中國(guó)科大研制出可快充的鋰離子電池材料

充電速度慢、續(xù)航里程短是當(dāng)前制約電動(dòng)汽車發(fā)展的主要因素之一。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)季恒星教授研究組與美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)合作，研制出一種新型黑磷復(fù)合材料，有望制備出兼具快速充電、高電荷容量、長(zhǎng)壽命優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池，研究成果發(fā)表于《科學(xué)》。

黑磷是白磷的同素異形體，特殊的層狀結(jié)構(gòu)賦予其很強(qiáng)的離子傳導(dǎo)能力和高理論容量，是極具潛力的滿足快充要求的電極材料。然而黑磷容易從層狀結(jié)構(gòu)的邊緣開始發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)測(cè)性能遠(yuǎn)低于理論預(yù)期。研究人員采用界面工程策略將黑磷和石墨通過(guò)磷碳共價(jià)鍵連接在一起，在穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的同時(shí)提升了黑磷石墨復(fù)合材料內(nèi)部對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)能力，并通過(guò)常規(guī)的工藝路線和技術(shù)參數(shù)，將黑磷復(fù)合材料制成電極片，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電極片樣品充電9 分鐘即可恢復(fù)約80%的電量，2000 次循環(huán)后仍可保持90%的容量。如果能夠?qū)崿F(xiàn)這款新型材料的大規(guī)模生產(chǎn)，結(jié)合匹配的正極材料及其他輔助材料，并針對(duì)電芯結(jié)構(gòu)、熱管理和析鋰防護(hù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將有望獲得快速充電、能量密度達(dá)350 瓦時(shí)/千克的鋰離子電池，提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程到接近1000 公里。

（趙 惠 供稿）

一種新型電子元器件被發(fā)明

電流二極管被廣泛應(yīng)用于存儲(chǔ)、計(jì)算、通信、顯示等領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子學(xué)中最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)元器件。從電子遷移的角度，可以分為巡游電子和局域電子。巡游電子是在晶體中能夠自由移動(dòng)的電子。以巡游電子為載體的電子元器件，在電場(chǎng)作用下，電流（J）和電壓（V）可以分為J-V 對(duì)稱關(guān)系和非J-V對(duì)稱關(guān)系。與巡游電子相對(duì)應(yīng)的，便是局域電子，即不能夠自由移動(dòng)的電子，主要通過(guò)軌道的雜化形成化學(xué)鍵而被固定在晶體的某一區(qū)域。以局域電子為載體的電子元器件，在電場(chǎng)的作用下，負(fù)電荷逆電場(chǎng)移動(dòng)，與正電荷重心分離，電介質(zhì)中便形成感應(yīng)偶極矩，稱之為電極化（P）。一般電極化（P）與電壓（V）關(guān)系呈現(xiàn)對(duì)稱性的P-V 關(guān)系，具有P-V關(guān)系的相關(guān)元器件早已被發(fā)明。而具有非對(duì)稱性P-V關(guān)系的極化整流效應(yīng)的元器件并未見(jiàn)報(bào)道。

中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心盛志高團(tuán)隊(duì)與中科院物理所、中科院寧波材料所科研人員合作，發(fā)明出一種新型電子元器件，稱之為“極化二極管”。研究團(tuán)隊(duì)以電疲勞方式在介電材料鈦酸鍶（SrTiO3）中引入適量氧空位，與周圍電子組成“極化子”。通過(guò)電場(chǎng)作用，“極化子”便可形成電極化（P）。將疲勞鈦酸鍶與金屬鈦結(jié)合，以形成的異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出了具有整流效應(yīng)的元器件。通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)中心穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）超磁體下的超快光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)上述元器件施加負(fù)電場(chǎng)（-V）時(shí)，界面可形成非常弱的極化P；施加正電場(chǎng)（+V）時(shí)，界面便形成非常強(qiáng)的極化P。以上述非對(duì)稱P-V 形成的極化二極管，未來(lái)有望成為電子器件的基礎(chǔ)元件，在整流器、儲(chǔ)存器以及計(jì)算等領(lǐng)域均有著十分重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。

（楊秀麗 供稿）

合肥工大在微納適體傳感器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

快速、廣譜、痕量的農(nóng)殘檢測(cè)是目前面臨的一大全球性難題。合肥工業(yè)大學(xué)張鑒副教授依托該校食品與生物工程學(xué)院鄭磊研究員團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出一種能實(shí)時(shí)檢測(cè)4 種超痕量有機(jī)磷農(nóng)殘的微型適體傳感器，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《生物傳感器和生物電子》。該工作基于DNA適配體修飾的微電極芯片，采用交流電熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)超痕量有機(jī)磷分子在芯片表面的富集，使傳感器達(dá)到30 秒鐘快速響應(yīng)。傳感器對(duì)4 種常見(jiàn)有機(jī)磷的檢測(cè)限（LOD）低至(0.24～1.67)fM，并具有fM～nM的超寬線性范圍，同時(shí)保持了良好的特異性和可存儲(chǔ)性。該研究對(duì)實(shí)際蔬菜樣品中的有機(jī)磷農(nóng)殘進(jìn)行了有效檢出。該傳感器及其檢測(cè)方法為現(xiàn)場(chǎng)廣譜檢測(cè)超痕量有機(jī)磷農(nóng)殘?zhí)峁┝艘环N先進(jìn)、可靠、低成本的解決方案。

（張文君 供稿）