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2025 04.13

科学岛团队在高各向异性热导率和极端热稳定性SiC@SiO₂陶瓷纤维气凝胶方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院固体所王振洋和张淑东研究团队通过定向性仿生设计，开发出具有高各向异性热导率和极端热稳定性的SiC@SiO₂陶瓷纤维气凝胶材料。研究成果发表在国际期刊Advanced Science 上。许多天然生物材料具有特定有序微结构并表现出与方向相关的各向异性热管理行为。鉴于此，研究团队受天然生物材料有序结构（如木材导管、蚕茧层状结构）启发，结合静电纺丝与冷冻干燥技术，制备出具有高温热稳定性和优异化学稳定性的SiC纳米纤维，以此作为基元，在其表面构建非晶SiO₂壳层形成声子屏障，实现了纤维层内高度定向、层间有序堆叠的高取向性结构，成功开发出具有高各向异性SiC@SiO₂陶瓷纤维气凝胶。该各向异性气凝胶材料在垂直纤维方向热导率低至0.018 W/m·K，各向异性系数达5.08，显著优于同类材料；其径向弹性变形超60%，轴向比模量5.72 kN·m/kg，并展现卓越力学性能；在-196 ~ 1300℃环境中仍保持结构稳定性。上述研究工作得到了国家重点研发计划、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目、国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、安徽省自然科学基金等项目支持。论文链
2025 04.12

苏州纳米所团队在基于纳米通道多维调控的高性能柔性水伏离子传感器件方面取得进展

近年来，蒸发诱导的水伏效应（Evaporation-induced hydrovoltaic effect）为可持续能源开发及自供电离子传感开辟了新方向，其核心机制在于水流驱动的离子经过具有交叠双电层的纳米通道发生选择性迁移，进而在通道顶端差异化积累产生与离子浓度相关的电压信号。然而，固-液界面复杂参数对水伏传感器件性能的影响机制尚缺乏系统研究，具体包括通道结构影响的纳米通道流动阻力与离子选择性间的平衡效应问题；固-液界面动态相互作用中，材料导电性差异和电极选择等难以量化的因素，可能抑制或增强水伏性能，相关机制亟待揭示；此外，环境温湿度和风速、溶液特性等多因素耦合对水伏效应的影响缺乏系统性研究模型。因此，深入研究这些核心问题对于推动高性能水伏离子传感的发展和应用具有重要意义。针对上述问题，中国科学院苏州纳米所张珽团队创新地提出多维纳米通道调控策略构建高性能柔性水伏离子传感器件。通过浸涂-碳化工艺调控了纳米通道的尺寸、材料导电性及表面特性（图1），并系统揭示了固-液界面（包括结构、材料电导率、表面性能及环境因素）设计与高性能水伏离子传感器件之间的关联规律，并将其应用于可穿戴汗液电解质监测
2025 04.12

科学岛团队在钌基难溶合金的激光超快限域合成及电催化析氢性能研究方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部液相激光加工与制备团队在亚5nm难溶合金RuM(M = Cu、Rh、Pd)的激光超快限域合成及电催化析氢性能研究方面取得新进展，相关研究成果发表在Advanced Science 上。双金属合金纳米颗粒是一类关键的功能性纳米材料，已广泛用作可再生能源和可持续性应用领域的催化剂，例如析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、二氧化碳还原，以及环境修复等。目前，以铂（Pt）基纳米材料主导的碱性水电解技术因其适合大规模工业应用而备受青睐。而钌（Ru）基合金纳米颗粒因其与Pt相当的氢吸附自由能、在碱性条件下比Pt更低的水解离能垒、更低的成本（Ru是铂族金属中最廉价的一种）、适中的氢键强度（≈65 kcal mol⁻¹）、耐腐蚀性以及显著增强的HER活性，成为析氢反应催化剂的高性价比替代品。RuCu合金的氢吸附吉布斯自由能值为0.1-0.2，介于RuRh（0.2-0.3）和RuPd（0-0.1）之间。该合金特别值得关注，因为非贵金属Cu的合金化能显著提升HER催化活性，同时降低材料成本，并且在碱性电解质中表现出低毒性和长期稳定性，符合可持续发
2025 03.05

《自然》杂志发表科学岛团队联合国内外团队提出新策略提升电介质储能性能

基于电介质材料的储能电容器具有超快充/放电速率和高可靠性，已成为高功率设备的重要组成部分。近期，中国科学院合肥物质院固体所团队杨兵兵研究员与清华大学林元华教授、南策文院士、松山湖材料实验室马秀良研究员以及澳大利亚卧龙岗大学张树君教授等合作开展了反铁电储能研究，提出极化构型阻挫设计新策略，提升了反铁电体储能性能，相关研究成果发表在《自然》杂志(Nature）上。反铁电材料，因其具有反平行极化构型，在电场作用下能发生反铁电到铁电的相转变，展现出近零的剩余极化值和高极化强度，是电介质储能材料的理想选择。然而，其较低的反铁电-铁电相转变电场以及铁电态的高回滞损耗，一直限制着能量密度和效率的提升。针对这一问题，研究人员在深入分析反铁电材料物理机制的基础上，提出了一种新的极化构型阻挫设计策略。他们通过在反铁电中引入非极性或极性组分，成功调控了反铁电-铁电相变场与回滞损耗。理论研究表明，构建局部阻挫微区导致极化不连续，诱导产生界面净电荷，形成了局部的内建电场。对于非极性微区阻挫的反铁电（A-N）结构，内建电场降低了反铁电区真实电场强度，从而延迟了反铁电-铁电相转变。撤去电场后，无自发极化的非极性区通
2025 03.05

科学岛团队开发叶脉仿生超结构液态金属光热致动器

近期，中国科学院合肥物质院固体所田兴友研究员和张献研究员团队，受植物叶脉和叶肉结构的启发，利用激光刻蚀在液态金属/低膨胀聚酰亚胺（LM@PI）薄膜上加工出超结构，并通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装，成功制备了LM@PI/PDMS光热致动器。该策略有效解决了光热致动器在承载性能与响应速度之间难以兼容的问题，相关成果表在材料类TOP期刊Advanced Materials上。基于不对称热膨胀原理的光热致动器，其响应速度、形变程度和承载性能之间存在固有的矛盾。轻薄的光热致动器响应速度足够快，形变量足够大，但是强度小，几乎不能承重。厚重的光热致动器具有不错的承重性能，但是响应速度和形变程度又会大打折扣。为解决这一问题，液态金属光热致动器应运而生。与传统光热材料（如碳材料、贵金属纳米颗粒等）不同，液态金属（LM）微球在赋予聚合物光热特性的同时，并不会显著提高聚合物的强度。尽管液态金属具有诸多优势，但单纯引入LM微球对光热致动器的性能提升仍然有限。植物叶脉作为输送营养、无机盐和水分的微管束，不仅能够支撑叶片，还能控制其形态；而薄叶肉则有效减轻叶片质量并降低弯曲阻力。基于这一自然原理，研究团队设计
2025 03.05

苏州纳米所詹高磊研究员与合作者在纯有机框架莫尔异质结制备中取得重要进展

近期，中国科学院苏州纳米所詹高磊研究员与合作者在纯有机框架莫尔异质结制备中取得重要进展，实现了直接通过单体缩聚制备大面积转角一致的共价有机框架（COF）莫尔超晶格。相关成果以Moiré two-dimensional covalent organic framework superlattices为题，发表在《自然·化学》(Nature Chemistry) 。图1.双层共价有机框架的制备及莫尔超晶格调控示意图从可灵活设计的分子前驱体出发合成高度有序的二维聚合物是设计晶格、轨道和自旋对称性的一种有用策略。研究团队此前通过固-液界面扫描隧道显微术（STM）在分子尺度原位分析了单层二维聚合物的动态聚合与结晶过程，揭示了传统手段难以测量到的成核生长速率与晶界迁移规律（Nature 2022,603,835）。与其他二维材料类似，二维聚合物有序堆叠成双层可能会产生在单层材料中不具备的独特光电、电荷传输和磁性性能，然而，控制二维聚合物的层间堆叠仍面临较大的挑战。此项研究表明，分子官能团的设计、衬底的选择以及混合溶剂的调控都是影响层间堆叠方式的重要因素。二甲基亚砜增加了单体的溶解度，而1,2,4-
2025 03.05

纳米所极小尺寸纯铂的晶粒几何形状与稳定性关系研究取得进展

在热涨落或外力的作用下，晶界的迁移速率𝑉取决于晶界运动能力M、晶界平均曲率H和晶界能量γ，其关系为V=M*H*γ。原则上，稳定的晶粒堆垛要求晶界上各点的表面张力保持矢量平衡。长期以来，Kelvin猜想由于具有极小面条件及棱边、顶点处表面张力处于平衡状态的特点，被认为是一种合理的解决方案。根据该猜想搭建由截角八面体晶粒组成的多晶材料，一直被认为是金属中唯一可能的稳定形状，这种结构被称为Kelvin晶体。近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心李秀艳研究员团队将纯Pt晶粒尺寸细化至极小尺度时，首次在实验上发现并证实纳米尺度下Kelvin晶体的存在，并证明具有极小面晶界网络的Schwarz晶体是一种比由截角八面体晶粒堆垛的Kelvin晶体更稳定更普遍的亚稳态结构。相关工作以“Effect of Grain Geometry on the Stability of Polycrystalline Pt at the Nanoscale”为题发表在Physical Review Letters期刊上。该团队通过冷轧和低温高压扭转两步变形法，将纯Pt平均晶粒尺寸分别细化至4 nm和2-
2025 03.05

紫金山天文台等观测到高能宇宙射线费米加速的单步过程

近期，中国科学院紫金山天文台联合中国科学技术大学等在高能宇宙射线费米加速的实验室研究方面取得重要进展。研究团队利用上海“神光II”高功率激光装置，首次观测到磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”的单次反射加速过程产生的准单能离子，研究成果以 “Laboratory observation of ion drift acceleration via reflection off laser - produced magnetized collisionless shocks” 为题，于2025年2月12日在线发表于《科学进展》（Science Advances）。无碰撞冲击波是宇宙中最强大的粒子加速器。带电粒子在无碰撞冲击波上下游之间反射时会获得加速，上下游之间多次循环加速产生了幂律谱的高能宇宙射线。最早由费米提出的这种磁化无碰撞冲击波中“费米加速循环”被认为是宇宙中高能带电粒子的主要加速机制。在进入“费米加速循环”之前，带电粒子必须被预加速到足够大的回旋半径以实现在磁化无碰撞冲击波上下游之间反射。因此，学术界提出了一些预加速机制解决这个“注入问题”。然而由于空间探测的不足，对无碰撞冲击波的
2025 03.05

科学岛团队采用电子密度调控策略提升磁性催化剂的肿瘤治疗效果

近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员与张欣研究员课题组合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振测量技术，成功研发了一种新型的碳包覆铁酸镍（NFN@C）纳米催化剂，并展现了其在抗肿瘤治疗中的强大潜力。相关研究成果已发表在Advanced Functional Materials 期刊。该研究通过将镍元素掺入Fe3O4的晶体结构中，设计出了一种具有碳包覆层的铁酸镍纳米催化剂（NFN@C）。镍的掺入显著调节了纳米催化剂的电子结构，优化了其催化性能，使得该催化剂在肿瘤微环境中能够更高效地催化过氧化氢（H2O2）转化为羟基自由基（·OH），从而提升化学动力学治疗（CDT）的效果。通过电子顺磁共振测量技术，研究团队观测到了·OH的特征峰，并发现镍掺入后·OH信号增强，这进一步证实了电子密度调控对提升NFN@C芬顿（Fenton）反应效率的积极作用。此外，NFN@C在近红外二（NIR-II）光照射下还展现出卓越的光热转化能力，为肿瘤治疗提供了光热治疗（PTT）与CDT的协同作用，增强了其抗肿瘤效果。研究团队还通过理论计算深入分析了镍掺入对NFN@C纳米催化剂电子结构的影响。计
2025 03.05

科学岛团队研发高光强荧光材料实现血清胆红素的高灵敏检测

近期，中国科学院合肥物质院固体所能源材料与器件研究部蒋长龙研究员团队在可视化荧光检测方面取得新进展。该团队设计了一种基于上转换纳米颗粒的双模态传感平台，结合荧光和比色法，能够在复杂生物样本中实现高灵敏度、低检测限的胆红素检测。通过与智能手机的颜色识别功能相结合，该平台提供了便捷、快速的临床检测方案。相关研究成果已发表于Analytical Chemistry，为早期黄疸诊断提供了新的技术途径。黄疸是一个重要的健康问题，尤其是在新生儿中。它是新生儿早期死亡的主要原因之一，会影响60%的新生儿。游离胆红素水平过高通常表明黄疸的存在。胆红素是血清素分解代谢过程中形成的降解产物。在健康个体中，血液中的游离胆红素水平一般在1.7 μM至10.2 μM之间。在黄疸情况下，胆红素水平异常升高，但如果浓度低于32 μM，则不会在患者中表现出典型的黄疸症状。因此，快速、准确地检测新生儿和黄疸患者血清中的胆红素十分必要。上转换纳米粒子（UCNPs）由于其出色的消除背景荧光干扰能力，更适合检测复杂生物样品中的小分子。然而，UCNP固有的低发光强度及量子产率限制了其上转换发射强度，从而限制了它在生物检测中的应

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