化学家送上的剪纸、窗花和年画

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对于春节的期待,是从小年夜开始的。腊月二十九,将“倒酉”贴在粮仓、钱柜、或者水缸等器物上,寓意新的一年“富有、不受穷”。在儿时的记忆里,每到这一天,家家户户就把准备好的“福”字、窗花、“吊钱儿”贴出来,透过明亮的窗户,窗外白雪皑皑,屋内红红火火。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第1张

图片来自小希的朋友圈


在过去的一年里,化学家们也送来了各式各样的剪纸和窗花。这些窗花可能没有花团锦簇、百鸟朝凤,却一定要带有化学元素。比如,下面这一款窗花来自天津大学雷义龙课题组,他们通过简单的溶液共组装法,利用π-π共轭分子间相互作用力,制备了由有机共晶体构成的高度有序的微纳米超支化网络,显示出优异的光波导和光捕获能力。就像自然界修建得很好的树木一样,超支化网络也具有排列整齐的“枝叶”,可以吸收和捕捉光线。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第2张

当期封面。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.[1]

如果你的科研领域是多孔材料,这张沸石“窗花”或许更适合你。美国波多黎各大学陈中方和中国科学院精密测量科学与技术创新研究院郑安民课题组合作,通过分子动力学模拟,预测了室温下ZSM-5分子筛内限域环境中,降冰片基碳正离子的存在形式。相比于采用超低温或超强酸环境稳定碳正离子,该研究利用静电作用获得了室温无超酸条件下稳定的碳正离子。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第3张

当期封面。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. [2]

剪纸,作为传统艺术,也为春节带了的喜庆和祝福。早在2015年,美国康奈尔大学Paul L. McEuen就利用石墨烯优异的柔性和机械性能,将“剪纸”艺术与半导体工艺结合,制备出可拉伸的晶体管,开启了二维材料的艺术之旅。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第4张

可伸缩石墨烯晶体管。图片来源:Nature [3]

2021年,该课题组又将“折纸”借鉴到微机器人系统的研究中,利用电化学氧化还原法,制备出一种形状记忆驱动器。只要对其施加1 V的电压,一秒的时间内,就能从平面材料自动折叠成千纸鹤的形状。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第5张

当期封面。图片来源:Sci. Robot. [4]

宾夕法尼亚州立大学Daniel Lopez和西北大学Horacio D. Espinosa课题组合作,在氮化硅薄膜上完成进行“剪纸”。通过FIB系统对二维薄膜进行切割,随后通过屈曲作用,完成了2D平面向3D结构的转化。由于“剪纸”分辨率达到亚微米尺度,可以精确控制微米和纳米级的运动和转换行为,在微观抓取器、纳米机器人以及空间光调制器等领域有着潜在应用。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第6张

当期封面。图片来源:Adv. Meter. [5]

北京理工大学姜澜课题组带来了喜庆的年画。他们提出了一种激光诱导碳化的方法,在聚酰亚胺上制备了超级电容器。使用该方法,碳电极线宽可以从150 μm减小到10 μm。树上挂的就是具有不同线宽的叉指电极“红灯笼”。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第7张

当期封面。图片来源:Adv. Opt. Meter. [6]

复旦大学俞燕蕾课题组则为我们送来了这张“连年有余”的年画,传统年画由莲花和鲤鱼组成,象征着吉祥和富足。研究者借用此画,介绍了近年来响应性液晶执行器和机器人的研究进展,特别是,与现有的虚拟现实(VR)和增强现实技术(AR)相结合,展望了其在触觉显示方面的应用潜力。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第8张

当期封面。图片来源:Adv. Funct. Mater. [7]

也有科学家手把手“教你”如何画出一张3D的莲花。韩国首尔大学Sunghoon Kwon课题组和蔚山科学技术院Jiyun Kim合作,巧妙地利用墨水的亲疏水性,开发了一种“4D 打印”技术。只需将莲花或其他图案预先“画”在图纸上,然后浸入溶液中,2D的莲花即可直接变成立体的 3D 结构,甚至可以转变为更复杂的立体形状。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第9张

2D图形转换为3D结构。图片来源:Sci. Adv. [8]

十二时辰中,酉时对应“日入”,也就是日落西山,万物安宁。寓意把“旧年”关在门外,把过去所有不好的东西封存起来送走,把腊月里迎来的福气关在家里,迎接新年的到来。在这辞旧迎新之际,让我们一起许下新年的愿望,祝大家虎年里,做实验生龙活虎,天天有data;投论文如虎添翼,月月发paper。

化学家送上的剪纸、窗花和年画  第10张


参考文献:
[1] Z. Feng, et al. Hyperbranched Microwire Networks of Organic Cocrystals with Optical Waveguiding and Light-Harvesting Abilities. Angew. Chem. Int. Ed202160, 27046-27052. DOI: 10.1002/anie.202111856
[2] X. Tang, et al. In Situ Observation of Non-Classical 2-Norbornyl Cation in Confined Zeolites at Ambient Temperature. Angew. Chem. Int. Ed202160, 4581-4587. DOI: 10.1002/anie.202013384
[3] M. K. Blees, et al. Graphene kirigami. Nature2015524, 204.
[4] Q. Liu, et al. Micrometer-sized electrically programmable shape-memory actuators for low-power microrobotics. Sci. Robot20216, eabe6663. DOI: 10.1126/scirobotics.abe6663
[5] X. Zhang, et al. Kirigami Engineering—Nanoscale Structures Exhibiting a Range of Controllable 3D Configurations. Adv. Meter202133, 2005275. DOI: 10.1002/adma.202005275
[6] H. Guo, et al. Conductive Writing with High Precision by Laser-Induced Point-to-Line Carbonization Strategy for Flexible Supercapacitors. Adv. Opt. Meter20219, 2100793. DOI: 10.1002/adom.202100793
[7] C. Zhu, et al. Liquid Crystal Soft Actuators and Robots toward Mixed Reality. Adv. Funct. Mater202131, 2009835. DOI: 10.1002/adfm.202009835
[8] S. W. Song, et al. Direct 2D-to-3D transformation of pen drawings. Sci. Adv20217, eabf3804. DOI: 10.1126/sciadv.abf3804


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