福建物構(gòu)所揭示多孔單晶表面工程增強(qiáng)可逆化學(xué)吸附及贗電容

多孔單晶兼具長程有序晶格結(jié)構(gòu)和無序連通孔道結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)勢。多孔單晶晶格結(jié)構(gòu)清晰、化學(xué)組分精準(zhǔn)、終止表面明確，可構(gòu)筑連續(xù)高度扭曲活性表面及精細(xì)結(jié)構(gòu)，對于研究表面結(jié)構(gòu)及電化學(xué)過程的可逆化學(xué)機(jī)制有重要意義。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝/福建省納米材料重點實驗室謝奎課題組，通過晶格重構(gòu)策略生長出2 cm尺寸具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)的介孔WN單晶，精準(zhǔn)控制晶面取向，并在扭曲表面上構(gòu)筑較為清晰的不飽和活性位點，包括W-N1/6、WN1/3和W-N1/2。多孔單晶扭曲表面上清晰的不飽和金屬氮配位活性結(jié)構(gòu)，可增強(qiáng)可逆化學(xué)吸附，顯著提高贗電容；同時，介孔單晶表面精細(xì)結(jié)構(gòu)與吸附物種作用清晰，長程有序結(jié)構(gòu)可提高電極循環(huán)穩(wěn)定性。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials上。論文第一作者是福建物構(gòu)所葉靈婷。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”重點專項、國家自然科學(xué)基金重大研究計劃重點項目、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等項目的支持。研究團(tuán)隊長期從事多孔單晶與多相催化研究，并取得系列進(jìn)展（Angewandte Chemie International Edition, 2020,59, 16440；Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59,8729；ACS Catalysis, 2020, 10,3505；Nature Communications,2019, 10: 3168；Nature Communications, 2019, 10: 4727；Advanced Materials, 2019,180655；Nature Communications,2019, 10: 1173；Nature Communications, 2019, 10, 1550；Science Advances, 2018, 4:eaar5100；Materials Horizons, 2018,5: 953；Nature Communications,2017, 8: 2178；Nature Communications, 2017, 8: 1478 5）。

（福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所）

“水力裝備表面納米抗磨蝕材料及高性能涂層關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”獲得“2020年中國材料研究學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎”二等獎

前不久，中國材料研究學(xué)會頒發(fā)了“2020年中國材料研究學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎”，由水利部杭機(jī)所浙江省表面工程重點實驗室完成的“水力裝備表面納米抗磨蝕材料及高性能涂層關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目榮獲二等獎(科技進(jìn)步類）。

該項目針對水力裝備的磨蝕問題，研究了泥沙沖蝕、汽蝕等復(fù)雜因素交互作用下材料內(nèi)在磨蝕破壞機(jī)制，通過對納米復(fù)合材料技術(shù)、超高音速熱噴涂技術(shù)等深入研究，形成納米稀土改性抗磨蝕功能涂層配方材料及其工藝等核心創(chuàng)新技術(shù)，最終開發(fā)出一種水力裝備表面納米抗磨蝕材料及高性能涂層關(guān)鍵技術(shù)，其抗磨蝕性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。目前，相關(guān)成果成功應(yīng)用于國內(nèi)大型泵站上，有效提高了水力裝備的使用壽命。

“中國材料研究學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎”是經(jīng)科技部國家科學(xué)技術(shù)獎勵工作辦公室批準(zhǔn)和授權(quán)，由中國材料研究學(xué)會設(shè)立的面向全國材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威獎項，用以表彰和鼓勵獎勵在材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的單位和個人。中國材料研究學(xué)會是具備國家科技獎提名資格的組織機(jī)構(gòu)，“中國材料研究學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎”獲獎項目具有推薦國家科技技術(shù)獎的資格，該獎在我國材料科學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的影響力。

（浙江省表面工程重點實驗室）

韓國科學(xué)技術(shù)院通過納秒激光表面處理人造骨涂層形成更好的骨植入

韓國科學(xué)技術(shù)院(KIST)的一組研究團(tuán)隊目前開發(fā)了一種技術(shù)，只需一個小時即可誘導(dǎo)人造骨涂層。這樣的工藝以前需要一天的時間，并且需要數(shù)十個步驟。而該新技術(shù)無需在單獨的過程中合成用于人造骨涂層的原材料，并且可以使用納秒級激光創(chuàng)建涂層，而無需任何昂貴的設(shè)備或熱處理。

基于鈦的骨固定裝置由于其優(yōu)異的機(jī)械性能和生物相容性，通常被用來治療人的骨折。為了進(jìn)一步增強(qiáng)骨傳導(dǎo)性能，鈦通常涂有羥基磷灰石(hydroxyapatite, HAp)，它是骨骼的主要無機(jī)成分。與沒有HAp涂層的材料相比，有HAp涂層的材料往往表現(xiàn)出更好的生物相容性、成骨能力和骨傳導(dǎo)性。各種HAp涂層方法包括溶膠-凝膠涂層、浸涂、電化學(xué)沉積、電泳沉積、等離子噴涂、濺射涂層、熱等靜壓和仿生涂層已經(jīng)被開發(fā)出來了。但是，大多數(shù)現(xiàn)有方法都需要單獨的HAp涂層合成工藝。溶膠-凝膠、浸涂和仿生涂層工藝不需要初步合成工藝，但是它們需要耗時的反應(yīng)，可持續(xù)數(shù)次天，并且由于它們較差的涂層黏附強(qiáng)度而難以在臨床實踐中使用。

在這項研究中，來自韓國科學(xué)技術(shù)院(Korea Institute of Science and Technology, KIST)的研究人員介紹了一種在單個工藝中同時合成和涂覆HAp以形成HAp的方法。該涂覆方法涉及在包含鈣和磷酸的前體溶液中將激光脈沖照射到浸沒的金屬或聚合物樣品上，從包含鈣和磷酸根離子的溶液中合成HAp，并且由于表面熔化同時形成涂層在經(jīng)過激光處理的表面上。通過控制激光照射條件，觀察到了不同數(shù)量和厚度的HAp涂層。更重要的是，通過激光誘導(dǎo)單步涂層（LISSC）工藝形成的HAp層具有很高的涂層強(qiáng)度，足以用于醫(yī)療用途。使用納秒激光在一步工藝中進(jìn)行HAp合成和涂覆

為了證實LISSC方法為何能提供涂層的高粘合強(qiáng)度，研究人員使用透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和元素分析（下圖a）。涂層由三層組成：1）HAp位于上側(cè)，主要由鈣和磷組成；2）鈦位于下側(cè)（下圖b）；3）在HAp-鈦界面處觀察到的中間層，其中HAp和鈦成分混合并同時出現(xiàn)（下圖c-e和圖S9）?？梢宰⒁獾?，中間層提高了涂層強(qiáng)度。

通過實驗，韓國科學(xué)技術(shù)院生物材料中心的Hojeong Jeon博士的研究小組宣布，他們開發(fā)的人工骨涂層，其粘附強(qiáng)度是傳統(tǒng)涂層材料的三倍。

這種新方法形成比目前臨床應(yīng)用的少數(shù)人工骨涂層技術(shù)具有更強(qiáng)結(jié)合力的涂層。該工藝不僅在金屬表面但是甚至在諸如整形外科塑料植入物的聚合物材料的表面上，這在傳統(tǒng)工藝中是不可能的。

為了減少工藝中涉及的步驟數(shù)量并確保堅固的涂層，Jeon博士的團(tuán)隊將要涂層的材料放置在含有鈣和磷（骨骼的主要成分）的溶液中，并用激光照射。在激光器的目標(biāo)位置以局部方式升高溫度，引起涉及鈣和磷的反應(yīng)，從而生成陶瓷人造骨(羥基磷灰石)并形成涂層。

與傳統(tǒng)的涂層方法不同，人造骨成分的合成是通過激光誘導(dǎo)的，并且將基材表面加熱到熔點以上。人造骨材料吸附在融化的表面上并變硬，從而使結(jié)合強(qiáng)度最大化。

Jeon博士說：“使用納秒激光的羥基磷灰石涂層方法是一種在非生物活性材料（如通常用作生物材料的鈦和PEEK）中誘導(dǎo)生物活性的簡單方法。我預(yù)計它將通過改變它而改變游戲規(guī)則并將廣泛應(yīng)用于需要骨整合的各種醫(yī)療設(shè)備?！?/p>

（江蘇激光產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟）