顶刊材料科学动态（2302W4）

　　2023年2月第四周（2。202。28）
　　Science
　　《科学》：Vol。379，No。6634
　　瑞典林雪平大学Strakosas等：代谢物诱导的无衬底有机生物电子器件的体内制造
　　将电子器件与神经组织连接对于理解复杂的生物功能至关重要，但传统的生物电子器件由刚性电极组成，与生命系统根本不兼容。静态固态电子学和动态生物物质之间的差异使得两者的无缝集成具有挑战性。为了解决这种不相容性，我们开发了一种在生物环境中动态创建无软基质导电材料的方法。我们在斑马鱼和水蛭模型中证明了体内电极形成，使用内源性代谢物触发可注射凝胶内有机前体的酶促聚合，从而形成具有远程导电性的导电聚合物凝胶。这种方法可用于靶向特定的生物亚结构，并适用于神经刺激，为神经系统内的完全集成、体内制造的电子器件铺平了道路。
　　该研究报道了一种在脊椎动物和无脊椎动物模型中由内源性代谢物驱动的酶促聚合策略，用于体内形成无基质有机电子元件。将含有酶和小的电活性单体的凝胶注射到生物组织中，内源代谢物诱导单体的聚合。这导致有机电子凝胶不需要刚性的，因此固有的生物学和流变学不相容的基底材料。在琼脂糖凝胶、细胞培养物、斑马鱼和水蛭模型系统以及哺乳动物肌肉组织中证明了这种体内制造的凝胶电极，并将其作为OECT中的通道材料，证明了内源性燃料聚合方法的广泛通用性。
　　从光谱、电学、机械和神经生理学研究中得出结论，已开发的电极技术形成了生物电子融合，具有与生命系统无缝集成所需的精确性能和兼容性特征，远远超出了薄膜和或基于基板的生物电子学的当前技术水平。优化了凝胶配方，得到了稳定性好、生物相容性好的导电高分子凝胶。由于过多的代谢物，我们的方法不限于特定的生物模型，而是相当通用的，并且可以定制以匹配与它们相应的氧化酶（代谢物、神经递质、其他生物标志物）匹配的内源性物质的局部通量。此外，内源性化合物驱动的聚合方法不需要靶细胞或组织的基因操作，使其更容易翻译。此外，选择性聚合与单体向聚合物转变引起的颜色变化相结合，可用于感兴趣区域的局部染色。我们相信，这些局部和体内形成的有机电子系统预示着电子学与生物学的发展和界面的范式转变，无缝地模糊了生物和技术或电子材料和系统之间的区别。
　　Nature
　　《自然》：Volume614Issue7949
　　以色列魏茨曼科学研究所Inbar等：量子扭曲显微镜
　　扫描探针显微镜的发明彻底改变了电子现象的可视化方式。而现在的探测器可以在太空中的一个单一位置获得各种电子特性扫描显微镜可以直接探测电子在几个位置的量子力学存在，这将提供对电子系统的关键量子性质的直接访问，这是迄今为止无法实现的。在这里，我们展示了一种概念上的新型扫描探针显微镜量子扭曲显微镜（QTM）能够在其尖端进行局部干涉实验。QTM基于独特的货车尖端，允许创建原始的二维结，这为电子隧穿到样品中提供了大量相干干涉路径。通过在尖端和样品之间增加连续扫描的扭转角，该显微镜沿着动量空间中的线探测电子，类似于扫描隧道显微镜沿着真实的空间中的线探测电子。
　　通过一系列实验，我们证明了室温量子相干性，研究了扭曲双层石墨烯的扭曲角演化，直接成像了单层和扭曲双层石墨烯的能带，最后，在施加较大的局域压力的同时可视化了扭曲双层石墨烯的低能带的逐渐平坦化。QTM为量子材料的新型实验开辟了道路。
　　QTM为两个独立的研究方向开辟了道路：首先，它提供了一种在大量量子材料之间产生高度可控的新界面的新方法。具体而言，它能够连续控制这些接口的关键参数：它们的扭转角。该技术应当普遍适用于过多的层状导体、半导体和超导体。其次，它是一种新型的扫描显微镜，可以直接观察电子系统的能量动量色散。因此，如果它被隧道电子激发，它可以探测任何激发的色散，带电或中性。测量可以在大磁场下进行，具有可变的载流子密度和由局部门控制的电位移场，以及连续可调的压力。QTM的横向扫描能力将进一步实现电子设备内具有高空间分辨率（大约100nm）的空间扫描动量分辨测量。由于QTM技术相对简单且功能强大，我们期望QTM能成为实验凝聚态物理学武器库中一个有价值的新工具。美国加州大学伯克利分校Zhao等：石墨烯中流体动力等离子体激元和能量波的观测
　　热激发的电子和空穴在超净石墨烯中形成量子临界狄拉克流体，其电动力学响应由普适流体动力学理论描述。流体力学的狄拉克流体可以拥有与费米流体截然不同的有趣的集体激发。本文报道了在超净石墨烯中观察到的流体动力学等离子体激元和能量波。利用片上太赫兹（THz）光谱技术测量了石墨烯微带的THz吸收光谱以及能量波在石墨烯中接近电中性处的传播。我们观察到超净石墨烯中的狄拉克流体具有显著的高频流体力学双极等离子体共振和较弱的低频能量波共振。流体动力学双极等离子体激元的特征是石墨烯中无质量电子和空穴的反相振荡。流体动力学能量波是电子空穴声模式，两个电荷载流子同相振荡并一起运动。时空成像技术表明，能量波以特征速度VF2传播接近电中性。我们的观测为探索石墨烯系统中的集体流体动力学激发提供了新的机会。
　　该研究利用新的片上太赫兹光谱技术观测到了狄拉克流体的流体动力学等离子体激元和流体动力学能量波。研究为探索低维材料中的集体流体动力学激发提供了新的机会。美国马里兰大学Xu等：极端工作条件下锂离子电池的电解质设计
　　广泛应用的理想电解质LiNi0。8Mn0。1Co0。1O2（NMC811）石墨锂离子电池预计具有支持更高电压（4。5伏）、快速充电（15分钟）、在宽温度范围（60摄氏度）内充电放电（无需镀锂）和不易燃的能力。没有现有的电解质同时满足所有这些要求，并且电解质设计由于缺乏解决电池性能、溶剂化结构和固体电解质界面化学之间的关系的有效指导原则而受到阻碍。
　　在此，报告并验证了一种基于一组软溶剂的电解质设计策略，该策略在弱Li离子与溶剂相互作用、充分的盐解离和所需的电化学之间取得平衡，以满足上述所有要求。值得注意的是，面积容量超过2。5毫安时平方厘米的4。5伏NMC811石墨纽扣电池在零下50摄氏度（零下60摄氏度）下以0。1C的C率充电和放电时，可保持其室温容量的75（54），使用贫电解质（2。5克安培小时）的NMC811石墨袋式电池在零下30摄氏度下可实现稳定的循环，平均库仑效率超过99。9。综合分析进一步揭示了NMC811阴极和石墨阳极之间的阻抗匹配，这是由于形成了类似的富含氟化锂的界面，从而有效地避免了在低温下镀锂。这种电解质设计原理可以扩展到在极端条件下工作的其他碱金属离子电池。