A Mussel-Inspired Polydopamine-Filled Cellulose Aerogel for SolarEnabled Water Remediation

https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c22584

太阳能蒸汽发电作为实现海水淡化和污水处理的可持续方法已被广泛研究。然而，石油污染物通常在实际海水或废水中排放，会造成严重的污垢问题，干扰太阳蒸发性能。在这项工作中，一个受贻贝启发的，低成本的，多多巴胺填充的纤维素气凝胶(PDACA)已经被合理地设计和制作，具有超亲水性和水下超疏油性。在1次光照条件下，该PDA-CA装置的太阳蒸发率可达1.36 kg mh，太阳能利用率可达86%。此外，PDA-CA不仅具有良好的长期水蒸发防污能力，而且能有效吸附有染料污染物。PDA-CA的这些特性为多功能光热器件的开发提供了新的机遇。

Magnetically Driven 3D Cellulose Film for Improved Energy Efficiency in Solar Evaporation

https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c21384

本文提出了一种磁场控制的木质纤维素薄膜，通过加入具有大长径比的FeO纳米粒子和纤维素纳米纤维(CNF)，该薄膜具有良好的磁性能和可靠的可调性。FeO纳米粒子分散在CNF的悬浮液中，增强了磁性响应。施加外磁体后，可对平面磁性CNF进行加工，沿磁感应线形成三维(3D)花状结构。受天然花卉中流体传输的启发，在太阳能蒸发系统中，采用三维花状薄膜作为太阳能接收器，天然木材作为水通道，形成了双层结构。与表面涂有FeO的平面纤维素薄膜相比，该三维结构设计可使薄膜在1个太阳光照射下的蒸发速率从1.19提高到1.39 kg mh，效率从76.9提高到90.6%。有限元模拟进一步表明，三维结构顶层有利于形成梯度温度剖面，通过减少热辐射提高能效。磁控制备是一种具有复杂结构和可控形貌的纤维素纳米材料，在储能和水处理等领域有着广泛的应用前景。

 

Highly stretchable multilayer electronic circuits using biphasic gallium-indium

https://www.nature.com/articles/s41563-021-00921-8?utm_source=other&utm_medium=other&utm_content=null&utm_campaign=JRCN_1_DD01_CN_NatureRJ_article_paid_XMOL

Liu等报道了双相Ga-In（bGaIn），是一种可印刷的固液双相材料，在极端应变下保持接近恒定的电阻。与传统电子元件保持直接，一致和可伸展的电气连接；并且在应用于多种软质材料时具有机械稳定性。通过热处理eGaIn纳米颗粒以产生液体和结晶固体的混合物来生产bGaIn。它显示出2.06×10 ⁶  S m -1的高初始电导率在超过1000％的应变下具有几乎恒定的电阻。该研究将bGaIn作为可拉伸的互连件，通过将电子元件简单地压入bGaIn迹线即可与包括电阻器，电容器，发光二极管（LED），运算放大器和微控制器在内的商用电子组件接口。通过使用bGaIn垂直互连访问（VIA）连接顶层和底层上的走线，将传统的多层PCB设计转换为可拉伸的电路板组件（SCBA），这些组件可在遭受大应变的同时保持性能。通过多层LED显示器展示了这些VIA的实用性和智能感应服装。bGaIn是一种简单，无毒的单一材料解决方案，用于制造具有与常规电子元件牢固接口的可拉伸导体，为大规模生产可拉伸电路提供了机会，可用于包括软显示器和智能服装在内的各种工业应用。

 

Permeable superelastic liquid-metal fibre mat enables biocompatible and monolithic stretchable electronics

https://www.nature.com/articles/s41563-021-00921-8?utm_source=other&utm_medium=other&utm_content=null&utm_campaign=JRCN_1_DD01_CN_NatureRJ_article_paid_XMOL

Ma等报告了一种新型的高渗透性超弹性导体，称之为“液态金属纤维毡”（LMFM），它能够制造生物相容性和多功能的整体式可拉伸电子器件。LMFM是通过将液态金属涂覆或印刷到静电纺丝弹性纤维垫上，然后进行简单的机械活化过程制成的，在该过程中，液态金属自组织成悬挂在纤维之间的横向多孔且垂直弯曲的薄膜。LMFM对空气，湿气和液体具有出色的渗透性，并保持超弹性（超过1800％应变）和超高电导率（高达1,800,000 S m ^-1）超过10,000个循环的拉伸试验。体内和体外生物相容性测试显示，LMFM直接应用于皮肤后具有出色的生物相容性。我们展示了具有LMFM的多种可渗透可拉伸电子产品的简便制造和封装。重要的是，我们展示了通过连续制造带有心电图（ECG）传感器，汗液传感器和垂直堆栈中的加热器的多功能多层LMFM来制造可渗透的整体可拉伸电子产品。

 

 

Liquid metal-integrated ultra-elastic conductive microfibers from microfluidics for wearable electronics

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927320303819

Yu等通过使用顺序微流体纺丝和注射器注入方法，为可穿戴电子设备提供了具有液态金属（LM）封装的新型微纤维。LM是在室温或接近室温下呈液态的金属，理想地将液体的多种变形能力与高金属电导率结合起来。众所周知，与毒的汞相比，镓（Ga）基合金是毒性较低的替代品，可形成高导电性，可变形，耐用的电线，电极，天线，传感器和其他智能电子设备。该研究对微流体进行了精确的流体处理，因此可以对微纤维进行调整，使其具有可调节的形态和响应电导率。该研究表明，当微纤维被嵌入弹性膜中时，它可以充当动力传感器和运动指示器。此外，LM集成的超弹性超细纤维在能量转换（例如电磁或电热转换）方面的价值也已经实现。这些特征表明，LM集成的超细纤维将在LM集成的材料和可穿戴电子领域开辟新的领域。因此，具有相对较大表面张力的流体（如LM）很难在微流体通道中形成喷射流，这对具有可控形态和LM封装的微纤维的制造提出了挑战。

 

 

Mechanochromic and Thermochromic Sensors Based on Graphene Infused Polymer Opals

DOI: 10.1002/adfm.202002473

单位：University of Surrey Guildford

通讯作者：Alan B. Dalton

在制造含碳纳米管的有序聚合物胶体组件工作的指导下，开发了一种蒸发驱动的自组装方法来制造高度有序的导电聚合物复合材料和含原始石墨烯的光子晶体。使用聚合物胶体模板，石墨烯的分离分布以与可见光波长相当的周期实现，所得复合材料具有低的电渗透阈值，通过仔细控制干燥条件，这些复合材料形成胶体晶体。胶体晶格中极少量的原始石墨烯导致胶体晶体的形成，胶体晶体具有强烈的角度依赖性结构颜色和可以在可见光谱上可逆移动的阻带。乳白色胶体晶体可以制成任何尺寸和厚度，可以在各种基底上结晶或制成独立式。重要的是，得到的光子晶体(PCs)没有裂纹，并且在制造阶段可以通过分别改变晶格参数和聚合物玻璃化转变温度来调节阻带和机械变形性。因此它们敏感的机械变色和热致变色响应使它们成为广泛视觉传感应用的有吸引力的候选者。特别是，它表明晶体是视觉应变传感器或集成时间-温度指示器的优秀候选物，其作用于大的温度窗口。鉴于这些晶体的多功能性，这种方法代表了一种简单、廉价和可扩展的方法来生产多功能石墨烯注入的合成蛋白石，并为基于光子学的新型可溶液处理纳米材料开辟了令人兴奋的应用。

Anisotropic structural color particles from colloidal phase separation

DOI：10.1126/sciadv.aay1438

单位：南京大学

通讯作者：赵远锦

石墨烯材料很少被整合到结构颜色系统中，它们在胶体液滴自组装中的作用仍未被发现。因此，通过将氧化石墨烯和胶体纳米粒子共组装在液滴中来探索这一研究，并观察到由于电荷和密度的协同效应，它们的组分发生了有趣的相分离现象。基于这一现象，通过蒸发液滴中的水分，从而可以获得具有半球形胶体晶体簇和扁圆GO组分的未知各向异性结构彩色粒子(SCPs)。各向异性SCPs及其反蛋白石水凝胶衍生物由于其特殊的结构、形态和成分，被赋予了明亮的结构颜色和可控的固定、定位、定向甚至响应能力。还证明了具有这些特征的各向异性水凝胶单细胞蛋白是动态细胞监测和传感的理想候选物。这些性质表明各向异性SCPs及其衍生物在生物医学领域具有巨大的潜在价值

DOI: 10.1021/acsnano.0c02396

   据文献报道，一种贻贝粘附蛋白MFP-3S被证明具有基于凝聚的粘附机制。目前模拟MFP-3的合成策略通常涉及相反电荷聚合物的络合作用。这种复杂的凝聚体对pH和盐的变化更敏感，因此将它们的用途限制在较窄的pH和离子强度范围内。在这项研究中，通过利用低临界溶液温度驱动凝聚的优势，创造了贻贝足部蛋白启发的、类原弹性蛋白的、生物可吸收的、非离子的自凝聚聚酯，用于在水下输送光交联粘合剂，并克服在潮湿或水下环境中粘合的挑战。
 

此文献报道了非离子、单组分凝聚粘合剂(HyPPos)，该粘合剂可以在很宽的pH(3−12)和离子强度(0−1MNaCl)范围内凝聚。HyPPos表现出较低的水下界面张力、低粘度和剪切稀释性，这使得凝聚物可以方便高效地输送和均匀地铺展在浸没在水中的表面上。为了测量宏观粘附力，对HyPPO进行了铺展、粘接、固化，并在水下条件下进行了测试，它们的粘接强度为∼100kPa。
 

这些凝聚剂在各种应用中具有潜力，例如组织粘合剂和密封剂、用于传感器附着在湿润皮肤上的粘合剂以及可喷涂粘合剂。它们在临床上的潜在用途来自于它们对外界条件变化的增强稳定性，细胞相容性，的生物降解性，以及结合各种功能基团和交联剂的模块化性质。

DOI: 10.1021/jacs.0c00520
现代功能性胶粘剂以其可逆的粘接性能和刺激响应性粘接行为而备受关注。然而，对于现代功能胶粘剂来说，要实现粘接行为，聚合物结构是非常必要的。来自低分子单体的超分子胶粘剂很少被认识。与聚合物粘接材料相比，超分子粘接材料在湿表面甚至水下实现强韧粘接仍然具有挑战性。
 

本研究成功地设计并制备了一种由低分子单体组成的新型超分子胶粘剂。本文报道了一种新型超分子粘接材料。成功地实现了P1在不同表面的通用性和韧性粘接。P1的水下耐水粘接性能稳定，粘接时间长。在各种表面上实现了较强的长期粘接性能，最大粘接强度为4.174 MPa。
 

这种超分子胶粘剂在高水分和水下环境(包括海水)中表现出坚韧和稳定的粘接性能。长期的水下粘接试验显示了低分子量胶粘剂作为船用胶粘剂的潜在应用前景。静电纺丝技术在超分子胶粘剂领域的应用是制备超分子胶粘剂涂料的一种简便、经济的方法。我们认为超分子粘合剂由低分子量聚合物组成的材料在生物可降解胶粘剂、组织修复和表面粘接等领域具有巨大的研究潜力。


Mussel foot protein inspired tough tissue-selective underwater adhesive hydrogel

DOI: 10.1039/d0mh01231a

贻贝足部蛋白(MFP)对水下底物有很强的粘附性，使贻贝紧紧地附着在珊瑚礁上以抵御海流。因此，基于MFP的组织粘合剂已经引起了广泛的研究兴趣，但水下生物组织的粘接仍然是一个巨大的挑战。本文献报道了一种由聚(丙烯酸-邻苯二酚)和壳聚糖(CS)组成的坚韧可逆的湿式组织选择性粘附性水凝胶.它提供带负电荷的-COO-、带正电荷的-NH3+、邻苯二酚基团和疏水烷基链，类似于MFP中的氨基酸、邻苯二酚和疏水单元。由于共价/静电吸引/p-p/阳离子-p/氢键，再加上邻苯二酚衍生物的长疏水烷链的疏水相互作用，该水凝胶具有较高的内聚强度和韧性，即拉伸应力、断裂应变和断裂韧性分别为0.57 MPa、2510%和6620Jm-2作为一种组织粘合剂，它与猪皮肤表面的粘附力非常强，其粘合强度几乎相当于水凝胶的撕裂强度。

该水凝胶对血湿猪皮的180度剥离黏附能为B1010Jm-2，能与猪小肠紧密、无缝地黏附，爆裂压力高达520 mmHg。在pH=8.0的水溶液存在下，该水凝胶可以很容易地从猪皮肤表面脱胶，其粘附性至少在20个循环中是可逆的。推测粘附性邻苯二酚基团、CS的带正电荷的NH3+基团在湿皮肤表面的置换作用、邻苯二酚衍生物疏水基团的拒水能力、邻苯二酚基团被氧化成较少粘附性醌基团的保护作用以及机械增韧水凝胶的能量耗散能力共同作用，使得湿组织具有较强的粘附性和可重复性的粘附性。这可能是由于粘附性邻苯二酚基团、CS的带正电荷的NH3+基团在湿皮肤表面的置换以及邻苯二酚衍生物疏水单元的拒水能力共同作用的结果。

Mechanochromic and Thermochromic Sensors Based on Graphene Infused Polymer Opals

DOI: 10.1021/acsnano.1c01555

单位：University of Chile, Santiago

通讯作者：Andreas Rosenkranz

由于MXenes的结构和化学多样性导致其可调的力学性能，MXenes被认为在摩擦学性能方面可与最先进的2D纳米材料(如石墨烯)竞争。它们的纳米层状结构提供了较弱的层间相互作用和易于剪切的能力，使它们成为理想的固体润滑材料。然而，作用的摩擦磨损机理还有待研究。为了阐明这些机理，本文通过电喷涂技术在不锈钢上沉积了100纳米厚的均匀多层Ti3C2Tx涂层。采用接触压力约为300 MPa的氮化硅基体球盘摩擦法，研究了其在干燥条件下的长期摩擦磨损性能。在10万次滑动循环中，MXene涂层样品的摩擦减少率为6倍，超低磨损率(4 10 9 mm3 N 1 m 1)，在磨损寿命方面比最先进的2D纳米材料至少高出200%。高分辨率表征证实了由热/机械降解MXenes和非晶/纳米晶铁氧化物组成的有益摩擦层的形成。摩擦层向基体的转移将初始钢/氮化硅接触转变为低剪切阻力的摩擦层/摩擦层接触。在磨损轨迹逆转点处的MXene堆积不断地向摩擦接触处提供新鲜的、彩色的纳米片，从而实现了超耐磨和低摩擦性能。

 

 

Mechanochromic and Thermochromic Sensors Based on Graphene Infused Polymer Opals

DOI: 10.1021/acsnano.0c09982

单位： Zhengzhou University,

通讯作者：Chuntai Liu

精巧的微结构设计和合适的多组分策略对构筑强吸收和宽有效吸收带宽(EAB)、薄样品厚度和低填充水平的高级吸波材料仍然具有挑战性。在此，本文通过定向冻结法和联氨蒸汽还原法构建了磁性Ni纳米链锚定的三维介电Ti3C2Tx MXene/还原氧化石墨烯气凝胶。定向单元结构和非均匀的介/磁界面通过形成完美的阻抗匹配、多重极化和电/磁耦合效应而使吸收性能受益。制备的超轻Ni/MXene/RGO (NiMR-H)气凝胶(6.45 mg cm3)具有迄今为止报道的MXene基吸波材料中最佳的EMA性能，最小反射损耗(RLmin)为75.2 dB(吸波率为99.999 996%)，最宽EAB为7.3 GHz。此外，NiMR-H气凝胶优异的结构坚固性和力学性能，以及高的疏水性和隔热性能(接近空气)，保证了NiMR-H气凝胶稳定耐用的EMA应用，能够抵抗变形、水或潮湿环境以及高温攻击。