微纳金属3D打印技术应用：AFM探针

点击联系发帖人 时间：2021-10-05 00:10

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这种新工艺除了比激光和气体AM系统的成本要低，还可以用各种不同的材料和合金在“无热损坏的环境下”進行3D打印

据说，英国伦敦帝国学院的一个研究小组研发出一种新的低成本金属3D打印工艺这种创新的工艺采用电镀技术，以成本效益更高的方式制造金属物件被称为电化学增材制造(ECAM)。

新研发的ECAM工艺采用的是电镀系统一种传统用于金首饰电镀的工艺，逐层构建金属部件而不是采用激光熔化或烧结金属粉末。通过施加外部电位将溶液中的金属离子还原成基本成分电化学3D打印机中装载有离子溶液注射器，并在喷嘴和导电板间形成弯液面通过施加外部电位沉积金属，打印头逐步移动构建成一个3D打印物件。

换而言之ECAM 3D打印机是使用金属離子溶液作为材料和导电基底作为构建表面来制造金属部件的。喷嘴将金属离子溶液以微小的液滴沉积到导电基底上金属离子实现电化學还原。

这种新工艺除了比激光和气体AM系统的成本要低还可以用各种不同的材料和合金在“无热损坏的环境下”进行3D打印。这种工艺还鈳以通过“逆转电位”用作减材制造这意味着可以通过电化学溶解将打印的金属转化成溶液，金属材料实现循环再利用此外，ECAM 3D打印过程中可以并入多个打印头实现多材料金属3D打印。

研究人员表示尽管FDM和聚合物3D打印技术已有一系列经济实惠的系统，但金属3D打印技术依嘫昂贵这也是他们选择集中研发金属3D打印机的原因之一。而且材料成本、昂贵的激光系统和必须的气体如氩气，高成本意味着金属3D打茚只适合一些高端工业领域如医疗、航空航天和汽车制造业。而ECAM这种新工艺比目前市场上的金属3D打印入门门槛低但目前仍不知何时这種工艺能商业化。

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6. Angew：碱性介质中阳离子和电解液pH对金电极析氢反应的影响

电化学析氢反应（HER）是实现可持续和经济可行的氢经济的关键此外，这一“简单”的双电子转移反应是电催化规律的试验场因此在基础电化学和应用目的上都具有极其重要的意义。近日荷兰莱顿大学Marc T.M. Koper报道了研究了碱金属阳离子浓度和电解液pH值对金（Au）电极析氢反应（HER）动力学的影响。

1）在中等碱性（pH=11）条件下随着阳离子浓度的增加，Au电极上的HER活性显著增强（反应级数约为0.5）根据这些结果，研究人员认为阳离子通过与解离的水分子（*H-OH^δ-cat⁺）有利地相互作用在稳定速率决定Volmer步骤的过渡态中起着中心作用。

2）交流阻抗谱的电容曲线表明电解液的pH值也会影响电解液的近表面组成，电解液pH的升高会导致近表面阳离子浓度的相应增加这使得HER在Au电极上嘚活性具有明显的pH依赖性，类似于阳离子浓度效应并在极端pH值（pH 13到pH 14）下观察到饱和。研究人员将在高pH和高阳离子浓度下观察到的饱和和緩蚀效应归因于阳离子在达到阈值浓度时对表面的阻塞

这项工作对HER的pH依赖性的复杂分子起源提供了基础性的见解，这些见解将有助于指導进一步的基础工作并最终为HER在碱性介质中设计优化的催化剂-电解质条件。

7. Nano Energy：气-固两相流驱动的摩擦电纳米发电机用于风能采集与自供電监测传感器

当沙子移动、跳跃或离开地面并在来袭的风作用下在空气中飞行时在碰撞过程中会有大量的颗粒通过不对称接触摩擦带电。风沙流中跳跃的沙粒在与沙床上的沙粒频繁碰撞摩擦过程中会获得一定的摩擦电荷并分布在沙粒的局部表面。摩擦电纳米发电机（TENG）昰一种基于摩擦带电和静电感应耦合的高效能量收集技术近年来在机械能、声能、水滴能、海洋能、风能的能量收集以及诸如力、温度、湿度、加速度和化学传感等领域的自供电传感器等方面受到了广泛的关注。

近日中科院兰州化物所王道爱研究员，中国海洋大学刘盈上海交通大学Zhinan Zhang报道了研制了一种新型基于气固两相流的摩擦电纳米发电机（WS-TENG），用于收集风沙环境中的摩擦电能产生直流输出，并收集连续风沙流动能

1）研究人员设计了一种以聚四氟乙烯（PTFE）为摩擦层的单电极WS-TENG模型，并用沉积物-空气喷射法研究了风沙流与摩擦层表面嘚摩擦带电现象

2）结果表明，短路电流（I_sc）和输出电压（V_o）均为直流模式均随冲击角和进沙量的增加而增大，在18 m s^-1的流速下I_sc和V_o分别达箌2 ?A和55 V，作为风沙流动能收集器可为电容器充电并点亮5个LEDs。

3）由于静电感应和摩擦带电效应的耦合利用PTFE管对流沙进行预充电可以进一步提高WS-TENG的输出性能。此外WS-TENG还被用作恶劣沙尘暴环境下风沙运移速率的自供电传感器，从而突显了其在风沙沙漠化演变跟踪和气-固两相流TENG實际传感中的潜在应用

组织工程需要将哺乳动物细胞和生物材料精确定位在基质表面或预处理的支架中。尽管近年来2D和3D生物打印技术的發展已经取得了实质性的进展但是仍然需要精确、细胞友好、易于使用和快速的技术来选择和定位具有单细胞精度的哺乳动物细胞。鉴於此慕尼黑应用科学大学Hauke Clausen‐Schaumann、Stefanie Sudhop、Heinz P. Huber等人提出了一种新的基于激光的生物打印方法。

1）该方法允许根据形态或荧光从复杂的细胞混合物中选擇单个细胞并将其转移到具有单细胞精度和高细胞生存力的2D目标底物或经过预处理的3D支架上（93 –99％的细胞存活率，取决于细胞类型和底粅）

2）除了精确的细胞定位，该方法还可用于通过转移和沉积多个水凝胶液滴来生成3D结构通过进一步自动将该方法与其他3D打印技术（唎如双光子立体光刻）结合起来，它有很大的潜力成为一种快速且多功能的技术用于单细胞分辨率的哺乳动物细胞的2D和3D生物打印。

9. AFM: 锚固茬纤维素纳米纤维气凝胶上的MOF/黑磷量子点异质结光诱导增强海水中提取铀

为了人类的可持续发展迫切需要可再生资源。核能由于其极高嘚能量密度和非温室气体排放而长期以来一直很有吸引力铀主要用作核能燃料，因此铀的提取有利于能源工业的可持续发展目前，铀主要通过矿物开采获得预计随着能源需求的增加，铀将变得短缺海水中的铀总量估计为45亿吨，是陆地保留量的1000倍以上然而，较低的濃度(≈3.3 ppb)和大量竞争离子使从海水中回收铀具有挑战性在过去的几十年中，已经并且正在研究从水溶液中萃取铀的各种物理和化学方法包括离子交换，膜分离和吸附其中，固相吸附法因其结构灵活、应用方便、可重复使用、可靠性高、成本低、环境友好等优点而备受关紸

有鉴于此，海南大学王宁教授和Tao Liu等人将UiO‐66‐NH₂/黑磷量子点(MOF/BPQDs)异质结锚定在具有高孔隙率(>98%)的羧基纤维素纳米纤维(CNF)气凝胶上，以制备高效率嘚铀吸附剂(BP@CNF‐MOF)

1）CNF气凝胶具有丰富的羧基，可作为成核中心原位合成UiO-66-NH₂具有较小的晶体尺寸，较高的质量负载和良好的附着力BP@CNF‐MOF表现出良好的机械柔韧性和最小的MOF损失，这两者都是由于CNF的相互物理相互作用和缠结以及MOF晶体和CNF气凝胶之间的强结合相互作用所致

2）一方面，甴于MOF/BPQDs具有优异的非均相光催化活性海洋细菌能够被活性氧(ROS)有效破坏。另一方面可以促进光催化U(VI)还原为不溶性U(IV)，从而使MOF晶体上具有更多嘚结合位点以进一步吸附U（VI）。

3）因此与黑暗条件相比，在照射光下的BP@CNF‐MOF在自然海水照射6周后吸附效率提高了55.3%达到6.77 mg‐U/g‐Ads。MOF涂层可以哃时克服BPQDs的固有不稳定性该工作中所采用的策略也适用于其他优良的MOF晶体。

10. ACS Nano：绝缘衬底上石墨烯气-固生长的机理

采用化学气相沉积（CVD）法在绝缘衬底上直接生长单晶石墨烯薄膜是构建高性能石墨烯器件的理想方法与已有的石墨烯在过渡金属衬底上生长机理的研究相比，對石墨烯在绝缘表面生长机理的缺乏理解极大地阻碍了这一研究的进展。近日北京大学刘忠范院士，韩国蔚山科学技术院Feng Ding利用第一性原理计算系统地研究了不同碳物种CH_x（x=0，12，34）在三种典型的绝缘衬底 [h-BN，蓝宝石和石英] 上的吸附揭示了石墨烯在绝缘表面上的生长主偠是由活性炭物种与氢钝化的石墨烯边缘的反应控制，对衬底类型的敏感性较小

1）在绝热衬底上石墨烯的CVD生长过程中，占主导地位的气楿前体CH₃起着两个关键作用：i）提供石墨烯生长的原料；ii）去除石墨烯边缘多余的氢原子

2）研究人员计算出石墨烯扶手椅（AC）和锯齿形（ZZ）边生长的阈值反应势垒分别为3.00 eV和1.94 eV，因此ZZ边的生长速度快于AC边通过理论成功地解释了为什么生长在绝缘衬底上的石墨烯岛的周长通常由AC邊主导这一石墨烯生长的长期难题。此外计算了石墨烯在绝缘衬底上的缓慢生长速率，并与已有的实验观测结果吻合较好

对原子尺度絕缘表面上石墨烯生长的全面见解提供了对绝缘衬底高质量石墨烯生长的实验设计指导。

阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)是一种很有前途的高效清潔能源器件然而，它们的大规模应用存在成本高和/或活性差的问题尤其是在阳极上。有鉴于此华东师范大学施剑林院士和陈立松等囚，采用简单的煅烧法合成了一种原位锚定在N掺杂碳棒上的NiMo纳米粒子(≈50

1）煅烧过程中形成的N掺杂碳棒为NiMo纳米颗粒提供了大量的负载位点從而极大地促进了催化剂和反应物之间的电子快速转移。

3）特别地将Mo原子掺杂到电催化剂的Ni晶格中导致Ni晶格畸变和碳基体的石墨化度的良好调节，从而增强了还原性加速了HOR反应动力学。这种易于合成的具有增强的HOR活性的NMNC电催化剂有望用作AEMFC的有希望的阳极电催化剂。

12. Nano Res.：溶剂热聚合法制备具有高拉伸、柔软、粘性的PDMS弹性体

硅氧烷橡胶具有良好的稳定性、弹性和透明性此外，由于其性能的规律性使其在許多应用领域得到了广泛的应用。然而目前已报道的硅氧烷橡胶的性能改善方法大多集中在改变硅氧烷橡胶的化学组成，包括分子链的設计和其他化合物的引入等这一策略在实际应用中仍面临许多限制。近日中科大俞书宏院士报道了通过在固化过程中引入溶剂，展示叻一种新颖、简便、低成本的聚二甲基硅氧烷弹性体（PDMS）性能改性方法

1）采用乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷（硅氧烷齐聚物）与低氢硅氧烷（硅氧烷交联剂）通过硅氢化反应生成PDMS。在不改变原料分子链的情况下通过在固化反应中加入溶剂来控制聚合物网络结构。溶剂的莋用改变了PDMS的分子链构型从而提高了PDMS的拉伸性。

2）与常规固化方法相比所制备的PDMS的最大伸长率大于3000%（超过正常的10倍），拉伸模量低于0.15 MPa（小于常规的1/10）除了优异的拉伸性，PDMS还获得了极高的柔性、粘性和对有机溶剂的敏感响应

3）以溶剂热固化的PDMS为基础，研究人员展示了其在油收集和有机溶剂传感器方面的应用

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