Advanced Materials Technologies 2021年度文章

Advanced Materials Technologies致力于发表高质量的多学科研究成果,内容涵盖高性能器件、材料和制造技术的广泛应用,旨在改变世界,实现健康和可持续的未来。

2021年,期刊进入了其出版的第六个年头。尽管受到COVID-19大流行病的持续不利影响,Advanced Materials Technologies仍在蓬勃发展。期刊全年收到了1700多份投稿(比2020年增加了35%),发表了420多篇文章。人们对该杂志内容的兴趣也在激增,全文下载量增加了40%以上。

Advanced Materials Technologies的2021年度文章中,可以看到编辑们对世界各地科学家在2021年发表的文章的选择。本文集涵盖了各种主题,包括软机器人、器件制造、能源转换和存储、健康监测和诊断技术、电子传感器、3D和4D打印、光电探测器、半导体和膜技术等。

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https://onlinelibrary.wiley.com/page/journal/2365709x/homepage/best-of-advanced-materials-technologies-2021.html

文章一览

Printing between the Lines: Intricate Biomaterial Structures Fabricated via Negative Embodied Sacrificial Template 3D (NEST3D) Printing

在线条间打印:通过NEST3D打印制造的复杂生物材料结构

Stephanie E. Doyle, Serena Duchi, Carmine Onofrillo, Anita Quigley, Claudia Di Bella, Elena Pirogova, Cathal D. O’Connell

本文通过NEST3D(全称Negative Embodied Sacrificial Template 3D)打印技术,展示了3D打印的水溶性模板中的负图案如何打印出直接挤压打印极其困难或不可能实现的几何形状。通过将二次材料浇注到这样的模板中,可以从大量材料中创建复杂的结构。

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100189

Hybridized Triboelectric‐Electromagnetic Nanogenerator for Wind Energy Harvesting to Realize Real‐Time Power Supply of Sensor Nodes

用于风能收集的混合摩擦电电磁纳米发电机实现传感器节点的实时供电

Jianxiong Zhao, Jiliang Mu, Haoran Cui, Wenjun He, Le Zhang, Jian He, Xin Gao, Zhengyang Li, Xiaojuan Hou, Xiujian Chou

本文介绍了一种旋转式风能收集混合发电机,它包括两种能量收集方式,摩擦纳米发电机(TENG)和电磁发电机(EMG)。该发电机可实现对传感器节点信息采集和无线传输的实时供电,风速为10.5 ms-1,为数亿个传感器网络节点供电提供了解决方案。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202001022

Spray‐Painted Hydrogel Coating for Marine Antifouling

用于海洋防污的喷绘水凝胶涂层

Jiapeng Yang, Bin Xue, Yanyan Zhou, Meng Qin, Wei Wang, Yi Cao

通过丙烯酰胺和四臂聚乙二醇交联剂的光引发聚合,开发出一种可喷涂的水凝胶涂料,其具有防污和防污性能相结合的特性。引入中间涂层以提供对各种表面的强非共价粘合和与水凝胶层的共价连接。水凝胶涂层均匀致密,对各种生物大分子和微生物表现出优异的防污性能。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000911

Electrospun Adsorptive Nanofibrous Membranes from Ion Exchange Polymers to Snare Textile Dyes from Wastewater

用离子交换聚合物电纺吸附纳米纤维膜从废水中捕获纺织染料

Levente Cseri, Fuat Topuz, Mahmoud A. Abdulhamid, Abdulaziz Alammar, Peter M. Budd, Gyorgy Szekely

基于修饰有强阳离子或阴离子交换侧基的羧基官能化多孔聚酰亚胺开发了电纺纳米纤维吸附膜。膜经过形态学、化学和热学表征,以探索其材料和结构特性。在吩嗪鎓和吩噻嗪鎓基染料的处理中观察到高吸附容量和良好的可回收性。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000955

Developments of Advanced Electrospinning Techniques: A Critical Review

先进静电纺丝技术的发展:批判性评论

Ya Li, Jiadeng Zhu, Hui Cheng, Guoqing Li, Hyunjin Cho, Mengjin Jiang, Qiang Gao, Xiangwu Zhang

本综述旨在回顾静电纺丝技术的最新发展。简要介绍了这项新技术的独特性,然后介绍了其原理和进展,总结了可能影响纳米纤维性能的一般机制和重要参数。最后,还给出了当前的成果、研究挑战和未来展望。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100410

Wearable Sensors for Remote Health Monitoring: Potential Applications for Early Diagnosis of Covid‐19

用于远程健康监测的可穿戴传感器:可潜在用于Covid-19的早期诊断

Sheyda Mirjalali, Shuhua Peng, Zhijian Fang, Chun-Hui Wang, Shuying Wu

最近,可穿戴传感器在远程健康监测方面表现出了巨大的潜力。尤其是在Covid-19大流行之后,对能够监测呼吸频率、体温和血氧水平等生命体征的可穿戴远程医疗系统的需求激增。这篇综述介绍了创建这些传感器的最新进展、挑战和前景。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100545

Mechanically Matched Silicone Brain Implants Reduce Brain Foreign Body Response

可减少大脑异物反应的机械匹配硅胶脑植入物

Edward N. Zhang, Jean-Pierre Clément, Alia Alameri, Andy Ng, Timothy E. Kennedy, David Juncker

牺牲糖模具与真空辅助成型(VAM)相结合,制造出第一个由硅胶(≈20 kPa)制成的机械匹配脑植入物(MMBI)。MMBI使用VAM包裹在糖梭中并植入大鼠大脑。与聚二甲基硅氧烷和硅植入物相比,MMBI引起的脑异物反应减少,组织相容性更好。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000909

Kirigami and Mogul‐Patterned Ultra‐Stretchable High‐Performance ZnO Nanowires‐Based Photodetector

Kirigami Mogul 图案的超可拉伸高性能 ZnO 纳米线基光电探测器

Yogeenth Kumaresan, Guanbo Min, Abhishek Singh Dahiya, Ammara Ejaz, Dhayalan Shakthivel, Ravinder Dahiya

本文提出了一种通过在纳米线-弹性体复合材料上采用结构工程来制造超可拉伸高性能光电探测器的新方法,该装置表现出前所未有的柔韧性,适用于可穿戴应用的低至125%的应变。此外,通过将光电探测器与摩擦纳米发电机集成以进行实时紫外检测,展示了一种便携式能量自主系统。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100804

Wearable, Implantable, and Interventional Medical Devices Based on Smart Electronic Skins

基于智能电子皮肤的可穿戴、可植入和介入医疗器械

Lili Wang, Kai Jiang, Guozhen Shen

柔性医疗设备为临床医学提供了许多优势。合理设计的可穿戴传感器具有多种生物功能(机械柔韧性、生物相容性、生物降解性、自愈性和粘附性),有望在可穿戴医学、植入医学和介入医学中得到应用。研究重点是这些设备如何监测人类健康状态,从而有望取代传统的临床工具。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100107

Ultrasensitive Detection of Dopamine, IL‐6 and SARS‐CoV‐2 Proteins on Crumpled Graphene FET Biosensor

褶皱石墨烯FET生物传感器上多巴胺、IL-6SARS-CoV-2蛋白的超灵敏检测

Michael Taeyoung Hwang, Insu Park, Mohammad Heiranian, Amir Taqieddin, Seungyong You, Vahid Faramarzi, Angela A. Pak, Arend M. van der Zande, Narayana R. Aluru, Rashid Bashir

本文报告了基于皱缩石墨烯场效应晶体管的重要生物标志物的生物传感。用特定的适体和抗体捕获了多巴胺和三种蛋白质(白细胞介素6和两种 COVID-19 相关蛋白质)。所有测试的生物标志物均可被检测,并达到文献报道中的最高灵敏度。还研究了双电层形成和带隙开口对石墨烯的压皱效应。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100712

Advances in Nanostructures for High‐Performance Triboelectric Nanogenerators

高性能摩擦纳米发电机纳米结构的进展

Yongjiu Zou, Jing Xu, Kyle Chen, Jun Chen

最摩擦纳米发电机是一种用于机械到电能转换的全新能源技术,已被证明是可持续的能源,并且能够用作有源自供电传感器。纳米级表面粗糙度作为摩擦纳米发电机的典型物理改性策略,可以通过增加成对摩擦表面的接触面积来显著提高摩擦纳米发电机的输出性能。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000916

Energy Storage Structural Composites with Integrated Lithium‐Ion Batteries: A Review

集成锂离子电池的储能结构复合材料综述

Joel Galos, Koranat Pattarakunnan, Adam S. Best, Ilias L. Kyratzis, Chun-Hui Wang, Adrian P. Mouritz

本文回顾了已发表的关于包含完全集成的锂离子电池的储能结构复合材料的研究,该电池可以同时承载机械负载和存储电能。确定了需要进一步研究的挑战,包括替代制造方法、机械特性、工程设计、安全性和电池子组件的权衡。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202001059

3D Crinkled Alk‐Ti3C2 MXene Based Flexible Piezoresistive Sensors with Ultra‐High Sensitivity and Ultra‐Wide Pressure Range

具有超高灵敏度和超宽压力范围的3D 褶皱Alk-Ti3C2 MXene柔性压阻传感器

Yucui Xiang, Liang Fang, Fang Wu, Shufang Zhang, Haibo Ruan, Haijun Luo, Hong Zhang, Wanjun Li, Xingming Long, Baoshan Hu, Miao Zhou

本工作成功开发了一种基于新型3D褶皱MXene的Alk-Ti3C2和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的高性能柔性压阻传感器。由于PDMS基板具有更高的耐压性、特殊结构的Alk-Ti3C2提供了更多接触点,该传感器兼具高灵敏度和宽工作范围,具有广泛的应用。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202001157

4D Printing of Continuous Shape Representation

连续形状表示的 4D 打印

Sang-Joon Ahn, Junghwan Byun, Hyeong-Joon Joo, Jae-Hak Jeong, Dae-Young Lee, Kyu-Jin Cho

这项工作建立了形状记忆聚合物的4D打印策略,可通过控制单个打印参数来编程连续水平的形状恢复应变。由此产生的4D打印架构以功能表示的形状和曲率轮廓为特征,实现以离散形式复制和修改任意复杂3D表面的形状。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100133

Recent Progress on Flexible Capacitive Pressure Sensors: From Design and Materials to Applications

柔性电容压力传感器的最新进展:从设计和材料到应用

Rishabh B. Mishra, Nazek El-Atab, Aftab M. Hussain, Muhammad M. Hussain

本综述论文旨在为对柔性电容压力传感感技术兴趣的学生、科学家和研究人员提供过去几十年里的相关设计、最先进的制造技术以及各种应用(如航空航天、汽车、船舶、机器人、可穿戴设备和医疗保健等)。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202001023

Acoustic Metamaterials: A Review of Theories, Structures, Fabrication Approaches, and Applications

声学超材料:理论、结构、制造方法和应用综述

Guangxin Liao, Congcong Luan, Zhenwei Wang, Jiapeng Liu, Xinhua Yao, Jianzhong Fu

在这篇综述中,我们通过总结和分析当前的研究进展,包括相关的物理理论、结构、制造方法和应用,提供了声学超材料(AMs)的全面知识集合。此外,还讨论了与AM相关的当代挑战、趋势和策略。本综述将有助于促进增材制造的进一步发展。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000787

Targeted Chemotherapy of Glioblastoma Spheroids with an Iontronic Pump

用离子泵靶向化疗胶质母细胞瘤球体

Linda Waldherr, Maria Seitanidou, Marie Jakešová, Verena Handl, Sophie Honeder, Marta Nowakowska, Tamara Tomin, Meysam Karami Rad, Tony Schmidt, Joachim Distl, Ruth Birner-Gruenberger, Gord von Campe, Ute Schäfer, Magnus Berggren, Beate Rinner, Martin Asslaber, Nassim Ghaffari-Tabrizi-Wizsy, Silke Patz, Daniel T. Simon, Rainer Schindl

一种电子驱动的离子泵被设计用于将带电的化疗药物吉西他滨靶向递送至脑癌细胞。以纳安范围内的电流在阳离子交换膜上传递药物离子,引发脑癌细胞的死亡和微小肿瘤分解。与标准疗法相比,局部吉西他滨治疗提供了一个新的治疗窗口。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202001302

Recent Advancements in Development of Wearable Gas Sensors

可穿戴式气体传感器发展的最新进展

Atanu Bag, Nae-Eung Lee

气体传感器在有毒气体分子的检测中发挥着不可或缺的作用。本文讨论了可穿戴式气体传感器在环境监测、医疗保健、公共安全以及食品质量监测方面的潜在应用的最新进展,并特别关注了其操作要求和传感机制。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000883

Multi‐Object Detector YOLOv4‐Tiny Enables High‐Throughput Combinatorial and Spatially‐Resolved Sorting of Cells in Microdroplets

多目标检测器YOLOv4-Tiny实现微滴中细胞的高通量组合和空间分辨分类

Lewis Howell, Vasileios Anagnostidis, Fabrice Gielen

这项工作中,基于深度学习的对象检测器高速用于提供有关对象身份和位置的信息,将液滴微流体与实时物体检测相结合,为用于稀有细胞分离或组学研究的高通量确定性单细胞实验铺平了道路。此外,本工作还赋予微流控平台实时自我调整微物体加载占用的能力。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202101053

Low Band Gap Conjugated Semiconducting Polymers

低带隙共轭半导体聚合物

Markus Clark Scharber, Niyazi Serdar Sariciftci

与无机半导体相比,化学结构的改变会导致有机聚合物半导体的光学带隙发生较大变化。本文对低带隙半导体聚合物的设计原理、所得材料的特性以及使用这些材料的重要应用和器件进行了最新的概述。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000857

Synthesis of Wafer‐Scale Graphene with Chemical Vapor Deposition for Electronic Device Applications

用化学气相沉积法合成用于电子设备的晶圆级石墨烯

Baojun Sun, Jinbo Pang, Qilin Cheng, Shu Zhang, Yufen Li, Congcong Zhang, Dehui Sun, Bergoi Ibarlucea, Yang Li, Duo Chen, Huaimin Fan, Qingfang Han, Mengxin Chao, Hong Liu, Jingang Wang, Gianaurelio Cuniberti, Lin Han, Weijia Zhou

本文总结了用于晶圆级石墨烯的生长的化学气相沉积的最新进展。根据透明导电膜和晶体管设备的应用潜力,比较了卷对卷和批对批两种策略的进展。对于外延石墨烯的形成,已报道了米级单晶金属的基片制作。此外,还综述了自旋电子学和逻辑电路的概念验证报告。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202000744

Facilitating Large‐Scale Snow Shedding from In‐Field Solar Arrays using Icephobic Surfaces with Low‐Interfacial Toughness

使用具有低界面韧性的疏冰表面促进野外太阳能电池阵列的大规模除雪

Abhishek Dhyani, Christopher Pike, Jennifer L. Braid, Erin Whitney, Laurie Burnham, Anish Tuteja

本工作开发了同时具有低界面强度和冰韧性的涂层。这种表面可以在数周的零下温度中,实现野外部署的太阳能电池阵列上不同形式冰雪的脱落,从而显著增加发电量。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202101032

Vancomycin‐Loaded Microneedle Arrays against Methicillin‐Resistant Staphylococcus Aureus Skin Infections

万古霉素微针阵列对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌皮肤感染

Jill Ziesmer, Poojabahen Tajpara, Nele-Johanna Hempel, Marcus Ehrström, Keira Melican, Liv Eidsmo, Georgios A. Sotiriou

通过微针阵列将抗生素万古霉素局部输送到皮肤中,用于治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染。该微针阵列由水不溶性支撑层组成,周围环绕着载药的水溶性尖端,以确保万古霉素的受控给药。在体外和离体探索了微针阵列的插入能力、药物递送和抗菌效果。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202001307

Molecularly Directed, Geometrically Latched, Impulsive Actuation Powers Sub‐Gram Scale Motility

分子定向、几何锁存、脉冲驱动为亚克级运动提供动力

Junfeng Gao, Arul Clement, Mohsen Tabrizi, M. Ravi Shankar

用液晶弹性体与叉指电极的组合为亚克级机器人的脉冲驱动提供了动力,这些机器人可以在任意的表面和介质上航行,包括在水面上行走。这种动力来自于外壳的机械不稳定性,使用数V的电压和小于200mA的电流,可实现超过100 mm/s的驱动速度。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100979

Soft Robotic Manipulators: Designs, Actuation, Stiffness Tuning, and Sensing

软机器人机械手:设计、驱动、刚度调整和传感

Weiqiang Dou, Guoliang Zhong, Jinglin Cao, Zhun Shi, Bowen Peng, Liangzhong Jiang

在这篇综述中,对软机器人机械手进行了批判性综述,涵盖了软机器人设计的形态、驱动、可变刚度和传感方面。受当前软机器人机械手最先进技术的启发,提出了从功能仿生学角度设计软机器人机械手的“半软”概念。最后,还讨论了软机器人机械手的未来挑战。

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100018