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未來(lái)是微納米新材料的時(shí)代，新的材料運(yùn)用于各行各業(yè)；   

未來(lái)便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車急需各種高效電源，正在發(fā)展中的超級(jí)電容器是一種擁有美妙前景的儲(chǔ)能裝置，兼為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所青睞。常見的超級(jí)電容器電極材料主要包括ruo2、mno2、nio等過(guò)渡金屬氧化物、碳材料以及導(dǎo)電聚合物材料。近年來(lái)，過(guò)渡金屬氮化物(tin、vn、wn、mo2n等)作為超電材料的研究不斷見諸報(bào)道，基于低成本、優(yōu)良的電化學(xué)性能、高摩爾密度、良好的電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，有望成為優(yōu)質(zhì)的器件電極材料，應(yīng)用于下一代超級(jí)電容器儲(chǔ)能電源。

　　最近，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所和北京大學(xué)合作研究，崔厚磊、黃富強(qiáng)等研究者發(fā)現(xiàn)了一種全新的超級(jí)電容器性能優(yōu)異的氮化鈮電極材料——nb4n5納米孔薄膜。nb4n5屬于四方晶系的i4/m空間群，為一種富含nb空位缺陷的nacl型結(jié)構(gòu)，從未被用作儲(chǔ)能材料。其制備過(guò)程簡(jiǎn)單，只需對(duì)nb箔在適當(dāng)條件下進(jìn)行陽(yáng)極氧化，隨后在nh3氣氛中熱處理，即可制備出高度有序的nb4n5納米孔陣列。xps分析結(jié)果表明nb4n5同時(shí)包含nb3+和nb5+，混合價(jià)態(tài)陽(yáng)離子的存在不僅產(chǎn)生了法拉第贗電容，而且導(dǎo)致了良好的類金屬的導(dǎo)電性。在1mh2so4電解液中，0.5macm-2的電流密度下獲得了226mfcm-2的面電容量，遠(yuǎn)高于類似nb2o5電極的0.2mfcm-2，也達(dá)到了金屬氮化物納米結(jié)構(gòu)薄膜電極的最高水平。電流密度增大到10macm-2時(shí)，仍可保留為137mfcm-2說(shuō)明了良好的倍率性能。此外通過(guò)多巴胺的聚合、碳化，在nb4n5納米孔薄膜電極包覆了超薄碳膜，顯著改善了循環(huán)穩(wěn)定性，2000個(gè)循環(huán)伏安周期后電容保留率提高到接近100%。研究表明，碳包覆的nb4n5納米孔薄膜可以組成雙電極對(duì)稱器件，具有良好的實(shí)際應(yīng)用潛力。

　　說(shuō)起業(yè)界所謂的“超級(jí)材料”，相信不少人首先想到的會(huì)是藍(lán)寶石。沒(méi)錯(cuò)，這種硬度超高的材料因?yàn)樘O果的青睞而備受關(guān)注。但除了藍(lán)寶石之外，科學(xué)家們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)出了不少意義重大的超級(jí)材料，本文就將對(duì)其中的6種進(jìn)行介紹。

自我修復(fù)材料——仿生塑料

　人體具備非常強(qiáng)大的自我修復(fù)能力，但建筑環(huán)境卻并不具備這種能力。去年，伊利諾伊大學(xué)的Scott White研發(fā)出了一種具備自我修復(fù)能力的仿生塑料。這種聚合物內(nèi)嵌有一種由液體構(gòu)成的“血管系統(tǒng)”，當(dāng)出現(xiàn)破損時(shí)，液體就可像血液一樣滲出并結(jié)塊。相比其他那些只能修復(fù)微小裂痕的材料，這種仿生塑料可以修復(fù)最大4毫米寬的裂縫。

　　熱電材料——熱量清道夫

　　對(duì)于任何一部會(huì)使用能源的設(shè)備來(lái)說(shuō)，廢熱的產(chǎn)生都是不可避免的。根據(jù)估算，人類所使用的所有能源當(dāng)中有2/3都以廢熱的形式流失了?？梢怯修k法能夠捕捉到這些被浪費(fèi)的能量呢?

去年，一家名為Alphabet Energy的公司開發(fā)出了一種熱點(diǎn)發(fā)電機(jī)，它可被直接插入普通發(fā)電機(jī)的排氣管，從而把廢熱轉(zhuǎn)換成可用的電力。這種發(fā)電機(jī)使用了一種相對(duì)便宜和天然的熱電材料，名為黝銅礦，據(jù)稱可達(dá)到5-10%的能效。

　在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，科學(xué)家們已經(jīng)在研究另一種具備可發(fā)展前景，甚至能效更高的熱電材料，名為方鈷礦，一種含鈷的礦物。熱電材料目前已經(jīng)開始了小規(guī)模的應(yīng)用——比如在太空飛船上——但方鈷礦具備廉價(jià)和能效高的特點(diǎn)，可以用來(lái)包裹汽車、冰箱或任何機(jī)器的排氣管。

　鈣鈦礦——廉價(jià)太陽(yáng)能電池

　　成本是可再生能源發(fā)展中的最大障礙。太陽(yáng)能正在變得更加便宜，但使用晶體硅制作太陽(yáng)能電池的成本和能源消耗依然非常高。可除了晶體硅之外，還有一種可用來(lái)制作太陽(yáng)能電池的替代材料，那就是鈣鈦礦。