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【顶刊速览】一探材料期刊带头大哥Nature Materials真面目，TOP期刊，IF高达47.656

来源：时间：2022-11-25 17:23:43 浏览：2546次

Nature Materials, 隶属于Nature出版集团(Nature Publishing Group，简称NPG)，创刊于2002年9月，月刊发行。Nature Materials重在关注材料科学与工程全领域的前沿研究，涵盖材料合成/加工、结构/成分、性质/性能以及应用等各个方面。

期刊出版范围包括有：

（1）工程和结构材料，如金属、合金、陶瓷、复合材料；

（2）有机物和软质材料，如玻璃、胶体、液晶、聚合物；

（3）仿生、生物医学和生物分子材料；

（4）光学、光子和光电材料；

（5）磁性材料；

（6）电子材料；

（7）超导材料；

（8）催化和分离材料；

（9）能源材料；

（10）纳米级材料和工艺；

（11）计算、建模和材料理论；

（12）表面和薄膜；

（13）材料设计、合成、加工和表征技术。

期刊发文类型包括：

primary research, review articles, perspectives, news and views, commentaries, correspondence等。

目前，该期刊已经被包括SCIE在内的众多数据库收录，ISSN 1476-4660 (online)，ISSN 1476-1122 (print)，中科院1区，JCR1区，TOP期刊，影响因子47.656。为了一览Nature Materials的风采，笔者特意选取了2022年近期具有代表性的研究型论文进行介绍，希望能够给相关领域的科研工作者们带来一丝启发。

1

有史以来最坚韧、可拉伸的离子凝胶！

与传统水凝胶相比，离子凝胶具有优异的离子导电率、高热稳定性和电化学稳定性和非挥发性等特性，是应用于传感器、驱动器、可穿戴设备和储能装置等领域的理想材料。然而，现有的大多数离子凝胶都存在机械强度和韧性低的缺陷。

为此，西安交通大学胡建和北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey等人基于两种具有不同溶解度的聚合物单体在离子液体中随机共聚，原位生成相分离的弹性和刚性结构，进而一步获得了超坚韧和可拉伸的离子凝胶。

研究结果表明，丙烯酰胺和丙烯酸在1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐中共聚形成了宏观均质共价网络，并伴有原位相分离。其中，富聚合物刚性相能够形成氢键以增强韧性，而富溶剂弹性相则促使凝胶保持机械完整。所制备的离子凝胶既具有目前最高的断裂强度(12.6 MPa)、断裂能(~24 kJ m−2)和杨氏模量(46.5 MPa)，又表现出高度的可拉伸性(~600%的应变)以及自愈合和形状记忆特性。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01195-4

2

固体过程中化学-力学关系的图像学习

自然界大多数物理过程的基础是本构关系。然而，在非均质固体中学习这种关系仍有难度，例如主导固体中化学-机械膨胀的组成和本征应变之间的关系。

为此，斯坦福大学的William C. Chueh和加利福尼亚大学的Andrew M. Minor等人开发了一个可推广的、物理约束的图像学习框架，可从相关四维扫描透射电子显微镜和X射线光谱图像中对纳米尺度的化学-力学本构关系进行算法学习。在文中，作者以电池正极材料Li_xFePO₄为例，揭示了两相二元固体在整个组成范围(0≤x≤1)内的组成-本征应变关系的函数形式，并直接验证了Vegard的纳米尺度线性响应定律。

同时作者指出，其所采用的物理约束数据驱动方法只有在直接可视化残余应变场(通过去除成分应变和相干应变)时才能实现量化处理。此外，作者指出残余应变的非均匀性是由位错错配引起的，这与X射线衍射剖面分析结果一致。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01191-0

3

用于4V-锂金属电池的稳定无腐蚀性磺胺盐

LiTFSI盐因其良好的稳定性和无毒性特点，被广泛用作于锂金属电池的电解液导电盐。然而，LiTFSI基电解质在高电位下(>3.8 V vs. Li/Li⁺)对于铝集流体会产生腐蚀，因此其难以用于4 V级别的锂金属电池。

鉴于此，华中科技大学的张恒和西班牙巴斯克研究和技术联盟的Michel Armand等人开发了一种不具腐蚀性的磺胺盐—Lithium (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiDFTFSI)。研究结果表明，其可以显著抑制Al集流体在高电位下(>4.2 V vs. Li/Li⁺)的阳极溶解，并显著提高Li(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)O₂ (NMC111)电池的循环稳定性。利用LiDFTFSI取代LiFP₆或者LiTFSI时，所组成的Li|NMC111电池循环200次后容量保持率为87%。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01190-1

4

CeSb “魔梯”中的多极极化子研究！

稀土金属间化合物基于局域f轨道与导电电子的相互作用可表现出许多的独特特性。然而，由于晶体-电场分裂的能量均为几毫伏电子大小，其所激发的可移动电子的性质尚未被揭示。

为此，东京大学的Kenta Kuroda等人利用激光角分辨光电发射、拉曼和中子散射光谱，通过在Néel温度(~17 K) 的异常磁结构跃迁(被称为“魔梯”)来研究CeSb的低能电子结构。此外，作者还报道了另一种类型的位于移动电子和四极晶体的4f轨道电场激发之间的电子-玻色子耦合，结果表明其可以显著重整Sb的5p能带，并可在~7 meV的低能情况下产生扭结。基于研究结果，作者揭示了一种新型准粒子，其由一个移动的电子包裹着一层四极晶体电场云组成，并命名为“多极极化子”。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01188-9

5

机械超材料的韧性设计！

增材制造技术的快速发展使得创建一类具有极端功能特性的超轻机械超材料成为可能。然而，迄今为止，对于机械超材料对损伤和缺陷的耐受性的理解和认识仍然十分欠缺。

基于此，剑桥大学Vikram Sudhir Deshpande和弗吉尼亚理工大学的Xiaoyu Rayne Zheng等人利用由数百万个单元组成的超材料作为测试对象，并发现目前的标准断裂测试方案和应力强度因子不足以表征基于桁架的3D弹性超材料的韧性。因此，通过结合数值分析和渐近分析，作者进一步将弹性断裂力学的思想扩展到基于桁架的超材料上，并开发了一个通用的测试和设计协议，这个框架可以在其他离散的弹性-脆性固体中形成断裂角色塑造基础。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01182-1

6

双壳空心球的串联催化

金属氧化物-沸石 (MO-ZEO) 双功能催化剂可以在各自催化范围内将不同的反应串联起来，并在不分离或纯化中间体的情况下生产各种需要的产品，因此被视为一种很有前途的催化剂。但是，这种材料的传统制备技术往往会导致金属在沸石内部或沸石上不受控制和非理想的空间分布，从而限制了其催化性能。

为此，厦门大学的王野和荷兰乌特勒支大学Bert M. Weckhuysen等人报道了一种合成具有可控结构参数和化学成分的双壳连续金属空心球(MO@ZEO DSHSs)的简单策略。通过原位拉曼、原位XRD以及扫描透射显微镜表征了从前驱体到最终固体催化剂的逐步转化过程，并揭示了所涉及的自组装和空心行为的基本机制。基于此，所制备的Fe₂O₃@H-ZSM-5 DSHSs催化剂在使用费-托合成 (FTS)法生产汽油时的性能要明显优于传统合成和结构化的 Fe₂O₃-H-ZSM-5复合材料。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01183-0

7

在蓝宝石衬底上生长晶圆级单层石墨烯单晶

在绝缘衬底上生长高质量的石墨烯是电子和光电应用的理想材料，但是由于缺乏金属催化作用，该方法仍然具有挑战性。

为此，阿卜杜拉国王科技大学张西祥和田博等人通过退火将放置在Al₂O₃(0001)上的多晶Cu箔转化为单晶Cu(111)薄膜，然后利用多循环等离子体蚀刻辅助化学气相沉积在Cu(111)和Al₂O₃(0001)界面上实现了石墨烯的外延生长，最终制备出了在蓝宝石衬底上的无吸附层、超平坦、晶圆级、单层石墨烯单晶。利用该石墨烯所制备的场效应晶体管具有良好的电子输运性能和高载流子迁移率。这项工作打破了在绝缘衬底上合成晶圆级单晶单层石墨烯的瓶颈，有望为下一代基于石墨烯的纳米器件做出贡献。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01174-1

8

悬浮电解液构建优异锂金属电池！

在锂负极上设计出稳定的固体电解质界面，对于开发可靠的锂金属电池是不可或缺的。为此，斯坦福大学的崔屹等人提出一种悬浮电解质策略，该策略可以改变液体电解质中的Li⁺溶剂化环境，并在Li负极上创造出富无机成分的固体电解质中间相。

在本文中，作者将悬浮在液体电解质中的Li₂O纳米颗粒作为研究对象，通过对Li₂O悬浮电解质的理论和经验分析，揭示了Li₂O在锂负极的电解液和固体电解质界面中所起的作用。此外，悬浮电解质具有很好的普适性，可应用于传统的和最先进的高性能电解质当中。电化学性能测试表明，悬浮电解质可以有效提高库仑效率(可达99.7%)，降低Li的形核过电位，稳定Li的界面相，并增强无负极电池的循环寿命(在80%的初始容量下可循环70次)。