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研究背景

對(duì)于分散在第二相基體中的納米顆粒而言，從不同尺度上調(diào)節(jié)分級(jí)結(jié)構(gòu)的尺寸，能對(duì)材料的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、輸運(yùn)性質(zhì)以及不同性質(zhì)之間的耦合效應(yīng)進(jìn)行精細(xì)的調(diào)控。

納米顆粒的集合體往往表現(xiàn)出與單個(gè)納米顆粒截然不同的性質(zhì)。利用這些性質(zhì)有望制備基于納米材料的智能可穿戴器件、電池及催化劑。

然而，從實(shí)驗(yàn)室合成的納米結(jié)構(gòu)單元到實(shí)際生產(chǎn)的器件之間存在一道巨大的鴻溝，主要集中在以下三個(gè)方面：

(1) 無(wú)論是納米結(jié)構(gòu)單元的制備方法還是將納米結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行圖案化的途徑都十分有限，難以達(dá)到器件所要求的尺度；

(2)?組裝器件時(shí)，往往需要將幾種材料進(jìn)行復(fù)合。在復(fù)合過(guò)程中，缺乏在不同材料之間構(gòu)建聯(lián)系并保護(hù)各組分功能的有效方法；

(3) 無(wú)論是對(duì)孤立的納米材料還是多組分復(fù)合體系，都缺乏對(duì)于熱學(xué)及力學(xué)穩(wěn)定性的深刻理解。

因此，需要大力推進(jìn)納米材料的基礎(chǔ)研究和加工技術(shù)，跨越橫貫在納米結(jié)構(gòu)單元和宏觀器件之間的巨大鴻溝。

綜述概況

為了促進(jìn)不同學(xué)科之間的理解及銜接，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Daniel S. Gianola（通訊作者）等對(duì)納米顆粒的合成與組裝、納米顆粒在多尺度下的組裝與圖案化、力學(xué)穩(wěn)定性及其表征手段等關(guān)鍵進(jìn)展進(jìn)行了綜述及評(píng)估。

該綜述聚焦于在不同領(lǐng)域之間建立聯(lián)系，既致力于設(shè)計(jì)并構(gòu)筑規(guī)整的納米結(jié)構(gòu)單元，又深度探討了基于納米結(jié)構(gòu)單元組裝實(shí)用器件的可行途徑。

最后，該綜述點(diǎn)明了目前研究人員面臨的挑戰(zhàn)，主要包括以下三個(gè)方面：

(1) 基于納米顆粒-流體系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模自組裝及圖案化的方法仍有待改進(jìn)；

(2) 納米復(fù)合材料的力學(xué)穩(wěn)定性有待提高；

(3) 納米材料的構(gòu)效關(guān)系有待探究，尤其是晶界、相界、疇界、缺陷對(duì)于材料性能的影響。

該綜述以“Bridging functional nanocomposites torobust macroscale devices”為標(biāo)題于2019年6月28日發(fā)表在國(guó)際頂刊Science上。