加拿大滑鐵盧大學(xué)的科學(xué)家日前宣稱在鋰硫(Li-S)電池技術(shù)上取得了一項(xiàng)重大突破。借助一種超薄納米材料，他們開發(fā)出一種更加經(jīng)久耐用的硫陰極。該技術(shù)有望制造出重量更輕、性能更好、價(jià)格更便宜的電動(dòng)汽車電池。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·通訊》雜志上。
由滑鐵盧大學(xué)化學(xué)教授琳達(dá)·納扎爾和她的研究小組發(fā)現(xiàn)的這種新材料能夠保持硫陰極的穩(wěn)定性，克服了目前制造鋰硫電池所面臨的主要障礙。在理論上，同樣重量的鋰硫電池不但能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供三倍于目前普通鋰離子電池的續(xù)航時(shí)間，還會(huì)比鋰離子電池更便宜。納扎爾教授同樣是加拿大固態(tài)能源材料研究中心主任，她說(shuō)，這是一項(xiàng)重大的進(jìn)步，讓高性能的鋰硫電池近在眼前。
納扎爾說(shuō)：“在開發(fā)出新的材料之前，你必須專注于這一現(xiàn)象，找到它們的運(yùn)行機(jī)理。”研究人員發(fā)現(xiàn)，超薄二氧化錳納米片表面的化學(xué)活性能夠較好地固定硫陰極，并最終制成了一個(gè)可循環(huán)充電超過(guò)2000個(gè)周期的高性能陰極材料。
實(shí)現(xiàn)真實(shí)立體彩色顯示
日前，南京工業(yè)大學(xué)、南京郵電大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)一組研究員在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·納米技術(shù)》上撰文，他們?cè)O(shè)計(jì)并制備出一種透明納米材料，可在不同紅外激光脈沖的激發(fā)下，發(fā)出顏色連續(xù)可調(diào)的全色域可見(jiàn)光，表現(xiàn)出發(fā)光顏色的刺激響應(yīng)性。專家認(rèn)為，這種新型納米材料拉開了三維真實(shí)立體顯示的序幕。
傳統(tǒng)的發(fā)光材料受限于固定波段、單一顏色發(fā)光，對(duì)加工工藝以及器件穩(wěn)定性有很高的要求，限制了顯示器分辨率的進(jìn)一步提高。而此次合作開發(fā)的透明無(wú)機(jī)納米材料可以“全色”發(fā)光，不需要獨(dú)立的紅、綠、藍(lán)三基色，每個(gè)納米顆粒就是一個(gè)像素點(diǎn)，直接把分辨率提高到納米級(jí)。更為重要的是，將這些在可見(jiàn)光條件下透明的納米顆粒均勻分散在三維空間中，通過(guò)肉眼不可見(jiàn)激光的激發(fā)和調(diào)制，納米顆粒可以發(fā)出多種不同顏色的可見(jiàn)光，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的真實(shí)立體彩色顯示。
“通過(guò)理論模擬表明，這是一類新型發(fā)光材料。”該研究負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院院士、南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)黃維說(shuō)，透明無(wú)機(jī)納米材料，突破了傳統(tǒng)顯示方法，在空間三個(gè)維度都達(dá)到納米級(jí)的極限分辨率，為立體顯示技術(shù)提供了一條革命性的思路和途徑，有著廣闊的應(yīng)用前景。該新型納米材料在生物檢測(cè)和防偽，特別是貨幣和文件防偽等方面，同樣具有良好的應(yīng)用前景，將對(duì)人們的日常工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
“看我七十二變”
強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料的性質(zhì)比半導(dǎo)體材料更復(fù)雜豐富，不同于半導(dǎo)體材料內(nèi)部電子可以被認(rèn)為是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，相互不產(chǎn)生影響，強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料內(nèi)部電子之間存在很強(qiáng)的相互作用。這種電子或者電子與聲子之間的強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致了許多新奇的物理現(xiàn)象，如超導(dǎo)、金屬－絕緣體轉(zhuǎn)變、量子相變等等。強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系一直是材料學(xué)、物理學(xué)等領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。直到現(xiàn)在，各學(xué)科仍在該體系進(jìn)行合作研究，以了解強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子材料復(fù)雜的物理現(xiàn)象及其背后的物理機(jī)制。
復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波課題組和中科大陳仙輝等其它課題組另辟蹊徑，開展對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)二維材料1T—TaS2的研究。課題組發(fā)現(xiàn)1T—TaS2二維材料中的電荷密度波可以通過(guò)改變樣品的維度來(lái)進(jìn)行調(diào)控。張遠(yuǎn)波課題組還發(fā)展了一個(gè)全新的電荷調(diào)控的實(shí)驗(yàn)方法：通過(guò)門電壓對(duì)層狀樣品進(jìn)行可控的鋰插層，可以把樣品電子濃度調(diào)控到前所未有的水平。
這個(gè)新方法，課題組觀測(cè)到1T—TaS2二維材料中的電荷密度波以及超導(dǎo)相對(duì)電子濃度極其敏感，從而首次得到了1T—TaS2的完整相圖。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)大大加深了當(dāng)前對(duì)1T—TaS2中電荷密度波和超導(dǎo)相的理解和調(diào)控能力。
“我們的調(diào)控辦法類似于電池的充放電過(guò)程。當(dāng)充上電，材料的物性就會(huì)改變；不同程度的電量，材料的物性都不一樣。通過(guò)調(diào)整‘電量’，可以讓材料變得更導(dǎo)電或者更絕緣、有超導(dǎo)功能或者沒(méi)有超導(dǎo)功能，實(shí)現(xiàn)材料的‘七十二變’。”張遠(yuǎn)波介紹。
納米技術(shù)在世界各國(guó)尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國(guó)家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國(guó)已努力趕上先進(jìn)國(guó)家水平，研究隊(duì)伍也在日漸壯大。
由滑鐵盧大學(xué)化學(xué)教授琳達(dá)·納扎爾和她的研究小組發(fā)現(xiàn)的這種新材料能夠保持硫陰極的穩(wěn)定性，克服了目前制造鋰硫電池所面臨的主要障礙。在理論上，同樣重量的鋰硫電池不但能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供三倍于目前普通鋰離子電池的續(xù)航時(shí)間，還會(huì)比鋰離子電池更便宜。納扎爾教授同樣是加拿大固態(tài)能源材料研究中心主任，她說(shuō)，這是一項(xiàng)重大的進(jìn)步，讓高性能的鋰硫電池近在眼前。
納扎爾說(shuō)：“在開發(fā)出新的材料之前，你必須專注于這一現(xiàn)象，找到它們的運(yùn)行機(jī)理。”研究人員發(fā)現(xiàn)，超薄二氧化錳納米片表面的化學(xué)活性能夠較好地固定硫陰極，并最終制成了一個(gè)可循環(huán)充電超過(guò)2000個(gè)周期的高性能陰極材料。
實(shí)現(xiàn)真實(shí)立體彩色顯示
日前，南京工業(yè)大學(xué)、南京郵電大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)一組研究員在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·納米技術(shù)》上撰文，他們?cè)O(shè)計(jì)并制備出一種透明納米材料，可在不同紅外激光脈沖的激發(fā)下，發(fā)出顏色連續(xù)可調(diào)的全色域可見(jiàn)光，表現(xiàn)出發(fā)光顏色的刺激響應(yīng)性。專家認(rèn)為，這種新型納米材料拉開了三維真實(shí)立體顯示的序幕。
傳統(tǒng)的發(fā)光材料受限于固定波段、單一顏色發(fā)光，對(duì)加工工藝以及器件穩(wěn)定性有很高的要求，限制了顯示器分辨率的進(jìn)一步提高。而此次合作開發(fā)的透明無(wú)機(jī)納米材料可以“全色”發(fā)光，不需要獨(dú)立的紅、綠、藍(lán)三基色，每個(gè)納米顆粒就是一個(gè)像素點(diǎn)，直接把分辨率提高到納米級(jí)。更為重要的是，將這些在可見(jiàn)光條件下透明的納米顆粒均勻分散在三維空間中，通過(guò)肉眼不可見(jiàn)激光的激發(fā)和調(diào)制，納米顆粒可以發(fā)出多種不同顏色的可見(jiàn)光，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的真實(shí)立體彩色顯示。
“通過(guò)理論模擬表明，這是一類新型發(fā)光材料。”該研究負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院院士、南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)黃維說(shuō)，透明無(wú)機(jī)納米材料，突破了傳統(tǒng)顯示方法，在空間三個(gè)維度都達(dá)到納米級(jí)的極限分辨率，為立體顯示技術(shù)提供了一條革命性的思路和途徑，有著廣闊的應(yīng)用前景。該新型納米材料在生物檢測(cè)和防偽，特別是貨幣和文件防偽等方面，同樣具有良好的應(yīng)用前景，將對(duì)人們的日常工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
“看我七十二變”
強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料的性質(zhì)比半導(dǎo)體材料更復(fù)雜豐富，不同于半導(dǎo)體材料內(nèi)部電子可以被認(rèn)為是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，相互不產(chǎn)生影響，強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料內(nèi)部電子之間存在很強(qiáng)的相互作用。這種電子或者電子與聲子之間的強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致了許多新奇的物理現(xiàn)象，如超導(dǎo)、金屬－絕緣體轉(zhuǎn)變、量子相變等等。強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系一直是材料學(xué)、物理學(xué)等領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。直到現(xiàn)在，各學(xué)科仍在該體系進(jìn)行合作研究，以了解強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子材料復(fù)雜的物理現(xiàn)象及其背后的物理機(jī)制。
復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波課題組和中科大陳仙輝等其它課題組另辟蹊徑，開展對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)二維材料1T—TaS2的研究。課題組發(fā)現(xiàn)1T—TaS2二維材料中的電荷密度波可以通過(guò)改變樣品的維度來(lái)進(jìn)行調(diào)控。張遠(yuǎn)波課題組還發(fā)展了一個(gè)全新的電荷調(diào)控的實(shí)驗(yàn)方法：通過(guò)門電壓對(duì)層狀樣品進(jìn)行可控的鋰插層，可以把樣品電子濃度調(diào)控到前所未有的水平。
這個(gè)新方法，課題組觀測(cè)到1T—TaS2二維材料中的電荷密度波以及超導(dǎo)相對(duì)電子濃度極其敏感，從而首次得到了1T—TaS2的完整相圖。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)大大加深了當(dāng)前對(duì)1T—TaS2中電荷密度波和超導(dǎo)相的理解和調(diào)控能力。
“我們的調(diào)控辦法類似于電池的充放電過(guò)程。當(dāng)充上電，材料的物性就會(huì)改變；不同程度的電量，材料的物性都不一樣。通過(guò)調(diào)整‘電量’，可以讓材料變得更導(dǎo)電或者更絕緣、有超導(dǎo)功能或者沒(méi)有超導(dǎo)功能，實(shí)現(xiàn)材料的‘七十二變’。”張遠(yuǎn)波介紹。
納米技術(shù)在世界各國(guó)尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國(guó)家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國(guó)已努力趕上先進(jìn)國(guó)家水平，研究隊(duì)伍也在日漸壯大。
