納米人編輯部對2019年國內外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是中國科學院外籍院士、中國科學院北京納米能源與系統研究所所長、佐治亞理工學院終身校董講席教授王中林教授。王中林院士是國際公認的頂級納米科學家，在一維氧化物納米結構的制備、表征及其在能源、電子、光電子及生物技術等領域均作出了原創性重大貢獻。發明了壓電納米發電機、摩擦納米發電機，并首先提出了自驅動系統的概念，為微納電子系統的發展開辟了新途徑，開創了納米結構壓電電子學和壓電光電子學研究的先河。2019年，王中林教授憑借在微納能源和自驅動系統領域的開創性成就，獲得“阿爾伯特·愛因斯坦世界科學獎”（AlbertEinstein World Award of Science），成為首位獲此殊榮的華人科學家。王中林院士斬獲2019年度“阿爾伯特·愛因斯坦世界科學獎”（Albert Einstein World Award of Science）。（圖片來源：王中林院士課題組網站）意大利總統馬塔雷拉為王中林院士頒發“能源界諾貝爾獎”埃尼獎獎章。（圖片來源：王中林院士課題組網站）王中林院士的研究方向主要包括納米發電機和自供電納米系統、面向智能系統的壓電電子學、面向能源科學和光電子學的壓電光電子學、面向能源捕捉的混合電池等。課題組網站顯示，2019年，王中林院士發表約90篇論文（其中絕大多數為通訊作者）。由于相關論文數量非常之多，我們簡要總結了王中林院士團隊2019年的部分代表性研究成果，供大家交流學習。其他未涉及到的論文，建議大家前往課題組網站學習（提供免費下載）。另外：1） 本文僅限于王中林院士作為通訊作者的論文（不包括序言、短篇評述等），以online時間為準。2）由于學術水平有限，所選文章及其表述如有不當，敬請批評指正。1. 摩擦靜電序列的定量化丨Nature Commun.摩擦生電是眾所周知的現象，這種現象時時刻刻發生在自然界和人類日常生活的各個角落。雖然任意一種材料都具有摩擦生電效應，但尚未有標準對此進行量化。早前已有研究提出摩擦靜電序列，用以定性排序物質的摩擦靜電極性。基于此，佐治亞理工學院王中林院士等人開發了適用于大范圍高分子的摩擦靜電序列量化標準，使得摩擦生電多少成為材料的基本性質。通過在條件確定的環境下利用液態金屬測量材料，該方法使得實驗裝置標準化，可均勻定量測量一般材料的表面摩擦生電效應。在此基礎上，可推導出歸一化的摩擦生電電荷密度——一種高分子得失電子的本征性質。作者認為，這種定量的摩擦靜電序列或許可以成為摩擦生電相關應用的教科書式標準。Zou, H., Zhang, Y., Guo, L.et al. Quantifying the triboelectric series. Nat Commun 10, 1427 (2019)doi:10.1038/s41467-019-09461-xhttps://www.nature.com/articles/s41467-019-09461-x2. 基于液滴-液膜相互作用的摩擦納米發電機丨NatureCommun.摩擦納米發電機是一類能源捕捉技術，傳統上，其依賴于固/固、固/液之間接觸起電和靜電誘導的耦合效應。有鑒于此，北京納米能源與系統研究所王中林院士和陳翔宇研究員設計了能基于液/液之間相互作用而工作的摩擦納米發電機——讓液滴穿過自由懸浮的液膜來實現。實驗研究了兩種液膜：接地液膜和預充電液膜。~40 微升液滴在降落穿過預充電液膜時能產生最大137.4 nW的功率。此外，這種膜電極能從固態物體移除/收集靜電電荷，顯示出作為透過傳感器和電荷過濾器的應用潛力。液-液摩擦納米發電機能在不改變物體運動的情況下收集電流，并適用于多種目標，例如雨滴、灌溉水流、微流體、微小顆粒等。Nie, J., Wang, Z., Ren, Z.et al. Power generation from the interaction of a liquid droplet and a liquidmembrane. Nat Commun 10, 2264 (2019) doi:10.1038/s41467-019-10232-xhttps://www.nature.com/articles/s41467-019-10232-x3. 一體化的電荷激勵摩擦納米發電機丨Nature Commun.摩擦納米發電機的性能受限于摩擦層上低的、不穩定的電荷密度。最近所報道的外部電荷注入方法是面向高輸出性能摩擦納米發電機的有效策略。然而，該系統的可集成性和電荷聚集效率相對較低。受傳統勵磁發電機原理啟發，重慶大學胡陳果、郭恒宇和北京納米能源與系統研究所王中林院士合作，提出并實現了面向高性能穩定輸出的自身電荷激勵式摩擦納米發電機。通過合理設計電壓倍增電路，作者在室溫下實現了完整的外部/自身電荷激勵模式，在接觸-分離模式下具有穩定可調的輸出（>1.25 mC m?2）。該工作所實現的電荷激勵系統為實現高輸出摩擦納米發電機的實際應用提供了一種有前景的策略。Liu, W., Wang, Z., Wang, G.et al. Integrated charge excitation triboelectric nanogenerator. Nat Commun 10,1426 (2019) doi:10.1038/s41467-019-09464-8https://www.nature.com/articles/s41467-019-09464-84. 超低頻機械刺激驅動的摩擦發電微馬達丨Nature Commun.高速微型馬達通常由高頻高壓電源驅動。區別于此，北京納米能源與系統研究所王中林院士與張弛研究員等人報道了將微馬達與摩擦納米發電機相結合而成的摩擦發電微馬達，其中微馬達可由超低頻機械刺激驅動。作者通過改變微馬達結構參數和摩擦納米發電機的機械刺激，測試了不同條件下摩擦發電微馬達的性能。在50 mm滑動范圍和0. 1 Hz頻率的條件下，微馬達可啟動旋轉，并在0.8 Hz下達到1000 r min-1以上轉速。摩擦發電微馬達的運行效率最高可達41%。此外，微馬達成功應用于兩套信息識別掃描系統。總之，該工作實現了不需外電源供應的超低頻機械刺激驅動的高速微馬達，拓展了摩擦納米發電機在微/納機電系統，智能機器人和自主駕駛領域的應用。Yang, H., Pang, Y., Bu, T.et al. Triboelectric micromotors actuated by ultralow frequency mechanicalstimuli. Nat Commun 10, 2309 (2019) doi:10.1038/s41467-019-10298-7https://www.nature.com/articles/s41467-019-10298-75. 用于水下傳感和能量捕捉的仿生柔性納米發電機丨Nature Commun.可應用于水下環境的柔性可穿戴電子器件十分吸引人，但其發展取決于防水式可持續供電電源的開發。有鑒于此，北京納米能源與系統研究所李舟研究員、王中林院士以及北京航空航天大學樊瑜波教授等人受電鰻發電細胞的細胞膜上離子通道結構的啟發，設計了用于水下能量捕捉的仿生柔性納米發電機。結合了流動液體產生的摩擦生電效應和靜電誘導原理的仿生柔性摩擦納米發電機能從水下人體運動中收集機械能，并輸出10 V以上的開路電壓。基于此，作者設計并實現了水下人體多點運動監測裝置和海下救援系統。由于兼具優異的柔性、可拉伸性，出色的抗拉伸疲勞強度（超過50000次）和突出的水下性能，該仿生柔性摩擦納米發電機有望用于水下柔性可穿戴電子器件的持續供電。Zou, Y., Tan, P., Shi, B.et al. A bionic stretchable nanogenerator for underwater sensing and energyharvesting. Nat Commun 10, 2695 (2019) doi:10.1038/s41467-019-10433-4https://www.nature.com/articles/s41467-019-10433-46. 基于木頭的耐用柔性摩擦納米發電機用于運動大數據分析中的自供電傳感丨Nature Commun.在物聯網新時代的背景下，基于智能傳感技術的大數據收集與分析相當重要。有鑒于此，北京納米能源與系統研究所王中林院士和普渡大學Feng Ru Fan等人合作，設計了一種基于木頭的耐用柔性摩擦納米發電機（TENG），并將其用于自供電傳感，進行運動大數據分析。具體來講，研究者基于一種簡單有效的策略，將自然界的木頭轉化為了兼具優異力學性能的高性能摩擦發電材料——轉化之后，材料的電能輸出提高了70%以上，強度提高了7.5倍，另外柔性、耐磨性和可加工性也十分突出。在此材料基礎上，研究者設計出了能為運動員提供訓練指導的自供電式落點分布統計系統，以及在比賽過程中協助裁判的邊緣球判定系統。作者認為，該工作不僅可以將自供電系統的應用領域拓展到智能運動檢測和協助，而且能促進智能體育產業中的大數據分析。Luo, J., Wang, Z., Xu, L.et al. Flexible and durable wood-based triboelectric nanogenerators forself-powered sensing in athletic big data analytics. Nat Commun 10, 5147 (2019)doi:10.1038/s41467-019-13166-6https://www.nature.com/articles/s41467-019-13166-67. 共生型心臟起搏器丨Nature Commun.從心臟跳動、呼吸運動和血液流動中收集能量的自供電式醫療電子設備是即將到來的革新式應用。有鑒于此，北京納米能源與系統研究所李舟研究員、Hao Zhang、王中林院士等人基于可移植摩擦納米發電機實現了一種全植入式共生起搏器，該系統具有大型動物量級的能量捕捉/儲存能力以及心臟起搏功能。實驗表明，該共生起搏器成功糾正了竇性心律失常，并阻止了病情惡化。單個植入式摩擦納米發電機的開路電壓高達65.2 V。單次心臟搏動循環收集的能量為0.495 μJ，高于心內膜起搏所需的能量閾值0.377 μJ。作者認為，用于植入式醫療電子設備的可植入摩擦納米發電機具有優異輸出性能、高功率密度、良好耐久性等優點，并有望在診斷及治療方面發掘新的應用。Ouyang, H., Liu, Z., Li, N.et al. Symbiotic cardiac pacemaker. Nat Commun 10, 1821 (2019)doi:10.1038/s41467-019-09851-1https://www.nature.com/articles/s41467-019-09851-18. 納米尺度接觸起電中的電子轉移：以金屬-電介質體系中的溫度效應為例丨AM接觸起電現象早在幾千年前就被發現，但電荷載流子的本質和轉移機理至今仍存在爭議。有鑒于此，佐治亞理工學院王中林院士團隊以金屬-電介質體系為例，利用原子力顯微鏡和開爾文探針力顯微鏡，在不同熱條件下研究了接觸起電和摩擦起電的充電過程。結果顯示，納米尺度的電荷轉移過程遵循改進的熱電子發射模型。該研究重點關注了兩種接觸材料之間溫差對接觸起電的影響。實驗發現，溫度更高的固體傾向于接收摩擦正電荷，而溫度低的固體容易帶上負電荷，這表明溫差誘導的電荷轉移可歸因于熱電子發射效應——熱激發電子從熱表面轉移到冷表面。進一步地，作者提出了一個熱電子發射能帶結構模型來描述溫度不同的兩個固體之間的電子轉移。該研究同時表明，在具有不同曲率/粗糙度的表面發生納米尺度摩擦從而引起局部溫差的情況下，接觸起電完全可以發生在兩個相同的材料之間。Lin, Shiquan, et al."Electron Transfer in Nanoscale Contact Electrification: Effect ofTemperature in the Metal–Dielectric Case." Advanced Materials 31.17(2019): 1808197.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.2018081979. 納米尺度接觸起電中的電子轉移：光子激發效應丨AM接觸起電（摩擦起電）是眾所周知的現象，關于其電荷載流子本質和轉移機理的研究已有數十年之久。最近，金屬/陶瓷接觸起電中轉移電荷的種類被確定為電子轉移，且其隨后的釋放過程由熱電子發射過程主導。中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士團隊在控制溫度無明顯升高的情況下，通過改變光的強度和波長，對光子激發下電介質表面的接觸起電致靜電荷的釋放過程進行了研究。結果顯示，表面摩擦電荷的釋放存在一個閾值光子能量，例如SiO2為4.1 eV（300 nm波長下測得），PVC為3.4eV（360 nm波長下測得）；低于閾值能量的光子不能有效激發表面靜電電荷。這個過程與束縛于介質材料表面態的電荷的光電子發射有關。此外，作者提出了一個光電子發射模型來描述介電材料表面上的光致電荷衰減。總之，這些發現為金屬/介電材料、金屬/高分子之間接觸起電的電子轉移過程提供了新的見解。Lin, Shiquan, et al."Electron Transfer in Nanoscale Contact Electrification: Photon ExcitationEffect." Advanced Materials (2019): 1901418.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901418
10. 非常有趣！液-固接觸摩擦電納米發電機，還能自供電雙信號檢測！丨AM
佐治亞理工學院王中林院士團隊報道了一種液-固接觸摩擦電納米發電機（TENG），由聚（四氟乙烯）（PTFE）膜，銅電極和用于收集油/水多相中能量的玻璃基底組成。這會產生兩個獨特的信號，一個是液體（水/油）和PTFE膜（VTENG和ITENG）之間的接觸帶電和靜電感應；另一種是通過油/水界面電荷(ΔVinterface and Iinterface),在銅電極中的靜電感應，其僅在液-固接觸TENG界面油/水界面時產生。這兩個信號顯示出有趣的相反變化趨勢，即VTENG和ITENG減少，而ΔVinterface和 Iinterface的油/水界面信號在PTFE和玻璃表面通過自聚合涂覆一層聚多巴胺后增加。在此基礎上，首次證明了利用TENG進行多巴胺的自供電雙信號檢測。Signal Output of Triboelectric Nanogenerator at Oil–Water–Solid Multiphase Interfaces and itsApplication for Dual‐Signal Chemical Sensing, AdvancedMaterials, 2019https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.20190279311. 用于柔性/可穿戴電子器件以及人工智能的纖維/織物基壓電和摩擦生電納米發電機丨AM綜述先進納米發電機技術與傳統紡織工藝的結合催生了織物基納米發電機，后者將不可避免地促進下一代可穿戴電子和多功能人工智能系統的快速發展及廣泛應用。納米發電機賦予了智能織物機械能捕獲和多功能自供電傳感的功能，而織物則充當了多功能靈活設計載體以及可穿戴應用平臺。然而，由于專攻納米發電機的研究者和專注于織物的研究者之間缺乏有效互動和交流，設計出兼具優異的電輸出性能和織物相關性能的纖維/織物基納米發電機是相當困難的。有鑒于此，北京納米能源與系統研究所王中林院士團隊對目前最先進的可穿戴纖維/織物基壓電納米發電機和摩擦納米發電機進行了回顧，從基本分類、材料選擇、制備技術、結構設計、工作原理以及潛在應用等方面進行了總結。此外，作者還討論了阻礙其大規模商業化的潛在困難和挑戰。這篇綜述不僅加深了智能織物與可穿戴納米發電機之間的聯系，也為未來可穿戴纖維/織物基納米發電機的研究和應用提供了動力。Dong, Kai, Xiao Peng, andZhong Lin Wang. “Fiber/Fabric‐Based Piezoelectric and TriboelectricNanogenerators for Flexible/Stretchable and Wearable Electronics and ArtificialIntelligence.” Advanced Materials (2019).https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.20190254912. 接觸-滑動式摩擦生電驅動的動態透光調制器，用于自供電式信息屏蔽和選擇性可視化丨AM近年來，摩擦生電自驅動的柔性電子/光學系統引起了新一輪研究興趣。這類系統的一體化集成可能會極大地提高其適應性、可操作性和便攜性，但由于缺乏合適的結構構筑和集成方案，系統的一體化集成依舊是一個挑戰。有鑒于此，北京航空航天大學陳愛華副教授，北京納米能源與系統研究所王中林院士、朱光研究員對之前所報道的一例自供電光開關進行了徹底的重構，將其升級為完全一體化的接觸-滑動式摩擦生電驅動的動態透光調制器（OTM）。OTM由多層結構構建而成，包括頂層的透明摩擦生電部分，中層的由SiO2隔開的聚合物分散的液晶（PDLC），以及底層的柔性透明導電基底。工作機理為：OTM上發生的接觸-滑動產生交流電場，使PDLC層立刻切換其初始半透明態到瞬時透明態。在較低機械閾值下（接觸壓力≈20 kPa，滑動速度≈0.3 m s?1），相對透光強度實現了從0.17~0.72較寬范圍的變化。在實際應用方面，在沒有外來光學元件和電源供應的情況下，OTM成功實現了信息屏蔽和選擇性可視化功能，顯示出在各類自供電光學交互式應用中的巨大潛力。Zhang, Chen, et al. “AContact‐Sliding‐Triboelectrification‐Driven Dynamic Optical TransmittanceModulator for Self‐Powered Information Covering and Selective Visualization.”Advanced Materials (2019).https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.20190498813. 生物機械能供電的摩擦納米發電機用于自驅動的胞內給藥丨AM為達到治療目的而進行的胞內藥物/生物大分子遞送在同時實現非破壞性、高效性、按需供應等方面仍面臨挑戰。有鑒于此，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士、李琳琳研究員、JiadongLi等人設計了生物機械能供電摩擦納米發電機（TENG）驅動的電穿孔系統，用于體內/體外實驗中高效、低損傷的胞內給藥。在整套系統中，自供電TENG作為穩定電壓脈沖源引發質膜電位的增加，提高膜通透性。相應地，Si納米針陣列電極通過提高納米針-細胞界面的局部電場，使得電穿孔過程中細胞損傷最小化；同時也降低了質膜流動性以利于更多分子進入。該系統實現了外源物質（小分子，大分子和siRNA）在各類細胞中的高效遞送，包括難轉染的原代細胞，遞送效率高達90%，細胞存活率超過94%。通過簡單的手指摩擦或是手掌拍打可穿戴TENGs，實驗成功實現了生物分子透皮給藥，在小鼠中的透皮深度提高了3倍。作者認為，這種用于有源電穿孔給藥的集成式自供電系統在自調節給藥和可穿戴醫療方面具有巨大前景。Liu, Zhirong, et al. “Self‐PoweredIntracellular Drug Delivery by a Biomechanical Energy‐Driven TriboelectricNanogenerator.” Advanced Materials 31.12 (2019): 1807795.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201807795
14. 由生物機械運動驅動和調節的自供電式離子電滲經皮給藥系統丨AFM
帶反饋控制的經皮給藥(TDD)系統因其獨特的便利、自我給藥和安全等優點而引起了廣泛的研究和臨床興趣。在此，佐治亞理工學院王中林院士研究團隊提出了一種自供電可穿戴式離子電導 TDD系統，該系統可以通過生物力學運動獲取的能量來驅動和調節，用于閉環運動檢測和治療。這種可穿戴的摩擦電動納米發電機(TENG)被用作運動傳感器和能量采集機，可以將生物力學運動轉化為電能，從而在不需要儲存能量的情況下進行離子滲入，而基于水凝膠的帶有并排電極的軟貼片則可實現無創離子滲入TDD。在以染料為模型藥物的在豬皮上進行的概念驗證實驗成功地證明了該系統的可行性。這項工作不僅擴展了TENG在生物醫學領域的應用，而且還為非侵入性、電輔助TDD的閉環傳感和治療提供了具有成本效益的解決方案。Changsheng Wu, Peng Jiang, Zhong Lin Wang, et al. Self‐Powered Iontophoretic Transdermal Drug Delivery System Driven andRegulated by Biomechanical Motions. Adv. Funct. Mater., 2019.https://doi.org/10.1002/adfm.201907378
15. 自供電的p-Si/n-ZnO納米線熱光電效應對溫度的依賴關系丨Nano Today
紫外光電探測器（UV PDs）因其在工業和科學領域的廣泛應用而受到廣泛關注，包括火焰預警、污染物監測、水凈化和人身保護等。在過去的幾十年里，基于許多不同結構的半導體（如薄膜、納米線和納米顆粒），人們對各種高響應、高探測性、快速響應和恢復速度的紫外PDs進行了深入的研究。用熱釋電半導體制造的自供電pn結器件作為有源紫外線（UV）光電探測器（PD）因其具有高效節能、有源功能和超快響應速度的特點而備受關注。在此，華南師范大學王幸福和佐治亞理工學院王中林院士在p-Si上生長的熱釋電ZnO納米線（NW）用作自供電UV PD。在沒有外部電壓的情況下，所制造的器件表現出穩定且均勻的紫外線感測能力，具有高的光響應性以及快速的響應和衰減時間。此外，系統地研究了環境溫度對自供電UV PD的影響。在77 K的溫度下，UVPD的電流響應顯著改善了1304％以上，而在室溫下僅增加了532.6％。在高于室溫的溫度下，即使溫度從室溫升高到85 °C，UV PD仍能以自供電和穩定的方式很好地發揮作用，顯示出17.0 mA/W的良好光響應性和700 μs的快速響應時間。通過對pn結能量圖的分析，詳細闡述了自供電UV PDs的基本物理機制。該研究為高性能紫外傳感和超快光電通信的研究提供了指導意義。Jianqi Dong, Zhengjun Wang, Xingfu Wang, Zhong Lin Wang.Temperature dependence of the pyro-phototronic effect in self-poweredp-Si/n-ZnO nanowires heterojuncted ultraviolet sensors. Nano Today 2019, 29.DOI: 10.1016/j.nantod.2019.100798https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013219303184
16. 第三代半導體納米線在壓電（光）電子學領域的應用丨Chem. Rev.
近年來，隨著納米科學技術的飛速發展，半導體納米線在電子和光電子領域得到了廣泛的應用。其中，以ZnO、GaN為代表的第三代半導體由于其c軸方向的結構不對稱，沿納米線縱向有相對較大的自發極化。壓電、光激發和半導體特性的雙或多路耦合產生了壓電電子學和壓電光電子學等新的研究領域。近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林，潘曹峰，翟俊宜等綜述了納米線基壓電電子學和壓電光電子學的機理和應用。研究壓電電子學和壓電光電子學，可實現通過簡單的機械刺激有效地控制載流子輸運、光電特性等，引起了廣泛的關注。Caofeng Pan,* Junyi Zhai,* Zhong Lin Wang*. Piezotronics and Piezo-phototronics of Third GenerationSemiconductor Nanowires. Chem. Rev., 2019DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00599https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.8b0059917. 二維納米材料用于壓電（光）電子學丨Materials Today Nano綜述近年來，對于二維材料以及范德華異質結器件的研究逐步成為凝聚態物理和材料學科的熱點。從晶體學角度講，二維形貌體現了晶體結構中三維對稱性的破缺，因此許多非壓電塊體材料在單層條件下會出現本征的壓電特性。2014年，王中林院士課題組利用實驗手段證明了二維范德華半導體MoS2中的壓電性能，并首次將壓電電子學/壓電光電子學的概念引入二維領域。掀起了新型二維壓電材料體系理論預測、量子壓電電子學/壓電光電子學以及新型壓電范德華異質結器件研究的熱潮，并逐步成為二維材料領域研究的一個重要分支。鑒于此，中科院北京納米能源與系統研究所所長，佐治亞理工學院校董教授王中林院士、潘曹峰研究員和林沛博士后對該領域的最新研究進展進行了系統綜述，重點介紹了壓電電子學/壓電光電子學在二維納米能源、主動式力電/光電傳感等方面的應用。此外，作者還對該領域目前存在的主要問題以及未來可能的科學突破進行了展望。Lin P, Pan C, Wang Z L, etal. Two-dimensional nanomaterials for novel piezotronics and piezophototronics.Materials Today Nano, 2018.DOI: 10.1016/j.mtnano.2018.11.006https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842018301494
18. 壓電光電效應增強柔性鈣鈦礦太陽能電池性能丨ACS Nano
王中林院士聯合孟慶波等多個團隊利用壓電光電效應來提高鈣鈦礦太陽能電池的效率。通過在柔性塑料基底上生長ZnO納米線陣列，并作為電子傳輸層，用于柔性鈦礦太陽能電池。受益于壓電光電效應，柔性器件的效率在1.88％的靜態機械應變下從9.3％提高到12.8％，增強了約40％，但材料和器件結構并未發生變化。該研究提供了一種改進柔性PSC性能而不改變其基本材料的普適性策略。Junlu Sun, Qilin Hua, Ranran Zhou, Dongmei Li, Wenxi Guo, XiaoyiLi, Guofeng Hu, Chongxin Shan, Qingbo Meng, Lin Dong, Caofeng Pan, and ZhongLin Wang. Piezo-Phototronic Effect Enhanced Efficient Flexible Perovskite SolarCells. ACS NanoDOI: 10.1021/acsnano.9b00125.https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/pdf/10.1021/acsnano.9b00125
19. 壓電效應增強等離子體光催化丨AFM
通過制造Aux/BaTiO3納米異質結構，引入壓電效應以增強等離子體光催化作用。BaTiO3納米晶在超聲處理時的壓電極化抑制了光生熱電子-空穴對的復合，增強了Au納米粒子的局域表面等離子共振，從而改善了光催化過程。Wang, Z. et al. Piezotronic Effect Enhanced PlasmonicPhotocatalysis by AuNPs/BaTiO3 Heterostructures. Adv. Funct.Mater.Doi:10.1002/adfm.201808737.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.20180873720. 壓電光電子學效應優化氣體傳感器性能丨Science BulletinNO2是一種有毒氣體，被認為是車輛排放、工業廢氣和環境監測的關鍵指標。開發簡單、低成本和高效率的傳感器來探測NO2氣體是非常有必要的。最近，基于二維的硫化鉬（MoS2）的場效應晶體管（FET）傳感器由于對氣體分子的高響應而引起研究者的興趣。 然而，這些傳統的單個裸露的FET傳感器通常需要較大的外部柵極偏壓才能實現較高的靈敏度。特別是，對于原子薄的二維半導體材料，極大的柵極偏壓也是以犧牲壽命和增加功耗為代價的，這對于潛在的應用具有不可避免的缺陷。有鑒于此，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林、翟俊宜課題組設計并制備了一種柔性的單層硫化鉬基的NO2氣體傳感器，通過施加應變和光強顯著增強了NO2傳感器的性能。首次研究了壓電光電子學效應對單層硫化鉬基NO2氣體傳感器性能的影響，發現應變誘導的壓電勢可以通過改善肖特基勢壘有效地控制電子和光電子傳輸，進一步的優化氣體傳感器的性能。Junmeng Guo, Rongmei Wen,Junyi Zhai, Zhong Lin Wang. Enhanced NO2 gas sensing of a single-layer MoS2 byphotogating and piezo-phototronic effects. Science Bulletin, 2019, 64(2):128-135.DOI:10.1016/j.scib.2018.12.009https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.12.00921. 雜原子摻雜的3D碳納米材料作為一體化能源裝置的多功能催化劑丨AM綜述可持續、低成本的能源產出對于滿足現今社會的能源需求至關重要。為了實現這個目的，發展廉價、可量產、高效可靠的催化劑是十分關鍵的。碳基雜原子摻雜的三維多孔電極催化劑在電化學能源轉化和儲存中極具前景。摻雜各種雜原子的各類碳的同素異形體可被用于電極材料的低成本量產。3D多孔碳電極具有多重優點，例如大的表面積，充分暴露的活性位點，利于電子高效傳輸的3D導電路徑，以及促進電解液擴散的多孔通道。然而，這些各向同性3D碳結構的制備和功能化是具有挑戰性的。鑒于此，凱斯西儲大學戴黎明教授、佐治亞理工學院王中林院士和美國空軍研究實驗室Ajit Roy等人總結了3D多孔碳材料的各類合成方法，為理解其理化性質、雜原子摻雜如何影響電催化性能提供了參考。此外，作者展望了用于能源轉化的有前景的3D碳結構材料以及高效集成能源系統。Paul, Rajib, et al. “3DHeteroatom‐Doped Carbon Nanomaterials as Multifunctional Metal‐Free Catalystsfor Integrated Energy Devices.” Advanced Materials 31.13 (2019): 1805598.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201805598
22. 面向閉環系統的電子皮膚丨ACS Nano展望
皮膚不僅是人類抵御外界傷害的第一道屏障，還是人類感知世界和獲取信息的媒介之一。皮膚擁有世界上已知的最大的傳感器網絡，能夠同時檢測和區分各種刺激，例如壓力、應變、溫度、濕度和疼痛等。電子皮膚（e-skin）通過結合新材料和結構設計來模擬和復制人類皮膚的各種特性，其發展對智能機器人、物聯網和人機交互具有深遠的意義。近日，北京納米能源與系統研究所王中林院士、潘曹峰研究員在 ACS Nano雜志發表題為Electronic Skin forClosed-Loop Systems的展望文章，指出電子皮膚的最終目標是完全實現甚至超越人類皮膚的功能，并與數據處理單元、制動器相結合，組成一個刺激感應-信號處理-反饋制動的閉環系統。文章首先介紹了應用于電子皮膚的觸覺傳感器的工作機制及其優缺點、特征屬性，指出觸覺傳感器應與溫度、濕度、光、磁、生理和化學傳感相結合發展多模態傳感器；數據處理單元需要硬件（柔性電路）、軟件（數據算法）同時發展；制動器需要滿足高能量密度、快速響應等要求；三者進而結合構成閉環系統，實現刺激感應-信號處理-反饋制動的功能。Wang, Chunfeng, Caofeng Pan, and Zhonglin Wang."Electronic Skin for Closed-Loop Systems." ACS nano 13.11 (2019):12287-12293.https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.9b06576除此之外，王中林院士課題組2019年在壓電（光）電子學、納米機器人、人-機界面、納米傳感器、醫學診斷、光伏技術等領域還發表了一系列重要成果，由于內容較多，在此不一一列出。感興趣的讀者可前往課題組網站學習（http://www.nanoscience.gatech.edu/publications/papers/2019.php）。王中林，1961年出生于陜西省蒲城縣，國際頂尖納米科學家、能源技術專家，中國科學院外籍院士，歐洲科學院院士，佐治亞理工學院終身教授，中國科學院北京納米能源與系統研究所所長，中國科學院大學納米科學與技術學院院長。
1978年王中林考入西北電訊工程學院；1982年通過中美聯合培養物理類研究生計劃，赴美國亞利桑那州立大學就讀；1987年7月獲得物理學博士學位；1995年被佐治亞理工學院聘為副教授和電子顯微鏡實驗室主任；2000年9月創建了佐治亞理工學院的納米科學和技術中心并擔任該中心主任；2001年被聘為長江學者獎勵計劃特聘講座教授；2004年擔任國家納米科學中心第一屆海外主任；2004年晉升為佐治亞理工學院的終身校董事教授；2005年2月推動成立北京大學工學院先進材料與納米技術系，擔任首任系主任；2009年當選中國科學院外籍院士。2012年擔任中國科學院北京納米能源與系統研究所首席科學家。http://www.nanoscience.gatech.edu/（來源：http://www.nanoscience.gatech.edu/）
