研究背景

對于分散在第二相基體中的納米顆粒而言，從不同尺度上調節分級結構的尺寸，能對材料的光學、電學、磁學、力學、輸運性質以及不同性質之間的耦合效應進行精細的調控。

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納米顆粒的集合體往往表現出與單個納米顆粒截然不同的性質。利用這些性質有望制備基于納米材料的智能可穿戴器件、電池及催化劑。

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然而，從實驗室合成的納米結構單元到實際生產的器件之間存在一道巨大的鴻溝，主要集中在以下三個方面：

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(1) 無論是納米結構單元的制備方法還是將納米結構單元進行圖案化的途徑都十分有限，難以達到器件所要求的尺度；

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(2)?組裝器件時，往往需要將幾種材料進行復合。在復合過程中，缺乏在不同材料之間構建聯系并保護各組分功能的有效方法；

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(3) 無論是對孤立的納米材料還是多組分復合體系，都缺乏對于熱學及力學穩定性的深刻理解。

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因此，需要大力推進納米材料的基礎研究和加工技術，跨越橫貫在納米結構單元和宏觀器件之間的巨大鴻溝。

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綜述概況

為了促進不同學科之間的理解及銜接，美國加利福尼亞大學Daniel S. Gianola（通訊作者）等對納米顆粒的合成與組裝、納米顆粒在多尺度下的組裝與圖案化、力學穩定性及其表征手段等關鍵進展進行了綜述及評估。

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該綜述聚焦于在不同領域之間建立聯系，既致力于設計并構筑規整的納米結構單元，又深度探討了基于納米結構單元組裝實用器件的可行途徑。

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最后，該綜述點明了目前研究人員面臨的挑戰，主要包括以下三個方面：

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(1) 基于納米顆粒-流體系統進行大規模自組裝及圖案化的方法仍有待改進；

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(2) 納米復合材料的力學穩定性有待提高；

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(3) 納米材料的構效關系有待探究，尤其是晶界、相界、疇界、缺陷對于材料性能的影響。

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該綜述以“Bridging functional nanocomposites torobust macroscale devices”為標題于2019年6月28日發表在國際頂刊Science上。

圖文導讀

圖一、從納米結構單元到宏觀器件：一門涉及多尺度、多學科的學問

圖二、納米復合材料在實際器件中的應用實例

圖三、納米顆粒的合成、自組裝及3D打印技術

圖四、納米復合材料的制備及圖案化

圖五、增強納米材料力學性能的基本策略

文獻信息

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

文獻鏈接：

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