福建物構所揭示多孔單晶表面工程增強可逆化學吸附及贗電容等（共3條）

福建物構所揭示多孔單晶表面工程增強可逆化學吸附及贗電容

多孔單晶兼具長程有序晶格結構和無序連通孔道結構的雙重優勢。多孔單晶晶格結構清晰、化學組分精準、終止表面明確，可構筑連續高度扭曲活性表面及精細結構，對于研究表面結構及電化學過程的可逆化學機制有重要意義。

中國科學院福建物質結構研究所功能納米結構設計與組裝/福建省納米材料重點實驗室謝奎課題組，通過晶格重構策略生長出2 cm尺寸具有三維連通孔道結構的介孔WN單晶，精準控制晶面取向，并在扭曲表面上構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構，可增強可逆化學吸附，顯著提高贗電容；同時，介孔單晶表面精細結構與吸附物種作用清晰，長程有序結構可提高電極循環穩定性。

相關研究成果發表在Advanced Functional Materials上。論文第一作者是福建物構所葉靈婷。研究工作得到國家重點研發計劃“變革性技術關鍵科學問題”重點專項、國家自然科學基金重大研究計劃重點項目、中科院潔凈能源創新研究院合作基金和中科院戰略性先導科技專項（B類）等項目的支持。研究團隊長期從事多孔單晶與多相催化研究，并取得系列進展（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）。

（福建物質結構研究所）

“水力裝備表面納米抗磨蝕材料及高性能涂層關鍵技術與應用”獲得“2020年中國材料研究學會科學技術獎”二等獎

前不久，中國材料研究學會頒發了“2020年中國材料研究學會科學技術獎”，由水利部杭機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鍵技術與應用”項目榮獲二等獎(科技進步類）。

該項目針對水力裝備的磨蝕問題，研究了泥沙沖蝕、汽蝕等復雜因素交互作用下材料內在磨蝕破壞機制，通過對納米復合材料技術、超高音速熱噴涂技術等深入研究，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新技術，最終開發出一種水力裝備表面納米抗磨蝕材料及高性能涂層關鍵技術，其抗磨蝕性能達到國際領先水平。目前，相關成果成功應用于國內大型泵站上，有效提高了水力裝備的使用壽命。

“中國材料研究學會科學技術獎”是經科技部國家科學技術獎勵工作辦公室批準和授權，由中國材料研究學會設立的面向全國材料科學技術領域的權威獎項，用以表彰和鼓勵獎勵在材料科學技術領域做出突出貢獻的單位和個人。中國材料研究學會是具備國家科技獎提名資格的組織機構，“中國材料研究學會科學技術獎”獲獎項目具有推薦國家科技技術獎的資格，該獎在我國材料科學研究和應用領域具有重要的影響力。

（浙江省表面工程重點實驗室）

韓國科學技術院通過納秒激光表面處理人造骨涂層形成更好的骨植入

韓國科學技術院(KIST)的一組研究團隊目前開發了一種技術，只需一個小時即可誘導人造骨涂層。這樣的工藝以前需要一天的時間，并且需要數十個步驟。而該新技術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建涂層，而無需任何昂貴的設備或熱處理。

基于鈦的骨固定裝置由于其優異的機械性能和生物相容性，通常被用來治療人的骨折。為了進一步增強骨傳導性能，鈦通常涂有羥基磷灰石(hydroxyapatite, HAp)，它是骨骼的主要無機成分。與沒有HAp涂層的材料相比，有HAp涂層的材料往往表現出更好的生物相容性、成骨能力和骨傳導性。各種HAp涂層方法包括溶膠-凝膠涂層、浸涂、電化學沉積、電泳沉積、等離子噴涂、濺射涂層、熱等靜壓和仿生涂層已經被開發出來了。但是，大多數現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，可持續數次天，并且由于它們較差的涂層黏附強度而難以在臨床實踐中使用。

在這項研究中，來自韓國科學技術院(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，觀察到了不同數量和厚度的HAp涂層。更重要的是，通過激光誘導單步涂層（LISSC）工藝形成的HAp層具有很高的涂層強度，足以用于醫療用途。使用納秒激光在一步工藝中進行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度，研究人員使用透射電子顯微鏡（TEM）進行了結構和元素分析（下圖a）。涂層由三層組成：1）HAp位于上側，主要由鈣和磷組成；2）鈦位于下側（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（下圖c-e和圖S9）。可以注意到，中間層提高了涂層強度。

通過實驗，韓國科學技術院生物材料中心的Hojeong Jeon博士的研究小組宣布，他們開發的人工骨涂層，其粘附強度是傳統涂層材料的三倍。

這種新方法形成比目前臨床應用的少數人工骨涂層技術具有更強結合力的涂層。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，這在傳統工藝中是不可能的。

為了減少工藝中涉及的步驟數量并確保堅固的涂層，Jeon博士的團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。在激光器的目標位置以局部方式升高溫度，引起涉及鈣和磷的反應，從而生成陶瓷人造骨(羥基磷灰石)并形成涂層。

與傳統的涂層方法不同，人造骨成分的合成是通過激光誘導的，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，從而使結合強度最大化。

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）中誘導生物活性的簡單方法。我預計它將通過改變它而改變游戲規則并將廣泛應用于需要骨整合的各種醫療設備。”

（江蘇激光產業創新聯盟）