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科学家成功制备1.3微米超薄电极，5000次循环后仅出现1.7%形变，与工业化器件生产工艺高度兼容

扫码报名加入对于院士，很多材料领域的从业者都并不陌生。目前，任职于新加坡南洋理工大学的他已经培养出大量的“材料人”，其中有多位已经回国发展。来自河北唐......

2023-07-11科学家出现高度工艺

科学家开发新型三维光声成像设备，可对大鼠心脏和心血管无创功能成像

“心脏一直是光声成像较难触及的领域，因为心脏周边的肋骨和肺会遮挡超声信号。我们建造了新型光声成像设备以提供更大的超声探测孔径，同时也优化了激光照射以增加成像深度。此外，我们在放置大鼠的时候，会把它的前腿拉伸开，就像扩胸运动一样，这样可以更大限度地减少肺对心脏的遮挡，有利于提高成像质量的稳定性。”浙江大学生物医学工程与仪器科学学院博士生导师表示。图丨林励（来源：）近期，他和团队在改进此前开发的三维光声计算层析成像（three-dimensional photoacoustic computed tomography，3D-PACT）平台的基础上，实现了大鼠心脏无创三维成像，基于对照明和探测方案的优化，能够很好地降低通过胸壁的光学衰减和声学失真的影响。从成像效能上看，3D-PACT 平台可以在 10 秒钟内完成对大鼠心脏的快速扫描，并清晰地显示心脏的解剖结构、收缩舒张过程，以及心血管的分布和血流动态。此外，该团队通过 3D-PACT 平台，分别对健康、高血压和肥胖大鼠进行了检测，通过光学对比度展现了其心腔尺寸、心室壁厚度和血流动力学的差异。2023 年 1 月 3 日，相关论文以《大鼠心脏解剖和功能的无创光声计算机断层扫描》（）为题发表在 Light: Science & Applications 上[1]。图丨相关论文（来源：Light: Science & Applications）浙江大学研究员和加州理工学院光学成像实验室博士研究生仝鑫为论文的共同第一作者，加州大学洛杉矶分校生物工程系（Tzung K. Hsiai）教授和加州理工学院光学成像实验室（Lihong V. Wang ）教授为论文的共同通讯作者。据介绍，作为一项新兴生物医学成像技术，PACT 结合了来自传统光学成像的光学对比度优势和来自传统超声成像的声学分辨率优势，前者可以增加成像信息的丰富程度，后者能够在几厘米的成像深度内仍保持较高的分辨率。由于现有的一部分 PACT 系统在成像速度、深度和图像质量等方面仍有局限，给该技术的推广和应用造成了阻碍。为了解决这些问题，及团队开发了上述 3D-PACT 平台，使其拥有穿透深、速度快、成像范围可调、空间分辨率均一、图像质量高等特点[2]。但是，要把该 3D-PACT 平台成功应用于大鼠心脏无创成像，必须克服以下挑战：首先，位于心脏周围的肺和肋骨会对光声信号造成一定的干扰和阻断；其次，血红蛋白和肌红蛋白强吸光特性会减小成像深度；此外，成像周期性跳动的心脏需要采用实时成像或运动校正机制，才能提供清晰影像。为此，该团队对 3D-PACT 平台进行了改进，优化了小动物操作与光照策略，并将其与心电图同步用于数据采集，进而无创、清晰地展示了活体大鼠心脏的整体解剖结构和功能特性。图丨通过 3D-PACT 获得的大鼠心脏结构图像（来源：Light: Science & Applications）具体而言，3D-PACT 拥有一个超大的超声孔径，可以提供半全景超声探测视角，有助于减弱肋骨和肺部组织对超声信号的遮挡。同时，波长为 1064 纳米的光照，在生物组织中经过相对较少的散射，达到更深的穿透深度，覆盖整个心脏。此外，在扫描过程中，通过同步 3D-PACT 与心电图测量，利用心跳周期引导光声信号时间门控采集。“由于光声成像在人体乳腺成像中优势较为突出，所以我研发这个设备最早的用意主要是针对乳腺癌成像的，它能在 10 秒内完成全乳腺扫描并提供4厘米的成像深度。但因为疫情的影响，我们便将其拓展到临床前研究。起初是用该设备做小动物脑成像，获得了令人兴奋的结果，我就在想为什么不试试心脏成像呢？于是在经过一系列摸索与改进后实现了现在的结果。”说。图丨健康、高血压和肥胖大鼠心血管血流动力学比较（来源：Light: Science & Applications）在应用层面，该团队研发的 3D-PACT 拥有非常广泛的应用场景，可以用于大多体表病灶，包括乳腺癌、甲状腺癌、皮肤癌等，同时也具备成像婴幼儿心脏和心血管的潜力。“光声层析成像的深度在乳腺中可以达到 4 至 5 个厘米，在大脑皮层中可以达到 1 厘米左右，在皮肤中也可以达到 1 至 2 个厘米，而且它的成像尺度也可以按需调整。”介绍道。值得一提的是，光声成像不仅在扫描速度等方面与现有技术形成了优势互补，其提供的光学成像信息也是传统医学影像技术所不易获得的。该团队希望在未来开发更先进光声成像技术和方法，为解决医学问题和临床需求提供帮助。参考资料：1. Lin, L., Tong, X., Cavallero, S. et al. Non-invasive photoacoustic computed tomography of rat heart anatomy and funct

2023-07-11成像科学家开发新型

科学家将高熵材料概念应用于固体电解质开发，证实高熵金属阳离子混合物可显著提高离子电导率

“之所以说它有趣，是因为几年前连我自己也觉得这个领域是一个笑话。但是，这项研究却表明该领域存在着巨大的潜力。甚至可能会改变整个电池材料供应链的现状”谈及最新论文成果所涉及的研究领域，佛罗里达州立大学助理教授表示。近期，他和美国劳伦斯伯克利国家实验室格布兰德·希德（）教授课题组，将高熵材料的概念应用到固体电解质的开发中，证明了可以通过加入高熵合金阳离子混合物，来促进离子电导率的提升。图丨高熵材料的离子电导率和成分无序的相关表征（来源：Science）2022 年 12 月 22 日，相关论文以《促进离子电导率的高熵机制》（）为题在 Science 上发表[1]。图丨相关论文（来源：Science）美国劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部研究员为论文的第一作者，佛罗里达州立大学化学与生物化学系助理教授和美国劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部格教授为论文的共同通讯作者。图 | 从左到右：欧阳彬、（来源：资料图）在同期 Science 上，德国卡尔斯鲁厄理工学院纳米技术研究所的米里亚姆 ·博特罗斯（）博士和于尔根 ·雅内克（）教授，撰写了题为《拥抱固态电池的无序》的评论文章[2]。事实上，在材料领域最为热门的十大关键词中，“高熵合金”和“电池材料”一直榜上有名。高熵合金领域的学者主要聚焦机械性能，电池材料领域的学者则重点关注电化学性能。如果把这两个本不相干的领域叠加在一起研究，很容易被打上“炒概念”的标签。与此同时，之前也并没有任何理论或研究表明，高熵材料可以为电池的电化学性能提供助益。“虽然我曾在 2020 年合作发表过一篇 Nature Materials 论文，发现高熵对于特定的电极材料来说是有帮助的，但是我们当时并不确定高熵对电池材料是否具有普适意义。”说。而这项研究取得的成果，彰显了该领域具备的巨大潜能。其有利于高熵电池材料提供一种在不需要钴或富镍（在正极材料中）或者锗或钛（固态电解质中）等“关键元素”的条件下，让电池实现目标性能的方案，从而更好地解决电池的材料供应链问题。“当然我们目前只是提出了理论和实验证据去证实和描述这件事情的可行性和运行机理，还需要很多后续工作才能真正实现商业化。”解释道。据介绍，由于无序材料会给离子扩散的能量路径带来随机扰动，增加能量的局域最低值态产生的可能性，这个其实在半导体很常见，就是指输运过程中电子被能量势井给限制住。因此在研究一开始，他和自己的博士后导师格教授秉持的是与最终研究结果相反的态度，甚至考虑撰写一篇文章，否定用高熵材料做电池的普遍意义。但他经过不断思考，重新得出了一个想法。“材料的离子导率除了和载流子的浓度有关，还与扩散势垒有关。只要扩散势垒能够被降低，离子导率会指数级别增加，这时候损失一点载流子浓度也没什么，因为载流子浓度的降低只会线性降低导率。”图丨结构变形对晶格位点能量和渗流的影响（来源：Science）基于此，和进行了仔细的讨论与推敲，并分别完成了一系列计算和相应的控制变量实验，最终成功证实了该想法。此外，值得一提的是，之前科学家们在研究高熵合金时发现其具有高熵、鸡尾酒效应、晶格畸变大和动力学缓慢这四大特性，而该研究则在能源材料领域为动力学缓慢这一传统认识提供了反例和理论支撑。图丨三种高熵氧化物的合成及结构（来源：Science）从应用层面上看，该研究探讨的是固体中离子导率的问题，所以未来所有与原子/离子扩散相关的问题，都可以从该成果出发并开展下一步探讨。目前，所在的佛罗里达州立大学的课题组，已经得到了 SDI 等企业的资助，将继续开展对高熵电池材料的研究。与此同时，美国一些企业也开始了关于这类材料的研发之路。“我希望在不远的将来，商业化的能源材料中会有高熵材料的一席之地。”说。关于该项研究的后续计划，也介绍了以下三个方面。首先，他将带领课题组侧重于研究高度无序材料在能源领域的应用，比如高熵材料、无定型材料等。这也是材料计算领域的难点，他的课题组希望通过突破理论难点要给技术和产品带来新的思路。其次，由于高熵电池材料领域的研究工作还非常有限，因此未来其将会积极与外界联合，推动该领域向深入细致的方向发展。考虑到商业化的很多电池材料，比如层状三元正极材料和石榴石固态电解质都经过了大量学者反复的推敲和迭代。高熵电池材料也需要经历类似的过程以及更多专家学者的严格推敲。然后，基于高熵材料本身的一些成分结构特性，推动新的材料研究方式的产生。比如，机器学习显然会在这个领域非常重要，同时我们也需要特殊的机器学习的方式，因为这里面的化学组分以及合成空间很多时候是不能够用传统的基于暴力穷举的办法去做取样和机器学习训练的。“我希望自己在这篇文章中做的一些阐述，能够激发起那些准备进入科研圈的年轻学生对这个领域的兴趣。同时，我们课题组在未来几年会持续招收博士和博士后，欢迎感兴趣的同学加入，为无序能源材料

2023-07-11高熵科学家金属离子

科学家实现陶瓷量子点的可溶液加工，将面向Micro-LED投入应用

何梦达是澳门科技大学李良教授团队的一名博士。最近，由他担任第一作者的新论文发表。谈及该论文他表示：“某个周三的上午，如往常一样在实验室中摸索的我接到一通电话——李良教授让我到办公室。李老师和我分享了他的灵感：假如可以实现小尺寸、可溶液加工的陶瓷级别稳定的量子点材料，对于推动量子点在 Micro-LED 色转化层中的应用具有重要意义。就这样，我们完成了这一奇妙想法的初步构思。”有趣的是，又是一个周三的上午，这项工作收获了第一颗果实，何梦达被通知论文被接收。图 | 李良（来源：资料图）要想理解这篇论文，先得从微型发光二极管（Micro-LED）技术说起,这种技术可以将单个尺寸小于 50μm 的 LED 芯片阵列化、微小化，然后寻址巨量转移到集成电路上，从而作为独立发光像素实现主动发光矩阵式显示。相较于液晶显示（light-emitting diode，LED）、有机发光二极管（OLED）以及量子点发光二极管（QLED）等技术，Micro-LED 不仅是自发光，而且具有超高像素、超高解析率、高亮度、高能效及长寿命等优势，在大屏、中小型及微型显示器件中均具有重要应用。虚拟现实/增强现实（VR/AR）等技术，一般要求显示器的亮度范围达到 10000-50000nits，这给当前的 OLED 和 QLED 等技术带来了一定挑战。相比之下，Micro-LED 则是 VR/AR 显示最有力的候选技术，在实现高亮度情况下可以同时保持合理的功耗和紧凑性。除 VR 和 AR 外，Micro-LED 在高端电视、手机、可穿戴设备等方面应用也潜力巨大。虽然 Micro-LED 的显示应用前景逐渐明朗，然而现阶段还存在诸多技术挑战有待解决。而在目前，采用 “UV/蓝光 Micro-LED + 颜色转换层”技术，是一种可行的全彩化方案。该方案中的颜色转换单元的像素点尺寸、发光性能、稳定性以及均匀性，都将直接影响显示效果。因此，组成色转换层的荧光材料，是该方案的关键要素之一。目前可用于色转化的稀土掺杂陶瓷荧光粉材料虽然荧光效率高，应用成本低且寿命长，但其颗粒尺寸较大（1-20μm），难以匹配同样处于微米级尺寸的蓝光 Micro-LED 芯片。同时，陶瓷荧光粉的吸光截面较小、且半峰宽较宽，有效出光率也比较低，这导致 Micro-LED 器件的整体出光效率偏低，因此会增加器件的功耗。传统胶体量子点荧光材料包括 CdSe、InP 及钙钛矿量子点等，尺寸通常在 1-10nm 之间，具有光吸收系数大、荧光效率高、发射半峰宽窄、发射光谱可调、可溶液加工等优点，所制备的量子点转换层具有自动化水平高、重复性好、精确度高和可图案化等优势，非常适用于 Micro-LED 显示领域。基于此，一些科研团队已经取得了阶段性的成果，实现了量子点色转化层的制备以及与 Micro-LED 器件的耦合。但是其产业化进程缓慢，在芯片耦合过程中，高亮度、高通量的 Micro-LED 芯片，对量子点的稳定性提出了挑战。主要原因在于，量子点在水、氧、光、热等条件下，会造成结构破坏和荧光衰减，从而直接影响光学性能。同时，与传统稀土掺杂荧光相比，量子点由于本身的制备工艺相对复杂，致使成本比较高。因此，本征稳定性挑战和制造成本，成为制约传统量子点材料大规模应用于 Micro-LED 领域的主要瓶颈问题。很显然，Micro-LED 行业亟需一种如量子点般可溶液加工（小尺寸）和发光性能（窄峰、高效等）优异，又如陶瓷荧光粉一样超稳定和低成本的荧光材料。陶瓷荧光粉的纳米化研究已开展多年，但其尺寸减小导致的比表面积增大和缺陷增多，致使荧光效率急剧下降。而另一方面，将量子点的稳定性提升至陶瓷级别并保持其溶液加工性，从材料加工的角度来看，存在着巨大的技术挑战。（来源：ACS Energy Letters）为此李良课题组采用了一种基于 K2CO3 的选择性烧结策略，将量子点的稳定性提升至陶瓷级别，并能保持其溶液加工性。近日，相关论文以《用于微型发光二极管中高效颜色转换的超稳定、可溶液加工的 CsPbBr 3 -SiO 2 纳米球》（）为题发在 ACS Energy Letters 上，是该期刊当月最高下载论文之一。图 | 相关论文（来源：ACS Energy Letters）何梦达和张庆刚是共同第一作者，意大利米兰-比科卡大学塞尔吉奥·布罗韦利（Sergio Brovelli）教授和李良教授担任共同通讯作者。图 | 何梦达（来源：何梦达）论文中，他们详细介绍了一种合成方法，即让 CsPbBr3 纳米晶体嵌入到介孔二氧化硅纳米颗粒中，在完全密封孔道的同时而不引起纳米球颗粒间交联和聚集。合成的材料用作 Micro-LED 的下转换荧光粉。此次材料的成功研制，意味着为 Micro-LED 行业基础荧光材料研发找到了一条新路径。

2023-07-11科学家实现陶瓷量子