材料科技简报

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1 材 料 科 技 简 报 2016 年 第 2 期 电 子 版 材 料 科 技 简 报 编 辑 部 2016 年 4 月 本 期 目 录 材 料 热 点 关 注 CO 2 电 催 化 还 原 成 液 体 能 源 柔 性 集 成 微 型 超 级 电 容 器 CdTe 太 阳 能 电 池 开 路 电 压 首 次 超 过 1V 最 强 韧 的 仿 生 石 墨 烯 纤 维 材 料 发 展 前 沿 石 墨 烯 - 铜 复 合 材 料 组 织 工 程 支 架 材 料 可 见 光 催 化 材 料 领 域 的 新 材 料 锂 电 之 父 Goodenough ESI 动 态 与 追 踪 学 院 科 技 动 态 近 期 学 术 及 交 流 活 动 每 期 一 星 : 超 疏 水 表 面 大 面 积 仿 生 构 建 1

2 正 文 材 料 热 点 关 注 CO 2 电 催 化 还 原 成 液 体 能 源 二 氧 化 碳 被 认 为 是 加 剧 温 室 效 应 的 主 要 来 源, 通 过 电 催 化 过 程 将 CO 2 还 原 成 碳 氢 燃 料 分 子 不 仅 有 助 于 降 低 CO 2 的 负 面 影 响, 而 且 还 可 以 获 得 甲 烷 甲 酸 甲 醇 等 燃 料, 因 此, 电 催 化 CO 2 还 原 制 备 可 利 用 能 源, 是 目 前 清 洁 能 源 发 展 最 具 前 景 的 方 向 之 一 最 大 瓶 颈 在 于 : 如 何 才 能 将 高 稳 定 性 的 CO 2 活 化, 这 往 往 需 要 非 常 高 的 过 电 位 ; 而 过 电 位 的 存 在 不 仅 浪 费 大 量 的 能 源 而 导 致 本 末 倒 置, 还 往 往 导 致 还 原 产 物 选 择 性 的 降 低 因 此, 实 现 在 较 低 的 过 电 位 下 进 行 CO 2 还 原 是 该 领 域 得 以 发 展 的 前 提 研 究 发 现, 金 属 氧 化 物 还 原 得 到 的 金 属 比 通 过 其 它 方 法 制 备 的 金 属 催 化 活 性 要 高, 甚 至 能 将 CO 2 的 还 原 电 位 降 低 到 热 力 学 的 最 小 值, 但 是 金 属 表 面 氧 化 物 对 其 自 身 金 属 电 还 原 性 能 的 影 响 机 制 还 不 清 楚, 这 主 要 是 因 为 以 前 制 备 的 催 化 剂 中 含 有 大 量 的 微 结 构 ( 如 界 面 缺 陷 等 ), 这 些 微 结 构 的 存 在 很 容 易 掩 盖 住 表 面 金 属 氧 化 物 对 其 自 身 金 属 催 化 性 能 的 影 响 最 近, 中 国 科 学 技 术 大 学 谢 毅 院 士 团 队 构 建 了 一 种 仅 有 数 原 子 层 厚 度 的 超 薄 杂 化 模 型 材 料 体 系, 研 究 表 明 金 属 原 子 在 位 于 特 定 的 排 列 方 法 和 氧 化 价 态 时, 在 0.24 V 的 过 电 位 下 于 40 h 内 获 得 10 ma cm -2 的 稳 定 电 流 和 90% 的 甲 酸 选 择 性 该 工 作 有 助 于 让 研 究 者 重 新 思 考 如 何 获 得 高 效 和 稳 定 的 CO 2 电 还 原 催 化 剂 材 料, 也 对 推 动 电 催 化 还 原 CO 2 机 理 研 究 具 有 重 要 的 意 义 相 关 工 作 发 表 在 Nature 2016, 529, 个 原 子 层 厚 的 二 维 层 状 钴 材 料 制 备 及 表 征 ( 鞠 治 成 何 业 增 供 稿 ) 2

3 柔 性 集 成 微 型 超 级 电 容 器 随 着 电 子 科 技 的 飞 速 发 展, 柔 性 电 子 器 件 逐 渐 步 入 人 们 的 生 活 柔 性 电 子 器 件 面 临 的 最 重 要 挑 战 在 于 供 能 器 件 的 可 弯 曲 柔 性 化, 特 别 是 当 前 多 层 堆 叠 的 柔 性 器 件 在 多 次 弯 折 后 会 造 成 层 间 的 机 械 剥 离 损 伤, 使 得 器 件 内 阻 上 升, 甚 至 整 体 电 容 性 能 严 重 衰 退 因 此, 制 备 可 多 次 弯 折 的 高 性 能 柔 性 超 级 电 容 器 充 满 挑 战 最 近,P. Simon 等 选 择 在 硅 衬 底 上 沉 积 一 薄 层 二 氧 化 硅 后 再 沉 积 一 层 相 对 较 厚 的 TiC 层, 经 过 氯 化 获 得 了 有 少 量 残 余 碳 化 钛 支 持 的 微 孔 多 层 碳 膜 这 种 碳 膜 表 现 出 了 良 好 的 柔 韧 性, 并 且 残 余 的 硬 质 TiC 可 作 为 基 底 Si 膜 的 缓 冲 层 更 为 重 要 的 是 所 使 用 的 工 艺 和 和 目 前 的 微 制 造 技 术 和 硅 基 器 件 技 术 具 有 良 好 的 相 容 性 研 究 人 员 利 用 这 种 柔 性 的 碳 膜 制 造 的 微 型 柔 性 超 级 电 容 器 的 水 性 体 系 电 解 质 中 电 容 为 410 F/cm 3, 200 mf/cm 2 ; 有 机 体 系 电 解 质 中 电 容 可 达 到 170 F/cm 3, 85 mf/cm 2 该 多 层 碳 膜 还 可 从 Si 基 底 上 被 完 整 分 离 下 来, 使 其 仅 仅 依 靠 TiC 自 身 作 为 支 撑 材 料, 得 到 了 一 种 微 米 厚 度 的 具 有 较 高 机 械 强 度 的 自 由 浮 动 的 多 孔 碳 膜, 并 且 可 进 一 步 转 移 到 柔 性 基 底 表 面 研 究 人 员 进 一 步 指 出, 这 种 材 料 在 柔 性 能 量 储 存 摩 擦 学 和 气 体 分 离 等 领 域 都 具 有 潜 在 的 应 用 前 景 相 关 研 究 工 作 发 表 在 Science 2016,351, 微 孔 碳 膜 的 制 备 及 表 征 ( 鞠 治 成 何 业 增 供 稿 ) 3

4 CdTe 太 阳 能 电 池 开 路 电 压 首 次 超 过 1V CdTe 是 一 种 优 异 的 太 阳 能 电 池 材 料, 具 有 理 想 的 禁 带 宽 度 (1.45eV, 光 谱 响 应 范 围 与 太 阳 光 谱 非 常 匹 配 ), 高 的 吸 光 率 ( 吸 收 系 数 在 可 见 光 范 围 高 达 10 4 cm -1 以 上,95% 的 光 子 可 在 1μm 厚 的 吸 收 层 内 被 吸 收 ) CdTe 薄 膜 太 阳 能 电 池 不 仅 光 电 转 化 效 率 高 ( 理 论 光 电 转 换 效 率 约 为 28%, 当 前 实 验 室 最 高 效 率 记 录 为 20.4%), 而 且 电 池 结 构 简 单 性 能 稳 定, 是 传 统 硅 电 池 和 III-V 族 电 池 (GaAs) 有 力 的 竞 争 者 CdTe 薄 膜 太 阳 能 电 池 通 常 由 透 明 导 电 氧 化 物 (TCO) 缓 冲 层 (Buffer) 光 吸 收 层 (Absorber) 以 及 背 电 极 (Back-contact) 组 成 ( 如 图 所 示 ) 在 CdTe 半 导 体 材 料 制 备 过 程 中, 掺 杂 是 不 可 避 免 且 难 以 控 制 的 另 外,CdTe 晶 格 常 数 较 大, 没 有 晶 格 常 数 与 之 接 近 的 II-VI 半 导 体 材 料 作 为 CdTe 与 TCO 间 的 过 渡 层, 从 而 造 成 晶 格 失 配 掺 杂 及 异 质 结 界 面 晶 格 失 配 会 带 来 界 面 缺 陷 本 体 缺 陷 费 米 能 级 钉 扎 以 及 能 带 排 列 问 题, 这 些 不 足 限 制 了 CdTe 电 池 的 进 一 步 发 展 在 CdTe 太 阳 能 电 池 中, 未 经 处 理 的 CdTe 膜 中 载 流 子 寿 命 只 有 几 十 皮 秒, 空 穴 浓 度 在 cm -3 量 级 CdTe/CdS 界 面 晶 格 失 配 达 10%, 界 面 复 合 速 率 10 6 cm s -1 采 用 CdCl 2 后 处 理 工 艺 可 以 使 CdTe 和 CdS 相 互 扩 散, 从 而 减 少 晶 格 失 配, 降 低 界 面 复 合, 同 时 可 以 提 高 空 穴 浓 度 然 而, 采 用 该 方 法 处 理 后 的 CdTe 太 阳 能 电 池, 其 开 路 电 压 只 能 维 持 在 mV CdTe 半 导 体 禁 带 宽 度 在 1.4eV 左 右, 与 GaAs 接 近, 其 开 路 电 压 理 论 上 可 以 超 过 1V 提 高 电 池 开 路 电 压 是 进 一 步 提 升 电 池 效 率 的 关 键 为 了 实 现 该 目 标,CdTe 薄 膜 中 载 流 子 寿 命, 空 穴 浓 度 以 及 界 面 电 荷 分 离 传 输 速 度 都 需 要 大 幅 提 升 美 国 国 家 可 再 生 能 源 实 验 室 最 近 采 用 改 进 垂 直 布 里 奇 曼 (Bridgman) 技 术 制 备 了 CdTe 薄 膜, 成 功 将 电 池 开 路 电 压 提 高 至 1V 以 上, 相 关 成 果 发 表 在 Nature Energy 上 ( DOI: /NENERGY ) 研 究 者 摒 弃 了 传 统 的 Cl,Cu 以 及 Group I 掺 杂 物, 采 用 Group V 掺 杂 物 (P) 对 CdTe 薄 膜 进 行 掺 杂 处 理 这 一 方 法 避 免 了 CdCl 2 带 来 的 电 荷 补 偿 问 题 将 CdTe 薄 膜 置 于 富 Cd 的 环 境 中 加 热 处 理, 可 有 效 减 少 Te Cd 反 位 和 V Cd 空 位 复 合 中 心, 同 时 产 生 更 多 的 V Te 空 位 为 P 的 掺 入 提 供 有 利 位 置 该 处 理 方 式 在 减 少 复 合 中 心 的 同 时 可 产 生 浅 能 级 受 体, 从 而 提 高 空 穴 浓 度 这 一 工 艺 可 将 CdTe 薄 膜 电 池 开 路 电 压 提 升 至 1017mV 而 电 流 密 度 没 有 明 显 降 低 CdTe 太 阳 能 电 池 结 构 (a),cdte 薄 膜 中 Cd Te 原 子 列 STEM 图 (b),cdte/cds 界 面 原 子 层 结 构 (c). ( 顾 修 全 宋 健 供 稿 ) 4

5 最 强 韧 的 仿 生 石 墨 烯 纤 维 日 前, 北 航 的 程 峰 课 题 组 受 到 贝 壳 类 生 物 珍 珠 层 多 尺 度 微 观 结 构 的 启 发, 制 备 了 石 墨 烯 复 合 纤 维, 其 拉 伸 强 度 可 达 846MPa, 韧 性 可 达 15.8 MJ m 3, 并 且 还 能 有 S cm 1 的 电 导 率 该 纤 维 可 称 人 工 制 备 的 最 强 的 石 墨 烯 纤 维 该 工 作 于 2016 年 2 月 12 日 发 表 在 国 际 材 料 权 威 期 刊 Advanced Materials 杂 志 上 (DOI: /adma ), 而 且 此 文 还 被 2 月 26 日 出 版 的 自 然 (Nature) 以 题 目 Shells spark strong graphene fibre, 作 为 研 究 亮 点 报 道 关 注 传 统 溶 液 湿 纺 法 制 备 的 石 墨 烯 纤 维, 由 于 氧 化 石 墨 烯 片 层 间 的 相 互 作 用 较 弱, 导 致 石 墨 烯 纤 维 力 学 强 度 较 低 程 群 峰 课 题 组 受 天 然 鲍 鱼 壳 多 尺 度 微 观 结 构 和 丰 富 界 面 的 启 发, 在 石 墨 烯 纤 维 中 构 筑 了 共 价 键 和 离 子 键 的 协 同 作 用, 大 幅 度 提 高 了 石 墨 烯 片 层 间 的 相 互 作 用 通 过 优 化 工 艺 参 数, 获 得 了 迄 今 为 止 最 强 的 石 墨 烯 纤 维 这 种 石 墨 烯 纤 维 材 料 同 时 还 具 有 良 好 的 导 电 性, 在 航 空 航 天 领 域 柔 性 电 极 和 人 工 肌 肉 等 方 面 具 有 良 好 的 应 用 前 景 超 强 石 墨 烯 纤 维 的 制 备 方 法 和 宏 观 微 观 形 貌. ( 乔 江 浩 供 稿 ) 5

6 材 料 发 展 前 沿 石 墨 烯 - 铜 复 合 材 料 2004 年, 英 国 曼 彻 斯 特 大 学 物 理 学 家 Novoselov 和 Geim 采 用 机 械 剥 离 的 方 法, 成 功 制 备 出 了 二 维 单 层 碳 原 子 新 材 料 石 墨 烯 这 种 材 料 只 有 一 个 碳 原 子 厚 度 约 为 nm, 是 已 知 材 料 中 最 薄 的 一 种, 其 比 表 面 积 高 达 2630m 2 /g, 杨 氏 模 量 和 初 始 抗 拉 强 度 分 别 能 够 达 到 1.02TPa 和 130GPa; 同 时 单 层 悬 浮 石 墨 烯 的 电 子 迁 移 率 高 达 20000cm2/(V s), 室 温 热 传 导 率 可 达 3000~5000W/(m K); 另 外 石 墨 烯 还 具 有 良 好 的 透 光 性 ( 透 光 率 97.7%) 和 磁 性 能 等 以 上 种 种 优 良 特 性 使 得 石 墨 烯 很 快 成 为 了 材 料 科 学 领 域 的 研 究 热 点, 而 利 用 这 些 特 性 所 制 备 的 复 合 材 料 成 为 了 最 快 实 现 石 墨 烯 应 用 的 领 域 之 一 铜 是 一 种 与 人 类 密 切 相 关 的 有 色 金 属, 因 其 良 好 的 导 电 导 热 性 能 而 在 有 色 金 属 材 料 中 的 消 费 仅 次 于 铝 但 传 统 铜 材 料 存 在 很 多 缺 陷, 如 力 学 性 能 较 差 高 温 抗 氧 化 性 差 等, 严 重 影 响 了 铜 材 料 的 进 一 步 应 用 为 了 改 善 铜 材 料 的 性 能, 获 得 高 强 高 导 铜 材 料, 同 时 也 为 了 进 一 步 开 发 铜 的 应 用 价 值, 科 研 人 员 做 出 了 很 多 努 力, 其 中, 铜 复 合 材 料 的 研 究 方 面 取 得 了 显 著 成 果 鉴 于 石 墨 烯 及 其 衍 生 物 优 异 的 化 学 物 理 性 能, 以 及 新 型 铜 复 合 材 料 研 究 的 需 要, 石 墨 烯 - 铜 复 合 材 料 的 研 究 引 起 了 人 们 越 来 越 多 的 关 注 关 于 石 墨 烯 - 铜 复 合 材 料 的 研 究 主 要 分 为 两 个 方 面 : 一 方 面, 以 石 墨 烯 为 负 载 面, 在 其 表 面 均 匀 的 沉 积 一 层 铜 纳 米 粒 子, 制 备 出 石 墨 烯 基 铜 纳 米 粒 子 复 合 材 料, 并 实 现 其 在 功 能 材 料 方 面 的 应 用 另 一 方 面, 以 石 墨 烯 作 为 增 强 相, 采 用 粉 末 冶 金 热 压 烧 结 高 速 异 步 轧 制 等 技 术, 制 备 出 石 墨 烯 增 强 铜 基 复 合 材 料, 在 不 损 伤 其 导 电 导 热 性 能 的 情 况 下, 提 高 其 力 学 性 能 1 石 墨 烯 基 铜 纳 米 颗 粒 复 合 材 料 石 墨 烯 及 其 衍 生 物 氧 化 石 墨 烯 还 原 氧 化 石 墨 烯 等, 因 其 优 异 的 力 学 性 能 比 表 面 积 特 性 和 超 高 的 电 子 迁 移 率 等 而 被 广 泛 的 用 作 电 化 学 载 体 材 料 采 用 恒 电 位 化 学 镀 等 方 法, 在 石 墨 烯 或 其 衍 生 物 载 体 上 镀 制 一 层 金 属 纳 米 颗 粒 ( 如 金 银 铜 铂 钯 等 ) 而 制 备 出 的 新 型 功 能 材 料, 在 燃 料 电 池 超 级 电 容 器 催 化 剂 传 感 器 等 领 域 都 取 得 了 很 好 的 成 果 金 属 纳 米 颗 粒 的 存 在, 相 当 于 石 墨 烯 片 层 间 的 垫 片, 可 以 有 效 的 阻 止 石 墨 烯 片 层 的 团 聚, 而 且 还 可 以 与 石 墨 烯 之 间 起 到 协 同 强 化 作 用 ; 与 其 他 贵 重 金 属 相 比, 铜 不 仅 成 本 低 资 源 丰 富, 而 且 还 具 有 更 高 的 稳 定 性, 这 都 为 石 墨 烯 负 载 铜 纳 米 粒 子 的 研 究 开 发 与 应 用 提 供 了 无 限 可 能 2 石 墨 烯 增 强 铜 基 复 合 材 料 在 石 墨 烯 问 世 之 前, 铜 基 复 合 材 料 的 研 究 多 以 Al 2 O 3 SiC 颗 粒 碳 纳 米 管 碳 纤 维 等 为 增 强 相 ; 自 2004 年 以 后, 各 种 石 墨 烯 的 制 备 方 法 也 相 继 被 研 发 出 来, 石 墨 烯 也 逐 渐 替 代 其 它 增 强 相, 而 成 为 了 研 究 铜 基 复 合 材 料 的 主 要 增 强 相 石 墨 烯 的 加 入 使 得 石 墨 烯 - 铜 复 合 材 料 不 仅 可 以 获 得 高 导 电 导 热 性 能, 还 能 弥 补 传 统 铜 和 铜 合 金 强 度 低 的 缺 点 这 主 要 是 由 于 石 墨 烯 在 复 合 材 料 中 起 到 阻 碍 位 错 运 动 的 作 用, 使 位 错 运 动 需 要 更 大 的 应 力 来 越 过 障 碍, 从 而 提 高 了 材 料 的 强 度, 也 提 高 了 材 料 的 耐 磨 性 能 综 合 近 几 年 来 人 们 对 于 石 墨 烯 增 强 铜 基 复 合 材 料 的 研 究 成 果 可 以 发 现, 其 研 究 方 向 主 要 集 中 在 三 个 方 6

7 面 : 一 是 采 用 CVD 等 技 术 使 石 墨 烯 以 连 续 的 层 片 状 分 布, 与 铜 基 材 层 叠 交 错, 形 成 三 明 治 状 结 构 ; 二 是 采 用 球 磨 法 使 石 墨 烯 与 铜 纳 米 颗 粒 均 匀 混 合, 再 经 热 压 烧 结 工 艺 成 型 ; 三 是 将 铜 盐 溶 液 与 氧 化 石 墨 烯 分 散 液 均 匀 混 合, 采 用 化 学 或 电 化 学 方 法 将 铜 离 子 和 氧 化 石 墨 烯 还 原, 并 使 其 紧 紧 结 合 在 一 起, 再 经 烧 结 工 艺 成 型 其 原 因 可 总 结 为 三 点 : 首 先, 晶 粒 尺 寸 的 减 小 和 位 错 密 度 的 增 加 使 载 热 体 和 电 子 的 平 均 自 由 程 降 低 ; 其 次, 石 墨 烯 与 铜 基 体 之 间 的 热 膨 胀 系 数 和 吸 附 力 较 差 ; 最 后, 在 热 压 烧 结 过 程 中 使 得 基 体 中 形 成 了 一 定 量 的 孔 洞, 这 些 孔 洞 的 存 在 相 当 于 一 层 绝 缘 层 图 石 墨 烯 - 铜 复 合 材 料 ( 何 业 增 鞠 治 成 供 稿 ) 组 织 工 程 支 架 材 料 组 织 工 程 (Tissue Engineering) 是 近 年 来 正 在 兴 起 的 一 门 新 兴 学 科 它 应 用 生 命 科 学 和 工 程 学 的 原 理 与 技 术, 建 立 细 胞 与 生 物 材 料 的 三 维 空 间 复 合 体, 即 具 有 生 命 力 的 活 体 组 织, 用 来 对 病 损 组 织 进 行 形 态 结 构 和 功 能 的 重 建 并 达 到 永 久 性 替 代 在 组 织 工 程 中, 种 子 细 胞 可 降 解 的 支 架 材 料 以 及 细 胞 生 长 调 节 因 子 并 称 为 组 织 工 程 的 三 大 基 本 要 素 支 架 材 料 在 组 织 工 程 研 究 中 起 中 心 作 用, 它 不 仅 为 特 定 的 细 胞 提 供 结 构 支 撑 作 用, 而 且 还 起 到 模 板 作 用, 引 导 组 织 再 生 和 控 制 组 织 结 构 组 织 工 程 的 支 架 材 料 应 符 合 以 下 条 件 :1 材 料 本 身 有 生 物 活 性, 能 够 促 进 细 胞 增 殖 分 化, 可 以 诱 导 组 织 细 胞 再 生 ;2 材 料 可 以 降 解, 材 料 降 解 速 度 与 细 胞 的 生 长 相 匹 配 ; 3 无 抗 原 作 用 ;4 组 织 生 物 相 容 性 好 ;5 有 一 定 空 隙 率 ;6 有 一 定 力 学 强 度, 可 塑 形 一 组 织 工 程 的 材 料 分 类 根 据 来 源 不 同, 应 用 于 组 织 工 程 的 支 架 材 料 可 分 三 大 类 : 人 工 合 成 高 分 子 可 降 解 聚 合 物. 天 然 材 料 提 取 物 和 细 胞 外 基 质 (extracellular matrix,ecm) 人 工 合 成 聚 合 物 的 组 织 工 程 支 架 材 料 有 聚 乳 酸 聚 羟 基 乙 酸 和 两 者 的 共 聚 物 聚 乳 酸 一 聚 羟 基 乙 酸 共 聚 物 (PLGA) 其 优 点 是 可 标 准 化 生 产, 可 降 解, 组 织 兼 容 性 好, 其 强 度 结 构 和 降 解 可 调 控 其 缺 点 是 价 格 昂 贵, 降 解 产 物 可 诱 发 炎 症 反 应, 无 细 胞 因 子, 不 利 种 子 细 胞 的 黏 附 天 然 材 料 提 取 物 包 括 胶 原 糖 蛋 白 蛋 白 多 糖 壳 聚 糖 藻 酸 盐 等, 它 们 是 正 常 组 织 的 细 胞 外 高 分 子 物 质, 对 细 胞 的 黏 附 具 有 优 势, 但 物 理 强 度 差, 不 易 成 形 7

8 细 胞 外 基 质 (extracellular matrix,ecm) 是 一 种 天 然 生 物 材 料. 经 过 脱 细 胞 处 理 生 物 体 原 型 组 织 后, 保 留 了 抗 原 性 较 低 的 蛋 白 多 糖 胶 原 蛋 白 糖 蛋 白 等 外, 还 含 有 多 种 调 节 细 胞 的 生 长 因 子 和 细 胞 因 子, 这 些 活 性 因 子 有 利 于 细 胞 在 材 料 上 的 粘 附 生 长 和 增 殖 其 中 生 长 因 子 是 一 种 水 溶 性 蛋 白 质, 有 利 于 组 织 再 生 和 细 胞 的 诱 导 分 化, 能 够 诱 导 和 刺 激 细 胞 的 增 殖 分 化 维 持 细 胞 存 活 等 生 物 效 应 与 前 述 两 类 材 料 相 比,ECM 具 有 下 述 优 点 :1 良 好 的 生 物 相 容 性 适 当 的 生 物 可 降 解 性 ;2 支 架 能 维 持 细 胞 形 态 和 表 型, 有 一 定 机 械 强 度 ;3 免 疫 原 性 低 细 胞 的 亲 和 性 好 ;4 含 有 多 种 细 胞 因 子, 促 进 细 胞 粘 附 与 增 殖, 诱 导 组 织 再 生 ECM 作 为 组 织 工 程 支 架 材 料 具 有 广 阔 的 应 用 前 景, 已 被 应 用 于 尿 道, 食 管 等 动 物 器 官 的 修 复 研 究 二 组 织 工 程 材 料 的 应 用 组 织 工 程 在 生 物 医 疗 的 诸 多 领 域 都 有 研 究, 常 见 的 有 骨 软 骨 椎 间 盘 组 织 的 结 构 性 修 复, 神 经 细 胞 的 修 复 组 织 工 程 心 脏 瓣 膜 皮 肤 组 织 的 修 复 等 多 孔 支 架 材 料 和 组 织 工 程 耳 软 骨 2.1 骨 组 织 支 架 材 料 骨 组 织 工 程 支 架 现 用 于 诱 导 骨 形 成 和 血 管 形 成, 具 有 多 孔 结 构, 三 维 支 架 植 入 体 内, 变 成 骨 组 织, 同 时 支 架 降 解 吸 收, 达 到 修 复 骨 缺 损 重 建 骨 组 织 的 目 的 当 今 应 用 较 广 的 骨 组 织 工 程 支 架 材 料 有 多 孔 金 属 磷 酸 钙 生 物 玻 璃 天 然 材 料 等 金 属 钛 镁 等 多 孔 材 料 具 备 较 好 的 力 学 性 能 和 生 物 惰 性, 但 无 法 降 解 磷 酸 钙 支 架 材 料 常 见 的 有 羟 基 磷 灰 石 和 β- 三 磷 酸 钙, 它 们 与 骨 组 织 中 的 无 机 成 分 相 同, 具 有 较 好 的 生 物 活 性, 并 且 可 以 吸 收 生 物 玻 璃 是 由 氧 化 钠 氧 化 钙 等 组 成 的 具 有 生 物 活 性 的 玻 璃, 可 以 提 升 材 料 的 诱 导 性, 促 进 新 骨 的 形 成 天 然 材 料 中 胶 原 纤 维 蛋 白 藻 酸 盐 丝 绸 透 明 质 酸 和 壳 聚 糖 等 可 用 作 支 架 材 料, 它 们 容 易 降 解, 但 力 学 性 能 退 化 太 快 因 此, 负 载 细 胞 生 长 因 子 药 物 等 的 复 合 支 架 材 料 是 未 来 的 一 个 发 展 方 向, 如 负 载 骨 髓 间 充 质 干 细 胞 和 不 同 的 生 长 因 子 的 羟 基 磷 灰 石 支 架 能 够 体 现 出 比 天 然 骨 移 植 更 好 的 成 骨 性 能 2.2 软 骨 支 架 材 料 软 骨 具 有 较 高 储 能 模 量 和 弹 性 极 限, 本 身 较 软, 因 此 软 骨 支 架 材 料 常 使 用 高 分 子 聚 合 物 材 料, 包 括 胶 原 蛋 白 藻 酸 盐 壳 聚 糖 等 凝 胶 为 代 表 的 天 然 材 料, 以 及 聚 羟 基 乙 酸 聚 乳 酸 等 人 工 聚 合 物 其 中 水 凝 胶 是 一 种 富 含 水 分, 并 且 富 有 弹 性 的 非 黏 着 性 亲 水 性 聚 8

9 合 物, 水 凝 胶 支 架 可 以 很 好 地 运 输 营 养 物 质 及 代 谢 废 物 常 见 制 备 软 骨 支 架 的 方 法 有 冷 冻 干 燥 法 3D 打 印 静 电 纺 丝 法 溶 剂 浇 铸 / 粒 子 沥 滤 法 及 气 体 发 泡 法 等 方 法 2.3 神 经 支 架 材 料 用 物 理 化 学 或 者 生 物 学 方 法 脱 去 异 体 组 织 的 细 胞, 去 除 其 免 疫 原 性, 得 到 神 经 支 架 材 料 称 之 为 脱 细 胞 的 神 经 支 架 材 料 脱 细 胞 支 架 去 除 了 不 同 种 属 或 者 个 体 组 织 的 细 胞 以 及 细 胞 外 基 质 成 分, 只 留 下 了 支 撑 细 胞 的 组 织 支 架, 整 个 脱 细 胞 支 架 不 具 有 生 物 学 功 能, 不 会 与 被 移 植 机 体 发 生 免 疫 排 斥 反 应 这 种 支 架 适 合 作 为 自 体 神 经 的 替 代 物, 进 行 神 经 移 植, 特 别 是 在 修 复 短 段 的 外 周 神 经 缺 损 时, 具 有 良 好 的 修 复 效 果 构 成 细 胞 外 基 质 的 生 物 大 分 子, 如 胶 原 层 连 粘 蛋 白 和 纤 维 蛋 白 等, 本 身 即 可 作 为 良 好 的 神 经 细 胞 支 架 材 料, 它 们 已 经 广 泛 应 用 于 神 经 组 织 工 程 研 究 此 外, 一 些 天 然 的 材 料, 如 甲 壳 素 壳 聚 糖 蚕 丝 蛋 白 等, 可 用 于 制 备 神 经 支 架 材 料 理 想 的 神 经 支 架 还 可 以 具 有 一 定 的 导 电 性 能 用 以 促 进 轴 突 的 生 长, 因 此 聚 吡 咯 聚 苯 胺 和 聚 噻 吩 等 导 电 聚 合 物 具 有 可 调 控 的 导 电 性 和 抗 氧 化 性, 可 以 用 于 制 备 神 经 支 架 2.4 组 织 工 程 心 脏 瓣 膜 组 织 工 程 心 脏 瓣 膜 (TEHV) 是 可 植 入 心 脏 内 代 替 心 脏 瓣 膜 ( 主 动 脉 瓣, 三 尖 瓣, 二 尖 瓣 ), 能 使 血 液 单 向 流 动, 具 有 天 然 心 脏 瓣 膜 功 能 的 人 工 器 官 人 工 瓣 膜 根 据 使 用 材 料 而 分 为 两 大 类 : 一 类 是 机 械 瓣, 采 用 人 造 材 料 制 成, 如 水 凝 胶 等 天 然 支 架 材 料, 也 可 采 用 可 降 解 的 高 分 子 聚 合 物 支 架 材 料, 如 聚 乙 醇 酸 (PGA) 和 聚 乳 酸 (PLA) 及 其 共 聚 物 P3HB/P4HB 及 其 共 聚 物 等 ; 另 一 类 是 全 部 或 部 分 用 生 物 组 织 制 成 的 称 生 物 瓣, 如 猪 心 瓣 和 牛 心 包 瓣 等 相 对 于 机 械 瓣 膜, 生 物 瓣 的 优 点 是 无 须 抗 凝, 但 寿 命 不 及 机 械 瓣 因 此, 近 年 来 人 工 心 脏 瓣 膜 研 究 主 要 仍 集 中 在 解 决 机 械 瓣 抗 凝 和 生 物 瓣 的 防 钙 化 问 题 西 南 交 通 大 学 正 在 研 究 通 过 各 向 同 性 碳 表 面 喷 涂 TiN2 和 TiO 来 提 高 械 瓣 的 抗 凝 血 性 能 三 总 结 和 展 望 组 织 工 程 的 目 标 是 : 内 部 器 官, 诸 如 心 肝 等 能 够 完 全 再 生, 而 且, 这 些 再 生 器 官 应 具 有 较 复 杂 的 生 理 和 生 物 化 学 功 能 为 了 达 到 这 些 目 标, 研 究 人 员 必 须 面 对 来 自 材 料 学 生 物 学 和 工 程 领 域 的 多 种 挑 战 组 织 工 程 支 架 材 料 仍 然 是 组 织 工 程 瓶 颈 之 一, 其 发 展 趋 势 是 生 物 活 性 化 和 智 能 化 : 通 过 分 子 设 计, 制 备 合 乎 人 体 细 胞 外 基 质 需 要 的 能 对 生 理 环 境 变 化 产 生 响 应 的 可 在 分 子 水 平 上 激 活 基 因 诱 导 细 胞 组 织 分 化 从 而 实 现 器 官 修 复 和 组 织 重 建 的 新 一 代 生 物 降 解 性 组 织 工 程 支 架 材 料 ( 乔 江 浩 供 稿 ) 9

10 可 见 光 催 化 材 料 领 域 的 新 材 料 自 从 1972 年 发 现 了 太 阳 光 水 分 解 效 应 以 来, 光 催 化 一 直 是 十 分 热 门 的 研 究 课 题 历 经 这 么 多 年 发 展, 技 术 日 趋 成 熟, 想 在 该 领 域 做 出 较 大 创 新 实 属 不 易, 但 最 新 出 现 的 2 篇 报 道 表 明 即 使 对 于 一 个 相 对 成 熟 的 方 向, 也 能 实 现 较 大 创 新 1. 一 种 导 电 高 分 子 材 料 ( 聚 苯 基 丁 二 炔,PDPB) 优 异 的 可 见 光 催 化 性 能 众 所 周 知, 光 催 化 剂 一 直 是 无 机 非 金 属 材 料 的 天 下, 从 来 没 有 单 独 高 分 子 材 料 适 用 作 光 催 化 剂 的 报 道 高 分 子 材 料 不 仅 成 本 低 廉, 而 且 无 需 对 其 进 行 助 催 化 剂 改 性 或 者 添 加 牺 牲 剂 辅 助 最 近, 法 国 巴 黎 第 十 一 大 学 HyndRemita 研 究 团 队 采 用 光 合 成 法 制 备 出 一 种 具 有 可 见 光 催 化 活 性 的 导 电 高 分 子 材 料 聚 二 苯 基 丁 二 炔 (PDPB), 这 是 一 种 短 链 小 分 子 量 的 高 分 子 材 料, 外 观 表 现 为 黄 色 粉 末, 带 隙 值 约 为 1.95eV, 在 可 见 光 波 段 存 在 着 较 强 的 光 吸 收 ( 如 图 1a 所 示 ), 并 且 它 是 采 用 紫 外 光 辐 照 的 方 法 将 1,4 联 苯 基 丁 二 炔 单 体 在 水 中 聚 合 而 成 的 研 究 人 员 还 发 现 添 加 合 适 的 表 面 活 性 剂 ( 即 采 用 软 模 板 路 线 ) 还 可 控 制 合 成 出 PDPB 一 维 纳 米 纤 维 ( 直 径 仅 为 19nm, 长 度 可 达 数 mm 以 上, 如 图 1b 所 示 ) 由 于 存 在 更 少 的 缺 陷,PDPB 纳 米 纤 维 显 示 出 较 体 相 材 料 更 为 优 异 的 可 见 光 催 化 活 性, 其 光 降 解 甲 基 橙 苯 酚 的 速 率 甚 至 明 显 优 于 P25 Ag-TiO 2 等 传 统 光 催 化 材 料 PDPB 还 呈 现 出 良 好 的 稳 定 性, 即 使 经 历 5 次 循 环 反 应 过 程 ( 每 次 历 时 4 小 时 ), 其 自 身 性 质 和 催 化 活 性 也 不 发 生 显 著 衰 退 这 篇 报 道 发 表 于 Nature Materials 2015, 14: 图 1 PDPB 一 维 纳 米 材 料 的 紫 外 - 可 见 光 吸 收 图 谱 (a) 与 SEM 图 像 (b) 图 2 PDPB 一 维 纳 米 材 料 在 可 见 光 辐 照 下 循 环 降 解 甲 基 橙 和 苯 酚 上 的 特 性, 一 次 循 环 的 反 应 过 程 为 240min 10

11 2. 一 种 不 含 金 属 元 素 的 光 催 化 剂 (CQDs-C 3 N 4 ) 稳 定 高 效 的 太 阳 光 解 水 性 能 众 所 周 知, 光 催 化 剂 均 为 半 导 体, 而 半 导 体 多 为 金 属 氧 化 物 碳 化 物 硫 化 物 等 苏 州 大 学 的 康 正 辉 研 究 小 组 最 近 发 现 一 种 新 型 可 见 光 催 化 剂, 它 可 以 不 含 任 何 金 属 元 素 如 图 3 所 示, 该 材 料 是 以 g-c 3 N 4 纳 米 片 为 基 体, 在 其 表 面 负 载 碳 量 子 点 (CQDs) 其 特 点 是 可 实 现 水 的 太 阳 光 全 分 解, 即 同 时 产 生 氢 气 和 氧 气, 产 生 氢 气 的 速 率 要 显 著 优 于 单 独 CQDs 或 g-c 3 N 4 材 料 尽 管 总 的 光 催 化 分 解 水 的 反 应 式 为 H 2 O H 2 +O 2, 但 CQDs/g-C 3 N 4 光 催 化 剂 是 以 两 步 反 应 的 方 式 完 成 上 述 过 程 的, 即 H 2 O H 2 +H 2 O 2, H 2 O 2 H 2 O+O 2, 因 而 更 高 效 彻 底, 不 容 易 发 生 逆 反 应 CQDs 的 存 在 有 利 于 改 善 增 强 g-c 3 N 4 的 可 见 光 催 化 活 性, 使 第 二 步 反 应 (H 2 O 2 的 分 解 ) 更 容 易 进 行, 避 免 了 H 2 O 2 腐 蚀 g-c 3 N 4 表 面 使 其 性 能 退 化 的 现 象 发 生 研 究 人 员 还 发 现 当 CQDs/C 3 N 4 的 质 量 比 为 时, 光 解 水 性 能 最 佳, 其 太 阳 能 产 氢 能 力 可 达 到 2%, 且 有 着 极 好 的 稳 定 性 ( 可 循 环 50 次, 每 次 反 应 1 天 ) 当 0.08g 催 化 剂 颗 粒 分 散 于 150mL 水 中, 不 添 加 任 何 牺 牲 剂 即 可 获 得 8.4μmol/h 的 产 氢 4.1μmol/h 的 产 氧 速 率 该 研 究 发 表 于 Science, 2015, 347 (6225): 图 3 CQDs/g-C 3 N 4 复 合 材 料 的 TEM 图 像, 其 中 g-c 3 N 4 为 纳 米 片, 尺 寸 400~500nm, 比 表 面 积 为 97m 2 /g, CQDs 尺 寸 仅 为 4nm, 均 匀 分 散 于 g-c 3 N 4 活 性 位 置 图 4 CQDs-C 3 N 4 光 催 化 剂 的 紫 外 - 可 见 吸 收 光 谱 及 其 宏 观 形 态 (A), 最 佳 比 例 下 样 品 (CQDs/C 3 N 4 = ) 太 阳 光 分 解 水 产 生 氢 气 氧 气 的 速 率 及 循 环 稳 定 性 (B) ( 顾 修 全, 宋 健 供 稿 ) 11

12 锂 电 之 父 Goodenough John B. Goodenough 目 前 为 美 国 德 州 大 学 奥 斯 汀 分 校, 机 械 工 程 系 教 授, 著 名 固 体 材 料 科 学 家, 是 钴 酸 锂 锰 酸 锂 和 磷 酸 铁 锂 正 极 材 料 的 发 明 人, 锂 离 子 电 池 的 奠 基 人 之 一, 被 业 界 称 为 锂 电 之 父 他 主 要 通 过 研 究 化 学 结 构 以 及 固 体 电 子 / 离 子 性 质 之 间 的 关 系 来 设 计 新 材 料 解 决 材 料 科 学 问 题, 对 固 体 材 料 科 学, 特 别 是 锂 离 子 电 池 材 料 领 域 做 出 了 里 程 碑 式 的 贡 献 Goodenough 的 一 生 富 有 传 奇 色 彩 :1922 年 生 于 德 国, 二 战 之 前 就 读 于 美 国 名 校 Yale 大 学, 不 过 读 的 是 文 学 和 数 学, 目 的 是 为 了 拿 到 一 个 文 学 学 位, 化 学 只 不 过 是 他 大 一 时 的 一 门 选 修 课 在 修 读 文 学 课 程 期 间 对 哲 学 产 生 了 浓 厚 的 兴 趣, 又 转 而 开 始 学 习 哲 学, 并 被 科 学 哲 学 深 深 吸 引 在 此 期 间 他 读 了 一 本 影 响 他 一 生 的 书 : 并 读 了 一 本 影 响 他 一 生 的 书 : Alfred North Whitehead 写 的 Science and the Modern World, 于 是 他 决 定 在 战 后 有 机 会 要 修 读 物 理 的 研 究 生 二 战 后, 他 在 芝 加 哥 大 学 修 读 物 理 硕 士 ; 博 士 期 间 攻 读 的 固 体 物 理, 毕 业 之 后 到 了 MIT 的 美 国 空 军 林 肯 实 验 室 开 始 了 固 态 化 学 的 研 究 ; 期 间 首 次 发 现 了 铁 氧 体 磁 芯 的 电 流 重 合 记 忆 功 能, 被 称 为 Goodenough-Kanamori 规 律 上 世 纪 70 年 代, 出 于 为 不 发 达 国 家 提 供 廉 价 能 源 的 美 好 心 愿, 开 始 转 向 可 用 于 能 量 转 换 的 新 材 料 方 面 的 研 究 后 来 接 受 牛 津 大 学 的 邀 请 开 始 在 牛 津 大 学 从 事 氧 化 物 表 面 光 电 解 水 ; 和 锂 离 子 电 池 电 极 材 料 以 及 甲 醇 燃 料 电 池 的 研 究 在 此 期 间, 发 现 了 嵌 Li 过 程 中 尖 晶 石 结 构 和 rock-salt 结 构 之 间 的 相 互 转 化, 并 于 1980 年 和 SONY 公 司 合 作 开 发 出 了 基 于 碳 材 料 负 极 和 锂 钴 氧 LiCoO2 材 料 正 极 的 可 充 电 离 子 电 池, 也 就 是 目 前 广 泛 采 用 的 锂 离 子 电 池 技 术 ; 后 来 又 结 合 具 有 稳 定 的 骨 架 结 构 的 聚 阴 离 子 型 的 材 料 ( 如 磷 酸 盐 硅 酸 盐 硫 酸 盐 等 ), 制 备 出 了 LiFePO4 正 极 材 料 2015 年,Goodenough 团 队 又 提 出 了 使 用 无 毒 便 宜 的 埃 洛 石 矿 物 作 为 钠 离 子 电 池 正 极 材 料, 极 大 推 进 了 钠 电 商 业 化 进 程 目 前 已 94 岁 高 龄 的 Goodenough 教 授 仍 然 在 德 州 大 学 奥 斯 汀 分 校 继 续 从 事 科 学 研 究 工 作 他 的 经 典 语 录 是 :I am an old tiger enjoying working here ( 鞠 治 成 何 业 增 供 稿 ) 12

13 ESI 动 态 与 追 踪 一 ESI 动 态 ESI 是 世 界 著 名 学 术 信 息 出 版 机 构, 美 国 科 技 信 息 所 ISI(The Institute for Scientific Information) 在 汇 集 和 分 析 Web of Science(SCI/SSCI) 所 收 录 的 学 术 文 献 及 其 所 引 用 的 参 考 文 献 的 基 础 上 建 立 起 来 的 分 析 型 数 据 库 根 据 2016 年 3 月 ESI 最 新 数 据 结 果, 中 国 矿 业 大 学 工 程 学 学 科 (Engineering) 以 及 地 球 科 学 学 科 (Geosciences) 进 入 ESI 全 球 排 名 前 1% 其 中, 地 球 科 学 世 界 排 名 573 名, 工 程 学 世 界 排 名 更 是 由 早 先 的 551 名 上 升 至 530 名 数 据 显 示, 矿 大 在 地 球 科 学 学 科 领 域 共 发 表 论 文 932 篇, 总 被 引 频 次 5142 次, 单 篇 平 均 引 用 率 5.52 次 工 程 学 学 科 共 发 表 论 文 1207 篇, 总 引 用 率 3031 次, 单 篇 平 均 引 用 率 2.51 次, 总 引 用 率 较 2014 年 初 提 高 了 1500 多 次 这 充 分 表 明 在 学 校 严 格 学 术 标 准, 提 高 质 量, 内 涵 发 展 的 思 想 指 导 下, 全 校 师 生 安 心 治 学 奋 发 图 强, 论 文 质 量 他 引 次 数 展 现 强 劲 增 长 势 头, 意 味 我 校 的 研 究 实 力 和 国 际 影 响 力 逐 步 迈 入 国 际 知 名 行 列 最 新 数 据 显 示, 本 次 材 料 科 学 领 域 共 有 767 家 机 构 入 选 材 料 科 学 全 球 ESI 前 1%, 比 1 月 份 多 了 29 家 机 构, 数 据 呈 显 著 增 长 趋 势 中 国 矿 业 大 学 材 料 科 学 近 十 年 ESI 总 论 文 数 将 近 790 余 篇, 论 文 数 量 依 然 超 过 ESI 材 料 学 科 767 家 单 位 中 后 30 位 中 的 绝 大 部 分 机 构, 并 已 有 两 篇 论 文 进 入 top papers 行 列, 被 引 次 数 过 百, 今 年 年 底 材 料 科 学 进 入 ESI 之 1% 的 可 能 性 继 续 提 高 但 因 为 单 篇 引 用 次 数 依 然 不 高, 从 而 导 致 总 引 用 次 数 未 能 达 到 ESI 之 1% 的 要 求 因 而, 提 高 论 文 质 量 与 引 用 次 数 依 然 至 关 重 要 为 完 成 学 校 综 合 改 革 方 案 中 提 出 的 创 建 ESI 一 流 学 科 任 务, 学 校 出 台 了 创 建 ESI 一 流 学 科 资 源 优 化 配 置 办 法, 对 ESI 前 1% 贴 近 度 达 到 60% 的 学 科 启 动 创 建 工 作, 每 个 创 建 一 流 学 科 首 批 启 动 经 费 1000 万 元, 在 3-5 年 内 总 投 入 5000 万 元 建 设 经 费, 力 争 到 2020 年, 学 校 有 4-5 个 学 科 进 入 ESI 全 球 前 1%, 其 中, 以 材 料 科 为 代 表 的 优 势 学 科 正 在 以 较 强 的 发 展 势 头 向 前 迈 进, 为 建 设 特 色 鲜 明 的 世 界 一 流 矿 业 大 学 奠 定 学 科 基 础 ( 饶 中 浩 供 稿 ) 二 最 新 ESI 材 料 学 科 情 况 2016 年 3 月 18 日,ESI 更 新 了 最 新 的 数 据 库, 材 料 科 学 领 域 共 有 767 家 机 构 (201 年 1 月 是 751 家 机 构 ) 入 选 全 球 ESI 前 1%, 比 2015 年 11 月 份 多 了 29 家 机 构, 中 国 大 陆 新 增 加 了 西 南 大 学 昆 明 理 工 大 学 和 广 西 大 学, 分 别 位 居 ESI 全 球 第 和 746 位 最 近 增 加 的 3 所 大 陆 大 学 的 排 名 都 有 所 提 高, 其 中 安 徽 理 工 大 学 696 名 ( 和 2015 年 11 月 相 比 提 高 31 名 ), 济 南 大 学 706( 提 高 18 名 ), 黑 龙 江 大 学 708( 提 高 14 名 ) 材 料 领 域 入 选 机 构 从 738 增 加 到 767 说 明 全 球 从 事 材 料 科 学 领 域 的 单 位 在 增 加, 此 外 和 2015 年 11 月 相 比, 总 引 用 次 数 门 槛 值 从 3462 提 高 到 3611 次, 增 加 了 149 次 截 至 2015 年 12 月 31 日, 我 校 材 料 科 学 领 域 发 表 论 文 790 篇, 引 用 3213 次, 篇 均 引 用 4.07 次, 进 入 ESI 的 可 能 性 达 到 89.98% 但 是 和 2015 年 5 月 ESI 门 槛 值 相 比, 总 引 用 次 数 从 3128 提 高 到 3611, 即 总 引 用 次 13

14 数 增 加 了 483 次, 因 而 我 校 材 料 科 学 领 域 需 要 在 2017 年 初 把 总 引 用 次 数 提 高 到 4000 次 左 右 才 有 可 能 进 入 ESI 前 1%, 并 在 2018 年 初 达 到 5000 次, 从 而 可 以 保 证 在 ESI 前 1% 拥 有 牢 固 的 地 位 非 常 令 人 感 兴 趣 的 是, 本 次 入 选 的 最 后 一 名, 意 大 利 国 家 研 究 委 员 会 仅 仅 发 表 了 2 篇 论 文, 但 是 因 为 篇 均 引 用 次 数 达 到 了 1805 次, 因 而 也 进 入 ESI 前 1% 由 此 进 一 步 说 明, 论 文 的 引 用 非 常 重 要 2016 年 3 月 最 新 入 选 ESI 前 1% 材 料 科 学 领 域 最 后 27 家 机 构 论 文 信 息 全 球 排 名 机 构 名 称 论 文 数 总 引 用 次 数 单 篇 引 用 次 数 741 西 南 大 学 西 班 牙 阿 里 坎 特 大 学 意 大 利 卡 塔 尼 亚 大 学 昆 明 理 工 大 学 台 湾 国 家 同 步 辐 射 中 心 广 西 大 学 密 西 西 比 州 立 大 学 美 国 西 蒙 弗 雷 泽 大 学 美 国 阿 拉 巴 马 大 学 伯 明 翰 中 原 大 学 丹 麦 哥 本 哈 根 大 学 意 大 利 卡 拉 布 里 亚 大 学 法 国 鲁 昂 大 学 文 卡 特 斯 瓦 拉 大 学 印 度 普 纳 大 学 马 来 西 亚 TEKNOL 大 学 国 立 学 科 交 叉 研 究 所 卡 里 尼 亚 大 学 美 国 俄 克 拉 荷 马 州 立 大 学 俄 克 拉 荷 马 州 立 大 学 系 统 佩 鲁 贾 大 学 布 达 佩 斯 技 术 与 经 济 大 学 弗 莱 贝 格 应 用 大 学 日 本 精 细 陶 瓷 研 究 中 心 日 本 国 家 同 步 辐 射 中 心 加 泰 罗 尼 亚 高 等 研 究 院 意 大 利 国 家 研 究 委 员 会 三 ESI 最 近 两 年 材 料 领 域 全 球 十 大 Hot Papers ESI 随 时 统 计 过 去 两 年 相 关 领 域 研 究 热 点 (Hot papers), 并 按 照 其 引 用 次 数 进 行 排 序, 材 料 科 学 领 域 过 去 2 年 的 十 大 Hot paper 如 下 由 此 可 以 看 出, 以 太 阳 能 材 料 为 主 的 能 源 材 料 研 究 仍 然 是 全 球 热 点, 在 十 大 Hot Papers 占 到 6 篇 太 阳 能 领 域 的 研 究 非 常 14

15 活 跃, 电 池 材 料 的 种 类 和 电 池 效 率 不 断 提 高 1. 溶 剂 工 程 高 性 能 无 机 杂 化 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池,Nat Mater, 2014, 13: , 引 用 400 次. 排 名 上 升 1 位 2. 黑 磷 场 效 应 晶 体 管,Nat Nanotechnol, 2014, 9: , 引 用 380 次. 排 名 上 升 2 位 3. 可 控 制 形 态 的 高 性 能 平 面 异 质 结 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池,AdvFunct Mater, 2014, 24: , 引 用 352 次. 排 名 位 次 不 变 4. 刺 激 响 应 的 药 物 传 输 纳 米 载 体 材 料,Nat Mater, 2013, 12: , 引 用 339 次. 排 名 上 升 1 位 5. 第 25 届 年 会 论 文 : 有 机 / 高 分 子 聚 合 物 研 究 的 十 年,2013,Advan Mater,2013,25: , 引 用 256 次. 排 名 上 升 2 位 6. 聚 合 度 和 形 态 控 制 的 多 种 高 效 聚 合 物 太 阳 能 电 池,Nat Commun,2014,5: DOI: /ncomms6293, 引 用 231 次. 新 入 选 论 文 7. 转 换 效 率 为 12.6% 的 铜 锌 锡 硫 硒 薄 膜 太 阳 能 电 池 器 件 特 征,Adv Energy Mater, 2014,4: , 引 用 221 次. 新 入 选 论 文 8. 第 25 届 年 会 : 块 体 异 质 结 太 阳 能 电 池 : 运 行 机 制 的 理 解,Adv Mater,2014,26: 10-28, 引 用 191 次. 新 入 选 论 文 9. CH 3 NH 3 PbI 3 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池 的 高 电 荷 储 存 灵 活 性 与 寿 命 研 究,Adv Mater, 2014,26: , 引 用 186 次. 新 入 选 论 文 10. 一 种 来 自 石 榴 花 灵 感 设 计 的 大 规 模 锂 离 子 电 池 阳 极 纳 米 材 料,Nat Nanotechnol, 2014,9: , 引 用 186 次. 新 入 选 论 文 四 ESI 最 近 十 年 材 料 领 域 全 球 十 大 Highly Cited Papers ESI 定 期 统 计 过 去 十 年 相 关 领 域 高 引 用 论 文 (Highly Cited papers), 并 按 照 其 引 用 次 数 进 行 排 序, 材 料 科 学 领 域 过 去 10 年 的 十 大 Highly Cited paper 如 下 由 此 可 以 看 出, 大 部 分 论 文 出 自 自 然 集 团 旗 下 Nature Materials 期 刊 (7 篇 ), 此 外 有 2 篇 论 文 同 样 出 自 自 然 集 团 旗 下 的 Nature Nanotechnology, 因 而 关 注 自 然 集 团 旗 下 期 刊 对 于 发 表 高 引 用 论 文 十 分 重 要, 尤 其 是 材 料 科 技 工 作 者 要 时 刻 关 注 Nature Materials 的 论 文, 该 期 刊 论 文 极 有 可 能 预 示 着 未 来 十 年 的 研 究 热 点 和 上 期 相 比, 高 引 用 论 文 除 了 引 用 次 数 的 变 化 之 外, 入 选 论 文 和 排 序 没 有 任 何 变 化, 从 而 表 明, 该 十 大 论 文 在 其 研 究 领 域 具 有 较 持 久 的 影 响 力 1. 石 墨 烯 的 崛 起,Nat Mater, 2007, 6: , 引 用 次. 排 名 位 次 不 变 2. 材 料 电 化 学 电 容 器,Nat Mater, 2008, 7: , 引 用 4168 次. 排 名 位 次 不 变 3. 可 加 工 的 水 分 散 的 石 墨 烯 纳 米 片,Nat Nanotechnol, 2008, 3: , 引 用 3785 次. 排 名 位 次 不 变 4. 共 混 聚 合 物 自 组 装 液 相 加 工 高 效 聚 合 物 电 池,Nat Mater, 2005, 4: , 引 用 3512 次. 排 名 位 次 不 变 5. 先 进 能 量 转 换 和 存 储 设 备 用 纳 米 结 构 材 料,Nat Mater, 2005, 4: , 引 用

16 次. 排 名 位 次 不 变 6. 染 料 敏 化 太 阳 能 纳 米 线,Nat Mater, 2005, 4: , 引 用 3396 次. 排 名 位 次 不 变 7. 纳 米 尺 度 控 制 的 界 面 网 络 形 态 的 热 稳 定 高 效 聚 合 物 太 阳 能 电 池,AdvFunct Mater, 2005, 15: , 引 用 3114 次. 排 名 位 次 不 变 8. 量 子 点 生 物 结 合 物 成 像 标 签 和 传 感,Nat Mater, 2005, 4: , 引 用 2828 次. 排 名 位 次 不 变 9. 用 石 墨 烯 检 测 单 个 气 体 吸 附 分 子 特 征,Nat Mater, 2007, 6: , 引 用 2782 次. 排 名 位 次 不 变 10. 石 墨 烯 的 化 学 制 备 方 法,Nat Nanotechnol, 2009, 4: , 引 用 2751 次. 排 名 位 次 不 变 五 材 料 领 域 ESI 期 刊 排 名 ESI 定 期 根 据 过 去 十 年 总 引 用 次 数 公 布 期 刊 排 名 情 况, 由 此 反 映 期 刊 的 综 合 影 响 力 下 表 为 最 新 公 布 的 材 料 领 域 二 十 大 引 用 次 数 最 高 的 期 刊, 其 中 材 料 人 熟 悉 的 Adv mater 排 名 第 一, 而 Nat Mater 却 排 名 第 五, 这 是 由 于 Nat Mater 发 表 了 较 少 高 水 平 论 文 导 致 的 结 果, 但 是 可 以 看 到 Nat Mater 是 前 二 十 大 期 刊 中 单 篇 引 用 次 数 唯 一 超 过 160 的 期 刊, 而 Nat Nanotechnol 的 单 篇 引 用 次 数 也 达 到 129 次, 即 自 然 集 团 旗 下 的 期 刊 在 材 料 领 域 具 有 强 大 的 影 响 力 此 外,J alloys Compounds 和 Appl Surf Sci 由 于 具 有 较 高 的 发 文 量 也 进 入 前 十 名 排 序 期 刊 名 发 文 数 量 总 引 用 次 数 单 篇 引 用 次 数 1 ADVAN MATER 8, , BIOMATERIALS 8, , J MATER CHEM 10, , CHEM MATER 9, , NAT MATER 1, , ADV FUNCT MATER 5, , J ALLOYS COMPOUNDS 23, , NANOTECHNOL 11, , APPL SURF SCI 18, , MATER SCI ENG A-STRUCT MATER 14, , NAT NANOTECHNOL 1, , THIN SOLID FILMS 15, ,

17 13 ACTA MATER 7, , SMALL 4, , MATER LETT 13, , SOFT MATTER 7, , SURF COAT TECH 10, , ACS APPL MATER INTERFACES 9, , SCRIPTA MATER 5,540 86, J MATER SCI 10,152 85, ( 冯 培 忠 供 稿 ) 学 院 科 技 动 态 近 期 学 术 及 交 流 活 动 日 本 东 北 大 学 原 校 长 井 上 明 久 教 授 访 问 我 校 2016 年 1 月 日, 日 本 东 北 大 学 原 校 长 日 本 学 士 院 院 士 曾 获 得 诺 贝 尔 奖 提 名 的 著 名 材 料 科 学 家 井 上 明 久 教 授 访 问 我 校 为 学 校 师 生 作 了 题 为 块 体 金 属 玻 璃 及 相 关 亚 稳 合 金 的 发 展 和 应 用 的 学 术 报 告, 并 参 观 了 我 校 材 料 学 院 材 料 加 工 成 型 等 实 验 室, 对 实 验 室 建 设 给 予 了 高 度 评 价 此 外, 井 上 明 久 教 授 还 与 我 校 材 料 物 理 化 学 等 相 关 学 科 的 部 分 青 年 教 师 进 行 座 谈, 就 高 级 非 平 衡 态 材 料 绿 色 非 晶 材 料 的 研 究 应 用 以 及 相 应 研 究 所 组 织 机 构 实 验 室 建 设 学 术 顾 问 聘 请 等 话 题 进 行 了 交 流 井 上 明 久 教 授 是 世 界 著 名 材 料 学 家 大 块 金 属 玻 璃 材 料 科 学 领 域 的 创 始 人 之 一 他 于 2006 年 11 月 至 2012 年 9 月 担 任 日 本 东 北 大 学 校 长,2006 年 当 选 日 本 学 士 院 ( 相 当 于 中 国 科 学 院 ) 院 士,2008 年 当 选 美 国 工 程 院 院 士, 并 曾 得 到 诺 贝 尔 物 理 学 奖 提 名 ( 节 选 自 中 国 矿 业 大 学 新 闻 网 ) 英 国 利 物 浦 大 学 及 瑞 典 吕 勒 奥 理 工 大 学 学 者 应 邀 来 学 院 做 学 术 交 流 应 学 院 冯 培 忠 老 师 邀 请, 英 国 利 物 浦 大 学 张 海 飞 老 师 于 3 月 23 日 为 材 料 学 院 师 生 作 了 题 为 Porous Materials by Ice Templating and Their Applications 的 学 术 报 告 3 月 29 日, 瑞 典 吕 勒 奥 理 工 大 学 Farid Akhtar 副 教 授 作 了 题 为 Nanoporous Adsorbents: from Porous Powders to Structured Materials 的 学 术 报 告 ( 顾 修 全 宋 健 供 稿 ) 17

18 每 期 一 星 : 超 疏 水 表 面 大 面 积 仿 生 构 建 超 疏 水 表 面 不 仅 具 有 自 清 洁 功 能, 而 且 还 具 有 防 电 流 传 导 防 腐 蚀 防 水 防 雾 防 霉 防 雪 防 霜 冻 防 黏 附 防 污 染 降 阻 等 功 能, 因 而 在 交 通 运 输 工 具 服 装 纺 织 液 体 输 送 生 物 医 学 日 用 品 与 包 装 建 筑 以 及 微 量 分 析 等 领 域 都 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 综 合 分 析 国 内 外 的 超 疏 水 表 面 研 究 现 状 可 以 发 现 : 现 有 方 法 获 得 超 疏 水 材 料 多 为 高 分 子 材 料 和 Cu Sn Zn 软 金 属 材 料 等, 本 身 硬 度 较 低, 因 此 这 些 小 尺 寸 的 微 纳 米 结 构 容 易 发 生 磨 损 破 坏, 导 致 超 疏 水 性 失 效, 另 外 现 有 方 法 无 法 制 备 大 面 积 超 疏 水 表 面 因 此, 虽 然 各 国 在 超 疏 水 表 面 的 研 制 方 面 已 投 入 大 量 工 作, 但 由 于 上 述 研 究 不 足, 目 前 对 超 疏 水 材 料 的 研 究 仍 处 于 基 础 阶 段, 在 获 得 广 泛 应 用 之 前 还 有 许 多 问 题 需 要 进 行 深 入 研 究 摩 擦 学 与 可 靠 性 工 程 科 研 团 队 教 师 刘 洪 涛 老 师 根 据 科 研 实 践 和 构 想, 在 国 家 自 然 基 金 支 持 下, 提 出 了 系 列 硬 金 属 基 超 疏 水 膜 的 仿 生 构 建 方 法, 建 立 了 荷 叶 表 面 微 观 结 构 分 形 模 型, 并 依 据 该 模 型, 在 舰 船 工 程 机 械 等 常 用 钢 Q345 表 面 成 功 大 面 积 制 备 了 Fe 基 Ni 基 Ni-Cr 基 等 仿 生 电 刷 镀 超 疏 水 表 面, 并 对 其 形 貌 分 形 结 构 疏 水 机 理 及 耐 候 性 能 耐 磨 性 能 等 进 行 了 研 究 ; 针 对 金 属 材 料 进 行 了 基 于 无 槽 电 化 学 腐 蚀 法 快 速 制 备 铁 基 钛 合 金 镁 铝 合 金 等 超 疏 水 表 面 的 研 究 另 外, 团 队 以 超 疏 水 材 料 的 可 用 性 为 研 究 目 的, 开 发 了 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 整 体 复 合 超 疏 水 材 料 透 明 超 疏 水 涂 料 及 橡 胶 超 疏 水 复 合 材 料 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 整 体 复 合 超 疏 水 材 料 在 保 持 超 高 分 子 量 聚 乙 烯 高 强 度 等 力 学 性 能 的 同 时, 还 具 备 了 良 好 超 疏 水 自 修 复 性 能 和 疏 冰 性 能, 当 超 疏 水 性 能 失 效 时 通 过 简 单 处 理 即 可 重 新 获 得 超 疏 水 表 面 透 明 超 疏 水 涂 料 可 用 于 太 阳 能 面 板 防 尘 汽 车 视 镜 防 雨 等 橡 胶 超 疏 水 复 合 材 料 拟 用 于 野 外 电 18

19 线 电 缆 的 防 冻 雨 等 方 面 上 述 研 究 成 果 已 形 成 科 研 论 文 近 10 篇, 目 前 已 发 表 4 篇, 其 中 3 篇 在 材 料 学 科 ESI 前 5% 的 期 刊 上 发 表 ; 申 请 国 家 发 明 专 利 4 项, 国 际 发 明 专 利 (PCT)1 项 征 稿 通 知 材 料 科 技 简 报 是 以 宣 传 材 料 学 院 的 科 研 成 果, 为 广 大 师 生 提 供 学 术 交 流 的 平 台, 并 推 动 冲 击 ESI 前 1% 的 发 展 目 标 为 创 刊 目 标 的, 面 向 学 校 及 全 院 师 生 发 行 的 双 月 刊 出 版 物, 每 年 5 期, 内 容 涵 盖 1 材 料 热 点 关 注 2 材 料 发 展 前 沿 3ESI 动 态 与 追 踪 和 4 学 院 科 技 动 态 四 个 组 成 部 分 投 稿 注 意 事 项 : 1. 内 容 新 颖, 语 言 精 练, 资 料 可 靠 各 部 分 投 稿 内 容 要 求 如 下 : 1 材 料 热 点 关 注 : 材 料 科 学 最 顶 级 期 刊 的 最 热 门 最 新 研 究 成 果 介 绍, 要 求 字, 配 图 一 张 ( 占 三 分 之 一 版 为 宜 ), 总 共 占 一 个 版 面 ( 纯 文 字 约 1000 字 一 版 ); 2 材 料 发 展 前 沿 : 针 对 1) 新 能 源 材 料,2) 碳 及 矿 物 材 料,3) 生 物 及 仿 生 材 料, 三 个 领 域 的 最 新 研 究 成 果 综 述, 可 配 图, 要 求 字, 占 一 个 半 至 两 个 版 面 ; 3ESI 动 态 与 追 踪 : 内 容 与 ESI 相 关, 格 式 不 限, 字 数 不 限, 比 如 介 绍 全 国 ESI 发 展, 江 苏 ESI 情 况, 同 类 高 校 ESI 情 况, 某 一 个 高 引 用 ESI 论 文 的 解 读 等 等 4 学 院 科 技 动 态 : 近 期 学 术 交 流 成 果 发 表 项 目 申 请 等 有 关 动 态 的 报 道, 要 求 字 ; 2. 文 章 必 须 经 由 作 者 本 人 完 成, 杜 绝 抄 袭 投 稿 截 止 时 间 为 : 奇 数 月 的 5 日 前 ; 3. 请 在 来 稿 末 尾 附 上 作 者 姓 名, 工 作 单 位, 电 话 号 码 和 电 子 邮 箱 ; 4. 来 稿 确 保 不 涉 及 保 密 署 名 无 争 议 等, 文 责 自 负 ; 5. 本 刊 有 权 对 文 稿 进 行 修 改 6. 文 章 必 须 是 电 子 版, 请 直 接 发 送 电 子 邮 件 ( word 文 档 ) 至 : jianghao.qiao@cumt.edu.cn( 请 务 必 在 邮 件 主 题 中 写 明 作 者 姓 名 或 文 章 题 目, 以 便 查 询 ) 具 体 事 宜 请 与 乔 江 浩 老 师 联 系, 电 话 : 特 别 提 示 : 稿 件 经 审 核 通 过 后, 会 邮 件 通 知 作 者, 并 根 据 稿 件 篇 幅 和 质 量 提 供 稿 酬 材 料 科 技 简 报 编 辑 部 : 组 长 : 强 颖 怀, 张 惠 忠 副 组 长 : 张 德 坤, 冯 培 忠 成 员 : 顾 修 全, 宋 健, 鞠 治 成, 何 业 增, 乔 江 浩 19