Thermal rectification optimization in nanoporous Si using Monte Carlo simulations
我们使用半经典蒙特卡罗（MC）模拟方法研究纳米多孔硅中的热整流。我们考虑几何不对称的纳米多孔结构，并调查孔隙率，孔间距离，和孔的位置相对于设备边界的综合影响。两个基础的几何形状被认为是，其中的孔被安排在矩形阵列，和其中它们形成三角形的安排。我们表明，系统：i）具有更密集的压缩孔排列（即具有更小的孔间距离），ii）具有更靠近装置边缘/接触的孔，以及iii）具有三角形排列的孔，可以实现超过55%的整流。以分级方式将较小的孔引入现有的多孔几何结构中，将精馏进一步提高到60%以上。重要的是，对于我们模拟的结构，我们表明，尖锐的整流结，从短声子平均自由路径的长分离区域更有利于整流比扩散的不对称性沿整个材料的热方向在一个渐变的方式。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Thermal Anisotropy Enhanced by Phonon Size Effects in Nanoporous Materials
虽然热各向异性对于许多应用（包括电子器件中的横向热电和热管理）是期望的材料性质，但它在实际的天然化合物中仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们展示了如何与各向异性孔晶格的纳米多孔材料可以被用作诱导各向同性材料中的强热传输方向性的平台。利用密度泛函理论和声子玻尔兹曼输运方程，计算了不同各向异性孔晶格的纳米多孔硅的声子尺寸效应和热导率。我们的计算预测的热导率，由沿两个笛卡尔轴的孔隙-孔隙距离的差异决定的强方向性。由于沿着所施加的温度梯度的方向的孔之间的空间表示声子瓶颈，各向异性的孔晶格畸变引起热传输的方向性。使用傅立叶定律，我们还计算了相同的几何形状的扩散热输运获得显着较小的各向异性，揭示了声子尺寸效应在调谐热输运方向性的关键作用。除了增强我们对纳米级热传输的理解，我们的研究结果表明，纳米多孔材料的热导率调制各向异性的承诺。
2017-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Bottom up synthesis of multifunctional nanoporous graphene
纳米尺寸的孔可以将半金属石墨烯变成半导体，并从不可渗透变成最有效的分子筛膜。然而，将孔缩小到纳米级，同时满足应用所施加的严格结构约束，对目前自上而下的策略来说是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一种自下而上的方法来合成纳米多孔石墨烯，包括由带状物分隔的有序孔阵列，其可以被调整到一纳米范围。通过分子前体的设计，以原子精度限定孔的尺寸、密度、形态和化学组成。我们的测量进一步揭示了高度各向异性的电子结构，其中具有约1 eV的能隙的正交一维电子带与受限的孔态共存，使得纳米多孔石墨烯成为用于同时筛分和电传感分子物种的高度通用的半导体。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Surface reconstruction, premelting, and collapse of open-cell nanoporous Cu via thermal annealing
通过大规模分子动力学模拟，系统研究了一组具有相同孔隙率和形状，但不同比表面积的开孔纳米多孔Cu（np-Cu）在热退火过程中的坍塌.表面预熔是其塌陷的主要原因，表面预熔温度随比表面积的增加而线性降低。不同比表面积的np-Cu的崩塌机制不同。如果比表面积小于临界值（$\sim$ 2.38 nm $^{-1}$），则直接表面预熔化，引起韧带从固态到液态的转变，是促进热退火期间np-Cu下降的原因。而超过临界比表面积后，表面预熔和随后的再结晶，加速了韧带的脱落和孔隙的湮灭，则是另一种机制。再结晶发生在低于过冷度的温度下，此时液体是不稳定的和瞬时的。热诱导表面重构通过促进表面的局部“无序”和“混沌”来促进表面预熔化，这是表面预熔化的优选位置。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci
From pore collapse to crystal growth: ultrafast laser-induced stishovite formation in nanoporous silica
Université Jean Monnet, CNRS, Institut d’Optique Graduate School, Laboratoire Hubert Curien UMR 5516（让·莫兰大学，法国国家科学研究中心，高等光学研究院，于贝尔·居里实验室）；Department of Materials Science and Engineering, The Ohio State University（俄亥俄州立大学材料科学与工程系）
通过多尺度模拟揭示纳米多孔二氧化硅中孔洞增强电磁场导致快速孔塌陷，进而加速斯石英在亚纳秒时间尺度形成，为控制固态相变提供新途径。
2026-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Bottleneck Identification in Disordered Nanoporous Materials
纳米多孔材料是用于热电的有前景的平台，因为它们提供高热导率可调谐性，同时保持良好的电性能，这是高效热能转换的关键要求。了解孔排列对热传输的影响对于工程实际材料是至关重要的，其中孔无序是不可避免的。虽然在纳米结构中的热尺寸效应建模方面已经取得了相当大的进展，但由于准确结果所需的模拟时间缓慢，因此在大相空间上筛选此类材料仍然是一个挑战。我们使用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程，计算无序多孔材料的热导率。通过利用图论和回归分析，我们确定了一组代表声子瓶颈的孔，并获得热传输的描述符，基于这些孔之间的孔-孔距离的总和。这种方法提供了一个简单的工具，以估计声子抑制在现实的多孔材料的热电应用，提高我们的理解无序材料中的热输运。
2017-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Mechanistic Insights into Active Sites for Electrochemical CO2 and CO Reduction over the Strain-Engineered Dealloyed Cu
Imperial College London（帝国理工学院）；Univ Rouen Normandie, CNRS, INSA Rouen Normandie, Groupe de Physique des Matériaux（鲁昂诺曼底大学，法国国家科学研究中心，鲁昂诺曼底国立应用科学学院，材料物理研究组）；The European Synchrotron - ESRF（欧洲同步辐射装置）；Oxford University（牛津大学）
本研究通过调控脱合金温度制备不同韧带尺寸的纳米多孔铜，揭示其脱合金过程的相变与化学偏析规律，发现韧带表面应变可作为设计高效CO2还原铜催化剂的实用描述符。
2026-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Relationships between Nanoporous Structures and Electrochemical Performance in MOF Supercapacitors
本研究构建了含数百种MOF电极的超级电容器数据库，用基于决策树的机器学习模型预测电容与充电速率，揭示了孔结构参数对电化学性能的调控机制，为高性能电极设计提供指导。
2025-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Pore Size Distribution in Nanoporous Carbon
本文采用原子机器学习（ML）驱动的分子动力学（MD）模拟方法研究了纳米多孔碳材料的结构和力学性能。为此，我们通过重新计算Deringer和Csányi的a-C结构数据库[Phys. Rev. B 2017，95，094203]添加范德华相互作用，重新训练碳的ML高斯近似势（GAP）。我们的GAP实现了显著的加速，并提高了能量和力预测的准确性。我们使用GAP来深入研究计算NP碳样品中的原子结构和孔径分布。这些样品通过熔融-石墨化-淬火MD程序在宽范围的密度（从0.5至1.7 g/cm $^3$）上产生，具有包含131，072个原子的结构。我们的结果是在良好的协议与可用的观测数据的实验数据，并提供了一个全面的帐户的结构（径向和角分布函数，图案和环计数，X射线衍射图案，孔表征）和机械（弹性模量及其随密度的演变）性能。我们的研究结果表明，相对较窄的孔径分布，其中的峰值位置和宽度的分布是由材料的质量密度。我们的数据允许NP碳材料的计算表征的进一步工作，特别是用于储能应用，以及建议NP碳基材料的未来实验表征。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Nanoporous ionic organic networks: from synthesis to materials applications
在过去的十年里，合成纳米多孔有机网络或聚合物框架的各种潜在应用的快速进展。一般来说，多孔网络的功能化以增加额外的性能和增强材料性能可以在孔形成期间（因此是并行方法）或合成后改性（顺序方法）实现。以共价方式包含离子对的纳米多孔有机网络具有特别重要的意义，并且具有极端的应用概况。在这些纳米多孔离子有机网络（NION），这里的孔径范围从1纳米到100纳米，我们观察到一个协同耦合的静电相互作用的电荷，孔内的纳米约束和可寻址的功能单元在软物质导致各种各样的功能和应用，首先是催化，能量储存和转换，以及环境操作。本次审查的目的是突出在这一领域的最新进展，并寻求提高原始的观点，将刺激未来的进步，在基础和应用层面。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
3D Nanoporous Gold with Very Low Parting Limit Derived from Au-based Metallic Glass and Enhanced Methanol Electro-oxidation Catalytic Performance
具有双连续韧带和孔结构的纳米多孔金（NPG）在功能应用方面具有很大的潜力，其中一个突出的例子是燃料电池电催化剂。然而，由于NPG催化性能较弱，目前其应用主要局限于甲醇的电氧化。在这里，我们报告了一个简单的化学去合金化过程中，产生独特的三维（3D）独立的NPG与高比表面积与一种新的多孔圆锥形突起形态。该NPG结构具有迄今为止所报道的最高的催化性能比活性。
2017-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Scaling Laws and Deformation Behavior of Nanoporous Tantalum Microparticles
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Cuyo（自然与精确科学学院，门多萨国立大学）；Instituto Sabato, Comisión Nacional de Energía Atómica, Universidad Nacional de General San Martín（萨巴托研究所，阿根廷国家原子能委员会，圣马丁国立大学）；IMDEA Materiales Institute（IMDEA材料研究所）；Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University（材料科学与工程系，西北大学）；Comisión Nacional de Energía Atómica, CONICET（阿根廷国家原子能委员会，阿根廷国家科学研究委员会）；Universidad Nacional de General San Martín（圣马丁将军国立大学）
研究通过液态金属脱合金法制备单晶纳米多孔钽微粒，发现其弹性模量和硬度与固体体积分数呈正比，与Gibson-Ashby预测一致，归因于CuBi熔体热力学增强的连接性。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Toward phonon-boundary engineering in nanoporous materials
调节纳米结构材料中的热输运是开发高效热电材料的有力途径。使用最近开发的方法的基础上的声子平均自由程依赖玻尔兹曼输运方程，我们计算的有效热导率的纳米多孔材料的孔的各种形状和安排。我们评估的重要性，孔-孔的距离在抑制热传输，并确定孔的安排，最大限度地减少了热导率，由两个错位的三角形孔行的周期性排列。相对于具有相同孔隙率的简单圆形对齐情况，这种配置产生大于$60 \%$的热导率降低。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanosensitive ion permeation across sub-nanoporous MoS$_2$ monolayers
我们使用全原子分子动力学模拟告知密度泛函理论计算，以探讨水溶液离子跨亚纳米孔单层二硫化钼（MoS $_2$）膜的运输受到不同的拉伸应变。在跨膜电场的驱动下，阴离子和阳离子的高度机械敏感性渗透在具有某些孔结构的膜中被证明。对于孔是可渗透的，当未应变，我们证明了离子电流调制的一个因素超过20的拉伸应变范围为0 - 4%。对于不渗透的未应变孔隙，在相同的应变范围内证明了明显的应变诱导渗透性的发生。的基本机制被证明是一个应变引起的减少一般排斥离子孔的相互作用，导致从离子的短程相互作用与原子在孔内部和去溶剂化效应。在这项工作中考虑的机械敏感孔从孔的几何形状获得其静电性能，并且原则上不需要额外的化学官能化。在这里，我们提出了一类新的机械敏感的纳米多孔材料的可能性，通过有针对性的工程空位缺陷的渗透性能。
2019-01-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Acoustic Phonon Spectrum and Thermal Transport in Nanoporous Alumina Arrays
我们报告的结果相结合的调查的热导率和声学声子谱的纳米多孔氧化铝膜的孔径从D=180 nm减少到25 nm。选择具有六边形排列的孔的样品以具有相同的~ 13%的孔隙率。Brillouin-Mandeloughspectroscopy测量显示，在具有D=180-nm孔的样品中具有体状声子谱，并且在具有25-nm和40-nm孔的样品中具有归因于空间限制的光谱特征。在孔隙较小的样品中，纵向声学声子的速度降低。实验数据和计算的声子色散的分析表明，声子边界散射和声子空间限制影响的特征尺寸D<40 nm的膜的热传导。
2015-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulations for phonon transport in silicon nanomaterials
在纳米结构中，声子输运行为明显不同于体材料中的输运，使得可以实现具有超低热导率和增强的热电性能的材料。在包括分级尺寸的夹杂物和孔的纳米晶体材料中已经实现了低热导率。纳米多孔结构提供了一组有前途的材料性质和结构，其允许超低热导率，甚至低于非晶极限。在本文中，我们概述了一个半经典的蒙特卡罗程序的声子输运的研究，并提出了在纳米多孔和纳米晶硅的热导率的调查。采用不同的无序几何构型，研究孔隙和晶界对声子通量和热导率的影响，包括边界粗糙度，孔隙位置和孔径的影响。在恒定孔隙率下，通过与少量较大直径孔相比具有大量较小直径孔来最大化热导率降低。此外，我们表明，孔隙率有更大的影响比边界粗糙度的热导率。我们的模拟器验证了多个模拟和实验工作的原始硅通道和纳米多孔结构。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Straight versus Spongy -- Effect of Tortuosity on Polymer Imbibition into Nanoporous Matrices Assessed by Segmentation-Free Analysis of 3D Sample Reconstructions
该研究利用X射线断层扫描和EDX能谱，通过无分割的亮度离散度分析，对比直孔AAO与曲折孔CPG中聚苯乙烯的渗吸行为，揭示曲折度对渗吸速度、前沿展宽的影响及孔形貌特征。
2024-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Pore-geometry recognition: on the importance of quantifying similarity in nanoporous materials
针对纳米多孔材料孔隙结构相似性量化工具缺失的问题，提出基于拓扑数据分析的孔隙识别方法，可分类孔隙结构并筛选相似高性能材料，为大数据科学开辟新途径。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci math.AT
Synthesis of Single-crystal-like Nanoporous Carbon Membranes and Their Applications in Overall Water Splitting
具有确定的化学组成和孔结构的纳米多孔石墨碳膜是积极追求的新型纳米材料。与在能量产生/转换和环境修复中主导多孔碳研究和应用的易于制造的多孔碳粉末相比，多孔碳膜由于其结构完整性、互连性和纯度而从应用角度来看更具挑战性。在这里，我们报告了一个简单的自下而上的方法来制造大尺寸的，独立的，多孔碳膜，具有不寻常的单晶状石墨秩序和分层孔结构加上有利的氮掺杂。当负载有钴纳米颗粒时，这种碳膜用作用于整体水裂解的高性能碳基非贵金属电催化剂。
2017-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Generating Nanoporous Graphene from Point and Stone-Wales Defects: A Study with Dimensionally Restricted Molecular Dynamics (DR-MD)
本研究采用定制化维度限制分子动力学（DR-MD），探究不同空位及Stone-Wales缺陷下石墨烯的孔洞形成，证实DR-MD模拟稳定缺陷结构更优，识别出稳定孔洞构型并阐明形成机制，为纳米多孔石墨烯的可控制备提供原子级见解。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the microstructure on the mechanical behavior of nanoporous materials under large strains
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Institute of Materials Research, German Aerospace Center（德国航空航天中心材料研究所）；Keele University（基尔大学）
该研究针对纳米多孔材料力学性能受微观结构影响的问题，采用计算框架探究大变形下其力学结构-性能关系，识别出相互依赖的微观结构参数，为通过控参指导优化多孔材料合成提供依据。
2024-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Polarizable Molecular Simulations Reveal How Silicon-containing Functional Groups Govern the Desalination Mechanism in Nanoporous Graphene
我们报告了分子动力学（MD）模拟研究反渗透脱盐使用纳米多孔单层石墨烯钝化SiH $_2$和Si（OH）$_2$功能团。建立了一个高精度、精细化的可极化分子力学力场模型，用于模拟各种尺寸和几何形状的石墨烯纳米孔。模拟的水通量和离子排斥率的解释使用详细的原子机制来自模拟轨迹的分析。我们的主要发现是：（1）Si（OH）$_2$孔由于Cl $^-$离子的选择性静电排斥而具有优异的离子截留率，但Na $^+$离子被吸引到孔中并阻止水传递。(2)相比之下，SiH $_2$孔通过基于其水合层的尺寸和柔性排除离子的空间机制来操作。(3)在没有离子的情况下，水通量是成正比的孔隙内的溶剂可访问的区域，然而，模拟通量低于从最近的实验工作推断。我们还提出了一些假设，可以解决模拟和实验之间的差异。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
d-zero Magnetism in Nanoporous Amorphous Alumina Membranes
通过在草酸中在5 - 140 V的电位下进行轻度或硬质阳极化而制备的纳米多孔氧化铝膜具有高达膜面积200倍的可控孔表面积。他们表现出饱和的磁响应，是温度无关的，几乎无滞后低于室温。磁性不能用膜中存在的~1 ppm的过渡金属杂质来解释。的磁矩增加与开放的纳米孔的面积，达到0.6玻尔磁子每平方纳米的轻度阳极化和8 μ B/nm 2的硬阳极化的生长速度更快的值。膜的结晶或用水杨酸进行化学处理可使效果降低高达90%。因此，磁性与无定形Al 2 O3的开孔表面相关联，并且它与所施加的场相对于膜表面的取向无关。可能的解释与氧空位（F或F+中心）的电子方面进行了讨论，它的结论是，该效果是由于巨轨道顺磁性，而不是集体铁磁自旋顺序。
2017-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Optical Properties of Nanoporous Al2O3 Matrices with Ammonium Dihydrogen Phosphate Crystals in Nanopores
本文研究了在纳米多孔氧化铝（Al2O3）基质中生长磷酸二氢铵（ADP）晶体的工艺。在生长的纳米复合材料上，研究了这种结构的光学性质。特别是，直接和漫射光传输，以及镜面反射的Al2O3矩阵与ADP晶体生长在纳米孔，进行了分析。从所进行的实验研究中，可以得出结论，纯Al2O3多孔基质和纳米孔中的ADP晶体的透射和散射在很大程度上取决于Al2O3基质的性质及其生产技术。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Time resolved evolution of the 3D nanoporous structure of sintered Ag by X-Ray nanotomography: role of the interface with a copper substrate
采用原位X射线层析成像（CT）技术研究了烧结银圆柱体样品在200 ~ 350 {\textdegree} C，350 min高温时效过程中纳米孔结构的演变。调查进行了两种类型的标本：纯烧结银和2个标本含有银-铜界面。结果表明，整体孔隙演化是由极少数大的演变。较小的气孔虽然数量较多，但在被少数几个较大的气孔吸收之前并没有真正进化。在纯银中，孔隙演化是由扩散驱动的（奥斯特瓦尔德熟化），但界面的存在促进了更快的生长动力学，直到老化时间达到阈值，之后发生偏离奥斯特瓦尔德熟化。转变是老化温度的函数。这种行为与弹性弛豫和表面能最小化之间的竞争有关。
2021-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Capacitance-Power-Hysteresis Trilemma in Nanoporous Supercapacitors
纳米多孔超级电容器是储能领域的重要参与者，填补了介电电容器和电池之间的空白。超级电容器开发的关键挑战是电容和功率传输之间的权衡。目前提高纳米多孔超级电容器电容的努力集中在减小孔径，使它们只能容纳单层离子。然而，这种紧密的包装损害了充电动力学，从而损害了功率密度。我们表明，通过分析理论和蒙特卡罗模拟，充电是敏感地依赖于离子的亲和力的孔，和高电容，可以得到的疏离子孔的宽度显着大于离子直径。我们的理论还预测，充电可以是滞后的，中间亲离子性的每个周期有显着的能量损失。我们使用这些意见，探讨参数制度中的电容功率磁滞三难可避免的。
2016-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From Coated to Uncoated: Scanning Electron Microscopy Corrections to Estimate True Surface Pore Size in Nanoporous Membranes
University of Toronto（多伦多大学）
本文针对SEM高加速电压和金属镀膜导致纳米多孔膜表面孔隙率与孔径被系统性低估的问题，提出模拟孔扩张的数字校正方法，揭示UF膜和RO支撑层的真实孔隙率约为传统观测值的3倍，并给出低电压、薄镀膜加数字扩张的测量建议。
2025-09-19 cond-mat.mtrl-sci cs.CV physics.app-ph
Ionic liquid dynamics in nanoporous carbon: A pore-size- and temperature-dependent neutron spectroscopy study on supercapacitor materials
用准弹性中子谱研究了空间约束对室温离子液体1-N-丁基吡啶双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（[BuPy][Tf_2N]）在不同孔径的多孔碳中的热激发随机阳离子动力学的影响。使用固定窗口扫描的潜力，即扫描样本参数，同时仅观察一个特定的能量传递值，获得宽温度范围内的动态景观的概览。它表明，这些数据已经提供了一个相当全面的了解的约束引起的改变的分子流动性相比，散装。一个互补的，更详细的分析，在选定的温度下的全能量转移谱揭示了两个平移扩散过程在不同的时间尺度上。两者都比在本体液体中慢得多，并且随着纳米孔尺寸的减小，各自的自扩散系数降低。具有相似孔径的纳米多孔碳中分子自扩散的不同热活化能表明孔形态对分子流动性的重要性，超出了纯粹的限制程度。尽管动态减慢，我们可以表明，纳米约束后的液体状态的温度范围显着扩展到低得多的温度，这是有益的潜在的技术应用，这样的系统。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Energy dissipation from confined states in nanoporous molecular networks
在Ag（111）表面上组装结晶纳米多孔分子网络，其中孔限制源自金属表面状态的电子。取决于孔径大小和它们的耦合，反键能级向上移动0.1至0.3 eV，如通过扫描隧道显微镜测量的。在分子位点上，观察到一个下移的键合状态，在平衡条件下被占据。低温力谱揭示了能量耗散峰和频移跳跃的偏压，这是有关的限制状态。的耗散图显示离域的超分子组装和弱的距离依赖性的耗散峰。这些观察结果表明，耦合量子点的二维阵列形成，其定量特征在于它们的量子电容和共振隧穿率。我们的工作提供了一种方法来研究纳米机械振荡器的量子材料的电容和耗散响应。
2022-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
2D Porphyrazine: A New Nanoporous Material
提出由H₅C₁₃N₄卟啉拓扑组装的新型二维纳米多孔晶体2DP，并通过DFT计算揭示其稳定性、直接带隙、可见光吸收、锂亲和性及位点特异性氢交换。
2022-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Tantalum electrodeposition using a nanoporous anodic alumina template and a nanostructured gold/nickel-chromium glass-ceramic substrate
本研究在离子液体中通过阳极氧化铝模板和金基板实现钽电沉积，形成纳米结构钽与纳米多孔金，适用于高性能电子器件。
2024-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Model reduction for molecular diffusion in nanoporous media
本文提出一种基于 Langevin dynamics 的降维方法，将纳米多孔介质中气体扩散的三维原子相互作用降阶为一维扩散问题，能高效准确预测自扩散系数，为复杂多孔材料扩散研究提供新途径。
2022-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Influence of mechanical compliance of the substrate on the morphology of nanoporous gold thin films
本研究探讨基底机械顺应性对纳米多孔金薄膜形貌的影响，通过实验和有限元分析发现，PDMS基底厚度变化会显著改变薄膜的宏观裂纹和微观裂纹分布，而韧带和孔隙尺寸变化可忽略，为柔性电子等功能性应用提供了形貌优化依据。
2024-02-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
How nanoporous silicon-polypyrrole hybrids flex their muscles in aqueous electrolytes: In operando high-resolution x-ray diffraction and electron tomography-based micromechanical computer simulations
宏观应变实验表明，Si晶体穿过平行的，通道状的纳米孔功能化的肌肉聚合物聚吡咯表现出大的和可逆的电化学机械驱动在水性电解质。在微观层面上，该系统仍然存在未解决的问题，PPy的电化学膨胀和收缩如何作用于np-Si孔壁，以及孔阵列的集体动力学如何从单个纳米孔行为中出现。在操作X射线衍射实验与微机械有限元模拟，TEM断层扫描的纳米多孔介质的3D重建的基础上的分析表明，尽管各向异性的弹性单晶主机矩阵的平面内的机械响应是占主导地位的各向同性。然而，源自纳米孔的平行排列的结构各向异性导致平面内和平面外机电响应之间的显著差异。这种响应不能通过平行圆柱形通道的简单2D布置来描述。相反，模拟突出了Si孔壁的树枝状形状，包括主通道之间的孔连接，导致晶体宿主中复杂的、不均匀的应力-应变场。随时间变化的X射线散射的致动器性能的动力学暗示的扩散限制的重要性，塑性形变和蠕变在纳米约束聚合物后（反）离子吸附和解吸，非常孔尺度的过程，导致宏观电致动。从一个更一般的角度来看，我们的研究表明，TEM断层扫描为基础的微观力学建模与高分辨率X射线散射实验相结合，提供了一个强大的方法，在操作分析纳米多孔复合材料从单纳米孔到多孔介质规模。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Amorphous Ni50Ti50 Alloy with Nanoporous Structure Generated by Ultrafast Isobaric Cooling
非晶态泡沫金属由于其独特的力学性能和吸能性能的结合，是一种很有前途的材料。在目前的工作中，原子动力学模拟进行等压条件下的压力$p = 1.0$大气压，以研究如何冷却极高的速率（$5\times10^{13}$ - $5\times10^{14}$ K/s）影响非晶钛镍化物中的孔的形成。对于平衡液相，确定了汽化温度$T_{b}$和状态方程$ρ(T)$。结果发现，这种非晶态固体的孔隙率并不依赖于在这样高的速率冷却，而孔的形态取决于冷却速率的大小。所得结果对研究具有纳米孔结构的非晶态泡沫金属的力学性能具有重要意义。
2020-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-Assembly of Liquid Crystals in Nanoporous Solids for Adaptive Photonic Metamaterials
纳米多孔介质表现出明显小于可见光波长的结构，因此可以用作光子超材料。它们的光学功能不是由基础材料的性质决定的，而是由精确的孔形状、几何形状和取向方面的定制的多尺度结构决定的。在孔隙空间中嵌入液晶提供了在单孔隙、元原子尺度上控制光-物质相互作用的额外机会。在这里，我们提出了依赖于温度的3D倒易空间映射使用同步加速器为基础的X射线衍射结合高分辨率双折射实验盘状介晶（HAT 6）吸收在自有序阵列的平行圆柱形孔17至160纳米在单片阳极氧化铝（AAO）。与Monte Carlo计算机模拟一致，我们观察到一个非常丰富的自组装行为，未知的散装状态。它包括各向同性的液体状态之间的过渡和线性列中的离散堆积，以及垂直和平行于孔轴的圆形同心环的形成。这些纹理转变支持光学双折射功能性，可通过孔径、孔表面接枝和温度在量值和符号上从正到负进行调节。我们的研究表明，单片固体中大规模自组织纳米孔隙的出现以及液晶物质在单孔尺度下的受限可控相行为提供了一种可靠且易于使用的工具来设计具有可调光学各向异性的材料，从而提供了多功能的途径来微调材料中偏振相关的光传播速度。这种可定制性是新兴的变革光学领域的核心，例如，可调节的光吸收器和极薄的超透镜。
2019-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermomechanical Insight into the Stability of Nanoporous Graphene Membranes
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过ReaxFF分子动力学模拟，探究不同孔径的多孔n-Benzo-CMPs膜的力学与热稳定性，发现其热稳定温度低于石墨烯，断裂应变随孔径增大而升高，临界拉伸强度仅取决于孔径。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-throughput nanopore fabrication and classification using FIB irradiation and automated pore edge analysis
大面积纳米孔钻孔是最先进的纳米多孔2D膜制造方案中的主要瓶颈。此外，高品质的结构和统计描述的制造多孔膜的关键是预测相应的膜的全渗透性能。在这项工作中，我们研究了Xe离子聚焦离子束作为一种工具，可扩展的，大面积的纳米孔制造原子级薄，独立的二硫化钼。所提出的辐照方案使得能够设计具有可调孔隙率和孔尺寸以及跨大面积基底的空间均匀性的可渗透膜。使用扫描透射电子显微镜成像对制造的纳米多孔膜进行表征，并通过孔边缘检测脚本分析观察到的纳米孔几何形状。我们进一步证明，所获得的结构和统计数据可以很容易地传递到计算和分析工具，以预测在单个孔和膜宽尺度的渗透性能。作为一个例子，膜具有埃级孔进行了研究，通过广泛的全原子分子动力学模拟在其新兴的水和离子流的性质。我们认为，这里提出的实验和分析方法的组合应该产生准确的基于物理的属性估计，从而有可能使一个真正的功能通过设计的方法来制造的应用，如渗透发电，脱盐/过滤，以及它们的应变可调版本。
2022-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polymeric Liquids in Nanoporous Photonic Structures: From Precursor Film Spreading to Imbibition Dynamics at the Nanoscale
本文利用集成光子晶体的介孔硅膜芯片，通过光干涉光谱原位研究苯乙烯二聚体和五聚体在纳米孔中的前驱膜铺展与渗吸动力学，揭示分子尺寸依赖的输运行为及异常缓慢渗吸机制。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ionic liquids under confinement: From systematic variations of the ion and pore sizes towards an understanding of structure and dynamics in complex porous carbons
我们使用分子模拟的离子液体与一系列的纳米多孔碳接触，研究离子大小，孔径，孔拓扑结构和吸附的离子的属性之间的相关性。我们发现，扩散系数增加的阴离子的大小，令人惊讶的是，与吸附的离子的量。这两个发现被解释的限制：当在孔人口增加额外的离子位于限制较少的网站和扩散速度更快。在保持拓扑结构不变的同时扩大孔隙的模拟安慰了这些观察结果。跨结构的属性解释更具挑战性。一个有趣的观点是，较小的孔隙不一定导致较大的限制。在这项工作中，最高程度的约束观察到中等孔径。我们还显示了吸附的离子的量和最大孔径和孔限制直径之间的比率之间的相关性。
2020-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Capillary Rise and Imbibition of Liquids in Nanoporous Matrices: Rheological Concepts and Experiments
毛细力推动的液体流动是多孔介质中最重要的输运机制之一。它是由一个迷人的相互作用的界面，粘性阻力以及重力，液体遇到入侵时，往往复杂的拓扑结构的几何形状，如毛细管网络的树木或相互连接的裂缝在土壤和冰。在这里，我们提出的基本原理，概念和实验，重力研究的毛细作用驱动的入侵动力学的液体在网络中的孔几个纳米横跨单片，纳米多孔二氧化硅玻璃（多孔Vycor）。随着湿度和温度的变化，自发吸胀后的液体的积木的复杂性的变化，使我们能够获得有关的流动性和毛细作用的液体在这样的纳米多孔环境中的信息。我们观察到的时间吸液动力学的平方根，我们可以定量地描述了一个保守的散装流动性在孔隙中心和散装毛细作用在前进的duplexi，如果我们假设一个粘性的边界层（负速度滑移长度）。此外，pecularities的nanopore限制的液体，如运输通过气相导致预吸附的液体层，必须适当占。在增加链长的情况下的正构烷烃，我们发现的暗示，从粘滑流的孔壁的过渡，增加链长，从而聚合物的行为。报道了正二十四烷在多孔Vycor中的半月板冻结。对于棒状液体增稠剂（8OCB）的流变学，我们没有发现在进入非晶相时粘度下降的迹象，这是该液晶的本体流变学的典型特征。
2010-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Characterizing the Hexagonality of Anodic Aluminium Oxide Nanoporous Arrays
纳米多孔阳极氧化氧化铝已被用作获得纳米材料，如纳米线，表现出有趣的电子，磁性和光学性质的模板。本文介绍了如何在这样的模板，影响所获得的纳米材料的物理性质的几个孔的空间分布的规律性，已被客观地量化。该方法使用自适应阈值，波传播图像分析方法，以及被发现是特别合适的，因为它的位置和不变性的平移，旋转和缩放的六角形测量。商业和实验室制作的样品之间的比较，以测试的方法，导致后者类型的模板更高的六边形。
2005-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon Flexes Muscles: Giant Electrochemical Actuation in a Nanoporous Silicon-Polypyrrole Hybrid Material
硅中压电性的缺乏使得这种主流半导体不可能直接应用于机电领域。然而，硅机械的集成电气控制将为片上精算开辟新的前景。在这里，我们将单晶硅中的晶片级纳米孔隙与孔隙空间内的人工肌肉材料的聚合相结合，以合成在水性电解质中显示宏观电应变的复合材料。在压电致动方面，电压-应变耦合比性能最好的陶瓷大3个数量级。我们将这种巨大的电致动追溯到每平方厘米横截面上1000亿个纳米孔的协同作用，以及在单孔尺度上高达150个大气压的电位依赖压力。非常小的操作电压（0.4-0.9 V）以及可持续和生物相容的基础材料使这种混合动力车有望用于生物致动器应用。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Confining Metal-Halide Perovskites in Nanoporous Thin Films
控制半导体纳米晶体的尺寸和形状可以促进纳米电子学和光子学的发展。量子限制的、廉价的、溶液衍生的金属卤化物钙钛矿提供窄带、颜色纯净的发射器作为下一代显示器和光电子器件的组成部分。我们使用纳米多孔硅和氧化铝薄膜作为模板，直接在器件相关架构内生长钙钛矿纳米晶，而不使用胶体稳定。我们发现显着蓝移的光致发光发射通过减小孔径;通常红外发射材料变成可见的红色，绿色发射材料青色和蓝色。将钙钛矿纳米晶体限制在多孔氧化物薄膜内显著增加了光致发光稳定性，因为模板有害地用作封装。我们量化的纳米多孔硅中的钙钛矿晶体的模板诱导的大小与微焦点高能量X射线的深度剖析在传输几何，验证整个纳米多孔膜的厚度的钙钛矿纳米晶体的生长。低电压电致发光二极管与窄，蓝移发射制造的纳米晶钙钛矿生长在嵌入式纳米多孔氧化铝薄膜证实了我们的下一代光子器件的一般概念。
2017-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Carbon-carbon supercapacitors: Beyond the average pore size or how electrolyte confinement and inaccessible pores affect the capacitance
本研究通过分子模拟发现，平均孔径相同的多孔碳电极因形貌差异，规整结构碳的电容远高于无序碳，揭示了电解质限域和不可接触孔隙对电容的影响，为储能材料的计算筛选提供了新思路。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Ultrasound Propagation in Water-Sorbing Carbon Xerogel
本研究利用无损超声检测结合重量法，探究具有双峰孔结构的碳干凝胶的水蒸气吸附机制，揭示了介孔与微孔中受限水的性质差异及充水孔的空间异质性。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Adapted Thermodynamical Model for the Prediction of Adsorption in Nanoporous Materials
本文提出一种改进的热力学模型，通过临界等容线近似饱和压力并结合 Hauer 方法计算吸附态密度，实现了从单一吸附曲线高精度、高泛化地预测纳米多孔材料在广泛操作条件下的气体吸附性质。
2023-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of Co/Cu/Py antidot films
研究了在纳米多孔氧化铝膜上制备的不同孔径的有序纳米Co/Cu/Py多层反点膜的磁性。通过使用由Cu薄层分离的Co和Py膜，并调整NAMS的孔径，我们能够发挥膜的磁化率，并观察阶梯磁化曲线，作为Co和Py膜的不同磁化率的结果。多层反量子点的磁性能进行了测量，并与Cu/Py反量子点的结果进行了比较。通过微磁模拟研究了在每个单独的层和多层中发生的磁化反转过程。
2014-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Modelling thermoelectric performance in nanoporous nanocrystalline silicon
通过纳米结构化将多个缺陷的分级无序引入材料是实现极低热导率从而提高热电性能的最有前途的方向之一。纳米结构的成功依赖于载流子具有比声子更短的平均自由程，使得后者可以选择性地散射。然而，将无序引入材料中通常以散射载流子以及声子为代价。为了确定晶格热导率和功率因数的退化之间的权衡，由于这一点，我们进行了理论研究的声子和电子输运在纳米晶，纳米多孔硅的几何形状。我们使用分子动力学的声子输运计算和非平衡格林函数方法的电子输运。我们报告的工程权衡孔隙率（孔的数量和它们之间的距离）对材料优化的整体热电性能。我们确实发现，热导率的降低比功率因数的降低更强，对于本研究中考虑的低孔隙率（高达5%），并且与仅纳米孔隙率相比，ZT品质因数可以经历大幅增加，特别是当包括晶界时。
2019-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning electrical properties of silicon dioxide through intrinsic nano-patterns
在二氧化硅（SiO2）中的纳米孔和空隙的固有网络对于膜质量、电绝缘和介电性能方面通常是不期望的。然而，如果我们将这些孔隙视为嵌入电介质基质中的天然纳米图案，那么这为探索开辟了新的前景。纳米图案平台可用于定制载体膜的电、光、磁和机械性质。在这篇文章中，我们报告了通过利用金属纳米孔网络实现的热SiO2薄膜的可调电性能，其中孔填充有金属钛（Ti）。在没有任何有意的化学掺杂的情况下，我们已经表明，可以通过用Ti物理填充本征氧化物纳米孔来控制氧化物膜的电阻率。复合膜的电阻保持恒定，即使在从膜表面除孔之外完全去除金属之后。进行仔细的形态，电气和结构分析，以建立在纳米孔中的Ti的存在下，在所观察到的纳米多孔膜的导电性质中起着至关重要的作用。
2017-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Freestanding and permeable nanoporous gold membranes for surface-enhanced Raman scattering
表面增强拉曼光谱（SERS）需要可靠的高增强基底，以便用于不同的应用领域。在这里，我们介绍了独立的多孔金膜（PAuM）作为易于生产，可扩展，机械稳定，有效的SERS基板。我们制造大规模的子30厚PAuM，形成独立的膜，根据标称的金厚度不同的形态。这些PAuM是机械稳定的压力高达$>3$酒吧，并表现出表面增强拉曼散射与局部增强因子的$10^4$到$10^5$，我们证明了波长依赖性和空间分辨拉曼测量使用石墨烯作为本地拉曼探针。数值模拟表明，增强来自个别的，纳米级的膜孔作为光学缝隙天线。我们的PAuM是机械稳定的，提供了强大的SERS增强的激发功率密度高达$10^6$ W $\,$ cm $^{-2}$，并可能会发现使用作为一个积木在流通传感器应用的基础上SERS。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanoporous gold thin films as substrates to analyze liquids by cryo-atom probe tomography
提出使用1-2微米厚的AuAg二元合金薄膜经化学脱合金制备纳米多孔基底，实现液体冷冻固定并成功用于cryo-APT分析，为冷冻液体的纳米级成分分析提供改进方法。
2023-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Directional Phonon Suppression Function as a Tool for the Identification of Ultralow Thermal Conductivity Materials
纳米结构中的边界工程有可能极大地影响将热能直接高效转化为电能的材料的开发。特别是，半导体的纳米结构化可以导致对热传输的强烈抑制，而电导率几乎没有退化。虽然这种材料特性的组合对于热电材料是有希望的，但它在很大程度上仍未被探索。在这项工作中，我们引入了一个新的概念，定向声子抑制功能，解开边界主导的热输运前所未有的细节。使用组合的密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程，我们计算这个数量的纳米多孔硅材料。我们首先计算的情况下与对齐的圆形孔的热导率，确认一个显着的热传输退化相对于散装。然后，通过分析在这个系统中的声子抑制的方向性的信息，我们确定了一个新的结构的矩形孔具有相同的孔隙率，使四倍减少热传输相对于圆形孔。我们的研究结果说明了定向声子抑制功能的实用性，为系统热导率最小化提供了新的途径，并可能加速下一代热电器件的工程。
2016-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Flexible Ultrastrong 100-nm Polyethylene Membranes with Polygonal Pore Structures
厚度约为100 nm的坚固的纳米多孔聚合物膜将广泛应用于柔性传感器、人造皮肤、隔板、薄膜和自清洁膜等技术领域。然而，这些电影的制作是极具挑战性的。到目前为止，所有报道的薄膜的机械强度都不足以在没有基材支撑物的情况下使用。我们在这里描述了一种新的超强和高柔性的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）100纳米多孔膜的制造。薄膜微观结构的扫描和透射电子显微镜评价揭示了随机取向的多边形互连孔的平面纤维结构。此外，该膜的拉伸强度是固体不锈钢的两倍，测得的面内拉伸强度和延展性分别约为900 MPa和26%。我们进一步用单层石墨烯涂覆我们新开发的薄膜，以发明一种光学透明且完全贴合的压阻式皮肤传感器，从而展示了潜在的应用。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
