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【頂刊速覽】一探材料期刊帶頭大哥Nature Materials真面目，TOP期刊，IF高達47.656

來源：時間：2022-11-25 17:23:43 瀏覽：2318次

Nature Materials, 隸屬于Nature出版集團(Nature Publishing Group，簡稱NPG)，創(chuàng)刊于2002年9月，月刊發(fā)行。Nature Materials重在關(guān)注材料科學(xué)與工程全領(lǐng)域的前沿研究，涵蓋材料合成/加工、結(jié)構(gòu)/成分、性質(zhì)/性能以及應(yīng)用等各個方面。

期刊出版范圍包括有：

（1）工程和結(jié)構(gòu)材料，如金屬、合金、陶瓷、復(fù)合材料；

（2）有機物和軟質(zhì)材料，如玻璃、膠體、液晶、聚合物；

（3）仿生、生物醫(yī)學(xué)和生物分子材料；

（4）光學(xué)、光子和光電材料；

（5）磁性材料；

（6）電子材料；

（7）超導(dǎo)材料；

（8）催化和分離材料；

（9）能源材料；

（10）納米級材料和工藝；

（11）計算、建模和材料理論；

（12）表面和薄膜；

（13）材料設(shè)計、合成、加工和表征技術(shù)。

期刊發(fā)文類型包括：

primary research, review articles, perspectives, news and views, commentaries, correspondence等。

目前，該期刊已經(jīng)被包括SCIE在內(nèi)的眾多數(shù)據(jù)庫收錄，ISSN 1476-4660 (online)，ISSN 1476-1122 (print)，中科院1區(qū)，JCR1區(qū)，TOP期刊，影響因子47.656。為了一覽Nature Materials的風(fēng)采，筆者特意選取了2022年近期具有代表性的研究型論文進行介紹，希望能夠給相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者們帶來一絲啟發(fā)。

1

有史以來最堅韌、可拉伸的離子凝膠！

與傳統(tǒng)水凝膠相比，離子凝膠具有優(yōu)異的離子導(dǎo)電率、高熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性和非揮發(fā)性等特性，是應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動器、可穿戴設(shè)備和儲能裝置等領(lǐng)域的理想材料。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)離子凝膠都存在機械強度和韌性低的缺陷。

為此，西安交通大學(xué)胡建和北卡羅來納州立大學(xué)Michael D. Dickey等人基于兩種具有不同溶解度的聚合物單體在離子液體中隨機共聚，原位生成相分離的彈性和剛性結(jié)構(gòu)，進而一步獲得了超堅韌和可拉伸的離子凝膠。

研究結(jié)果表明，丙烯酰胺和丙烯酸在1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸鹽中共聚形成了宏觀均質(zhì)共價網(wǎng)絡(luò)，并伴有原位相分離。其中，富聚合物剛性相能夠形成氫鍵以增強韌性，而富溶劑彈性相則促使凝膠保持機械完整。所制備的離子凝膠既具有目前最高的斷裂強度(12.6 MPa)、斷裂能(~24 kJ m?2)和楊氏模量(46.5 MPa)，又表現(xiàn)出高度的可拉伸性(~600%的應(yīng)變)以及自愈合和形狀記憶特性。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01195-4

2

固體過程中化學(xué)-力學(xué)關(guān)系的圖像學(xué)習(xí)

自然界大多數(shù)物理過程的基礎(chǔ)是本構(gòu)關(guān)系。然而，在非均質(zhì)固體中學(xué)習(xí)這種關(guān)系仍有難度，例如主導(dǎo)固體中化學(xué)-機械膨脹的組成和本征應(yīng)變之間的關(guān)系。

為此，斯坦福大學(xué)的William C. Chueh和加利福尼亞大學(xué)的Andrew M. Minor等人開發(fā)了一個可推廣的、物理約束的圖像學(xué)習(xí)框架，可從相關(guān)四維掃描透射電子顯微鏡和X射線光譜圖像中對納米尺度的化學(xué)-力學(xué)本構(gòu)關(guān)系進行算法學(xué)習(xí)。在文中，作者以電池正極材料Li_xFePO₄為例，揭示了兩相二元固體在整個組成范圍(0≤x≤1)內(nèi)的組成-本征應(yīng)變關(guān)系的函數(shù)形式，并直接驗證了Vegard的納米尺度線性響應(yīng)定律。

同時作者指出，其所采用的物理約束數(shù)據(jù)驅(qū)動方法只有在直接可視化殘余應(yīng)變場(通過去除成分應(yīng)變和相干應(yīng)變)時才能實現(xiàn)量化處理。此外，作者指出殘余應(yīng)變的非均勻性是由位錯錯配引起的，這與X射線衍射剖面分析結(jié)果一致。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01191-0

3

用于4V-鋰金屬電池的穩(wěn)定無腐蝕性磺胺鹽

LiTFSI鹽因其良好的穩(wěn)定性和無毒性特點，被廣泛用作于鋰金屬電池的電解液導(dǎo)電鹽。然而，LiTFSI基電解質(zhì)在高電位下(>3.8 V vs. Li/Li⁺)對于鋁集流體會產(chǎn)生腐蝕，因此其難以用于4 V級別的鋰金屬電池。

鑒于此，華中科技大學(xué)的張恒和西班牙巴斯克研究和技術(shù)聯(lián)盟的Michel Armand等人開發(fā)了一種不具腐蝕性的磺胺鹽—Lithium (difluoromethanesulfonyl)(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiDFTFSI)。研究結(jié)果表明，其可以顯著抑制Al集流體在高電位下(>4.2 V vs. Li/Li⁺)的陽極溶解，并顯著提高Li(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)O₂ (NMC111)電池的循環(huán)穩(wěn)定性。利用LiDFTFSI取代LiFP₆或者LiTFSI時，所組成的Li|NMC111電池循環(huán)200次后容量保持率為87%。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01190-1

4

CeSb “魔梯”中的多極極化子研究！

稀土金屬間化合物基于局域f軌道與導(dǎo)電電子的相互作用可表現(xiàn)出許多的獨特特性。然而，由于晶體-電場分裂的能量均為幾毫伏電子大小，其所激發(fā)的可移動電子的性質(zhì)尚未被揭示。

為此，東京大學(xué)的Kenta Kuroda等人利用激光角分辨光電發(fā)射、拉曼和中子散射光譜，通過在Néel溫度(~17 K) 的異常磁結(jié)構(gòu)躍遷(被稱為“魔梯”)來研究CeSb的低能電子結(jié)構(gòu)。此外，作者還報道了另一種類型的位于移動電子和四極晶體的4f軌道電場激發(fā)之間的電子-玻色子耦合，結(jié)果表明其可以顯著重整Sb的5p能帶，并可在~7 meV的低能情況下產(chǎn)生扭結(jié)?；谘芯拷Y(jié)果，作者揭示了一種新型準(zhǔn)粒子，其由一個移動的電子包裹著一層四極晶體電場云組成，并命名為“多極極化子”。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01188-9

5

機械超材料的韌性設(shè)計！

增材制造技術(shù)的快速發(fā)展使得創(chuàng)建一類具有極端功能特性的超輕機械超材料成為可能。然而，迄今為止，對于機械超材料對損傷和缺陷的耐受性的理解和認(rèn)識仍然十分欠缺。

基于此，劍橋大學(xué)Vikram Sudhir Deshpande和弗吉尼亞理工大學(xué)的Xiaoyu Rayne Zheng等人利用由數(shù)百萬個單元組成的超材料作為測試對象，并發(fā)現(xiàn)目前的標(biāo)準(zhǔn)斷裂測試方案和應(yīng)力強度因子不足以表征基于桁架的3D彈性超材料的韌性。因此，通過結(jié)合數(shù)值分析和漸近分析，作者進一步將彈性斷裂力學(xué)的思想擴展到基于桁架的超材料上，并開發(fā)了一個通用的測試和設(shè)計協(xié)議，這個框架可以在其他離散的彈性-脆性固體中形成斷裂角色塑造基礎(chǔ)。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01182-1

6

雙殼空心球的串聯(lián)催化

金屬氧化物-沸石 (MO-ZEO) 雙功能催化劑可以在各自催化范圍內(nèi)將不同的反應(yīng)串聯(lián)起來，并在不分離或純化中間體的情況下生產(chǎn)各種需要的產(chǎn)品，因此被視為一種很有前途的催化劑。但是，這種材料的傳統(tǒng)制備技術(shù)往往會導(dǎo)致金屬在沸石內(nèi)部或沸石上不受控制和非理想的空間分布，從而限制了其催化性能。

為此，廈門大學(xué)的王野和荷蘭烏特勒支大學(xué)Bert M. Weckhuysen等人報道了一種合成具有可控結(jié)構(gòu)參數(shù)和化學(xué)成分的雙殼連續(xù)金屬空心球(MO@ZEO DSHSs)的簡單策略。通過原位拉曼、原位XRD以及掃描透射顯微鏡表征了從前驅(qū)體到最終固體催化劑的逐步轉(zhuǎn)化過程，并揭示了所涉及的自組裝和空心行為的基本機制。基于此，所制備的Fe₂O₃@H-ZSM-5 DSHSs催化劑在使用費-托合成 (FTS)法生產(chǎn)汽油時的性能要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)合成和結(jié)構(gòu)化的 Fe₂O₃-H-ZSM-5復(fù)合材料。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01183-0

7

在藍寶石襯底上生長晶圓級單層石墨烯單晶

在絕緣襯底上生長高質(zhì)量的石墨烯是電子和光電應(yīng)用的理想材料，但是由于缺乏金屬催化作用，該方法仍然具有挑戰(zhàn)性。

為此，阿卜杜拉國王科技大學(xué)張西祥和田博等人通過退火將放置在Al₂O₃(0001)上的多晶Cu箔轉(zhuǎn)化為單晶Cu(111)薄膜，然后利用多循環(huán)等離子體蝕刻輔助化學(xué)氣相沉積在Cu(111)和Al₂O₃(0001)界面上實現(xiàn)了石墨烯的外延生長，最終制備出了在藍寶石襯底上的無吸附層、超平坦、晶圓級、單層石墨烯單晶。利用該石墨烯所制備的場效應(yīng)晶體管具有良好的電子輸運性能和高載流子遷移率。這項工作打破了在絕緣襯底上合成晶圓級單晶單層石墨烯的瓶頸，有望為下一代基于石墨烯的納米器件做出貢獻。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41563-021-01174-1

8

懸浮電解液構(gòu)建優(yōu)異鋰金屬電池！

在鋰負(fù)極上設(shè)計出穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，對于開發(fā)可靠的鋰金屬電池是不可或缺的。為此，斯坦福大學(xué)的崔屹等人提出一種懸浮電解質(zhì)策略，該策略可以改變液體電解質(zhì)中的Li⁺溶劑化環(huán)境，并在Li負(fù)極上創(chuàng)造出富無機成分的固體電解質(zhì)中間相。

在本文中，作者將懸浮在液體電解質(zhì)中的Li₂O納米顆粒作為研究對象，通過對Li₂O懸浮電解質(zhì)的理論和經(jīng)驗分析，揭示了Li₂O在鋰負(fù)極的電解液和固體電解質(zhì)界面中所起的作用。此外，懸浮電解質(zhì)具有很好的普適性，可應(yīng)用于傳統(tǒng)的和最先進的高性能電解質(zhì)當(dāng)中。電化學(xué)性能測試表明，懸浮電解質(zhì)可以有效提高庫侖效率(可達99.7%)，降低Li的形核過電位，穩(wěn)定Li的界面相，并增強無負(fù)極電池的循環(huán)壽命(在80%的初始容量下可循環(huán)70次)。