1個月2篇！青大同一學院連續在《Nature》子刊發表重要研究成果

近日，青島大學物理科學學院孫彬和李強、李洪森團隊連續在國際頂尖期刊《Nature》子刊發表重要研究成果！！！

李強、李洪森研究團隊以共同一作兼共同通訊作者身份在國際頂尖期刊《Nature Materials》（《自然.材料》）在線發表了題為「Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed byin situmagnetometry」的原創研究成果。這是青島大學首次以第一署名單位和通訊單位在該期刊發表科研論文。《Nature Materials》是由Nature出版集團出版發行的全球著名的期刊，是材料、物理、化學等交叉學科領域最具影響力的期刊之一，2019年影響因子高達38.887。

該研究聚焦於鋰離子電池中過渡族金屬化合物材料反常的超出理論極限的額外容量現象，這一現象困擾了儲能領域近20年，被國內外研究人員廣泛關注。為了揭示這一關鍵科學問題，多位國際能源領域知名專家都對該現象提出了理論解釋（如凝膠聚合物薄膜的生長，空間電荷存儲以及LiOH到Li2O和LiH的表面轉化），然而由於電極材料界面處的複雜性超出常規設備的測試能力，其蘊藏的儲能機制始終處於爭議中。

圍繞此關鍵科學問題，作者對過渡族金屬化合物儲能機制進行了深入研究，並取得了重大突破。基於自主構建的原位磁性監測技術和自旋電子學理論，研究揭示了過渡族金屬化合物Fe3O4的額外容量主要來源於過渡族金屬Fe納米顆粒表面的自旋極化電容，並證明這種空間電荷電容廣泛存在於各種過渡族金屬化合物中，費米面處3d電子高電子態密度發揮關鍵作用。研究結論突破了人們對傳統鋰離子電池儲能方式（Insertion、Alloying、Conversion）的認知，首次在實驗上直觀地證實了空間電荷儲鋰機制，並進一步明確了電子存儲位置。該工作不僅為設計下一代高性能儲能器件提供了新方向，也為能源材料的設計製備提供了一種有力的測試分析技術。

孫彬等與上海交通大學黃興溢教授，中國科學院院士、上海大學張統一教授等合作研發了一款具有高效熱管理能力且可用於實時運動監測分析的高性能柔性可穿戴應變傳感器。基於上述實驗結果的研究論文「A high performance wearable strain sensor with advanced thermal management for motion monitoring」被國際頂級期刊《Nature Communications》（《自然通訊》）接收並發表。青島大學為該論文的第一作者單位和第一通訊單位，第一作者為2020屆物理學碩士研究生譚岑孝，孫彬、黃興溢和張統一為論文共同通訊作者。《Nature Communications》是多學科類開放獲取期刊中的翹楚，致力於生物、物理、化學和地球科學等各領域的高質量研究。其發表的論文對各領域的專家來說都意味著相關學科的重大突破。

對於柔性可穿戴電子器件而言，除卻器件本身功能，有兩個問題值得關注：一是電子器件運行過程中會產生大量熱量，累積的熱量會影響器件的功能，甚至縮短器件的壽命，而目前柔性電子器件的封裝為PDMS、環氧樹脂等，不利於器件的散熱；二是器件的安全性，即器件本身不能對人體產生任何安全隱患。基於上述原因，本工作對柔性可穿戴應變傳感器進行了獨特的結構設計：由石墨烯納米帶構成導電網絡在器件發生形變時，電阻信號發生變化，可以用來實時監測人體運動情況；導熱層由摻雜了氮化硼納米片的熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU）膜構成，可將器件使用過程中產生的熱量快速實時傳導到空氣中；熱絕緣層（TPU纖維膜）則可有效防止熱量在器件和人體皮膚界面累積，保障人體安全。同時，TPU纖維膜的多孔結構也保證了皮膚的透氣性。此外，導熱層和熱絕緣層都是由TPU構成，因此兩層材料有較好的互溶性，可以將石墨烯納米帶牢牢限制在器件中，從而避免了因納米材料可能產生的毒性對人體細胞的損傷。本工作對於柔性可穿戴器件的製備提供了新的思路，有著廣泛的應用前景。