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1 美国耶鲁大学联合北京大学科学家 开发出一种超薄的涂覆材料 2017年3月20日，美国耶鲁大学介绍了其联合北京大学的科学家们开发出的一种超薄的凝胶状涂层材料，可以延长锂硫电池的使用寿命，提高锂硫电池的效率。这是目前最有前景的能源研究领域之一。  ▲左：在载玻片上的超薄材料，通过将凝胶状浆料浇铸在铜箔上而后将膜转移来制备；右：涂有一层新材料的电极 这项研究的相关成果发表在了近期的“Proceedings of the National Academy of Sciences”（《美国国家科学院院刊》，PNAS）杂志上。在研究中，科研人员描述了一种新材料，是由萘酰亚胺官能化聚酰胺-胺型树枝状大分子和氧化石墨烯纳米片层复合得到的超薄膜，这种薄膜起到循环稳定性的作用，可以应用于任何种类的硫电极。材料中的树枝状大分子结构可以通过物理和化学结合有效限制电极上的多硫化物，从而提升电极的循环稳定性；氧化石墨烯纳米片层则提供了优秀的机械强度，保证了薄膜的超薄性和坚固性。 研究团队将这两种材料组分结合，制备得到凝胶状浆料。这种浆料可以容易地在硫电极上进行涂覆，得到厚度为100纳米左右的超薄膜。根据测试，添加了涂覆材料的硫电极可以稳定地进行超过1000次的充放电循环，有效增强了电池整体的效率和循环次数。 研究人员表示，这种方法是普适的，因为这种薄膜可以应用于几乎任何种类的硫电极，提高其循环稳定性；而薄膜的极端轻薄，使其不会影响电池的整体尺寸或重量，因而可以不影响电池的能量和功率密度。 2 美国NIST研发出 丝传感器（Silk Sensor）  2017年3月17日，美国NIST宣布，他们的研究人员已经开发出了一种方法可以在轻质复合材料中嵌入一种纳米级损伤敏感探针，这有助于开发轻质、节能、即使长期暴露在恶劣环境或结构应力下也不会破裂的新型复合物。 这种探针，被称为力色团（mechanophore），可以加速产品测试，并可能减少多种新型复合材料开发所需的时间和材料成本。 NIST团队使用一种叫做罗丹明内酰胺（rhodamine spirolactam，RS）的染料制造了此种探针。此种染料可以在外加力的作用下发生反应从暗态转变为亮态。在该实验中，这种染料分子被附着在丝纤维上，置入环氧基复合材料内。随着越来越大的力施加到复合材料上，其应力与应变激活了RS，使其在激光的激发下发出荧光。虽然该变化不是裸眼可见的，但使用NIST设计制造的红色激光器和显微镜在复合材料内拍照，是可以显示出其内部最微小的断裂和裂纹的，并且可以展现纤维的断裂点。 用于设计复合材料的原料多种多样。此项研究中，将环氧树脂与丝纤维结合在一起，丝纤维由Fritz Vollrath教授的团队在牛津大学使用家蚕蚕丝制备。纤维增强聚合物复合材料（例如本项研究中使用的那种）可以将各组分最有利的方面结合起来：纤维的强度和聚合物的韧性。所有复合材料的共同点是存在组件相接的界面，这个界面的弹性对于复合材料承受损伤的能力至关重要。薄而柔软的界面比较受欢迎，但是测量复合材料中的界面性质是非常具有挑战性的。 一种测试方法是光学成像。然而，传统的光学成像方法仅能记录大小在200-400nm的图像。但是一些界面仅有10-100nm厚，使得这些技术在复合材料界面成像上失效。通过在界面处安装RS探针，研究人员能够使用光学显微镜“看”到仅仅存在于界面处的损伤。 3 东京工业大学在研究 金纳米颗粒合成机理中取得突破  2017年3月17日，日本东京工业大学团队使用高分辨率晶体学研究揭示了蛋白质辅助合成金纳米颗粒背后的机理，为设计生物医学应用的纳米材料提供了一个平台。 在活生物体中，自由金属离子在生物矿化（biomineralization）反应中通过组装成高度有序结构的蛋白质，如蛋白质笼（protein cages）进行存储和运输。这种复杂的生物机理已经吸引了生物技术人员的注意，他们推测天然的离子存储蛋白质笼可用于生长具有科学家们期望性质的金属纳米颗粒。 金纳米颗粒（AuNP）因其在催化、生物成像、药物递送和治疗中的优异功能而被科学家们所知。因此，可以实现尺寸和形状可控的金纳米颗粒合成技术对于其在纳米医学中的应用是非常重要的。在蛋白质环境中，金纳米颗粒的形成首先由金元素沉积、金元素团聚成小纳米团簇组成，随后，金纳米颗粒以这些纳米团簇为核来生长。但是，科学家们仍然不是很清楚在蛋白质环境中生成金纳米团簇的动力学机理。 为了揭示在蛋白质纳米笼（protein nanocage）中金纳米颗粒生长背后的分子机理，一个由东京工业大学Takafumi Ueno领导的生物分子工程师小组，使用高分辨率晶体学研究，分析了铁蛋白中金纳米团簇的形成。铁蛋白是几乎可由所有活生物体产生的细胞内铁储存蛋白，铁蛋白形成具有两个金属结合位点（三重轴和聚集中心）的自组装纳米笼。由于金离子对硫具有高度亲和力，科学家们通过引入含硫半胱氨酸残基对聚集中心进行了改性，以增强吸收进纳米笼的蛋白质。 然后，他们通过在戊二醛中交联来强化含金的铁蛋白晶体结构。这些对铁蛋白晶体所做的修改将减少晶体中的金离子，并使得科学家能够通过高分辨率晶体学研究确定金离子在铁蛋白笼内的结合位置。 在下一步中，科学家们使用还原剂（NaBH4）将固定的金离子还原成零价的金原子。科学家们观察到，被还原的金元素团聚形成的纳米团簇聚集在三重轴和金属聚集中心，这是由于金的梯度式运动和周围氨基酸的构象变化所造成的。 由Ueno教授和他的同事获得的研究成果揭示了金纳米团簇形成背后的机理，纳米团簇被认为是金纳米颗粒在蛋白质环境中生长的成核中心，为生物矿化和纳米颗粒合成的未来研究提供了平台。 |
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