超液位定仪

在智能可穿戴电子领域，稳定耐用的柔性可拉伸导体仍然是一个巨大的挑战。尤其是在人体表皮生理信号的收集过程中，稳定的可拉伸电极可以实现长时间精准的信号收集。目前无论是表面结构设计型、导电材料复合型还是本真可拉伸型电极，均难以实现在动态变形下稳定的电性能。所以，制备具有高稳定电性能的电极仍然是一个极大的挑战。近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队在李润伟研究员的带领下，受到人工渔网启发，模仿“水膜-鱼网”结构设计了具有柔性自适应导电界面的超稳定可拉伸电极，提出利用静电纺丝法构建液态金属聚氨酯（TPU）二维“仿水膜-鱼网”结构薄膜，实现了极低初始方阻（52mΩ sq-1），解决了弹性电极中导电率和拉伸率不可兼容、循环变形下电性能不稳定的问题，应变下通过网孔束缚液态金属对外扩展和液态金属在网孔内自适应流动，实现低电阻高稳定可拉伸电极，该电极的动态自适应导电网络使其具备极强的动态循环稳定性，经过33万次100%拉伸应变循环，电阻仅变化5%，同时电极面对冷热、酸碱、浸水等服役环境变化，依旧表现出稳定的电性能。该电极可应用于全天候人体表皮生理信号监测、智能人机交互界面及人体热疗等方面，有望助力基于万物互联的可穿戴健康监护系统及电子皮肤人机交互界面的持续发展。该工作以题为“Ultra-robust stretchable electrode for e-skin: In situ assembly using a nanofiber scaffold and liquid metal to mimic water-to-net interaction”的论文发表在InfoMat上（DOI:10.1002/inf2.12302），并被选为封面文章（如图1）。图1 液态金属基超稳定可拉伸电极及应用InfoMat封面该团队通过TPU静电纺丝与液态金属微纳颗粒静电喷涂的原位复合，以及随后进行的机械激活，制备出了仿“水膜-渔网”的可拉伸电极。该电极的超稳定电性能，主要得益于其仿“水膜-渔网”结构，也可称之为液态金属动态自适应网络，由于液态金属薄膜与聚氨酯纺丝网的交互作用，在小应变下（＜100%的应变），SEM原位观察到液态金属可以实现自适应流动，卸去局部应力，保持导电薄膜连续；在大应变下（300%-500%的应变），尽管液态金属薄膜会破裂，但聚氨酯纺丝网会阻碍其断裂，并使其包裹在纤维丝上，保持整体导电网络的稳定性（图2a）。作者还透彻分析了液态金属微米纳米球如何通过尺寸效应和微观捆绑结构实现与纳米纤维丝网络的复合。图2 超稳定电极机理及应用同时，通过局部激活和激光切割，可以将聚氨酯液态金属复合材料制备成多层多功能人机交互系统。上层电容传感阵列连接在集成电路和蓝牙模块上，能够实现无线信号传输，在拉伸和弯曲状态下均可以对计算机输入无线指令，可应用在智能可穿戴游戏控制等方面。下层蛇形加热器展现出良好的电热稳定性，可以实现45℃-90℃稳定加热，并展现出优异的加热循环性能，可用于人体加热治疗。局部激活的电路对机械破坏展现出很好的抵抗性，该电极可以实现即时导电通路重建，使电极在破坏、拉伸状态下依然能够正常工作（图2b）。该电极展在100%应变拉伸循环试验中，在第一次拉伸电阻发生了轻微升高，后续的33万次循环中，其电阻仅上升了5%，该特性要远远优于其他已报道的可拉伸电极（图2c）。该电极可以实现人体表皮全天候心电信号检测。首先，通过体外细胞实验证明该电极具有良好的生物相容性和极低毒性，可以用在人体表皮进行心电监测，其展现出与商用凝胶电极类似的阻抗性能。其次，该工作根据人的活动场景，为电极设计了静态、运动、水冲三个工作场景，超稳定电极展现出优异的心电信号收集能力，信噪比达到0.43，尤其是在水冲环境中，该电极依然能够收集到稳定、清晰的心电信号，可用于全天候心电诊断（图3）。图3 超稳定电极的生物相容性探究及其在全天候心电监测方面的应用综上所述，该工作设计并实现了超耐用可拉伸电极，基于液态金属和聚氨酯纺丝网络构成的自适应导电网络，实现了在机械变形、长时间氧化、循环浸没、加热、酸碱浸泡等各种环境刺激下的稳定电性能，尤其实现了33万次拉伸循环下极小的电阻变化。该电极可以应用在全天候心电监测、智能人机交互系统等方面，在长时间体表电子皮肤、体内生物相容性器件等方面展现出很大的潜力。该工作由曹晋玮、梁飞、李华阳等在李润伟研究员与宁波诺丁汉大学朱光教授的共同指导下完成，并得到国家自然科学基金（51525103、51701231、51931011），宁波市3315人才计划，宁波科技创新2025项目（2018B10057），浙江省自然基金（LR19F010001），浙江省杰出青年科学基金（2016YFA0202703）中国科学院王宽诚教育基金（GJTD-2020-11）的支持。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所红外光学材料研究中心董红星研究员和张龙研究员团队在溴氯掺杂量子点自组装超晶格结构中实现稳定蓝光腔增强超荧光，并解析了量子点超晶格结构通过降低电声耦合进而抑制光致相偏析的机制。相关研究成果以“Stable and ultrafast blue cavity-enhanced superflourescence in mixed halide perovskites”为题发表于Advanced Science。 　　高质量蓝光光源受限于低的量子效率，相比于红、绿光源仍处于落后的阶段。而钙钛矿量子点体系中的腔增强超荧光是由量子耦合效应和腔光场放大的双重调制产生的超快相干光爆发，可为实现高质量蓝光相干光源提供新思路，解决传统蓝光光源效率低下的局限性。卤素掺杂是在钙钛矿量子点体系中实现蓝光发射最直接的策略。然而，由于光致卤化物相偏析引起的光谱不稳定以及量子点与光腔之间的低耦合效率，使得在这种掺杂卤化物的量子点系统中实现稳定的蓝光腔增强超荧光具有挑战性。 　　针对上述问题，研究人员通过可控自组装制备得到形貌规则、长程有序、密集排列的CsPbBr2Cl量子点超晶格微腔。在量子点超晶格中，激子离域效应可以有效地减少激子声子耦合，从而缓解光致卤化物相偏析。同时，量子点自组装超晶格微腔具有高的堆积密度、光滑表面和规则几何结构，既可以作为增益介质，也可以作为高光反馈的回音壁腔，可提高量子点与光腔之间的耦合效率。因此，这两个核心问题将在量子点自组装超晶格结构中得到解决。基于这样的卤素掺杂量子点超晶格，研究人员最终实现了具有优异光学性能的稳定蓝光腔增强超荧光。 　　该工作得到国家自然科学基金，上海市青年拔尖人才计划等项目的支持。图1(a)量子点超晶格通过减弱激子-声子耦合来缓解光致相偏析的示意图；(b)CsPbBr2Cl量子点自组装超晶格微腔在激光泵浦在产生腔增强超荧光(CESF)的示意图；(c)77K下超晶格中随功率变化的蓝光腔增强超荧光发射图，左上角为1.8Pth激发功率下的蓝光腔增强超荧光的条纹相机图像。

拉曼光谱是一种常用的材料表征技术。它可以用于测定材料化学、磁学、热学和电学等多方面的性质，并提供固体晶格结构等多种信息。随着材料科学的日益发展，越来越多的测量需要在低温或变温环境下进行，在不同温度下进行拉曼测量变得尤为重要。分析材料不同温度下拉曼光谱的特征峰和峰位移动可以得到晶格或应力的变化以及相变等多种信息。此外，低温下热噪音更小，一些信号较弱的材料在低温下也能有较好的信噪比。目前变温拉曼的主要应用方向有相变研究、二维材料特性研究、温度依赖研究、超导材料带隙研究、弱信号材料的测量等。然而高精度变温显微拉曼的测量对变温设备提出了较高的要求。对于传统的变温台或恒温器来说主要有以下几个方面的问题制约了低温拉曼的测量。先，在变温过程中由于热胀冷缩效应带来的样品位置漂移会影响测量的可靠性和重复性；其次，采用制冷机的低温恒温器震动较大会给显微测量带来噪音，而采用液氮或液氦的恒温器消耗较大且温度的稳定性能较差；此外，由于低温设备的影响导致工作距离较大，对于信号较弱需要大数值孔径、长时间信号采集的实验影响较大。针对以上问题，Montana Instruments公司在低温领域深耕多年，推出的低温光学恒温器已经更新到了三代。新的三代恒温器在多种变温光谱测量方面开发了专业的选件，可以与多种光谱仪联合使用实现宽温区的光谱测量。恒温器采用特殊的材料和结构实现了变温过程中超低的位置漂移。避震技术实现了样品的超低震动。的控温和热沉技术实现了样品温度的超稳定。快速变温选件可实现大范围快速变温和快速温度稳定。优化的内置镜头选件可以实现高达0.9NA的竖直孔径，成熟的近工作距离窗口和多种窗口材料确保了各种波段的高数值孔径测量。的设备总是在关键的时候帮助用户实现突破。利用Montana Instruments的低温光学恒温器很多科研团队在变温拉曼方面都取得了重要的学术成果。图1.不同条件制备的石墨烯变温拉曼测量结果，变温过程中清晰的观测到峰位的移动。(采用Montana Instruments 相关设备测量，图片版权归原作者)Guowen Yuan et al, Nature volume 577, pages204–208(2020)图2. NbSe2 ,TaSe2和TaS2三种材料不同厚度样品的变温拉曼测量结果(采用Montana Instruments 相关设备测量，图片版权归原作者)Dongjing Lin et al, Nature Commun 11:2406(2020)近期，Montana Instruments公司和Princeton Instruments公司联合研发的超精细低温显微拉曼系统实现了变温显微拉曼的智能测量，系统性能稳定操作简单，可在短时间内获得一系列的变温拉曼光谱，并且可对样品进行位置扫描测量。图3. Montana恒温器快速变温选件出色的快速变温性能图4. Montana恒温器的样品控制方案 图5. 超精细低温显微拉曼MicroReveal RAMAN 超精细低温显微拉曼系统 目前该样机已在QD中国北京实验室安装完毕，部分功能已经对外开放测试，欢迎大家点击此处或扫描下方二维码预约体验！ 参考文献：[1]. Guowen Yuan et al, Nature volume 577, pages204–208(2020)[2]. Dongjing Lin et al, Nature Commun 11:2406(2020)