在过去的三十年中,低维系统从基本和技术的角度引起了越来越多的兴趣,这是由于其独特的物理和化学特性。X射线吸收光谱(XAS)是表征这种系统的强大工具,这是由于其化学选择性和在原子间距离测定中的高灵敏度。此外,该技术可以同时提供有关纳米材料的电子和局部结构特性的信息,这显着有助于阐明其原子结构与其特殊的物理特性之间的关系。本综述提供了XAS的一般介绍,讨论了该技术的基本理论,最常用的检测模式,相关的实验设置和一些互补的相关特征技术(DAFS,EXELFS,PDF,PDF,XES,HERFD XAS,XRS,XRS)。随后将介绍XAS光谱对2D,1D和0D系统的重要应用。选定的低维系统包括IV和III-V半导体膜,量子孔,量子线和量子点;基于碳的纳米材料(外延石墨烯和碳纳米管);金属氧化物膜,纳米线,纳米棒和纳米晶体;金属纳米颗粒。最后,讨论了将XAS应用于纳米结构的未来观点。
许多青少年都佩戴牙套来矫正歪牙或过度咬合——即上牙与下牙重叠。牙套中金属丝所用的金属称为记忆金属,因为它能“记住”形状,并在适当的条件下恢复原状。记忆金属是镍和钛的合金,于 1965 年开发而成。合金是不相互反应但并存的金属原子混合物。美国海军研究机构海军军械实验室的科学家 william J. buehler 制备了一种镍钛合金条,这种合金条可弯曲成褶皱,然后拉伸回直状。这种合金被称为镍钛诺,分别代表镍、钛和海军军械实验室。我们知道物质的常见三个状态:固态、液态和气态。但镍钛合金有两种固体相,即奥氏体相和马氏体相。随着温度升高,它会从一个相转变为另一个相。这些相可能看起来相似,但每个相中的原子结构实际上是不同的。在奥氏体相中,钛原子位于镍原子立方体的中心,形成刚性且不灵活的结构。当合金冷却时,它
石墨烯纤维已成为具有出色集成特性的有前途的碳纤维。以前的实验室研究集中在原型单纤维上,但是石墨烯纤维丝的可扩展制造仍然几乎没有探索。在这里,我们报告了具有高强度和优质导热率的石墨烯纤维丝的大规模工业制造。在可扩展的湿旋转过程中,我们引入了逐步的溶剂插入塑料拉伸,以改善前体石墨烯氧化物纤维丝的均匀性,密度和结构顺序。化学还原和高温石墨化恢复石墨烯原子结构,并实现大型石墨晶体大小的细丝。石墨烯纤维丝显示出有利的总体性能,包括1.4 GPA的拉伸强度,1.93 g/cm 3的密度,4.1×10 5 s/m的电导率和1204 W/mk的导热率。石墨烯纤维丝的制造奠定了其广泛应用的基础,因为纺织品和复合材料和溶剂插入塑料拉伸可能是制造二维材料的高性能纤维丝的一般方法。
摘要:氧气进化反应(OER)为许多电催化功率对X过程提供了质子,例如从水或CO 2中产生绿色氢或甲醇。含氧氧化物(IOHS)是该反应的出色催化剂,因为它们在酸性电解质中的活性和稳定性之间取得了独特的平衡。在IOHS中,此平衡随原子结构而变化。 虽然无定形IOH的表现最佳,但它们是最不稳定的。 相反,它们的结晶对应物是正确的。 这些规则用于减少稀缺的IOH催化剂的负载并保留性能。 但是,尚不完全了解活动和稳定性在原子水平上如何相关,从而阻碍了理性设计。 在此,我们提供了简单的设计规则(图12),这些规则源自本研究中的文献和各种IOH。 我们选择了晶体IROOH纳米片作为我们的铅材料,因为它们提供了出色的催化剂利用和可预测的结构。 我们发现,iRooh在超过无定形IOH的活性的同时表示晶体IOH的化学稳定性。 其致密的锥体三价氧(μ3Δ-O)的密集键合网络提供了结构完整性,同时允许可逆还原到电子间隙状态,从而减少了还原电位的破坏性效果。 反应性起源于具有自由基特征的协调不饱和边缘位点,即μ1-o oxyls。 我们希望这些规则将激发未来催化剂的原子设计策略。 ■简介在IOHS中,此平衡随原子结构而变化。虽然无定形IOH的表现最佳,但它们是最不稳定的。相反,它们的结晶对应物是正确的。这些规则用于减少稀缺的IOH催化剂的负载并保留性能。但是,尚不完全了解活动和稳定性在原子水平上如何相关,从而阻碍了理性设计。在此,我们提供了简单的设计规则(图12),这些规则源自本研究中的文献和各种IOH。我们选择了晶体IROOH纳米片作为我们的铅材料,因为它们提供了出色的催化剂利用和可预测的结构。我们发现,iRooh在超过无定形IOH的活性的同时表示晶体IOH的化学稳定性。其致密的锥体三价氧(μ3Δ-O)的密集键合网络提供了结构完整性,同时允许可逆还原到电子间隙状态,从而减少了还原电位的破坏性效果。反应性起源于具有自由基特征的协调不饱和边缘位点,即μ1-o oxyls。我们希望这些规则将激发未来催化剂的原子设计策略。■简介通过与其他IOH和文献进行比较,我们概括了我们的发现并综合了一组简单的规则,这些规则可以预测原子模型中IOH的稳定性和反应性。
在攻读机械工程硕士 (MSME) 期间,学生可以选择材料科学作为专业。从早期金属时代到现在的纳米时代,材料科学几乎是所有工程突破的关键推动因素。随着材料科学的发展和发现,机械与工业工程 (MIE) 学院的教师们参与了跨学科研究,以进一步推进材料的加工、合成和设计。研究领域与东北大学的可持续性、安全和健康广泛计划以及制造业和纳米技术的国家计划相一致。在金属/合金、聚合物、生物材料(包括仿生学)和含有纳米级材料的复合材料领域的研究利用实验、理论和计算技术来定制材料的结构-加工-性能关系以用于特定应用。当前的研究领域包括控制合成和组装过程以产生明确定义的原子结构;缺陷工程;操纵原子/微结构和材料化学以优化下一代结构、电子和能源应用的性能;凝固和变形处理、纳米制造;以及纳米复合材料/材料的生命周期评估。东北大学的教师和学生致力于创造性思维和工程创新,推动材料开发走在科学研究的前沿。
具有新特性的超材料在过去的几十年中引起了广泛的研究关注。已报道的超材料已在各个工程领域中被提出和开发了许多应用。具体而言,对于具有窄谐振线宽和强谐振强度的谐振型超材料,谐振频率和强度高度依赖于由环境物理或化学参数变化引起的超原子结构和/或基底介质性质的变化。因此,近年来开发了用于谐振型超材料单元或阵列的物理或化学传感应用。在这篇小型综述中,为了帮助这些领域的研究人员赶上最新的研究进展,我们想总结一下最近报道的基于不同种类超材料的高性能超材料启发式传感应用,特别是温度传感应用。重要的是,通过分析几种传统超材料单元的优缺点,讨论了新提出的高品质因数超材料单元在灵敏度和分辨率方面的高精度传感应用。这篇小型评论可以指导超材料启发传感器领域的研究人员找到一些高精度传感的新设计路线。
探索原子量表的材料的结构和物理性质之间的相应关系仍然是科学中的基本问题。随着异常校正的透射电子显微镜(AC-TEM)的发展和超快光谱技术,亚角尺度空间分辨率和飞秒尺度的时间分辨率,可以通过措施来获得。但是,结合两种优势的尝试仍然是一个巨大的挑战。在这里,我们通过使用自设计和制造的TEM标本持有人来开发AC-TEM中高时间分辨率的原位光谱法,该标本持有人具有亚角尺度空间分辨率和femtosecondscale尺度的时间分辨率。我们设备的键和独特的设计是使用纤维束,它可以将聚焦的脉冲梁传递到TEM中,并同时收集光学响应。生成的聚焦点的尺寸小于2μm,并且可以在面积大于75×75μm2的平面中进行扫描。最重要的是,由玻璃纤维引起的阳性组速度分散由一对衍射光栅补偿,从而导致脉冲梁在TEM中的脉冲宽度约为300 fs(@ 3 MW)。现场实验,观察AC-TEM中CDSE/ZnS量子点的原子结构,并在此期间获得光致发光寿命(〜4.3 ns)。可以通过利用该设备在TEM中执行进一步的超快光谱法。
物质由一种或多种元素组成。在正常条件下,自然界中除了稀有气体外,没有其他元素以独立原子的形式存在。然而,一组原子被发现以具有特征性质的一种物质形式存在。这样的原子组被称为分子。显然,一定有某种力将这些组成原子保持在分子中。将不同化学物质中的各种成分(原子、离子等)保持在一起的吸引力称为化学键。由于化合物的形成是各种元素的原子以不同方式结合的结果,因此它引发了许多问题。为什么原子会结合?为什么只有某些组合是可能的?为什么有些原子会结合而其他某些原子不会结合?为什么分子具有确定的形状?为了回答这些问题,人们不时提出了不同的理论和概念。这些理论和概念包括 Kössel-Lewis 方法、价壳电子对排斥 (VSEPR) 理论、价键 (VB) 理论和分子轨道 (MO) 理论。各种价态理论的演变和对化学键性质的解释与对原子结构、元素电子排布和周期表的理解的发展密切相关。每个系统都趋向于更稳定,而键合是自然界降低系统能量以达到稳定的方式。
磁体/超导体混合物 (MSH) 有望成为新兴拓扑超导相 [1, 2, 3, 4, 5]。接近 s 波超导体的一维 (1D) [6, 7, 8] 和二维 (2D) [9, 10, 11, 12] 磁系统均已显示出具有零能量端态和手性边缘模式的带隙拓扑超导的证据。最近,有人 [13] 提出,块体过渡金属二硫属化物 4Hb-TaS 2 是一种无间隙拓扑节点超导体 (TNPSC) [14]。然而,目前尚未在 MSH 系统中实验实现 TNPSC。本文我们介绍了在 s 波超导体顶部的反铁磁 (AFM) 单层中发现 TNPSC。我们的计算表明,拓扑相由 AFM 序驱动,从而导致无间隙时间反转不变拓扑超导态的出现 [15]。利用低温扫描隧道显微镜,我们在反铁磁岛的边界观察到低能边缘模式,它将拓扑相与平凡相分开。正如计算所预测的那样,我们发现边缘模式的相对光谱权重取决于边缘的原子结构。我们的研究结果确立了反铁磁性和超导性的结合是设计二维拓扑量子相的新途径。
现在,研究人员比以往任何时候都更加重新思考机器人设计和控制的方式 - 从控制其行为的算法到他们制成的材料的原子结构。从这个角度来看,我们收集并评论了最新的多功能机器的努力,这些机器使用形状塑料材料和组件来适应不断变化的环境。为了构建我们的讨论,我们指出了机器人在不同尺寸和时标的机器人采用的生物适应策略。这种上下文化陷入了自适应形态发生的概念,该概念正式定义为一种设计策略,在该策略中,自适应机器人的形态和行为是通过统一的结构和驱动系统实现的。但是,自引入以来,该术语被更俗语地用于描述“需求进化”。我们通过给出表现出适应性形态发生的当前系统的例子。然后,概述了自适应形态发生的预测关键应用领域有助于探讨实现未来系统的道路上的挑战和可能性。我们通过提出绩效指标来基准测试这个新兴领域的结论。从这种角度来看,我们希望刺激材料科学家,机器人和生物学家之间的对话,并提供客观的晶状体,通过这些镜头,我们可以分析具有迅速变形特征的机器人的进度,这些特征会蚀了生物过程中可能的东西。