1. Science：揭示石墨烯中電子-聲子的不穩定性
理解和控制非平衡電子現象是科學和工程領域的一項突出挑戰。近日，哈佛大學Mikhail D. Lukin教授研究團隊通過電驅動超凈石墨烯器件失去平衡，觀察到不穩定性表現為顯著增強的電流波動和在微波頻率下抑制的電導率。研究人員使用納米級磁場傳感器的非平衡電流波動的空間映射揭示了波動沿載流子方向呈指數增長。包括對密度和溫度的依賴，一致地解釋了超音速漂移速度下電子 - 聲子 Cerenkov不穩定性的出現。這些研究結果為可調諧太赫茲發生和基于二維材料的有源聲子器件提供了機會。
Andersen, T. Dwyer, B. Yamagishi-S. Lukin, M. D. et al. Electron-phonon instability in graphene revealed by global and local noise probes. Science, 2019.
DOI: 10.1126/science.aaw2104
https://science.sciencemag.org/content/364/6436/154
2. Nature Biotech.：新一代智能電子皮膚
微細制造技術、微型化技術和電子化皮膚技術等等領域的迅猛發展極大地促進了可穿戴傳感器設備的進步。這些被稱為“智能皮膚”的設備也為人類生物學的研究提供了新的契機。日本東京大學Takao Someya教授和慶應大學醫學院Masayuki Amagai教授綜述了最新的有關于智能電子皮膚的研究。這類新一代的智能皮膚可以進行自我愈合，而且是可拉伸的，因此可以被設計成人工傳入神經，甚至可以實現自我供電。而在未來對智能皮膚的探索也需要眾多領域的研究者之間進行緊密的合作以充分發揮它的潛力，才能推動其去實現更加廣泛的應用。
Someya, T., Amagai, M. Toward a new generation of smart skins. Nature Biotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41587-019-0079-1
https://www.nature.com/articles/s41587-019-0079-1
3. Nature Mater.：多尺度有序排列的高拉伸聚合物半導體薄膜
可拉伸半導體聚合物已經被廣泛應用于類似皮膚的可穿戴電子設備上，但是如果想獲得更優異的性質必須改善其電學性能。有鑒于此，美國斯坦福大學鮑哲南教授團隊報道了一種新方法成功實現了可伸縮半導體中共軛聚合物的多尺度有序排列，從而大大提高其載流子遷移率。研究表明，在受限的納米尺度空間內可以使鏈構象有序排列并促進短程有序的π-π堆積，大幅降低電荷載體運輸的能量屏障，使得可拉伸的共軛聚合物薄膜的流動性提高了三倍，并在高達100%的應變下保持不變。
Jie Xu, Hung-Chin Wu, Chenxin Zhu, Anatol Ehrlich, Leo Shaw, Mark Nikolka, Sihong Wang, Francisco Molina-Lopez, Xiaodan Gu, Shaochuan Luo, Dongshan Zhou, Yun-Hi Kim, Ging-Ji Nathan Wang, Kevin Gu, Vivian Rachel Feig, Shucheng Chen, Yeongin Kim, Toru Katsumata, Yu-Qing Zheng, He Yan, Jong Won Chung, Jeffrey Lopez, Boris Murmann & Zhenan Bao. Multi-scale ordering in highly stretchable polymer semiconducting films. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0340-5
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0340-5
4. Nature Electron.綜述：自我修復的柔性電子器件
生物系統具有強大的自愈能力。例如，人體皮膚可以從不同程度的傷口自主愈合，使其恢復其機械和電氣特性。相反，人造電子設備由于操作期間的疲勞，腐蝕或損壞而隨著時間而劣化，導致設備故障。近年來，自愈化學作為一種用于構造機械強度且可自修復的軟電子材料的有前景的方法而出現。斯坦福大學鮑哲南教授團隊回顧了自修復電子材料的發展，并研究了這些材料如何用于制造自我修復的電子設備。同時，探索自我修復電子系統的潛在新功能，這些功能通常不可能用于傳統電子系統，并討論了為實際應用提供自修復柔性電子設備的當前挑戰。
Kang, J., Tok, J. B. H. & Bao, Z. Self-healing soft electronics. Nature Electronics, 2019.
DOI: 10.1038/s41928-019-0235-0
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0235-0
5. Nature Electron.：二維電子元件的同時合成和集成
過渡金屬硫屬化合物的二維材料可用于產生電子器件的不同組件，包括半導體通道、金屬電極和互連。然而，制造器件的過程可能引起缺陷和雜質，使得器件性能降低。清華大學Tian-Ling Ren和Liying Jiao 課題組發現二維電子元件可以在一個步驟中同時化學合成和集成，創建二維器件，其中有源層中的每個元件通過共價鍵而不是物理接口連接。該方法涉及原子層的相位圖案化生長，并且使用二維 MoTe2作為活性材料，研究表明，MoTe2可用于構建高性能場效應晶體管（FET）和邏輯器件陣列。同時，該技術可以構建具有超短柵極長度的FET，具有垂直互連的雙層FET和靈活的器件。
Zhang, Q.; Wang, X.-F.; Shen, S.-H.; Lu, Q.; Liu, X.; Li, H.; Zheng, J.; Yu, C.-P.; Zhong, X.; Gu, L.; Ren, T.-L.; Jiao, L. Simultaneous synthesis and integration of two-dimensional electronic components. Nature Electronics, 2019.
DOI: 10.1038/s41928-019-0233-2
https://doi.org/10.1038/s41928-019-0233-2
6. Nature Electron.：基于二維范德華異質結構的TFET
與傳統晶體管相比，基于自旋而非充電的晶體管的自旋晶體管可能提供非易失性數據存儲和改進的性能。目前，自旋晶體管的相關研究仍然是一個相當大的挑戰。二維磁性絕緣體，例如三碘化鉻（CrI3），其提供電可切換的磁性順序和有效的自旋過濾效應，可以為自旋晶體管提供新的操作原理。
康奈爾大學Jie Shan 和 Kin Fai Mak課題組報道了基于雙門控石墨烯/CrI3/石墨烯隧道結的自旋隧道場效應晶體管（TFET）。這些器件具有雙極性能和隧道電導，這取決于CrI3隧道勢壘中的磁性順序。柵極電壓在自旋翻轉轉變附近的恒定磁偏置下在層間反鐵磁和鐵磁狀態之間切換隧道勢壘，從而在具有大滯后的低電導狀態和高電導狀態之間有效且可逆地改變器件。通過電控制磁化配置而不是自旋電流，改自旋TFET實現了接近400％的高-低電導率（high–low conductance），這表明其在非易失性存儲器應用的開發中具有價值。
Jiang, S.; Li, L.; Wang, Z.; Shan, J.; Mak, K. F. Spin tunnel field-effect transistors based on two-dimensional van der Waals heterostructures. Nature Electronics, 2019.
DOI: 10.1038/s41928-019-0232-3
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0232-3
7. Science Advances：直接觀察MoS2中的谷耦合拓撲電流
二維過渡金屬二硫族化物中的電子谷自由度已經通過理論、光學和光電實驗進行了廣泛研究。然而，不依賴于光學選擇的純谷電流的產生和檢測目前未得到證實。普渡大學Zhihong Chen團隊報道了谷電流可以通過谷霍爾效應和逆谷霍爾效應，分別在單層MoS2中電誘導和檢測。比較了單層和多層樣品中非局部電信號的溫度和通道長度依賴性，以區分谷霍爾效應和經典歐姆貢獻。值得注意的是，在室溫下單層樣品中觀察到谷輸運距離為4 μm。該研究將使新一代電子設備使用谷自由度，可用于未來的谷電子學應用。
Terry Y. T. Hung, Kerem Y. Camsari, Shengjiao Zhang, Pramey Upadhyaya and Zhihong Chen. Direct observation of valley-coupled topological current in MoS2. Science Advances, 2019.
DOI: 10.1126/sciadv.aau6478
https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaau6478
8. Science Advances：層狀范德華鐵電體中巨大負壓性的起源
對壓電材料的研究主要致力于提高壓電系數。然而，該類材料幾乎都表現出正的縱向壓電性。獨特的是，鐵電聚合物（聚（偏二氟乙烯）及其共聚物）是通過弱范德華（vdW）相互作用縮合，并顯示出負壓電性。南洋理工大學Junling Wang和東南大學Shuai Dong報道了另一類vdW固體材料，二維層狀鐵電CuInP2S6。并定量測定了CuInP2S6的巨大內在負縱向壓電性。研究結果揭示了該系統中負壓性的起源，由于Cu離子的大位移不穩定性及其降低的晶格維數所致。此外，二維 vdW壓電材料的巨大壓電響應和可忽略的襯底鉗位效應保證了其在納米級柔性機電器件中的巨大潛力。
Lu You, Yang Zhang, Shuang Zhou, Apoorva Chaturvedi, Samuel A. Morris, Fucai Liu, Lei Chang, Daichi Ichinose, Hiroshi Funakubo, Weijin Hu, Tom Wu, Zheng Liu, Shuai Dong and Junling Wang. Origin of giant negative piezoelectricity in a layered van der Waals ferroelectric. Science Advances, 2019.
DOI: 10.1126/sciadv.aav3780.
https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav3780
9. Nature Commun.：原子定義的埃級全碳雜化結
幾埃級的全碳電子器件是一項實際挑戰，可以通過利用碳同素異形體的多功能性來克服這一挑戰。廈門大學洪文晶、謝素原、Zongyuan Xiao聯合英國蘭卡斯特大學Colin Lambert等人使用單分子操作技術研究通過石墨烯/單富勒烯/石墨烯雜化結的電荷傳輸。這種亞納米級電子結可以通過帶隙工程進行調整，例如各種原始富勒烯，例如C60，C70，C76和C90。 此外，通過破壞其π系統的共軛來證明電荷傳輸的進一步控制，這降低了富勒烯的電導，并通過富勒烯的雜原子摻雜增加了富勒烯的電導。
Tan, Z.; Zhang, D.; Tian, H.-R.; Wu, Q.; Hou, S.; Pi, J.; Sadeghi, H.; Tang, Z.; Yang, Y.; Liu, J.; Tan, Y.-Z.; Chen, Z.-B.; Shi, J.; Xiao, Z.; Lambert, C.; Xie, S.-Y.; Hong, W. Atomically defined angstrom-scale all-carbon junctions. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09793-8
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09793-8
10. Nature Commun.：能量密度數量級提高！全MXene墨水直接印刷微型超電容
直接印刷功能性油墨對于包括電化學能量存儲，智能電子和醫療保健在內的各種領域的應用至關重要。但目前常用額可印刷油墨配方并不理想，一個關鍵問題在于常用油墨配方中往往含有表面活性劑等添加劑，造成油墨濃度偏低。這 不僅增加了制造的復雜性，還降低了印刷分辨率。
有鑒于此，德雷塞爾大學Yury Gogotsi、都柏林圣三一學院Valeria Nicolosi和Chuanfang (John) Zhang團隊報道了一種無添加劑的 濃縮MXene油墨配方，可以直接印刷，具有高印刷效率和空間均勻性。在沒有任何添加劑或二元溶劑體系的情況下，研究人員分別利用水性和有機兩種類型的二維碳化鈦（Ti3C2Tx）MXene油墨進行擠出印刷和噴墨印刷。基于全MXene印刷的微型超級電容器都具有出色的面電容和體積電容，能量密度和體積電容比現有的噴墨/擠出印刷活性材料提高了幾個數量級。此外，MXene油墨配方和印刷的協議是通用的，即歐姆電阻器也可以噴墨印刷，該印刷平臺具有望用于下一代電子器件的可擴展制造。
Chuanfang (John) Zhang, Lorcan McKeon, Matthias P. Kremer, Sang-Hoon Park, Oskar Ronan, Andrés Seral‐Ascaso, Sebastian Barwich, Cormac ó Coileáin, Niall McEvoy, Hannah C. Nerl, Babak Anasori, Jonathan N. Coleman, Yury Gogotsi, Valeria Nicolosi. Additive-free MXene inks and direct printing of micro-supercapacitors. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09398-1
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09398-1
11. AM：一種用于連續海水淡化的高性能自我再生太陽能蒸發器
由于太陽能蒸汽效率高，環境影響小，通過界面蒸發的新興太陽能海水淡化展示出克服全球水資源短缺的巨大潛力。然而，加熱界面處的溶質積累嚴重影響了當前太陽能蒸發系統的性能和長期穩定性。馬里蘭大學胡良兵課題組報道了一種自動再生太陽能蒸發器的新策略，通過在木材的自然結構中鉆一個簡單的通道陣列來制造用于長期太陽能海水淡化的蒸發器，其具有優異的防污性能。作為概念驗證，研究者選擇具有低熱導率（0.29 W m-1 K-1）的表面碳化椴木和獨特的通道陣列結構作為自再生太陽能蒸發器的模型。
毫米級鉆孔通道與來自樹木質部細胞的微米級木材通道一起提供了一系列具有不同水力傳導率的低曲折通道，這些通道本身通過在木質通道中自然發現的一系列孔相互連接(即“凹坑”)。具體而言，在相同的壓力梯度下，根據通道直徑和體積流量之間的第四功率關系，鉆孔通道的水通量高于木通道。因此，在相同的太陽輻照度下，鉆孔通道中的鹽濃度將遠低于木材通道內的鹽濃度，從而導致面內濃度梯度。濃度梯度導致鉆孔和木材通道通過通道壁的1-2 μm凹坑自發地進行鹽交換。具有高水力傳導性的鉆孔通道因此起到鹽排斥通道的作用，鉆孔通道和本體溶液之間更快的鹽交換使得鉆出的通道中增加的鹽濃度可以轉移回本體溶液，從而實現蒸發器的實時自我再生。
通過這種多向傳質機制，設計的太陽能蒸發器可在連續太陽能海水淡化過程中實現實時防污，在1個太陽輻射下，在高濃度鹽溶液（20 wt％NaCl）中也能表現出最高效率（≈75％），以及長期穩定性（超過100 h的連續性）。
Yudi Kuang, Chaoji Chen, Shuaiming He, Emily M. Hitz, Yilin Wang, Wentao Gan, Ruiyu Mi, Liangbing Hu. A High-Performance Self-Regenerating Solar Evaporator for Continuous Water Desalination. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201900498
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201900498
12. Angew：電化學監測巨噬細胞內單個吞噬溶酶中的ROS/RNS穩態
巨噬細胞的吞噬溶酶體內產生的活性氧/氮(ROS/RNS)與免疫和炎癥密切相關，它們會參與清除病原體并且會改變細胞。武漢大學黃衛華教授團隊和法國巴黎高等師范學院Christian Amatore教授團隊合作，使用鍍鉑納米線電極(Pt-NWEs)對細胞的單個吞噬溶酶體內ROS/RNS穩態進行電化學分析和亞毫秒分辨率監測。這也是第一次有研究報道證明可以通過納米電極表面的氧化過程去消耗ROS/RNS進而刺激吞噬溶酶體內產生大量ROS/RNS。這一研究結果證實了人們假設的ROS/RNS穩態確實存在，并可以對其動過程力學和效率進行量化；進而可以將ROS/RNS的濃度維持在足夠高的水平以維持較高的病原體清除速度，同時也不會對巨噬細胞的內部結構造成破壞。
Xin-Wei Zhang, Christian Amatore, Wei-Hua Huang, et al. Electrochemical Monitoring of ROS/RNS Homeostasis Within Individual Phagolysosomes Inside Single Macrophages. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201902734
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201902734
13. AEM綜述: 液-固界面組裝的軟材料用于功能性獨立式分層膜器件
獨立式分層膜基器件在高效能量存儲/轉換系統中具有廣泛的應用。液-固界面被認為是用于構造這種分層的基于膜裝置的獨特且通用的界面。
復旦大學孔彪課題組概述了從液固界面組裝和異構界面工程技術方面制造軟材料以實現層狀器件功能化的最新進展，詳細講述了七種液-固界面組裝策略，包括流動定向、超晶格、溶劑澆鑄、蒸發誘導、浸涂、紡絲和靜電紡絲，重點關注其合成途徑、形成機制和界面工程策略。同時，研究者介紹了最近有關用于電化學能量應用的分層膜基器件的代表性工作。最后，強調了該研究領域的挑戰和機遇。該綜述不僅提供了液-固界面的軟材料用于各種重要的層狀電化學能量裝置的全面和實用的方法，而且對這些電化學能量系統的性能增強機制進行了深入的討論并闡明了基本見解。
Dongwei Li, Kang Liang, Wenlong Cheng, Changming Li, Dongyuan Zhao, Biao Kong. Liquid–Solid Interfacial Assemblies of Soft Materials for Functional Freestanding Layered Membrane–Based Devices toward Electrochemical Energy Systems. Advanced Energy Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201804005
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201804005
