摘要
本文重点介绍了二维层状材料中软物质压电行为的研究.生物电体系中,细胞膜上层级排列的离子通道和离子泵形成集成化的纳米尺度的离子导体,它们成为生命体系能量转换的关键结构基础.近年来,科学家们利用人工制备的基于石墨烯的二维层状材料构筑了二维纳米流体网络,来模拟生物起电细胞的结构和功能,实现了可控的物质输运和高效的能量转换.与传统的一维纳米通道不同,二维纳米通道中的物质输运仅在垂直于通道壁的方向上形成纳米受限.这种结构一个最直接的好处是能够在不牺牲通道壁的表面调控作用的前提下,大大降低了通道对流体输运的阻碍,提升了通道的集成密度.另外,现有的纳米孔道制备技术严重地依赖昂贵的科学仪器和复杂的材料处理步骤,因而使得纳米孔道技术在经济性能上离实用化的要求还有很大一段距离.本文中介绍的利用二维层状材料构筑纳米流体通道的方法,可以通过控制自组装过程中的参数控制,达到对通道结构的控制.这一合成策略大大推动了单一纳米尺度的器件研究向大规模、低成本的纳米制造技术的迈进,并且激发了其在超滤、能量存储与转换、环境和传感等方面的应用.二维层状材料中的软物质压电行为的驱动力,可以被拓展到机械压力、化学梯度、温差、光辐射等更为广义的范畴.
基金
financially supported by the National Research Fund for Fundamental Key Projects (2011CB935700, 2013CB934104)
the National Natural Science Foundation of China (21103201, 11290163, 91127025, 21121001)
the Key Research Program of the Chinese Academy of Sciences (KJZD-EW-M01)
