IOP出版社联手松山湖材料实验室推出全新开放获取期刊——Materials Futures

Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊，发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述。近日，我们采访了NANO期刊编委之一，来自西安电子科技大学张辉副教授，让我们一起来看看他对期刊以及领域发展的见解吧。 访谈详情 1.您为什么选择从事相关的领域研究？ 我的研究兴趣始于硕士阶段对低维纳米材料储能应用的探索，后来我前往加拿大INRS攻读博士学位，开始系统研究半导体量子点的可控合成及其光电性能调控。半导体量子点凭借其尺寸可调的带隙、多激子效应和可溶液加工等特性，在光电转换、传感、纳米温度计和催化等领域展现出独特的优势。这一方向处于材料科学、物理和化学的交叉前沿，既有深刻的科学问题亟待探索，又具有广阔的应用前景，正是这种基础与应用并重的特性深深吸引了我。回国后我继续深耕这一领域，逐步将研究拓展至异质结集成、缺陷/界面工程以及高性能光电器件等方向，形成了从材料设计到器件集成的完整研究链。我的学术轨迹始终围绕“如何利用纳米尺度的精准设计来解决能源与环境的核心矛盾”这一主线。我深知，基础研究每向前推进一步，都可能为绿色能源技术、碳中和大局和智能社会建设提供底层支撑。这种与人类福祉紧密相连的使命感，是我深耕这一领域最持久的驱动力。   2. 您目前从事的研究工作有哪些？ 我的研究主要聚焦于半导体量子点界面/缺陷工程，等离激元半导体传感与光电器件，低维纳米复合材料在能源存储与气体传感领域的应用等方面。   3.您认为五年后该领域的研究重点将会是什么？ 我认为未来五年，半导体量子点及低维纳米材料领域的研究重点将集中在以下几个方向： 第一，无毒、环保量子点的性能突破。 随着全球对重金属限制的日益严格，InP、CuInSe2等环保核壳/掺杂量子点的光电性能提升将是核心课题，特别是在高效光电转换方面追赶含镉量子点的水平。 第二，量子点与等离激元、钙钛矿等材料的多元异质集成。 单一材料的性能已接近瓶颈，通过多材料体系的协同效应实现“1+1>2”的功能突破将成为主流范式，例如量子点/等离激元金属复合结构在光电探测和光催化中的应用。 第三，智能传感与多功能一体化器件。 将量子点的光学响应与温度、气体、生物分子等多重传感功能集成于单一器件，结合微纳加工技术实现小型化、低功耗的智能传感系统。 第四，机器学习加速材料筛选与器件优化。 高通量计算与实验数据的深度融合将大幅缩短材料研发周期，实现从“试错”到“按需设计”的范式转变。 第五，面向实际应用的大规模、低成本制备技术。 实验室级别的高性能如何转化为可工业化生产的稳定工艺，将是决定这一领域能否真正走向应用的关键。   4. 是什么吸引您加入Nanotechnology期刊编委团队? 吸引我加入Nanotechnology编委团队的原因主要有以下几点： 首先，Nanotechnology的学术定位与我个人的研究方向高度契合。 该期刊聚焦纳米科学与技术的跨学科研究，涵盖从纳米材料的可控合成到纳米器件集成的完整链条，这正是我多年来深耕的领域。 其次，我对这份期刊有着深厚的感情。 我在该期刊发表了多篇论文，这些发表经历让我对期刊的审稿标准、学术品位和编辑团队的专业性有了充分认可。 第三，我希望通过编委工作为领域的发展贡献力量。 纳米科技正处于从基础研究向应用转化的关键时期，作为编委，我希望能够帮助甄选和推广有影响力的研究成果，推动高质量学术交流，同时为青年学者提供更多的学术成长机会。   5. 您认为像Nanotechnology期刊这样的期刊对领域的发展有什么重要影响？ 像Nanotechnology这样的专业期刊对领域发展具有不可替代的重要作用。 第一，构建学术共同体的交流平台。Nanotechnology为全球纳米科技研究者提供了一个高水平的成果发布与学术交流平台，凝聚了领域内的核心研究力量，形成了知识传播与学术对话的枢纽。 第二，引领学科发展方向。 通过发表具有前瞻性和突破性的研究工作，以及组织专题特刊，期刊能够敏锐捕捉并引导领域的前沿热点，帮助研究者把握学科发展的脉搏。 第三，树立学术质量标杆。 严谨的同行评审制度和高质量的录用标准，维护了纳米科技领域的学术诚信和研究规范，激励研究者追求更高水平的科学贡献。 第四，促进跨学科融合。 纳米科技天然具有多学科交叉的特性，Nanotechnology搭建了物理、化学、材料、生物、工程等领域研究者交流的桥梁，推动了新兴交叉方向的孕育和成长。希望Nanotechnology能够继续吸引高水平论文，坚持维护期刊声誉。 编委介绍 张辉  副教授 西安电子科技大学 张辉，西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院副教授，华山学者。2012年、2015年于四川大学材料科学与工程学院获得学士和硕士学位，2021年于加拿大国立科学研究院（INRS）能源与材料科学专业获博士学位。主要研究方向为半导体量子点、低维纳米材料、等离激元半导体的可控合成及其在光电器件、集成传感与能源存储领域的应用。以第一/通讯作者身份在Reports on Progress in Physics、Physical Review Letters、Advanced Functional Materials、ACS...

本篇研究来自郑州大学高其龙课题组。本研究围绕负热膨胀（Negative Thermal Expansion，NTE）驱动机制这一关键科学问题，综合运用中子粉末衍射、同步辐射X射线衍射、变温变压拉曼光谱及第一性原理计算等多尺度实验与理论方法，系统研究了典型各向异性NTE氧化物的热膨胀行为及其微观起源，发现了Jahn–Teller效应驱动负热膨胀的新机制。不同于传统研究主要从低频声子振动、刚性单元转动等晶格动力学机制，或电子结构变化等单一角度解释NTE行为，本研究阐明了Jahn–Teller效应驱动Cu原子反偏心位移诱导晶格收缩的微观机制，揭示了电子结构演化、电子-声子耦合与局域结构演化之间的内在关联，建立了电子-晶格相互作用调控热膨胀行为的物理图像，深化了对复杂氧化物负热膨胀驱动机制的认识，为可控热膨胀功能材料设计提供了新的理论指导。 文章介绍 Jahn–Teller Distortions induced Strong Negative Thermal Expansion in α-Cu2V2O7 Xiangkai Hao（郝向凯）, Shibo Zhao（赵世博）, Qilong Gao（高其龙）, Yongqiang Qiao（乔永强）, Andrea Sanson, Kittiwit Matan, Ganatee Gitgeatpong, Qiang Sun（孙强）, Juan Guo（郭娟）, Feng Jin（金峰）, Lunhua He（何伦华）, Shogo Kawaguchi, Erjun Liang（梁二军） and Jun Chen（陈骏） 通讯作者： 高其龙，郑州大学，物理学院，材料物理教育部重点实验室，郑州，450001   研究背景： 负热膨胀是材料科学中的一种反常热响应现象。由于能够有效补偿常规材料的热膨胀、提升器件的尺寸稳定性，负热膨胀材料在精密制造、光电子器件、集成电路封装、航空航天等领域具有广阔的应用前景，然而其驱动机制一直是科学研究的难点与热点。长期以来，负热膨胀行为多归因于低频声子振动、刚性单元转动等晶格动力学机制，或电子结构变化等单一因素，并据此解释了部分材料的负热膨胀行为。然对于具有复杂晶体结构和电子态特征的材料体系，电子结构、晶格振动之间往往存在显著耦合，传统基于单一机制的理论难以全面揭示此类材料负热膨胀的微观起源，电子-晶格耦合作用在负热膨胀行为中的作用及其调控规律仍缺乏认识。基于此，本研究从电子结构演化与晶格响应协同作用的角度切入，综合中子粉末衍射、同步辐射X射线衍射、变温变压拉曼光谱及第一性原理计算等多尺度实验与理论方法，旨在揭示电子结构演化、电子-声子耦合与局域结构演化之间的内在联系，构建电子-晶格协同调控负热膨胀的新物理图像，为深化负热膨胀驱动机制的理论认识和指导新型热膨胀功能材料设计提供新的科学依据。   研究内容： 本研究以典型各向异性负热膨胀氧化物α-Cu2V2O7为模型体系，围绕其负热膨胀行为的驱动机制开展系统研究。综合运用中子粉末衍射、同步辐射X射线衍射、变温变压拉曼光谱等先进实验表征手段，结合第一性原理计算，对材料在5–800 K范围内的晶体结构演化、晶格动力学及电子结构演化进行系统分析，旨在揭示电子结构演化与晶格响应之间的内在关联，阐明复杂氧化物负热膨胀形成的微观物理机制。 本研究系统揭示了α-Cu2V2O7宽温区热膨胀行为及其各向异性特征（图1）。结果表明，该材料在5–35 K表现出近零热膨胀特性，在35–550 K表现出显著负热膨胀，而在550–800 K转变为正热膨胀（图1c）。不同晶轴之间热响应的竞争性变化共同决定了材料宏观热膨胀行为（图1d）。...

Superconductivity was discovered more than a century ago, and it has achieved full commercialization for MRI and NMR applications. Superconducting technology has got on spotlight recent years for transportation, power network, and fusion energy, due to the significant advantages offered against its counterpart technologies, including lighter weight, compacter size, lower losses, higher efficiency, and higher...

想了解更多精彩物理内容？欢迎关注IOP出版社B站官方账号！我们将持续为大家带来前沿物理资讯、学术内容及精彩视频。扫码关注B站账号，不错过更多精彩内容！ 视频精选 《物理世界》（Physics World）与IOP出版社旗下旗舰期刊Report on Progress in Physics（ROPP）合作，为您带来一系列在线小组讨论。在这些讨论中，《物理世界》杂志的编辑与顶尖科学家围绕物理学领域的热门话题展开交流。 >>您可以在IOP出版社的B站账号查看视频回放。 >>也可以访问物理世界网站，注册参与最新研讨会。 Physics World LIVE: Medical Physics   Physics World LIVE: Quantum Metrology   Physics World LIVE: Space junk – and how to solve it   Physics World LIVE: How medical physics can exploit quantum technologies   Physics World LIVE: How quantum tech is boosting quantum fundamentals...

特刊详情 客座编辑 Prashun Gorai，美国伦斯勒理工学院 Qian Yang，美国康涅狄格大学 Victor Fung，美国佐治亚理工学院   主题范围 Bridging the gap between experimental and theoretical materials science for energy applications is a longstanding problem in the field. Recent advances in machine learning (ML) have provided many potential solutions to solving this problem, but the application of ML-based approaches has also revealed new challenges...

本篇研究来自中国科学院城市环境研究所陈伟强、宋璐璐课题组。本文揭示了基础设施人均存量与建成区面积之间的S型饱和关系，识别城市基础设施由增量扩张迈向存量优化的关键转折；构建了2000-2060年物质-能源-碳排放耦合评估框架，刻画六类基础设施和七种大宗材料的代谢与减排路径；识别了报废回收、集约利用和寿命延长三类循环经济策略的减排潜力，结果表明需求侧措施的减排潜力明显高于单纯提高报废回收率。 文章介绍 Decarbonization pathways of infrastructure material systems in the urban agglomeration on the west side of Taiwan straitsLihong Zhao, Guochun Huang, Jiaying Cong, Lulu Song（宋璐璐） and Wei-Qiang Chen（陈伟强） 通讯作者： 宋璐璐，中国科学院城市环境研究所 陈伟强，中国科学院城市环境研究所   研究背景： 道路、供水管网、排水管网等基础设施的建设与更新需要持续投入大量材料，并在原生材料生产、加工和回收过程中产生温室气体排放。随着城市发展由大规模新增建设逐步转向存量维护和更新，基础设施材料的需求结构、报废规模和再生材料供给将发生变化。现有研究对基础设施材料存量、未来流量及循环经济减排效应的长期耦合分析仍相对不足。本研究以海峡西岸城市群为例，构建基础设施物质-能源-碳排放耦合模型，分析2000-2060年材料代谢变化，并评估报废回收、集约利用和寿命延长等策略的温室气体减排潜力。   研究内容： 本研究以海峡西岸城市群的路灯、高速公路、城市道路、供水管道、天然气管道和排水管道六类基础设施为研究对象，采用物质-能源-碳排放耦合模型（IMAGINE Materials model），系统核算其中砂、碎石、水泥、钢、铜、铝和沥青七类大宗材料的代谢过程及其相关温室气体排放。在此基础上，研究重建了2000-2020年基础设施材料代谢的历史演变过程，并通过拟合人均基础设施产品存量与建成区面积之间的关系，预测2021-2060年基础设施存量、材料需求和报废量的变化。   研究发现： 1.基础设施材料存量增长呈现明显的阶段性。人均基础设施产品存量与建成区面积之间符合S型关系，即在城市扩张初期快速增长，随后增速放缓并趋于饱和。模型结果表明，多数城市将在2030-2045年进入存量饱和阶段，区域材料总存量预计于2036年前后达峰。未来基础设施材料流动将逐步由新增建设投入主导，转向维护更新与报废释放并重。 图1. 2000-2020年海峡西岸城市群材料存量的时间变化规律 图2. 基础设施产品存量与建成区面积的关系及材料存量预测 2.城市基础设施材料代谢阶段存在显著差异。福州、厦门等存量接近饱和的城市，应重点提高既有设施维护水平、延长使用寿命并完善报废材料回收；泉州、莆田等仍处于增长阶段的城市，应控制单位基础设施服务的材料投入并提高设施集约利用效率；龙岩等后发城市应在新增建设阶段采用减量化和可循环设计，以降低长期材料需求和碳锁定风险。 图3. 2021—2060年福建省的材料需求（流入量）与报废产生量（流出量） 3.需求侧措施的减排贡献高于单纯提高报废回收率。三类循环经济策略均可降低温室气体排放，但报废回收受到废旧材料释放规模和时间的限制，其减排潜力相对有限。提高基础设施集约利用水平和延长使用寿命能够直接减少新增材料需求，因此具有更大的累计减排潜力。研究表明，基础设施材料减碳需要协同实施需求侧管理和报废回收，而不能仅依赖末端循环利用。 图4. 不同循环经济策略的温室气体减排贡献与剩余排放 作者介绍 陈伟强...