【综述】最新Science：从纳米结构单元到宏观器件

研究背景

对于分散在第二相基体中的纳米颗粒而言，从不同尺度上调节分级结构的尺寸，能对材料的光学、电学、磁学、力学、输运性质以及不同性质之间的耦合效应进行精细的调控。

纳米颗粒的集合体往往表现出与单个纳米颗粒截然不同的性质。利用这些性质有望制备基于纳米材料的智能可穿戴器件、电池及催化剂。

然而，从实验室合成的纳米结构单元到实际生产的器件之间存在一道巨大的鸿沟，主要集中在以下三个方面：

(1) 无论是纳米结构单元的制备方法还是将纳米结构单元进行图案化的途径都十分有限，难以达到器件所要求的尺度；

(2) 组装器件时，往往需要将几种材料进行复合。在复合过程中，缺乏在不同材料之间构建联系并保护各组分功能的有效方法；

(3) 无论是对孤立的纳米材料还是多组分复合体系，都缺乏对于热学及力学稳定性的深刻理解。

因此，需要大力推进纳米材料的基础研究和加工技术，跨越横贯在纳米结构单元和宏观器件之间的巨大鸿沟。

综述概况

为了促进不同学科之间的理解及衔接，美国加利福尼亚大学Daniel S. Gianola（通讯作者）等对纳米颗粒的合成与组装、纳米颗粒在多尺度下的组装与图案化、力学稳定性及其表征手段等关键进展进行了综述及评估。

该综述聚焦于在不同领域之间建立联系，既致力于设计并构筑规整的纳米结构单元，又深度探讨了基于纳米结构单元组装实用器件的可行途径。

最后，该综述点明了目前研究人员面临的挑战，主要包括以下三个方面：

(1) 基于纳米颗粒-流体系统进行大规模自组装及图案化的方法仍有待改进；

(2) 纳米复合材料的力学稳定性有待提高；

(3) 纳米材料的构效关系有待探究，尤其是晶界、相界、畴界、缺陷对于材料性能的影响。

该综述以“Bridging functional nanocomposites torobust macroscale devices”为标题于2019年6月28日发表在国际顶刊Science上。

图文导读

图一、从纳米结构单元到宏观器件：一门涉及多尺度、多学科的学问

图二、纳米复合材料在实际器件中的应用实例

图三、纳米颗粒的合成、自组装及3D打印技术

图四、纳米复合材料的制备及图案化

图五、增强纳米材料力学性能的基本策略

文献信息

Bridging functional nanocomposites torobust macroscale devices ( Science，2019，DOI:10.1126/science.aav4299)

文献链接：

https://science.sciencemag.org/content/364/6447/eaav4299.full