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2025 01.22

中科院苏州纳米所苏文明团队：一种高透光器件通用策略——膜层材料微结构化

高透光功能器件可以与光学窗口集成而备受行业关注，在“双碳”时代，电致变色调光节能窗、半透明光伏组件等作为高科技智能材料正成为低碳建筑与新能源汽车的新宠；在显示领域，抬头显透明显示用于导航、玻璃窗广告、汽车装饰星空顶等；AR/VR智能变色调光眼镜、光学镜头等诸多应用方向都需要高透光器件或高透光功能膜。但很多性能优秀的材料是不透光或有颜色的，这类材料可以制备性能优异的器件但不能实现可见光高透；在研制高透光器件时，往往需要优先考虑材料透光性，而这类材料可能其他性能可能不是最佳的，因而最终是牺牲性能下的一种无奈综合平衡。比如电极材料，金属是最好的导电材料，但其本身并不透光，只有做到20 nm以下才有一定的可见光透过率。因而在工业领域传统透明电极的主流是ITO膜。因其是氧化物材料，电导率相对较低，在高透过率下其方阻约在10-100 Ω/□。用于建筑玻璃或汽车玻璃大尺寸产品时，方阻过大带来电极上电压降问题的劣势突显，如大尺寸电致变色产品变色速度慢，变色不均匀、寿命变短等问题。在电致变色等器件中，对电极功能膜层往往带有弱的颜色，也会影响产品的透过率与对比度等指标而很难实现高端应用。中国科学院苏州纳米
2025 01.22

合肥物质院与安徽大学联合团队发现在锰磷硒/石墨烯异质结中消失的锰磷硒非互易二次谐波

近期，中国科学院合肥物质院强磁场中心与安徽大学合作，依托稳态强磁场装置（SHMFF）超导磁体SM1超快磁光系统，在二维反铁磁MnPSe3/graphene异质结中发现消失的MnPSe3非互易二次谐波，揭示了MnPSe3/graphene界面磁振子-等离激元耦合。该成果发表于国际权威期刊Nano Letters。二维范德瓦尔斯（vdW）磁性/非磁性异质结在自旋阀和非易失磁性随机存取存储器等自旋电子器件中具有广泛应用前景。界面效应是器件功能的核心。在自旋电子器件中实现相应的功能，二维磁性/非磁的界面近邻效应是关键之一。通过界面近邻效应，一方面磁性层的自旋极化可诱导自旋依赖的界面电荷转移、Zeeman劈裂等；另一方面非磁层也可调控磁性层的磁翻转、磁各向异性和磁相变等。因此，详细研究二维范德瓦尔斯（vdW）磁性/非磁性异质结中近邻效应，发现界面效应诱导的新功能是破解其应用藩篱的关键。二维器件体系因其尺寸小、信号弱的特点，在实验上直接探测二维反铁磁性/非磁性异质结的近邻效应面临巨大挑战。聚焦二维磁性异质结的近邻效应，研究团队以构筑的二维反铁磁MnPSe3/graphene异质结（图1a）为主要研
2025 01.22

中科院金属所锂电正极材料界面结构调控取得重要进展

高性能锂离子电池正极材料是实现下一代长续航、长寿命电动汽车的关键。然而，当前锂离子电池的能量密度和循环寿命呈倒置关系，其中电极材料与电解液的界面副反应则是主要诱因之一。表面包覆是减缓电解液与正极之间副反应的最有效途径之一。然而，传统包覆工艺通常只关注包覆层本身的作用，较少考虑其与电解液的相互作用及后续的原位转化产物对电池性能改善的机理。近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部研究人员与北京大学、阿贡实验室合作，在超高镍单晶锂电正极材料的表面改性研究方面取得了新进展，开发出了一种将富质子预包覆层原位转化为富含亚纳米级无机物的高效保护膜的全新策略。富质子预包覆层分解过程中产生的局部高浓度质子在原位构建保护膜时起到了关键作用。该研究成果以“In Situ Conversion of Artificial Proton-Rich Shell to Inorganic Maskant Toward Stable Single-Crystal Ni-Rich Cathode”为题，发表于材料领域顶级期刊《Advanced Materials》。研究人员通过较低温度条件
2025 01.22

中科院苏州纳米所张兴旺团队：全范德华超表面手性依赖激子光源

单层过渡金属硫化物(TMD)由于具备室温稳定激子，所以在激子发光器件方面有着广泛的应用前景。由于其表面无悬挂键，因此易于与其他材料所构成的纳米光学结构进行无键合的范德华异质集成。另一方面，多层TMD由于层间耦合效应弱，其紧束缚的层内激子使得即便在远大于激子跃迁波长处也具有较高的折射率(n 4)。这种独特的高折射率特性有利于获得传统介电材料难以实现的纳米尺度光场强束缚。然而与单层TMD不同，多层TMD是间接带隙半导体，其发光较弱，无法应用在发光器件中。鉴于此，中国科学院苏州纳米所张兴旺团队将多层宽带隙TMD(WS2)超表面与单层窄带隙TMD(MoSe2)集成，构建了全范德华异质结构超表面手性依赖激子光源(图1)。在该器件中，单层MoSe2用作激子发光介质，而多层WS2超表面负责提供手性光学谐振以操控单层MoSe2的激子发射。由于单层MoSe2的激子发光波长处于多层WS2的透明光谱范围，所以该器件实现了无光学损耗的激子发光调控。另一方面，为实现手性依赖激子发光的方向性出射，该团队通过降低WS2超表面的结构对称性，在动量空间中构建了手性依赖的拓扑偏振奇异点(图2)。并且通过进一步地调控WS2
2024 12.18

紫金山天文台领衔国际研究团队发现遥远星暴星系原位核球形成机制

中国科学院紫金山天文台联合法国替代能源与原子能委员会巴黎-萨克雷大学中心（CEA Paris-Saclay）、日本东京大学科维理宇宙物理学与数学研究所（Kavil IPMU/ UTokyo）等基于大样本亚毫米波观测数据的合作研究，首次发现遥远早期宇宙星暴星系中心通过强烈的恒星形成活动直接形成原位核球的确凿证据，开启了对宇宙星系形成过程的全新理解。该研究成果以“In situ spheroid formation in distant submillimetre-bright galaxies”为题于12月5日在线发表于《自然》。当前宇宙中的星系依形态大致分为两类：有明显旋臂结构的盘状旋涡星系和整体呈近圆形或椭圆形且中心亮、边缘渐暗的椭圆星系。研究显示，无论形态如何，大多数星系的中心都有一个恒星密集区域——核球，核球与盘的比例决定了星系的整体形态。星系核球结构与椭圆星系有很多相似之处，除了形态还包括它们的形成机制之谜：是通过星系的并合形成？还是星系自身演化原位形成？之前的相关理论研究普遍倾向于前者，但从观测上验证这些理论仍是一大挑战。研究人员通过主要基于阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波干涉阵
2024 12.18

科学岛团队发现低剂量等离子体肿瘤治疗机制——诱导细胞发生有丝分裂灾难实现抑癌

近日，在等离子体肿瘤治疗机制方面，中国科学院合肥物质院健康所韩伟团队再次取得突破，发现低剂量（大气压低温）等离子体仍可有效抑制肿瘤，其机制是通过损伤肿瘤细胞的线粒体结构与功能，继而诱导发生有丝分裂灾难实现抑癌。相关研究发表在Advanced Science 期刊。大气压低温等离子体（Cold atmospheric plasma, CAP）可快速有效杀死肿瘤细胞，并且具有显著的肿瘤细胞“选择”性作用（对正常组织和细胞损伤较轻），被认为是极具潜质的新型肿瘤治疗技术，目前已获FDA批准进入临床试验阶段。但等离子体治疗的缺陷在于其生物组织穿透性差，有效成分和剂量随作用深度快速下降。现有研究集中于等离子体在中高剂量区间的肿瘤治疗效果和机理研究。现实场景下，当等离子体在肿瘤内衰减至低剂量区间时，是否仍具有肿瘤抑制作用，仍属认知“盲区”。通过检测肿瘤中连续深度层的氧化损伤和细胞死亡水平，韩伟团队发展了等离子体有效作用的评价方法，解决了现实场景下有效作用深度未知的问题困扰。进一步，通过模拟等离子体在肿瘤中较深层面的剂量衰减，发现等离子体在低剂量区间仍可有效抑制肿瘤细胞增殖。机制探索发现，等离子体处理
2024 12.18

紫金山天文台基于“银河画卷”巡天数据更新外银河系旋臂图像

近日，中国科学院紫金山天文台研究团队基于“银河画卷”CO分子气体巡天数据，更新了外银河系旋臂图像，拓展了对银河系的认知。新图像覆盖了银盘面上约2/3方位角、银心距约8-26千秒差距范围内的分子气体旋臂结构，较以往同类观测扩大了约1.5倍。研究成果于12月11日正式发表在天体物理学快报（ Astrophysical Journal Letters）上。由于我们位于银河系盘内部，大量星际尘埃使得传统观测手段难以有效探测几千秒差距以外的区域，旋臂结构的研究仍然存在诸多不确定性。毫米波段CO分子谱线的观测不受尘埃消光影响，能够示踪冷且致密的星际介质，可以用来揭示银河系盘面的新结构。该研究基于“银河画卷”CO巡天数据，绘制了总分子气体表面密度图，揭示了三段长度约为16-43千秒差距的旋臂结构，清晰地展现了旋臂上与旋臂间分子气体密度分布的显著差异（如图1）。得益于分子气体的速度弥散明显比较低，因而分子气体旋臂图像比HI旋臂图像更加清晰。在银河系盘的边缘，约1306个分子云很好地描绘了最遥远的旋臂结构，连接了近年在银河系第一和第二象限发现的旋臂段，并将其延伸至更遥远的第三象限（如图2）。这三段旋臂可
2024 12.18

中科院苏州纳米所张学同团队在气凝胶超黑材料领域取得重要进展

超黑材料（光吸收率98%）具有独特的光学性能，使其在精密光学、高动态显示、太阳能收集、红外热探测、热释电、传感等重要领域具有广泛应用。然而，超黑材料种类稀缺，光吸收能力依赖于表面脆弱而精细的微/纳阵列结构，且现有超黑材料的合成常涉及高温、真空、刻蚀、气相反应及预制模板等，不同材料体系之间合成策略迥异，极大限制了超黑材料的发展。依据菲涅尔反射定律，界面反射由两种介质折射率差决定，折射率则与材料密度成正相关。另一方面，材料内部单元粒子尺寸影响光的背散射效应，进而影响材料界面反射。当光在空气中与单个吸光纳米粒子相遇时，光在纳米粒子表面发生吸收、背散射及前向散射。操纵纳米粒子组装为疏松多孔结构材料，如疏松的纳米阵列，赋予其足够的光传输通道及足够的光学厚度，诱导光进入材料内部以减少材料表面反射，可形成超黑材料。然而，纳米阵列合成繁琐，且材料种类受限。因此，研究团队提出问题，能否将吸光纳米粒子直接悬浮在空气或近似空气介质中，实现超黑材料的设计与合成？鉴于上述问题，中国科学院苏州纳米所张学同团队提出利用超低反射率氧化硅气凝胶悬浮吸光纳米粒子这一设计思路，发展出了超黑材料的通用合成方法（图1），制备得
2024 12.18

苏州纳米所吴晓东研究员等合作：具有自细化机制的可回收微米级Na2S阴极设计

室温钠硫（RT Na-S）电池以低成本、无毒、储量丰富的钠和硫为活性材料，具有极高的能量密度（1274 Wh kg-1），在储能系统中具有广阔的应用前景。传统的室温钠硫电池通常采用金属钠作为阳极，在安全性和界面稳定性方面面临很大挑战，严重限制了其商业化前景。硫化钠（Na2S）是室温钠硫电池无钠阳极体系下最有前途的初始正极材料，并且其能够避免正极体积膨胀的问题。然而，硫化钠受到电子导电性差、传递动力学慢和严重的穿梭效应的影响。目前主要的解决策略集中在纳米结构Na2S@C材料的开发，需要复杂的制造工艺和高成本，为大规模生产带来了困难。因此，在室温电池的实际应用中，解决易于获取的微米级硫化钠的使用问题非常重要。考虑到硫化钠固有的电子绝缘性，固-液-固转化途径被认为是实现微米级硫化钠活化的有效途径。然而，使用具有高多硫化物溶解度的电解质会导致严重的穿梭效应，而硫化钠漫长的激活过程加剧了这种现象。因此，必须加强多硫化物在阴极侧转化的动力学，以促进其连续转化，避免向阳极扩散。此外，由于其极低的电子导电，应特别注意Na2S在阴极上的堆积和失活。随着转化率的加快，必须制造出比表面积显著增大、成核位点丰
2024 12.18

苏州纳米所吴晓东团队合作：揭示FEC在增强高性能室温钠硫电池中的多功能机制

传统能源向清洁能源转型，人工智能用电需求增长，推动储能技术发展。室温钠硫（RT Na-S）电池基于硫的多电子转移氧化还原反应，理论能量密度高、成本低且环境友好，在大规模储能方面具有巨大的应用潜力。然而，电池的实际应用受到诸多挑战，如阴极侧活性物质硫的电子导电性差、多硫化钠的穿梭效应以及钠金属阳极的高反应性等。电解液工程提供了一种高效且直接的途径，其能够通过电解液的分解作用原位构建起有效的电极-电解质界面，确保RT Na-S电池的稳定循环。其中，氟代碳酸乙烯酯（FEC）常用作室温钠硫电池电解液添加剂或共溶剂，然而目前对于FEC对RT Na-S电池电化学性能的关键影响机制尚不清楚，明确这一问题对于指导高性能RT Na-S电池的电解质设计至关重要。近日，中国科学院苏州纳米所吴晓东研究员与河海大学许晶晶教授、中国科学院物理研究所李泓研究员合作在国际知名期刊 Angwandte Chemie International Edition上发表题为Unraveling the Multifunctional Mechanism of Fluoroethylene Carbonate in Enhan

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