系统位:10月9日

将等离子体色引入固体材料
加州大学河滨分校的研究人员使用银纳米颗粒(AgNPs)来生产固体材料用等离子体可变色薄膜．这种效果以前只在液体中实现过。

在固体薄膜中快速和可逆的等离子体颜色调整，到目前为止是一个挑战，对许多应用都有很大的希望，”领导该研究团队的化学教授尹亚东说。“我们的新工作将等离子金属纳米颗粒推向了颜色转换应用的最前沿。”

研究结果发表在Angewandte Chemie国际版上。该研究论文已被该杂志指定为VIP论文。

图片来源:加州大学河滨分校殷实验室。

等离子体金属纳米颗粒，如金和银，具有特殊的光学性质，因为它们能有效地吸收和散射特定波长的光。它们的颜色可以通过改变单个粒子之间的距离来改变——尹的研究团队利用这一特性开发了等离子体变色膜。

研究人员在玻璃基板上涂了一层硼酸钠或硼砂。然后他们把AgNPs喷在硼砂上形成一层薄膜。Yin解释说，每个AgNP表面都有覆盖配体，这些配体引入了AgNP之间的距离。如果没有配体提供的缓冲，纳米颗粒就会聚集在一起。

在水或湿气的存在下，硼砂转变为硼酸并释放羟基离子。这些离子“去质子化”配体的一个化学基团，导致一个质子的损失和agnp上的负电荷的增加。斥力将带负电荷的纳米粒子相互推开。粉红色的纳米颗粒获得了新的粒子间距离，使它们反射出不同的颜色:黄色。

当除去水分后，硼酸通过捕获羟基离子转化回硼砂，引发配体化学基团的质子化。这导致配体表面电荷减少，削弱了agnp之间的斥力，使它们彼此靠近并聚集。随着粒子间距离的缩短，AgNP薄膜的颜色从黄色切换回粉红色，显示出完全可逆性。

Yin说:“通过这种机制，我们可以在有或没有水分的情况下快速实现AgNP薄膜的等离子体颜色切换。”“在我们的实验中，我们将AgNP薄膜暴露在相对湿度为80%的湿度中，发现薄膜的颜色从粉红色变成了红色、橙色，最后变成了黄色。”

尹的团队利用人类手指周围的相对湿度(高达100%)发现AgNP薄膜可以随着指尖的接近而改变颜色。

尹说:“这为信息加密和产品认证提供了一种方便、快速和非接触式的方法。”“通过光刻工艺，可以在AgNP薄膜中有效地加密各种高分辨率图案，然后在人体呼吸或指尖接触水分时解密。其他可预见的应用包括安全通信和量热实时环境或健康监控。”

Yin的团队发现，对水分敏感的AgNP薄膜在超过1000个周期的等离子体颜色切换中表现出可逆性和可重复性。

这项研究得到了美国国家科学基金会的资助。加州大学河滨分校的Rashed Aleisa和Ji Feng加入了他的研究;以及中国山东大学的刘伦涛、张云、郑益群和王文寿。

在纸上印刷电子产品，人体皮肤
杜克大学的电气工程师设计了一种完全就地打印的电子技术，这种技术足够温和，可以在微妙的表面上工作，包括纸和人的皮肤．这一进步可能会使高粘附性、嵌入式电子纹身和用患者特异性生物传感器设计的绷带等技术成为可能。

这些技术在7月9日的《纳米尺度》杂志和10月3日的《ACS纳米》杂志上发表的一系列论文中得到了描述。

杜克大学电气与计算机工程副教授亚伦·富兰克林说:“当人们听到‘印刷电子产品’这个术语时，人们的期望是一个人将基片和电子电路的设计加载到打印机中，并在一段合理的时间后取出一个功能完整的电子电路。”

富兰克林说:“多年来，有很多研究论文都承诺要制造这种‘全打印电子产品’，但现实是，这个过程实际上包括多次将样品取出，对其进行烘烤、清洗或旋转涂层材料。”“我们是第一个现实与公众认知相符的。”

所谓的电子纹身的概念最早是由约翰·a·罗杰斯于2000年代末在伊利诺伊大学提出的，他现在是西北大学材料科学与工程的路易斯·辛普森和金伯利·奎雷教授。罗杰斯的电子纹身不是永久性地注射到皮肤上的真正纹身，而是薄而柔韧的橡胶贴片，其中包含同样柔韧的电子元件。

这种薄膜贴在皮肤上就像一个临时的纹身，早期版本的柔性电子设备包含心脏和大脑活动监测器和肌肉刺激器。虽然这些类型的设备正在走向商业化和大规模制造，但在某些领域，它们并不适合，例如，当需要通过添加定制电子设备来直接修改表面时。

富兰克林说:“为了让直接打印或添加剂打印真正有用，你需要能够一步打印出你要打印的所有东西。”“一些更奇特的应用包括紧密连接的电子纹身，可用于生物标记或独特的检测机制，用于实时定制电子产品的快速原型，以及可以轻松集成到定制绷带中的纸质诊断。”

在7月的论文中，富兰克林的实验室和杜克大学化学教授本杰明·威利(Benjamin Wiley)的实验室开发了一种含有银纳米线的新型墨水，可以用气溶胶打印机在低温下打印到任何基材上。它产生了一种薄膜，无需任何进一步处理就能保持其导电性。打印后，墨水在不到两分钟内就会变干，即使承受50%的弯曲应变超过1000次，也能保持其高电气性能。

在第一篇论文的视频中，研究生尼克·威廉姆斯(Nick Williams)沿着他的小指下方打印了两个电子活性导线。在手指的末端，他将导线连接到一个小LED灯上。然后，他在两根打印导线的底部施加电压，即使他弯曲和移动手指，LED也会保持亮着。

在第二篇论文中，富兰克林和研究生陆士恒将导电墨水更进一步，将其与其他两个可打印组件结合起来，制造出功能晶体管。打印机首先打印出一条半导体碳纳米管。一旦它干了，并且不需要从打印机上移除塑料或纸张基板，就可以打印两条从两侧延伸几厘米的银纳米线。二维材料的非导电介质层，六方氮化硼，然后打印在原始半导体带的顶部，然后是最终的银纳米线栅电极。

以今天的技术，至少其中一个步骤需要去除基底进行额外的处理，例如化学浴冲洗掉不需要的材料，硬化过程以确保层不混合，或延长烘烤时间以去除可能干扰电场的有机材料痕迹。

但是富兰克林的原位打印不需要这些步骤，尽管每一层都需要完全干燥以避免混合材料，但可以在迄今为止报道的最低整体加工温度下完成。

富兰克林说:“没有人想到雾化墨水，尤其是氮化硼墨水，可以在不烘烤至少一个半小时的情况下，提供制造功能性电子产品所需的性能。”“但我们不仅让它工作了，我们还证明了打印后烘烤两小时并不能提高它的性能。这是我们完全就地打印的过程所能达到的最好效果。”

富兰克林并不认为他的印刷方法会取代可穿戴电子产品的大规模制造过程。但他确实看到了应用的潜在价值，如快速原型或一种尺寸不适用于所有情况。

富兰克林说:“设想一下，制造一种包含生物传感器等电子设备的定制绷带，护士只需走到工作站，就可以输入特定患者需要的功能。”“这是一种按需打印的能力，可以帮助推动这一趋势。”

这项工作得到了国防部国会指导的医学研究计划、国立卫生研究院和国家科学基金会的支持。

石墨烯15岁时的进展
石墨烯质轻、柔韧、导电世界上最坚固的材料之一．它正在正确地履行其承诺——石墨烯旗舰有信心在未来十年推出许多应用。在《自然纳米技术》特刊中，为了庆祝诺贝尔奖得主“石墨烯开创性实验”15周年，《石墨烯旗舰》分析了石墨烯的现状和未来十年的市场预测。

在一个被社交媒体和数字技术的即时性所主导的世界里，我们很难退一步去思考材料的开发需要多长时间。硅晶体管，所有我们喜爱的小玩意的核心，是在1958年被设计出来的。然而，科学家们在120多年前就知道硅了——它是在1824年被发现的。尽管今天期望石墨烯广泛的市场渗透是不现实的，但事实是人们已经可以在市场上找到石墨烯产品。

许多这样的商业应用已经由石墨烯旗舰项目实现，该项目由欧盟委员会资助，于2013年启动。它汇集了来自23个国家的近150个合作伙伴，为创新创造了完美的培育土壤，如果没有学术界、研究人员和工业界之间错综复杂的合作网络，创新就不可能出现。“石墨烯旗舰”还为许多其他国家的石墨烯和相关分层材料项目提供了灵感。

石墨烯旗舰预计在材料领域的短期应用，包括石墨烯油墨、复合材料和涂料，应用范围从食品包装到纺织品和体育用品。从中期来看，石墨烯可能对能源行业至关重要，市场分析一致认为，石墨烯电池和超级电容器的潜力很大。随着第一个石墨烯太阳能发电场明年将在克里特岛安装，石墨烯旗舰将展示石墨烯如何实现更可持续的能源发电，符合欧洲对可再生能源的承诺。

石墨烯的大量应用预计将在10到15年后进入市场。这些都与光电子学有关，石墨烯可以提供比当前技术高几个数量级的性能。这一领域的发展可能会引发下一代光电子设备，使“超过摩尔”的设备成为现实。

为了确保其最宝贵的力量——弥合基础研究和应用研究之间的差距——石墨烯旗舰还宣布创建第一个石墨烯代工厂。这条试验性试验线将在四年时间内投入近2000万欧元(近2200万美元)的预算，为具有商业竞争力的石墨烯产品铺平道路，如收发器、光电探测器和传感器。石墨烯旗舰代工厂还将开发一套工艺设计工具包:一套“说明”，以支持产品外包装，并确保最终设计的高质量和一致性。该铸造厂将由全球学术界和行业利益相关者访问。

石墨烯创新旗舰负责人Kari Hjelt表示:“我们现在看到市场上出现了第一波石墨烯产品。石墨烯的商业化活动正从材料开发转向组件和系统级集成。未来，我们将看到越来越多的高附加值产品用于各种应用领域。”

石墨烯产业化旗舰工作包负责人Thomas Reiss补充说:“促进石墨烯进一步商业化的关键因素包括建立创新生态系统和提供全面的创新支持。这包括制定创新路线图，并通过可信的验证和标准化服务在业界建立对石墨烯的信任和信心。”

石墨烯旗舰科技官员、管理小组主席Andrea C. Ferrari总结道:“石墨烯及相关材料正以预期的速度走向商业化。“石墨烯旗舰”不是炒作，而是具体、切实的成果和进步。旗舰铸造厂将加强欧盟作为石墨烯技术的世界领导者和先驱的地位，并促进石墨烯器件在各个行业的融合。”