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具有七重物理通道开关的热致变色铁弹体
东南大学国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室团队发现了具有七个物理通道开关的热致变色铁弹体。相关工作以题为“The First Chiral Thermochromic Ferroelastic with Seven Physical Channel Switches”的学术论文在化学领域顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表。此外,该论文被选为VIP(Very Important Paper)。据悉,只有不到5%的已接收论文才能获得如此积极的评价。 在信息化时代,电子智能设备的信号处理和加密显得至关重要,具有多重物理通道双稳态开关特性的多功能材料成为后起之秀。众所周知,一把钥匙对应一个锁,假如我们将财产放进保险柜中,我们就又多了一层防护。类似地,每增加一个物理通道,就是增加一层保障。基于此,我们报道了首例具有七个物理通道的手性化合物,可以对信息进行七层加密处理,使信息安全更加可靠。 图1. (a) 消旋晶体结构中的无序的CTA阳离子和手性有序的S-CTA和R-CTA阳离子;(b) (R-CTA)2CuCl4和(c) (S-CTA)2CuCl4的晶体堆积图。 早在1999年,Wataru Fujita等人在《Science》上就已经报道了磁双稳态(Science1999, 286, 261–262)。在1,3,5-trithia-2,4,6-triazapentalenyl(TTTA)分子中观测到一个明显的磁双稳态回线发生在230 K到305 K温度范围内。它的高温相为顺磁相,低温相在二聚作用的影响下具有抗磁性。三年后,M. E. Itkis等人在《Science》上报道了在非那烯基中性自由基产物中发现了电、光、磁三个物理通道的双稳态特性(Science2002, 296, 1443–1445)。直到2014年,熊仁根教授团队在《Advanced Materials》上报道了高碘酸咪唑(IPI)化合物具有介电、压电、SHG和铁电和机电耦合等五个物理通道的双稳态(Adv. Mater.2014, 26, 4515–4520)。由此可见,每增加一个物理通道都面临着巨大的挑战,在分子铁电“似球-非球”原理和手性引入的指导下,我们利用手性配体进行合成,将手性开关引入其中,成功组装得到了(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4(CTA = 3-Chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium) (图1),这两个化合物在介电、电导、二阶非线性、压电、铁弹性,手性和热致变色这七个物理通道上具有开关特性。其中热致变色特征尤为耀眼,区别于传统的相变材料,这为双稳态开关提供了光谱加密的新灵感。 图2. (a) DSC曲线;(b) 介电,电导,压电和二阶非线性光学等多重双稳态示意图。 (Rac-CTA)2CuCl4,(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4的相变点分别在361, 417 和420 K附近(图2),随着温度变化,相变温度以下的低温相和相变温度以上的高温相的介电常数、电导率、压电系数、SHG信号强度均呈现出可切换的两种稳定的状态。 图3. (S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4晶体在293 K下的铁弹畴结构。 此外,这对手性化合物还具有铁弹性,铁弹相变往往伴随着铁弹畴的演化。在正交偏振光下,不同取向的铁弹畴具有不同的双折射特性,从而呈现出明暗不同的结构区域。(S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4的晶态薄膜在室温下呈现出清晰的三角形铁弹性结构。当温度高于相变点时,铁弹畴迅速消失,呈现出立方对称的消光特性。在随后的冷却中,规则的铁弹畴又很快显现,表现出明显的开关特性。 图4.变温固体紫外-可见吸收光谱。 除了铁弹性外,这一对手性晶体还展示出可转换的热致变色的性质。室温下,(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4晶体对光的吸收均低于540 nm,与它们呈现的黄色外观一致。随着温度的升高,电子吸收带的吸收边缘发生红移。当温度超过相变点达到423 K时,吸收边移动到580 nm,这也与晶体受热变成橙色一致。利用热致变色特征对光谱加密和信号检测进行特定的处理,这为开发新型加密技术带来新的思路。 该工作由博士生陆思祺(第一作者)等人的共同努力下完成,东南大学为第一通讯单位。该成果得到“东南大学十大科学与技术问题”启动培育基金的资助。
东南大学 2021-04-11
质子/重离子治疗仪具有 360°旋转机架的治疗室
质子治疗肿瘤已被全世界评估为疗效最好、副作用最少的治疗方法,质子放射治疗肿瘤需要质子重离子治疗设备,质子重离子治疗设备价格昂贵,目前国际上也只有少数的医院具有,高昂的成本设备成本是质子重离子治疗推广应用的最主要瓶颈,质子重离子治疗设备要实现适形治疗,需要高效地控制束流的横向位置、纵向的能量分布,以精准地匹配病灶的形状,这就需要能够360°旋转、等中心点的旋转机架,上海理工大学与其他单位利用在航天领域的合作成果和相关的自主技术,破解了质子重离子束用于实体瘤的精准治疗的核心技术和工程难题,成功研发质子重离子治疗仪360°旋转机架,位置精度达到了<1mm,为质子重粒子治疗设备小型化、降低成本、更普及推广打下了坚实的基础。质子重离子治疗仪360°旋转机架是质子重离子治疗仪的重要组成部分,它能将粒子束按照最优路径准确打到患者的肿瘤位置,减少对健康部位的损害,更有效的杀死癌细胞。
上海理工大学 2021-01-12
专家报告荟萃① | 雷朝滋:加强企业主导的校企协同创新 发展新质生产力推动高质量发展
高等学校必须深入思考“强化企业主导的校企合作创新,培育新质生产力以促进高质量发展”这一议题,在当前以及未来一段时间内,高等学校作为国家科技创新的重要供给侧,究竟应该为国家和社会提供什么样的高质量科技供给?我们应采取何种策略推进科技创新,我们的主要战场又将位于何处?我们必须认识到,校企合作不仅仅是教育与产业的简单结合,而是一种深层次的、战略性的伙伴关系。
中国高等教育博览会 2024-12-04
科技讲堂第二讲预告|雷朝滋:加强企业主导的产学研合作 发展新质生产力推动高质量发展
中国高等教育学会科技服务专家指导委员会、中国高等教育培训中心、中国教育在线及千校万企协同创新平台共同举办“落实全会精神 建设科技强国”科技讲堂活动。旨在通过权威解读、经验分享、实践探讨等方式,全面深化对全会精神的理解,推动教育科技人才体制机制改革向纵深发展,加速新质生产力的形成,为科技强国建设提供强劲支撑。
中国高等教育学会 2024-09-20
山东省人民政府办公厅印发《关于强化财政支持培育发展新质生产力的实施方案》的通知
为充分发挥财政支撑、引导和保障作用,加快构建科学精准高效的财税政策体系,聚力支持因地制宜培育发展新质生产力,制定本实施方案。
山东省人民政府办公厅 2024-12-24
生物质制备高品质含氧液体燃料技术与装备
提出在生物质快速热解制备生物油过程中通过分级冷凝获得生物油轻质和重质组分,将轻质组分采取低温、高温二级温和加氢,重质组分化学链制氢提供氢源,自氢制取高品质含氧燃料的新途径。建成了国内外首套千吨级生物质定向热解制备高品质含氧燃料示范装置,经第三方检测认定:可实现5.6吨生物质制备1吨目标产品,生物油总碳利用率89.3[[[[[%]]]]],产品中醇类选择性达87[[[[[%]]]]],制备的含氧燃料能够与汽柴油混合使用,动力性能相当,碳烟排放量可降低20[[[[[%]]]]]。相关成果获得2017年教育部自然科学一等奖。
东南大学 2021-04-11
生物质制备高品质含氧液体燃料技术与装备
提出在生物质快速热解制备生物油过程中通过分级冷凝获得生物油轻质和重质组分,将轻质组分采取低温、高温二级温和加氢,重质组分化学链制氢提供氢源,自氢制取高品质含氧燃料的新途径。建成了国内外首套千吨级生物质定向热解制备高品质含氧燃料示范装置,经第三方检测认定:可实现5.6吨生物质制备1吨目标产品,生物油总碳利用率89.3%,产品中醇类选择性达87%,制备的含氧燃料能够与汽柴油混合使用,动力性能相当,碳烟排放量可降低20%。相关成果获得2017年教育部自然科学一等奖。
东南大学 2021-04-13
带蓄热加热功能的燃料电池热管理系统
本实用新型公开了一种带蓄热加热功能的燃料电池热管理系统,包括小循环水路系统、大循环冷却系统和去离子水循环系统等水循环系统和以控制器ECU为核心的控制系统。小循环水路系统采用蓄热器实现对燃料电池的低温加热功能,相对于传统的电加热器技术,具有控制精度更高、更节能高效的优点。同时,本实用新型采的去离子水循环系统巧妙地将离子交换器设计在大循环水路的除气管路上面,将系统除气功能和去离子功能完美的结合起来,有效地避免了现有技术中的高水阻离子交换器对主循环水路的影响。
浙江大学 2021-04-13
金属基支撑固体氧化物燃料电池及其应用
现有化石能源的高效绿色利用和开发新的能源技术是社会可持续发展所面临的关键问题。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)可以以天然气、煤气化气和生物质气等为燃料,与燃气轮机联合循环后的总发电效率可超过70%,被认为是化石能源最高效清洁的利用方式之一。目前全球的研究热点是研制在中低温条件下工作的SOFC,将SOFC的操作温度从传统的850~1000℃,降低到850℃以下的中低温。其目的是降低电池的启动温度和时间,有效地降低各个部件的老化速率,提高SOFC的稳定性和延长寿命,还可以使用廉价的不锈钢等作为连接材料,大大降低制造成本,为SOFC的商业化提供有利条件。近几年,我国正大力发展新能源领域,而在SOFC燃料电池方面,我国具有特有条件和优势,主要表现在SOFC核心材料上具有稀土氧化物资源优势,而在能源结构上,煤、天然气等化石能源占相当大的比重,政府和整个社会的环保意识也与日俱增,所以SOFC的研究开发具有相当可观的前景。
西安交通大学 2021-04-11
一种气体燃料用多孔介质燃烧器
一种气体燃料用多孔介质燃烧器,包括燃烧器外壳和点火电极,燃烧器外壳的上部分为用于填充多孔介质的多孔介质燃烧室,燃烧器外壳的下部分减缩形成用于气体混合的预混室;点火电极伸入所述的多孔介质燃烧室内腔顶部,多孔介质燃烧室从外向内依次贴覆保温层和耐火层,多孔介质燃烧室的内腔填充至少一层多孔介质层;预混室的内腔设有增混件,预混室的底部向下延伸形成用于与外界燃气管道以及助燃气管道连通的开口;预混室与所述的开口之间填充扰流件。本实用新型的有益效果:增混构件增强燃气与助燃气的混合效果;多层多孔介质间隔布置,增强对上游预混气体的预热效果,减少热力NOX的生成;上游多孔介质的孔径大于下游,有效防止回火。
浙江大学 2021-04-13
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