br和F对其孔表面进行官能化,最佳材料ALP-MOF-1(F)在298 K和106 Pa下表现出最高的C2H2吸附量(117.78 cm3/g)和3.1 C2H2/CO2吸附比.模拟计算表明,ALP-MOF-1(F)孔空间与C2H2匹配良好,并且氟基团显著的电负性和极化率增强了骨架与C2H2的相互作用.此外,PDMS在ALP-MOF-1上的沉积(ALP-MOF-1(F))显著提高了其在80％湿度条件下的C2H2/CO2分离稳定性.

    metal-organic frameworkC2H2/CO2 separationfluorination strategyPDMS coating

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    基于石墨烯和回收金制备便携式、可清洗太阳能蒸发器及其高效即时水净化研究

    李飞黄炯鹏胥丁心王程锦...
    3700-3709页
    查看更多>>摘要：太阳能蒸发器为应对全球淡水短缺问题,提供了一种可持续且高效的水净化解决方案.尽管此前的研究在最大化水蒸发速率方面取得了显著进展,但尚无单一蒸发器具备实际应用所需的所有特性,如生成饮用水的高效性、用于现场水净化的优异便携性、减少蒸发器结垢的良好可清洗性,以及良好的可重复使用性.本文提出了一种用于即时水净化的高性能光热材料制备策略.通过在具有优异机械性能的海绵中同时引入石墨烯和从电子垃圾中提取的金颗粒,实现了高效水净化.在一个太阳光强度照射下水蒸发速率达到3.55 kg/m2/h,这得益于对石墨烯原子结构的控制以及金纳米颗粒尺寸依赖性表面等离子体共振效应.此外,该材料便携性强,可折叠、可真空压缩、干燥、再使用而不影响性能,且可以通过反复清洗去除污染物结垢,从而实现重复使用.研究表明该蒸发器可以将多种类型的污染水转化为可饮用的清洁水,并且可以任意角度安装,便于追踪太阳入射角,实现太阳光的高效利用.所组装的蒸发器在户外阳光下的水蒸发速率高达9.36 kg/m2/h,所产出的净化水符合世界卫生组织的饮用水标准.

    graphenegold resources recovery and reusesolar steam evaporatorsustainable development

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    具有UCST行为和UV/温度诱导多色荧光的水凝胶用于协同编码和加密

    刘川郝康安俞润昊李蓉...
    3710-3718页
    查看更多>>摘要：开发能够发射多色荧光的水凝胶为解决信息泄漏和敏感数据失真等问题提供了一条有希望的途径.将多因素诱导可调荧光与水凝胶中独特的上临界溶液温度(UCST)行为相结合,有助于开发既能动态显示信息,又能提供高水平信息安全与保护的多维和多级信息存储材料.然而,将这些优势特性融合到水凝胶中,并用于信息存储和显示仍然是一个相当大的挑战.在此背景下,我们通过光固化3D打印技术—一种可持续的和高效的材料制造方法,制备了一种新型三维荧光编码水凝胶阵列.该阵列结合了上述特性,并且需要两个不同步骤依次解密隐藏的信息,也即:i)温度诱导的相变,以及ii)紫外光和温度在特定条件下(即特定的紫外光照射时长、加热时长和辐照波长)触发的多色荧光.这些水凝胶具有可逆透明性和可编程荧光发射特性,有望显著增强信息加密和防伪过程.这一进步有望为信息安全领域带来革命性变化.

    fluorescent hydrogelsmulticolor fluorescenceUCST effectsinformation encryption3D printing

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    用于液体区分的微沟槽结构类液体表面

    焦守政程鹏来华成中军...
    3719-3726页
    查看更多>>摘要：利用具有特殊润湿性的表面来区分不同液体,对基础研究和实际应用都具有重要意义.然而,目前用于液滴区分的表面仍然面临着复杂的微结构设计、有限的检测范围和较差的稳定性等挑战.在本研究中,我们提出了一种新型的液滴区分平台,该平台通过结合微沟槽结构和液态类PDMS刷涂层来实现.PDMS刷涂层对表面张力为27.5到72.8 mN/m范围内的各种液体都表现出卓越的稳定性和较低的粘附性,而微沟槽结构则为液滴滑动提供了能量壁垒.当表面张力较低的液体滑过凹槽时,会产生更高的滑动角(SA),因此,不同表面张力的液体能被有效区分.我们利用Surface Evolver设计了液滴运动的三维模型,进一步对液滴运动过程中的能量变化进行了计算,以分析不同表面张力液体之间SA差异的原因.此外,我们还设计了两种简单的液滴区分平台,成功地实现了不同液滴的区分.这项工作提出了一种新颖的液滴区分策略,为功能化表面的设计提供了思路.这些发现可能会应用于涉及液滴操作的其他领域中,例如液滴微化学反应和生物检测.

    liquid discriminationliquid-like surfacemicro-groove-structuredPDMS brushesenergy barrier

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    一种可抑制脓毒症的促愈合短链抗菌肽

    任泽凯丁鑫王玉梅吴晗...
    3727-3741页
    查看更多>>摘要：慢性伤口遭遇多药耐药菌感染是致命的,严重者会引发脓毒症.抗菌肽的广谱抗菌特性和良好的抗耐药性被广泛用于伤口护理领域.我们以SiO2微球为固定相,提取细菌的细胞膜制备细菌细胞膜色谱(BCMC).固相法合成抗菌肽文库并经BCMC筛选出抗菌肽LKAHR(简称LS5).LS5具有生物安全、广谱抗菌以及抗耐药性等特点,制备明胶基抗菌水凝胶(LS5-gel)以更好应用于伤口.在伤口愈合模型中发现LS5-gel具有良好的体内杀菌性能以及促进伤口愈合能力.在脓毒症模型中发现LS5对脓毒症感染具有明显的抑制作用.本工作对下一代抗菌药物的选取及慢性伤口愈合治疗具有重要指导意义.

    antimicrobial peptidechronic woundssepsisanti-microbial hydrogelchronic wound healing

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    三磷酸腺苷刺激响应型碳点纳米反应器用于T1-增强的磁共振成像介导的化学动力学治疗

    南福春薛小矿李建梁珂...
    3742-3752页
    查看更多>>摘要：设计合成具有肿瘤微环境(如酸、H2O2、谷胱甘肽等)刺激响应型纳米反应器来提高化学动力学治疗(CDT)效果引起了研究者们的广泛关注.目前,探索具有三磷酸腺苷(ATP)刺激响应型纳米反应器用于肿瘤CDT具有重要意义.在此,我们首先制备了具有ATP刺激响应型的铁掺杂碳点(FeCDs).随后利用脂质体将FeCDs与葡萄糖氧化酶(GOx)共组装,得到ATP刺激响应型的纳米反应器.在肿瘤组织中,该纳米反应器首先释放FeCDs与GOx.在ATP刺激下,铁离子能够快速从FeCDs上释放下来引发Fenton/Fenton-like反应产生.OH,实现CDT.于此同时释放的铁离子能够提高材料T1-增强的磁共振成像.并且GOx能够在肿瘤中将葡萄糖转化为H2O2,进而增加·OH的产量,提高CDT治疗效果.本研究提供了一种新型ATP刺激响应型且具有自补充H2O2功能的纳米反应器用于肿瘤诊断与治疗.

    carbon dotsadenosine triphosphateself-supplied H2O2glucose oxidasechemodynamic therapy

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    Visualization of oxygen vacancies in nanomaterials

    Wenchao BiKaixuan WangGuozhong Cao
    3753-3754页
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