1. 用于無束縛快速轉(zhuǎn)變軟材料的鐵磁疇印刷

      （Printing ferromagneticdomains for untethered fast-transforming soft materials）

       材料名稱：磁響應(yīng)軟材料

       研究團(tuán)隊(duì)：麻省理工學(xué)院 Shawn A. Chester 和Xuanhe Zhao研究組

       能夠?qū)χT如光、熱、溶劑、電場和磁場之類的刺激產(chǎn)生響應(yīng)并在三維（3D）形狀之間轉(zhuǎn)變的軟材料已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域有所應(yīng)用了，例如柔性電子學(xué)、軟體機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)。特別是磁場，為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了安全有效的操作方法，使得通常能夠在封閉和有限的空間內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)。隨著磁場控制的進(jìn)步，柔性磁響應(yīng)材料也從嵌入分立磁體或?qū)⒋判灶w粒加入到軟化合物中從而在聚合物片材中產(chǎn)生非均勻磁化分布的情況得到了發(fā)展和進(jìn)步。Zhao 等人報(bào)告了軟材料中編程化鐵磁疇的 3D 打印，這促成了通過磁驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜3D 形狀之間的快速轉(zhuǎn)變。這一方法基于含有鐵磁性微粒的彈性體復(fù)合材料的直接印刷。通過在印刷時(shí)向分配噴嘴施加磁場，并沿著施加的場對(duì)粒子進(jìn)行重新定向，從而為印刷的細(xì)絲賦予圖案化的磁極性。這種方法使得能夠在復(fù)雜的3D 打印軟材料中對(duì)鐵磁疇進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)一系列先前無法獲得的轉(zhuǎn)變模式，例如對(duì)具有負(fù)泊松比的機(jī)械超材料的遠(yuǎn)程控制拉脹。帶有編程鐵磁疇的印刷軟材料的驅(qū)動(dòng)速度和功率密度比現(xiàn)有的3D 印刷活性材料大出了多個(gè)數(shù)量級(jí)。Zhao 等人還進(jìn)一步展示了復(fù)雜形狀變化所衍生出的多種功能，包括可重新配置的軟電子設(shè)備，可以跳躍的機(jī)械超材料以及爬行、滾動(dòng)、捕捉快速移動(dòng)物體并傳輸藥物劑量的軟機(jī)器人。）

       2. 自旋過濾性范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的巨隧穿磁阻

       （Gianttunneling magnetoresistance in spin-filter van der Waals heterostructures）

       材料名稱：三碘化鉻(CrI3)

       研究團(tuán)隊(duì)：美國華盛頓大學(xué)徐曉東研究組

       運(yùn)用磁阻的磁性多層器件是磁感應(yīng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的主要部分。Xu 等人報(bào)告了基于范德華（vdW）異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多自旋過濾性磁隧道結(jié)（sf-MTJs），其中原子級(jí)厚度的三碘化鉻（CrI3）充當(dāng)夾在石墨烯之間的自旋過濾隧穿勢(shì)壘。并展示了隧穿磁阻隨著CrI3層厚度的增加而急劇增加，在低溫下利用四層 sf-MTJs的磁性多層結(jié)構(gòu)達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的 19000％。Xu 等人利用磁圓二色性測(cè)量，將這些影響歸因于原子級(jí)CrI3 的本征逐層反鐵磁有序性。這一研究工作揭示了推動(dòng)磁信息存儲(chǔ)達(dá)到原子級(jí)厚度極限的可能性，并強(qiáng)調(diào)了將CrI3 作為 vdW 異質(zhì)結(jié)自旋電子器件具有的高磁隧穿勢(shì)壘。

       3. 具有 25.2％ 功率轉(zhuǎn)換效率的全紋理化單片鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池

       (Fully textured monolithic perovskite/silicon tandemsolar cells with 25.2% power conversion efficiency)

       材料名稱：鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池

       研究團(tuán)隊(duì)：洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 QuentinJeangros 研究組

結(jié)合了鈣鈦礦和硅太陽能電池的串聯(lián)器件，有望以合理的成本實(shí)現(xiàn)30％ 以上功率轉(zhuǎn)換效率。迄今為止最先進(jìn)的單片雙端鈣鈦礦/硅串聯(lián)器件，是以硅為底部并將其正面拋光從而與鈣鈦礦制造工藝兼容。這一讓步導(dǎo)致了更高的潛在生產(chǎn)成本、更高的反射損失并使得光捕獲情況變得不理想。為了解決這個(gè)問題，Jeangros 等人開發(fā)了一種頂部電池沉積工藝，可以直接在單晶硅微米尺寸金字塔紋理上實(shí)現(xiàn)具有可受控光電特性的多種化合物的共形生長。具有硅異質(zhì)結(jié)電池和納米晶硅重組結(jié)的串聯(lián)器件表現(xiàn)出了經(jīng)認(rèn)證的25.2％ 的穩(wěn)態(tài)效率。Jeangros 等人的這一光學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了19.5 mA·cm-2 的電流密度（這要?dú)w功于硅的金字塔結(jié)構(gòu)），并為實(shí)現(xiàn)30％ 單片鈣鈦礦/硅串聯(lián)器件提供了一條途徑。

       4. 鑭和鋁摻雜實(shí)現(xiàn)鋰離子電池中LiCoO2電極的容量極限

       (Approachingthe capacity limit of lithium cobalt oxide in lithium ion batteries vialanthanum and aluminium doping)

       材料名稱：鑭和鋁摻雜LiCoO2電極

       研究團(tuán)隊(duì)：美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和中國華為公司研究團(tuán)隊(duì)

       LiCoO2具有很高的理論比容量（274 mAh/g），然而，基于LiCoO2的電極電壓相對(duì)于Li/Li+超過4.35V時(shí)容易引起結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和嚴(yán)重的容量衰減。因此，商業(yè)化額liCoO2表現(xiàn)出最大容量僅有165 mAh/g左右。Liu等人發(fā)展了一種摻雜技術(shù)能夠解決這一長期循環(huán)不穩(wěn)定的問題，并且能夠增加LiCoO2的容量。La和Al共同摻雜在LiCoO2的晶格中，其中La作為支柱增加c軸的間距，而Al作為正電荷中心促進(jìn)Li+的遷移，即使在4.5V的截止電壓也能夠穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和抑制循環(huán)過程中相變。這種摻雜的LiCoO2電極表現(xiàn)出極高的容量（190 mAh/g），保持96%的容量能夠穩(wěn)定循環(huán)50圈，而且能夠提高材料的倍率性能。

       5. 單金屬位點(diǎn)催化劑聯(lián)通均相催化和異相催化

       (Bridginghomogeneous and heterogeneous catalysis by heterogeneous single-metal-site catalysts)

       材料名稱：異相單金屬催化位點(diǎn)催化劑

       研究團(tuán)隊(duì)：德國羅斯托克大學(xué) Matthias Beller研究組

在異相單金屬催化位點(diǎn)催化劑（HSMSCs）中，活性金屬中心單獨(dú)位于載體，并且被鄰近的表面原子如N、O或S等穩(wěn)定住?，F(xiàn)代表征技術(shù)能夠確定給定載體上的這些單金屬原子，并且這些材料通常被稱為單原子催化劑。它們的電子特性和催化活性能夠通過中心原子和鄰近表面原子的相互作用進(jìn)行調(diào)節(jié)。它們的原子分散特性使金屬的利用率達(dá)到100%。這樣，HSMSCs能夠提為催化提供新的機(jī)會(huì)，并且結(jié)構(gòu)上能夠在均相催化和異相催化之間架起一座橋梁。Cui等人總結(jié)了這一領(lǐng)域自2010年以來發(fā)表的文章，并且對(duì)于未來的發(fā)展提出了他們的觀點(diǎn)。在恰當(dāng)?shù)牡胤?，HSMSCs與均相/異相催化劑之間也進(jìn)行了對(duì)比。

       6. 通過電子隧穿探測(cè)二維范德華結(jié)晶絕緣體中的磁性

       (Probingmagnetism in 2D van der Waals crystalline insulators via electron tunneling)

       材料名稱：二維范德華結(jié)晶絕緣體

       研究團(tuán)隊(duì)：美國麻省理工學(xué)院Jarillo-Herrero研究組

       磁性絕緣體是下一代自旋和拓?fù)淦骷械年P(guān)鍵。層狀金屬鹵化物家族具有各種磁狀態(tài)，包括超薄絕緣多鐵性材料、自旋液體和鐵磁體，但是用來解鎖這些潛力的器件導(dǎo)向的表征技術(shù)仍然欠缺。Klein等人報(bào)導(dǎo)了作為溫度和施加磁場函數(shù)的層狀磁絕緣體CrI3中的隧穿效應(yīng)。他們探測(cè)到磁幾臺(tái)和層間耦合，并且觀察到一種場致變磁轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變分別導(dǎo)致雙層CrI3壁壘95%、三層300%和四層550%的磁致電阻。他們進(jìn)一步測(cè)量了非彈性隧穿譜，揭示了CrI3中與集體磁激勵(lì)（磁子）的譜一致性。

       7. 多孔金屬有機(jī)框架化合物中的可逆NO2吸附

       (Reversible adsorption of nitrogen dioxide within a robust porousmetal–organic framework)

       材料名稱：MFM-300(Al)

       研究團(tuán)隊(duì)：英國曼徹斯特大學(xué)Yang和Schr?der研究組

       NO2是空氣中一種主要的污染物，能夠引起重要的環(huán)境和健康問題。Han等人報(bào)導(dǎo)了一種能夠可逆吸附NO2的金屬有機(jī)框架化合物。在室溫條件下，MFM-300（Al）表現(xiàn)出一種可逆的NO2等溫吸附（14.1 mmol/g），更重要的是它能夠選擇性吸附氣體混合物中低濃度的NO2（5000 到 < 1 ppm）。綜合實(shí)驗(yàn)揭示了MFM-300中五種能夠同時(shí)與NO2和N2O4分子結(jié)合的超分子相互作用。他們發(fā)現(xiàn)孔中2NO2N2O4的原位平衡是非壓力依賴的，而，非原位的這種平衡是一種典型的壓力依賴第一有序過程。這種MFM-300（Al）中螺旋形的NO2單體-雙體鏈能夠?yàn)槔斫舛嗫字黧w中客體分子的化學(xué)性質(zhì)提供基礎(chǔ)。這一工作或許能夠?yàn)槲磥聿东@和轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展提供思路。

       8. 水和活性元素在合金形成氧化鋁中的相互作用

       (Interplayof water and reactive elements in oxidation of alumina-forming alloys)

       材料名稱：氧化鋁

       研究團(tuán)隊(duì)：瑞典查爾姆斯理工大學(xué) I. Panas 和 L.G. Johansson 研究組

       耐高溫合金對(duì)支撐我們文明的諸多重要技術(shù)來說都是至關(guān)重要的。所有這些材料都仰賴于用于防腐蝕的外部氧化層。盡管經(jīng)過了數(shù)十年對(duì)氧化層生長的研究，但仍然有許多未解決的問題，這其中就包括起關(guān)鍵作用的所謂的活性元素和水。Johansson 等人揭示了氧化鋁生長過程中活性元素和水之間迄今未知的相互作用，從而促使形成了亞穩(wěn)態(tài)“雜亂”的納米結(jié)構(gòu)氧化鋁層。并提出氧化鋁納米粒子之間的活性元素修飾的羥基化界面促使了水能夠進(jìn)入層底部的內(nèi)部陰極，與層生長情況不符。且以在氧化鋁層中觀察到氫化納米域和活性元素/氫（氘）的共變作為證據(jù)。而富含缺陷的氧化鋁隨后會(huì)再結(jié)晶形成保護(hù)層。并且 Johansson等人通過第一性原理建模對(duì) RE 效應(yīng)進(jìn)行了驗(yàn)證。這一研究結(jié)果為氧化研究開辟了一條非常有前景的途徑，并為改善合金性能提出了方法。

       9. 單層石墨烯調(diào)控神經(jīng)元通訊和放大膜離子流

       (Single-layer graphene modulates neuronal communication and augmentsmembrane ion currents)

       材料名稱：單層石墨烯

       研究團(tuán)隊(duì)：意大利國際高等研究學(xué)院Scaini研究組

       使用基于石墨烯的材料來調(diào)控適應(yīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜生物傳感界面需要詳細(xì)了解這些材料在生物環(huán)境中的行為。石墨烯特殊的性質(zhì)能夠引起各種細(xì)胞變化，但是背后的機(jī)理仍然不清楚。Pampaloni等人研究發(fā)現(xiàn)單層石墨烯能夠通過改變膜相關(guān)功能增加培養(yǎng)細(xì)胞中的神經(jīng)元放電。石墨烯能夠調(diào)節(jié)與神經(jīng)元界面處外部細(xì)胞離子的分布。理論和實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)單層石墨烯沉積在電絕緣基底上時(shí)石墨烯-離子相互作用達(dá)到最大化，而且至關(guān)重要。