新聞網(wǎng)訊 近日，我校夏延致教授團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》上發(fā)表題為“Liquid Metal Aerogel with Janus Architecture for Selective Direction Recognition and High-Efficiency Moisture Energy Harvesting”的論文（DOI：10.1002/adfm.202408998），論文的第一單位為青島大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，通訊作者為夏延致教授和李現(xiàn)凱副教授，第一作者為材料科學(xué)與工程學(xué)院2022級(jí)碩士研究生崔靜。
液態(tài)金屬具有良好的導(dǎo)電/導(dǎo)熱特性和良好的流動(dòng)性，是制備功能化柔性電子的理想材料。但是液態(tài)金屬超高的表面張力，難以實(shí)現(xiàn)加工成形和功能化。雖然通過微納化處理，能夠有效降低其表面張力，但是由于其高密度和活躍的表面特性，獲得穩(wěn)定的液態(tài)金屬微納液滴仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問題，該團(tuán)隊(duì)提出雙官能團(tuán)協(xié)同錨定策略，在液態(tài)金屬微納液滴表面構(gòu)建了堅(jiān)固的外殼。即在羧甲基化殼聚糖（CMCS，含有豐富的羧基和胺基）溶液中對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行超聲，制備了化學(xué)穩(wěn)定性較高（> 7 d）的液態(tài)金屬分散液，再通過定向冷凍干燥的方法制備出具有Janus結(jié)構(gòu)的氣凝膠。
在定向冷凍干燥的過程中，高密度的液態(tài)金屬微納液滴自發(fā)形成上層液滴粒徑較小和下層液滴粒徑較大的梯度分布，該Janus氣凝膠表現(xiàn)出異向彎曲的選擇性響應(yīng)，可作為選擇性方向識(shí)別的傳感器。由于獨(dú)特的非均相結(jié)構(gòu)，CMCS在氣凝膠中的分布也呈現(xiàn)梯度性。在一定的濕度（相對(duì)濕度大于55%）下，CMCS氣凝膠表面的親水基團(tuán)（羧基、氨基等）會(huì)捕獲蒸汽形成雙電層，氣凝膠上下形成濕度差，氣凝膠內(nèi)部表面和孔道中的水分流動(dòng)形成流動(dòng)電勢(shì)，從而能夠制備濕氣發(fā)電機(jī)。研究發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)濕度為99%時(shí)，可輸出高達(dá)460 mV左右的電壓，表現(xiàn)出高效的濕氣發(fā)電性能。同時(shí)，由于液態(tài)金屬良好的光熱效應(yīng)，該異質(zhì)氣凝膠在光熱發(fā)電和光熱水蒸發(fā)方面也展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。因此，這種雙官能團(tuán)協(xié)同錨定策略不僅通過界面工程提高了液態(tài)金屬微納液滴的化學(xué)穩(wěn)定性，而且可以制備具有能量收集和選擇性方向識(shí)別的氣凝膠，為液態(tài)金屬的多功能化提供了新的方法，拓展了液態(tài)金屬在氣凝膠領(lǐng)域的應(yīng)用。
上述研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（22105111）、山東省高等學(xué)校青創(chuàng)團(tuán)隊(duì)(2022KJ151)、山東省自然科學(xué)基金(ZR2021QB094)、中國(guó)博士后面上基金（2022M711736）和青島市應(yīng)用研究項(xiàng)目的支持。
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