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2021年Advanced Materials最新封面文章赏析

来源：测试GO 时间：2021-08-10 15:33:06 浏览：1887次

期刊简介

Advanced Materials（ISSN: 1521-4095，2021最新影响因子为30.849）是工程与计算大学科、材料与化学大领域（包含材料化学、材料物理、生物材料、纳米材料、光电材料、金属材料、无机非金属材料、电子材料等）的顶级期刊，主要接收与材料领域相关的顶尖科研成果，在材料领域科享誉盛名。

在Google公司对八大领域（商业经济与管理、材料与化学、工程与计算科学、健康与医药科学、人类文学与艺术、生命与地球科学、物理与数学、社会学）所有期刊的排名中，Advanced Materials在工程与计算科学大学科领域所有杂志中排名第一。

作为材料领域顶级学术期刊之一，Advanced Materials的文章质量毋庸置疑，因此，该期刊上发表的最新成果尤其是封面文章在一定程度上也代表了材料领域的近期的学术热点。为此，笔者特意选取了Advanced Materials期刊2021年最新几期的封面文章，进行介绍解读，希望与读者分享材料领域的最新动态。

封面文章赏析

1、3D打印一次性超级电容器

超级电容器特别是双电层电容器（EDLCs）因其长循环寿命、高功率密度、高电容和快速充电特性而受到广泛关注。实验证明，许多双电层电容器的组成材料来源于可生物降解或可食用材料，这使得双电层电容器成为热门的一次性绿色储能设备。对于电子产品，所谓一次性设备是指可以随时扔进垃圾桶、不会释放有毒气体，且最终会分解成无毒无害产物的设备。尽管如此，开发一次性EDLC依然受到原材料和制备方法的限制。

有鉴于此，瑞士联邦材料科学与技术研究所的Gustav等人^[1]通过3D打印设计了一种一次性超级电容器，它由功能油墨开发，完全基于可再生和无毒原材料。3D打印的EDLC作为无金属超级电容器，具有优异的性能，在1 mV s^-1时的比电容为25.6 F g_AC^-1，漏电流为40 μA。它还可以在很宽的温度范围内工作，工作电压高达1.2 V，并能抵抗较大的机械应力。在达到使用寿命后，3D打印的EDLC可以在几周内迅速无毒地分解。该工作为智能电子设备的增材制造提供了可行性。

图1 3D打印一次性超级电容器示意图

2、超导石墨烯中YSR态的观察

由于零自旋电子对的相干多体态的形成，在许多材料中都观察到了超导（SC）现象。促进磁性的相互作用往往会破坏大多数材料中的超导现象。当磁性杂质扰动时，超导序在局部被耗尽，从而导致间隙内束缚态的出现，这称为Yu-Shiba-Rusinov (YSR)态。通过扫描隧道显微镜和光谱学对超导体上Mn原子的YSR态的测量，首次提供了对单个原子磁性的直接观测，因为安德森定理排除了在时间反转对称保持的情况下，间隙内YSR态的存在。

目前，人们已经在各种系统中观察到在间隙内的YSR态，这些系统以分子、自组装、人工原子链和磁岛等形式将超导体与磁矩结合起来。同时，由于石墨烯既缺乏超导性，又缺乏磁性，因此纯石墨烯并非寻找YSR态的最佳系统。然而，石墨烯可以通过邻近效应诱导超导性，并在石墨烯晶界（GBs）中产生磁性。当单个氢原子的化学吸附引起局部磁矩时，YSR态被预测出现在具有超导邻近间隙的石墨烯中，这导致了磁矩的出现。

有鉴于此，西班牙马德里自治大学的Brihuega等人^[2]利用Pb岛在石墨烯中诱导超导性，利用GB作为局部磁矩的来源，首次实现石墨烯中的YSR态。该研究结果为探索石墨烯中包含磁性和超导性的奇异电子相提供了起点，有望导致GBs拓扑超导性的出现。

图2 GB磁性在超导石墨烯中诱发YSR态

3、基于三维有序Mxene/黑磷复合薄膜的柔性自供电集成传感系统

具有长续航时间、高操作安全性和机械灵活性的可穿戴柔性传感器在下一代生物医学设备中应用前景巨大。其中，可以同时为设备供电并检测电信号变化的集成化多功能器件引起了人们广泛的兴趣。为了确保整个自供电系统在无阳光等环境中持续运行，完全集成的自供电设备由能量收集、转换设备、能量存储单元和功能设备组成。然而，大多数集成化自供电设备通常使用多种不同材料来实现其多功能化。因此，如何优化材料的合成工艺，降低器件集成的复杂性和成本，设计具有多重特性的功能材料成为相关领域的研究热点。

基于此，中国科学院半导体研究所沈国震等人^[3]制备了一种基于MXene/黑磷（MXene/BP）的自供电可穿戴系统，用于连续检测人类生理信号。作者通过自组装工艺得到层状结构的MXene/BP，并通过激光雕刻技术将其制备成微型超级电容器来储存太阳能电池产生的能量，以驱动同样基于MXene/BP制备的压力传感器。在此系统中，柔性超级电容器提供了896.87 F cm^-3的体积电容，柔性压力传感器显示出高检测灵敏度(77.61 kPa^-1)和快速响应/恢复时间(10.9/12.9 ms)。因此，该自供电智能传感器系统可用于实时监测人体脉搏，并可用作可穿戴腕带。这种先进材料和设备的集成方法为下一代自供电产品的生产设计提供了思路。

图3 基于MXene/ BP的自供电智能传感器系统示意图

4、柔性锌离子电池：从实验室到商业化应用

随着科学技术的发展，人们对医疗、汽车和航空等各个领域中捕获实时数据的需求也在不断增长。其中，柔性可穿戴电子产品逐渐引起了人们的兴趣，如可植入医疗设备、可穿戴健康监控系统、柔性显示器和智能衣服等。与此同时，由于水系可充电锌离子电池（ZIBs）的发展，柔性ZIBs被视为为可穿戴电子设备供电的潜在候选者。具有固态聚合物电解质的ZIBs不仅可以保持额外的承重性能，而且还可以通过防止枝晶形成和抑制阴极溶解而表现出增强的电化学性能。通过开发固体聚合物电解质、水凝胶聚合物电解质和杂化聚合物电解质，人们已经对聚合物电解质进行了大量的改性。然而，用于ZIBs的聚合物电解质的研究仍不成熟。

有鉴于此，伦敦大学Parkin等人^[4]综述了近年来基于聚合物电解质的柔性ZIBs的研究进展，特别是水凝胶电解质的合成和表征，详细分析了从实验室到商业化的相关研究。最后，作者讨论了柔性ZIBs的应用场景，并提出了未来的研究方向和优化策略。

图4 水系锌离子电池储能机制

总结与展望

可以看到，能够登上Advanced Materials期刊的封面，必然是极其优秀的论文，且其封面绘图同样十分“出彩”，这说明了科研绘图与学术研究在一定程度上是相辅相成的。当然，作为材料领域无可争议的顶刊，Advanced Materials封面论文几乎可以说代表了材料领域近期最新的研究进展，相信这也能给广大的科研工作者们带来一丝启发！

参考文献

[1] Xavier Aeby, Alexandre Poulin, Gilberto Siqueira, et al. Fully 3D Printed and Disposable Paper Supercapacitors. Adv. Mater. 2021, 33, 2101328. DOI: 10.1002/adma.202101328.

[2] Eva Cortés-del Río, Jose Luis Lado, Vladimir Cherkez, et al. Observation of Yu–Shiba–Rusinov States in Superconducting Graphene. Adv. Mater. 2021, 33, 2008113. DOI: 10.1002/adma.202008113.

[3] Yupu Zhang, Lili Wang, Lianjia Zhao, et al. Flexible Self-Powered Integrated Sensing System with 3D Periodic Ordered Black Phosphorus@MXene Thin-Films. Adv. Mater. 2021, 33, 2007890. DOI: 10.1002/adma.202007890.

[4] Haobo Dong, Jianwei Li, Jian Guo, et al. Insights on Flexible Zinc-Ion Batteries from Lab Research to Commercialization. Adv. Mater. 2021, 33, 2007548. DOI: 10.1002/adma.202007548.