愚以為，做科研，首先要有趣，好玩，非如此不能長久。然后還要有想法，有創(chuàng)意，非如此難以成就。至于有用與否，則是仁者見仁，智者見智了。
今天，我們從2018年浩如煙海的文獻中，列舉了一些有趣好玩有創(chuàng)意，讓人眼前一亮的18個研究，供大家交流探討。
1. 一滴油革新鋁空電池丨Science
抑制鋁空電池負極腐蝕的策略不少，這些策略雖然在一定程度上確實緩解了負極腐蝕，但是大多是以降低功率密度和能量密度為代價。美國麻省理工學(xué)院Brandon J. Hopkins等人發(fā)展了一種以油替換部分負極電解液的新策略，有效抑制了鋁空電池的負極腐蝕。不導(dǎo)電的油抑制了電解質(zhì)向負極表面的擴散速率，負極腐蝕減少了99.99%。同時，鋁空電池可用能量密度提高了4.2倍，自放電速率降低到0.02%，系統(tǒng)能量密度可達到700 Wh L-1和900 Wh kg-1。
Brandon J. Hopkins et al. Suppressingcorrosion inprimary aluminum–air batteries via oil displacement. Science 2018,362,658-661.
2. 木材像鋼鐵一樣堅硬丨Nature
在常規(guī)認知中，木材是可以浮在水面的，木材是不如鋼鐵堅硬的。然而，美國馬里蘭大學(xué)胡良兵和李騰團隊卻通過一種新型的密實化處理工藝，讓天然木材強度提高11倍，密度提高3倍，比強度達到422.2± 36.3 MPa cm3 g?1，超過眾多金屬和合金材料。經(jīng)過處理之后的木材由許多高度曲線排列的纖維素納米纖維組成，相鄰的納米纖維素之間形成大量氫鍵。這樣，基于纖維素的細胞壁更穩(wěn)定，在水中更不容易膨脹。當(dāng)然，這種木頭再也不能漂浮在水面了。
Jianwei Song, Chaoji Chen, Shuze Zhu, Mingwei Zhu, Teng Li, Liangbing Hu et al.Processing bulk natural wood into a high-performance structural material.Nature 2018, 554, 224–228.
3. 曬太陽可降溫丨Joule
白天輻射制冷超材料可實現(xiàn)在白天太陽直射下仍能將物體降溫。美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校（楊榮貴和尹曉波教授團隊）和懷俄明大學(xué)（譚剛教授團隊）合作，發(fā)展了一種以水為工作介質(zhì)的輻射制冷集冷模塊，在白天太陽直射條件下將水冷卻至比環(huán)境溫度低10.6 °C，實現(xiàn)了第一個可全天連續(xù)運行的千瓦級輻射制冷系統(tǒng)，并提出了輻射制冷與建筑結(jié)合的24小時全天連續(xù)運行具體方案。
Dongliang Zhao, Gang Tan, Xiaobo Yin, RongguiYang et al.Subambient Cooling of Water: Toward Real-World Applications ofDaytime RadiativeCooling. Joule 2018.
4. 制冷不用電丨Science
又不想得空調(diào)病，又離不開空調(diào)，怎么辦？美國哥倫比亞大學(xué)N. Yu和Y. Yang團隊報道了一種操作簡單、成本低廉、可規(guī)模化的多級次多孔聚合物涂層制備方法，實現(xiàn)了高效率的被動輻射冷卻。這是一種不用電，無排放的純天然制冷技術(shù)，可以采用刷涂、浸涂、噴涂等各種工藝，也適用于金屬、木材、塑料凳多種基材。在太陽光強度為890和750 W m-2條件下，涂層可將室溫自然降低6℃左右，冷卻功率為96 W m-2。
J.Mandal, Y. Fu, N. Yu, Y. Yang et al. Hierarchicallyporous polymer coatings forhighly efficient passive daytime radiative cooling.Science 2018.
5. 彩色碳納米管丨JACS
自古以來，碳就是黑色。然而，以前都是黑色，以后就永遠只能是黑色嗎？芬蘭阿爾托大學(xué)EskoI. Kauppinen和Hua Jiang團隊通過控制CO2氣流的速度，利用浮動催化劑化學(xué)氣相沉積法成功合成出彩色的單壁碳納米管薄膜，引入不同濃度的CO2，就能合成出不同顏色的SWCNT。
Yongping Liao, Hua Jiang, Esko I. Kauppinenet al. DirectSynthesis of Colorful Single-walled Carbon Nanotube Thin Films. JACS,2018.
6. 微米尺度電極材料丨Nature
為了實現(xiàn)更好的離子或電子傳遞，現(xiàn)在通常的做法是將電極材料納米化。而劍橋大學(xué)的研究人員這次卻一反常規(guī)做法，在人人納米化的大形勢下卻選用了微米尺度（3-10 μm）的鈮鎢氧化物Nb16W5O55和Nb18W16O93作為電極材料。其室溫鋰離子擴散系數(shù)比經(jīng)典的Li4Ti5O12 和LiMn2O4要高出幾個數(shù)量級，表現(xiàn)出極其優(yōu)異的體積容量和倍率性能，超過已有的多種經(jīng)典電極材料。研究人員認為，只要材料具有合適的主晶格，所謂的尺寸、結(jié)構(gòu)和孔隙什么的貌似都不是電極性能的核心影響因素。
KentJ. Griffith, Clare P. Grey et al. Niobium tungstenoxides for high-ratelithium-ion energy storage. Nature 2018, 559, 556–563.
7. DNA納米手臂丨Science
DNA折紙術(shù)可以將DNA組裝成各種不同的形狀，但是這并不能使之成為納米機器。如何使這種DNA組裝結(jié)構(gòu)動起來，才能真正成為納米機器人。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)Friedrich C. Simmel課題組開發(fā)了一種電場遙控的DNA納米手臂。他們DNA折紙平板作為基底，通過短鏈DNA將一個長長的DNA螺旋束（DNA手臂）固定在DNA基底上。當(dāng)DNA分子浸泡在水溶液緩沖液中時，會帶一定的電荷。因此，通過足夠的電場作用力就可以控制DNA手臂在DNA面板上的定向旋轉(zhuǎn)。
Enzo Kopperger, JonathanList, Friedrich C. Simmel et al. A self-assembled nanoscale robotic armcontrolled by electric fields. Science 2018, 359, 296-301.
8. 讓機器人有觸覺丨Science
如果說機器人和人類之間最本質(zhì)的區(qū)別，那就是七情六欲以及感官知覺了。斯坦福大學(xué)鮑哲楠、首爾大學(xué)Tae-Woo Lee以及南開大學(xué)徐文濤團隊合作報道了一種基于柔性有機電子器件的高靈敏度仿生觸覺神經(jīng)系統(tǒng)，可以從多個觸感接收器接受信息，然后將這種信息運輸?shù)絺鞒觯R達）神經(jīng)，完成一種復(fù)合的生物電子反射弧。這種人工神經(jīng)觸覺系統(tǒng)具有高靈敏度，即便是蟑螂腿的運動，也能快速感知。
Yeongin Kim,Alex Chortos, Wentao Xu, Tae-Woo Lee, Zhenan Bao et al. A bioinspired flexibleorganic artificial afferent nerve. Science 2018, 360, 998-1003.
9. 會變色的窗戶丨Nature Materials
智能窗戶可以使大型樓宇室內(nèi)能源利用效率達到最佳，基于太陽能電池的智能窗戶，則不僅可以實現(xiàn)窗戶透明度的自動變化，還可以同時起到能源轉(zhuǎn)化和儲存的作用，是更新形式的一種智能窗戶。加州大學(xué)伯克利分校楊培東課題組基于純無機鈣鈦礦，構(gòu)建了一種高穩(wěn)定性的熱致變色太陽能電池窗戶！這種材料可在105℃切換成深色的鈣鈦礦相（高溫相），透明度約35.4%；在室溫條件下，當(dāng)遇到水汽時，材料就會自動切換到透明的非鈣鈦礦相（低溫相），透明度約81.7%。不過，雖然穩(wěn)定性解決了，但是這個溫度是新的硬傷！
Jia Lin, Minliang Lai, Peidong Yang et al. Thermochromichalide perovskite solar cells. Nature Materials 2018.
10. 晶體可以自修復(fù)丨Nature
破鏡難圓，自古皆知。晶體出現(xiàn)裂縫了，也往往被認為無法回到最初的狀態(tài)。然而，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的F. AkifTezcan課題組基于鐵蛋白開發(fā)了一種具有高膨脹性、可自修復(fù)的鐵蛋白-水凝膠復(fù)合材料。所選擇的鐵蛋白和水凝膠都不具備良好的自修復(fù)性能，但是聯(lián)姻之后實現(xiàn)了1+1>2的效果。即便晶體-聚合物在受到重大膨脹和收縮時產(chǎn)生裂縫，這種裂縫也可以迅速自修復(fù)。
Ling Zhang, F. Akif Tezcanet al. Hyperexpandable,self-healing macromolecular crystals with integratedpolymer networks. Nature 2018, 557, 86–91.
11. 防火的木材丨Science Advances
自遠古時代鉆木取火以來，木頭就是屬于易燃品。然而，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授俞書宏帶領(lǐng)的科研團隊，發(fā)展了一種冰晶誘導(dǎo)自組裝和熱固化相結(jié)合的新技術(shù)，以傳統(tǒng)的酚醛樹脂和密胺樹脂為基體材料，研制出一系列具有類似天然木材取向孔道結(jié)構(gòu)的新型仿生人工木材。該系列仿生人工木材具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕和隔熱防火等優(yōu)點。特別地，這種人工木材具有很好的防火性能，在火焰引燃后能夠迅速自熄滅，這正是天然木材無法克服的缺點。
Zhi-Long Yu, Ning Yang, Shu-Hong Yu etal. Bioinspired polymeric woods. Science Advances 2018, 8, eaat7223.
12. 仿生人工肺丨Nature Catalysis
CO2在水中溶解度極小，如何能讓高濃度CO2有效到達催化劑表面以實現(xiàn)更高的電催化效率？斯坦福大學(xué)崔屹教授團隊模仿肺泡結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種雙層仿生人工肺泡，用于三相界面CO2電催化還原系統(tǒng)。借助于肺泡結(jié)構(gòu)中氣體透過性高和水?dāng)U散性低的特點以及其中CO2和O2傳遞機理，研究人員構(gòu)建了一種雙層的三相催化界面陣列。陣列由高度柔性的疏水、高氣體透過性的納孔PE膜和濺射的Au納米催化劑層構(gòu)成。柔性、疏水、高氣體透過性的納孔PE膜用于CO2傳質(zhì)，同時疏水特性使得PE膜可以在Au/CO2/H2O氣固液三相界面提供更多的活性位點；除此之外，人工肺泡還可以實現(xiàn)局部pH調(diào)控，在不同的CO2流動速度條件下，催化劑表面可以都能確保高的堿性。
Jun Li, Guangxu Chen, YiCui et al. Efficient electrocatalytic CO2 reduction on a three-phase interface.Nature Catalysis 2018.
13. 晶圓級單層二維材料丨Science
大尺寸單層二維材料的制備，依然是制約二維材料異質(zhì)結(jié)的可控構(gòu)建，限制其性能和宏觀應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素。美國麻省理工學(xué)院的Jeehwan Kim課題組基于材料之間界面粗糙度的差異發(fā)展了一種普適性的層數(shù)分辨分離技術(shù)（LRS），通過對單個硅片上生長的單個堆疊的二維材料進行剝離，實現(xiàn)了多種單層二維材料的晶圓級（5 cm）大尺寸規(guī)模化制備。
Jaewoo Shim, Sang-Hoon Bae, Wei Kong, Doyoon Lee, JeehwanKim et al. Controlled crack propagation for atomic precision handling ofwafer-scale two-dimensional materials. Science 2018.
14. 光控大腦治療帕金森丨Science
光控神經(jīng)回路在帕金森等神經(jīng)元疾病治療、光觸發(fā)心臟跳動等方面表現(xiàn)出巨大的潛力。而光控離子通道只受藍綠色可見光控制，而可見光容易被組織散射，從而導(dǎo)致腦深部刺激，尤其是小區(qū)域精確刺激無法有效實現(xiàn)。日本RIKEN腦科學(xué)研究所Thomas J. McHugh、Shuo Chen和新加坡國立大學(xué)劉小鋼團隊合作報道了一種基于上轉(zhuǎn)換納米顆粒的深度腦刺激光遺傳學(xué)。研究人員利用鑭系摻雜的上轉(zhuǎn)換納米顆粒作為光學(xué)轉(zhuǎn)換器，將透過組織的近紅外光轉(zhuǎn)化為可見光，組織外的近紅外不易被散射，而組織內(nèi)的可見光則可以有效控制離子通道的開關(guān)。
Shuo Chen, Xiaogang Liu, Thomas J. McHugh et al.Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle–mediatedoptogenetics. Science 2018, 359, 679-684.
15. 火星上的電催化丨Science Advances
火星上有機碳的來源和性質(zhì)一直是廣大科學(xué)家津津樂道的話題，經(jīng)報道，火星隕石中均含有大分子碳組分，那么這些有機碳是怎么來的呢？卡耐基科學(xué)研究所的A. Steele研究員等認為，尖晶石類礦物、硫化物和鹽水之間的相互作用能夠促進水溶液中的CO2電還原為有機分子。
A. Steele, L. G. Benning, R.Wirth, et al. Organic synthesis on Mars byelectrochemical reduction of CO2[J].Sci. Adv., 2018
16. 氫熱抗癌丨Nature Communications
深圳大學(xué)何前軍團隊和UCLA顧臻團隊合作，將納米儲氫材料運用到腫瘤治療領(lǐng)域。利用穩(wěn)定的PdH0.2納米顆粒的小尺寸效應(yīng)（30 nm）和EPR效應(yīng)，實現(xiàn)了腫瘤被動靶向遞送；同時利用PdH0.2的近紅外光吸收特性，實現(xiàn)了光控氫氣釋放。此外，利用Pd/PdH0.2的加氫催化特性，使釋放的氫具有高的還原性，并借助PdH0.2自身高的光熱轉(zhuǎn)化效率（η=63%），達到了光熱治療和光聲成像的功效。
Penghe Zhao, Zhen Gu,*Qianjun He,* et al. Local generation of hydrogen for enhanced photothermaltherapy. Nature Commun., 2018.
17. 超級涂層丨Nature Materials
無論是在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域還是實際應(yīng)用中，超疏水或疏油納米涂層都非常重要。然而，對液體的排斥作用往往不適用于超低表面張力的液體。湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院蔣健暉、徐偉箭教授課題組和澳大利亞墨爾本大學(xué)FrankCaruso教授課題組合作，利用氟硅烷和丙烯腈制備了一種微納米結(jié)構(gòu)構(gòu)造的超級納米涂層，這種低表面能納米涂層能夠排斥超過100種酸、堿和溶劑，包括像液氮（表面張力8.8mNm–1）這樣具有超低表面張力的液體和濃硫酸這種強腐蝕性的額液體。除此之外，這種涂層還具有透明、耐磨、防覆冰等一系列優(yōu)勢。
Shuaijun Pan, Weijian Xu, Jianhui Jiang, Frank Caruso et al. Coatingssuper-repellent to ultralow surface tension liquids. Nature Materials 2018.
18. 雪花是怎樣消失的丨Nat. Commun.
那漫天飛舞的雪花，曾經(jīng)讓多少人如癡如醉，但那曇花一現(xiàn)的悲壯，又牽動著多少人的心扉。阿姆斯特丹大學(xué)的Etienne Jambon-Puillet教授課題組從物理化學(xué)的角度深入理解了雪花升華消失的過程。該研究首次提出了雪花升華的動力學(xué)模型，升華從尖銳邊緣開始，其速度與蒸汽擴散密切相關(guān)。
Etienne Jambon-Puillet*, Noushine Shahidzadeh & DanielBonn. Singular sublimation of iceand snow crystals. Nat. Commun.,2018
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也沒有什么是不可能的
2019年
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