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
Understanding Electrical Conduction and Nanopore Formation During Controlled Breakdown
受控击穿最近已经成为一种非常有吸引力的技术来制造用于广泛的生物传感应用的固态纳米孔。该技术依赖于在膜上施加约0.6-1 V/nm的电场以感应电流，并最终击穿电介质。然而，在受控击穿期间如何通过电介质发生电传导的详细描述尚未报道。在这里，我们研究了可控击穿过程中SiN $_x$膜的导电性和纳米孔的形成。我们表明，取决于膜的化学计量，导电性受到限制的氧化反应，必须发生在膜-电解质界面（Si丰富的SiN $_x$），或电子输运通过电介质（化学计量Si $_3$ N $_4$）。我们提供了几个重要的影响，从理解这一过程，这将有助于在未来几年内进一步发展控制击穿，特别是扩展这种技术集成纳米孔与芯片上的纳米结构。
2021-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ideal Desalination through Graphyne-4 Membrane: Nanopores for Quantized Water Transport
石墨烯-4片材具有很好的纳米级脱盐潜力，以实现高透水性和盐截留率。对孔径效应的广泛分子动力学模拟表明，在两个相邻苯环之间具有4个乙炔键的石墨炔-4具有最佳性能，具有100%的脱盐率和前所未有的透水性，据我们所知，约为13 L/cm 2/天/MPa，比先前报道的最先进的纳米多孔石墨烯高约10倍（Nano Lett.s 2012，12，3602-3608）。此外，该膜需要非常低的能量消耗来生产1 m3的甜水，即，3.6e-3 kWh/m3，比基于反渗透的主流商业膜小三个数量级。由于纳米尺度下水流的量子化性质，石墨炔-4片上的水流速率对孔径大小表现出有趣的非线性依赖性。这种新颖的传输行为对高效、高效海水淡化膜的设计具有重要意义。
2013-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Water Flow Through Polar and Non-Polar Nanopores: Insights from Multiscale Simulations
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology（加泰罗尼亚纳米科学技术研究所）；CSIC（西班牙国家研究委员会）；BIST（巴塞罗那科学技术院）
通过多尺度模拟研究石墨烯和六方氮化硼纳米孔中的水流，发现hBN孔的非对称性诱导电偶极矩导致水流增强，而石墨烯孔对称无极性。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Flow-Through Porous Silicon Membranes for Real-Time Label-Free Biosensing
一个流通的传感平台的基础上开放式多孔硅（PSi）微腔膜，是兼容的芯片上的传感器阵列的集成证明。由于PSi纳米孔的高纵横比，封闭式PSi传感器的性能受到渗透挑战和检测大分子（如蛋白质和核酸）时传感器响应缓慢的限制。为了提高分子传输效率并减少传感器响应时间，在流通式传感方案中使用开放式PSi纳米孔膜，允许分析物溶液通过纳米孔。这些PSi膜中的分子结合动力学进行了比较，通过实验和模拟与那些从封闭端PSi膜的可比厚度在一个传统的溢流传感方案。与流过PSi方法相比，当检测高分子量分析物（链霉亲和素）时，流过PSi膜导致传感器响应时间的六倍改善。这项工作证明了在平行微阵列内集成多个流通PSi传感器膜以进行快速和多路复用的无标记生物传感的可能性。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ion-dipole interactions are asymptotically unscreened by water in dipolar nanopores, yielding patterned ion distributions
电解质在水填充的纳米孔中的渗透、排斥和运输对于合成多孔膜中的离子电流门控和脱盐过程以及生物离子通道的功能至关重要。尽管限制孔极化率和离散通道电荷位点的影响已经被大量研究，但偶极内衬的合成孔对电解质的潜在显著影响很少被解决。偶极层自然地出现在某些纳米孔的内表面上，导致对阳离子或阴离子的固有偏好。当膜表面与孔内部不同地官能化时，或者当长孔内部存在交替的偶极/非偶极伸展时，可以利用这种偏好。偶极-离子相互作用渐近地不被水屏蔽，导致离子的、电荷分离的、绝缘的行为，其可以阻止离子传输，以及潜在的新颖的电流-电压（I-V）特性。
2008-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Oxide Membranes from Bulk Micro-Machining of SrTiO$_3$ substrates
本文开发了SrTiO$_3$衬底的体微加工方案，通过制备贯通孔实现悬浮氧化物薄膜器件，并演示了(La,Sr)MnO$_3$薄膜和SrTiO$_3$蹦床谐振器，可推广至多种复杂氧化物。
2025-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fast and Facile Synthesis Route to Epitaxial Oxide Membrane Using a Sacrificial Layer
本研究提出利用易于生长且溶于水的二元碱土金属氧化物作为牺牲层，通过混合MBE方法快速合成了毫米级外延SrTiO3膜，并验证其具有类似体相的介电特性，简化了氧化物膜的合成工艺。
2023-11-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Molecular Dynamics Simulations of Water Anchored in Multi-Layered Nanoporous MoS$_2$ Membranes: Implications for Desalination
在纳米科学中最有前途的应用之一是设计新材料来改善纳米多孔膜的透水性和选择性。了解这些迷人结构背后的分子结构以及它如何影响水流是一项复杂但必要的任务。我们研究了水通过具有不同纳米孔尺寸和长度的多层纳米孔二硫化钼（MLNMoS $_2$）膜的通量。分子动力学模拟表明，渗透率不随膜厚度的倒数而增加，违反了经典的流体力学行为。数据还显示，水动力学比在无摩擦碳纳米管和多层石墨烯膜中观察到的要慢，我们用层间观察到的锚定机制来解释。我们表明，膜的渗透性是严重依赖于纳米孔结构，新的脱盐膜的制造带来了重要的见解。
2021-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Voltage gated inter-cation selective ion channels from graphene nanopores
生物蛋白质离子通道具有选择性控制离子流的能力，在许多生理过程中发挥着重要作用。对于需要生物离子通道功能的实际应用，石墨烯提供了一种有前途的固态替代品，由于其原子薄和机械强度。在这里，我们证明了引入到石墨烯膜中的纳米孔，直径高达50 nm，表现出阳离子间的选择性，K+比二价阳离子优先约20倍，并且可以通过施加的栅极电压来调节。石墨烯装置的液体原子力显微镜揭示孔附近的表面纳米气泡负责所观察到的选择性行为。分子动力学模拟表明，离子穿过孔的移位可能经由孔和纳米气泡边缘处的薄水层发生。我们的结果表明，通过固态纳米孔装置和通过利用去湿状态的孔显示的阳离子间选择性的显著改善，提供了一种制造选择性石墨烯膜的方法，该方法不依赖于亚纳米孔的制造。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterization of ion track etched conical nanopores in thermal and PECVD SiO$_{2}$ using small angle X-ray scattering
本文用同步辐射SAXS及正交一维切片拟合法，表征并比较热生长与PECVD SiO$_{2}$中离子径迹蚀刻锥形纳米孔的几何与尺寸分布。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid electrochromic device with Tungsten oxide (WO3-x) and nafion membrane: performance with varying tungsten oxide thickness
电致变色器件，动态改变颜色下施加的电位，被广泛研究，因为其广泛的应用，如节能智能窗，后视镜和显示设备等。在这项研究中，我们报告了四层电致变色器件的氧化钨作为电致变色层和Nafion膜作为离子导电层的基础上。Nafion膜由于其高离子电导率和高光学透明度而通常用于燃料电池应用中，这适合于电致变色装置以获得更高的效率。我们将ITO镀膜玻璃和WO 3镀膜ITO薄膜夹在Nafion膜之间制备了电致变色器件。器件的整体结构为Glass/ITO/WO 3/Nafion/ITO/Glass。采用反应直流磁控溅射法在ITO镀膜玻璃衬底上制备了不同厚度的氧化钨薄膜，研究了氧化钨薄膜电致变色性能随厚度的变化规律。我们已经观察到电致变色效率随着氧化钨层厚度的增加而增加。器件的效率从24.8 cm 2/C增加到184.3 cm 2/C。
2016-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Super-tetragonal Sr4Al2O7: a versatile sacrificial layer for high-integrity freestanding oxide membranes
本研究提出超四方Sr4Al2O7（SAOT）作为新型水溶性牺牲层，利用其低对称结构的高应变承受能力实现无裂纹、毫米级高质量自支撑氧化物薄膜制备，推动氧化物电子与柔性器件发展。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin oxide freestanding membranes with large-scale continuity and structural perfection
针对自支撑氧化物薄膜难以大面积制备的瓶颈，本文提出基于水溶性Sr4Al2O7牺牲层的方法，实现了厘米级无裂纹超薄薄膜，但引入的氧空位及其退火温度限制仍阻碍CMOS集成。
2025-09-08 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
Native surface oxide turns alloyed silicon membranes into nanophononic metamaterials with ultra-low thermal conductivity
在纳米尺度上详细了解微观结构和声子传播之间的关系对于设计具有所需声子和热性能的材料是必不可少的。在这里，我们揭示了表面氧化膜中声子相互作用的新机制，即，天然氧化物层通过局部共振与超薄硅膜中的声子相互作用。局域共振降低了低频声子群速度，缩短了它们的平均自由程，这一效应为超低热导率设计开辟了一条新的途径，因为它补充了散射机制，有效地散射了高频模式。天然氧化层和与浓度低至5%的锗合金化的组合将硅膜的热导率降低至比本体低100倍。此外，由原生氧化物表面层产生的共振机制对于热介电性降低特别有效，即使在非常低的温度下也是如此，在该温度下仅填充低频模式。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanopore creation in graphene at the nanoscale for water desalination
本文提出利用氩等离子磁控溅射在石墨烯中可控创建纳米孔，并设计了一种带纳米孔的双石墨烯电极水过滤装置，实现了最高渗透率、近100%盐截留率及力学性能提升，对开发海水淡化膜意义重大。
2023-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vertically-Oriented Graphene Oxide Membranes for High-Performance Osmotic Energy Conversion
反向电渗析是一种很有前途的收集海水和淡水之间储存的渗透能的方法，但是半个世纪以来，制备具有超过5.0 W $m^{-2}$的工业基准功率密度的选择性渗透膜一直是一个长期的挑战。在此，我们报告了一种垂直取向的氧化石墨烯膜（V-GOMs），其具有高离子选择性和超快离子渗透的组合，其渗透率比广泛研究的水平堆叠的GOMs（H-GOMs）高三个数量级。通过混合人工海水和河水，我们获得了前所未有的10.6 W $m^{-2}$的高输出功率密度，超过了现有的所有材料。分子动力学（MD）模拟揭示了V-GOMs中的超快输运机制是由于离子快速进入和V-GOMs中大的可及区域以及明显的短扩散路径。这些结果将促进渗透能的实际应用，并为涉及超快传输的各种系统（例如过滤和催化）带来创新的设计策略。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Memristive response and capacitive spiking in the aqueous ion transport through 2D nanopore arrays
本文研究二维冠醚样纳米孔阵列中的水相离子输运，发现离子-孔结合亲和力差异可产生忆阻效应，并展示了具有应变可调势垒的电容器行为，证明此类纳米流体系统可实现实用记忆效应。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Modulation of diffusion rate of therapeutic peptide drugs using graphene oxide membranes
我们研究了通过氧化石墨烯（GO）膜的肽类药物的扩散，所述膜被建模为由GO的对齐薄片构造的多孔层状层压板。我们使用肽药物的实验显示肽浓度对时间的可调非线性依赖性。这证实了使用数值模拟与扩散方程占光热降解的荧光团和有效的渗流模型。该建模产生了通过GO膜的药物扩散的控制和延迟的解释。调节水凝胶样GO膜的密度以控制药物释放速率的能力可能是在定制用于治疗应用的水凝胶的药物释放性质方面向前迈出的一步。
2015-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Electrically controlled water permeation through graphene oxide membranes
开发“智能”膜，允许使用外部刺激精确和可逆地控制分子渗透，将对许多科学领域产生浓厚的兴趣：从物理学和化学到生命科学。特别地，通过膜的水渗透的电控制是长期寻求的目标，并且对于医疗保健和相关领域至关重要。目前，这种可调节的膜限于膜的润湿的调节和受控的离子传输，但不限于水的受控的质量流量。尽管密集的理论工作产生相互矛盾的结果，电控水渗透的实验实现尚未实现。在这里，我们报告通过微米厚的氧化石墨烯（GO）膜电控水渗透。通过可控电击穿，在GO膜中产生导电丝。集中在这种载流细丝周围的电场导致石墨烯毛细管中的水分子的可控电离，允许精确控制水渗透：从超快渗透到完全阻断。我们的工作为开发智能膜技术开辟了一条道路，并可以彻底改变人工生物系统，组织工程和过滤领域。
2018-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Embedding a carbon nanotube across the diameter of a solid state nanopore
提出了一种用于将单壁碳纳米管（SWNT）定位和嵌入固态纳米孔的直径的制造方法。化学气相沉积（CVD）用于在薄氮化硅膜中的聚焦离子束（FIB）研磨孔阵列上生长单壁碳纳米管。这通常产生至少一个孔，其直径被SWNT中心穿过。通过原子层沉积（ALD）调节FIB孔的最终直径以产生任何所需直径的纳米孔，同时将SWNT嵌入和绝缘在除了与最终纳米孔的直径交叉的区域之外的任何地方，在该区域中SWNT保持原始和裸露。这种纳米管连接的纳米孔是实现用于生物分子传感和电子表征（包括DNA测序）的新型检测器的重要一步。
2013-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Doped graphene oxide functionalization strategy for synthesis of nanocomposite membranes: electrospun coatings in biomedical field application
提出了一种用于血管支架涂层的电纺膜，其由2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱和甲基丙烯酸丁酯共聚物（MPC-共-BMA）（也称为（PMB））制成，用官能化和氮掺杂的还原氧化石墨烯（f-NrGO）增强。这种膜由于氮掺杂的还原氧化石墨烯（NrGO）负电荷而具有废除低密度脂蛋白（LDL）的能力，低密度脂蛋白在特定条件下是动脉粥样硬化疾病的主要原因。详细描述了NrGO官能化过程，因为它在NrGO和PMB之间产生强键，避免NrGO片从膜上分离。用FTIR对共聚物的合成进行了表征，并用XPS和HNMR证实了f-NrGO与PMB之间的化学键。此外，模拟血流条件的简化测试库证明了NrGO在膜上的功能化作用。对于静电纺丝工艺，最佳参数为14.5 kV的电压，和0.3 mL/h的流速，这导致更好的性能的膜的应用。DMA结果证实，就力学性能而言，f-NrGO的最佳增强百分比为0.1重量%，AFM图像表明在纤维上存在f-NrGO片。最后，接触角揭示了对LDL的排斥反应，这种行为有希望用于心血管涂层支架等应用。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Instability-driven mechanically locked states in functional oxide membranes
Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体的研究所）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；University of Aveiro（阿威罗大学）
研究通过机械不稳定性在功能氧化物膜中诱导双稳态结构，揭示其在纳米机电应用中的潜力。
2026-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Establishing Atomic Coherence in Twisted Oxide Membranes Containing Volatile Elements
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Institute for Basic Science（基础科学研究院）；Duke University（杜克大学）
本研究通过氧退火处理在含挥发性元素的扭曲NaNbO3异质结构中实现原子相干界面，揭示了化学重构机制，为构建应变可调的氧化莫尔超晶格提供了新路径。
2026-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Understanding water permeation in graphene oxide membranes
由于石墨烯衍生膜在过滤和分离应用中的潜力，近年来通过石墨烯衍生膜的水传输获得了很大的兴趣。在这项工作中，我们探索水渗透氧化石墨烯膜使用原子模拟，通过考虑流动通过层间画廊，膨胀的孔隙，如褶皱的interedge空间，和孔内的片材。我们发现，虽然可以通过纳米限制建立流动增强，但通过原始石墨烯通道的快速水运输被氧化区域之间形成的毛细管的突出侧钉扎效应所禁止。然后，我们讨论流动增强的情况下，根据最近的几个实验。这些理解最终被整合成一个完整的画面，以了解水渗透通过逐层和多孔微结构，并可以指导合理设计的功能膜的能源和环境应用。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of nanotubules of thermoelectric gamma-Na0.7CoO2 using porous aluminum oxide membrane as supporting template
我们报道了利用两种不同的溶胶-凝胶方法，以多孔阳极氧化铝膜为模板，成功地合成了热电材料γ-NaxCoO 2纳米管。使用基于尿素的路线的γ-NaxCoO 2纳米管可以在650 ℃下以1 ℃/min的加热速率并保持4 h来实现。使用柠檬酸为基础的路线的γ-NaxCoO 2纳米管可以实现在500 ℃下使用快速加热程序，并保持30分钟。使用各种技术，包括XRD，SEM和TEM的产品进行了研究。沿着纳米管上[001]区轴方向的电子衍射图案表明，所有的衍射点可以使用具有a = b = 0.56 nm的六方晶胞来索引，其可以被认为是在ab平面内具有晶胞加倍的超结构。
2009-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Tuneable Sieving of Ions Using Graphene Oxide Membranes
氧化石墨烯膜显示出优异的分子渗透性能，具有许多应用前景。然而，它们在离子筛分和脱盐技术中的使用受到~9埃的渗透截止值的限制，该渗透截止值大于普通盐的水合离子直径。截止值由层间距d ~13.5埃确定，这对于在水中溶胀的氧化石墨烯层压体是典型的。实现浸入水中的层压板的较小d已被证明是一个挑战。在这里，我们描述了如何通过物理限制来控制d，并实现精确和可调的离子筛分。在此范围内，离子渗透被发现是热激活的，其能垒为10-100 kJ/mol，这取决于d。重要的是，渗透速率随着筛尺寸的减小而呈指数下降，但水传输受到微弱影响（因子<2）。后者归因于水分子进入的低屏障和石墨烯毛细管内的大滑移长度。在这些发现的基础上，我们展示了一种简单的可扩展方法来获得具有有限溶胀的石墨烯基膜，其对NaCl具有97%的截留率。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Air filtration from sarin/air mixture by porous graphene-oxide membranes: a molecular dynamics study
沙林是一种非常致命的合成有机磷化合物，抑制神经系统肌肉控制。虽然不再被用作化学武器，但它仍然令当局担心可能被恐怖分子使用。由于沙林的高杀伤力，大多数关于沙林的研究都是理论/计算的，并且集中在其检测和降解方面。关于空气过滤沙林毒气的研究很少。在这里，氧化石墨烯为基础的膜过滤沙林/空气混合物的空气的潜力进行了研究，通过经典的分子动力学模拟。考虑了由一个和两个多孔还原氧化石墨烯（rGO）纳米片形成的膜。沙林和空气分子通过这些膜从一个高度集中的区域到一个空的，作为温度和沙林/空气相对浓度的函数进行评估。沙林分子被困在纳米片中的羟基和羧基化学基团，而空气分子（N $_2$，O $_2$和Ar）通过膜的相当大的通道进行了验证。结果表明，即使在高温下，rGO膜也能阻止沙林通过，从而表明它们有可能用作沙林气体的过滤器。
2021-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
van der Waals epitaxy of lead monoxide - PbO and application as a virtual substrate for oxide membranes
CiQUS, Centro Singular de Investigacion en Quimica Bioloxica e Materiais Moleculares, Departamento de Quimica-Fisica, Universidade de Santiago de Compostela（圣地亚哥-德孔波斯特拉大学 CiQUS 生物化学与分子材料 singular 研究中心 物理化学系）
通过脉冲激光沉积在多种衬底上成功外延生长范德华氧化铅（PbO）多晶型薄膜，并利用薄层α-PbO作为虚拟衬底生长高质量钙钛矿和尖晶石薄膜，实现自发可控剥离或机械剥离，为制备自支撑氧化物薄膜提供新途径。
2025-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Current rectification by nanoparticles in bipolar nanopores
已知包含沿着孔轴的带正电荷和带负电荷的壁的两个域的双极纳米通道在暴露于电势偏压时整流电流。我们发现，除了带电的纳米粒子可以大大增加整流，约一个数量级。两个双极通道的几何形状被认为是在这里，他们的行为检查在休息和负偏压和正偏压的影响下，分别。我们这样做是依靠在通道中的电解质溶液的分子水平模型。电流整流的大幅增加可以通过带电纳米颗粒在通道内产生的固有电场来解释。发现这种效应在很大程度上取决于孔的几何形状、其电荷分布和纳米颗粒电荷的符号，从而为设计用于能量存储的工程化纳米孔膜-纳米颗粒系统提供了新的机会。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Twisted oxide membrane interface by local atomic registry design
本研究在SrTiO3扭转双层膜中设计了重合位置晶格莫尔晶体，通过深度分层透射电镜观察到界面电荷歧化，并预测二维平带出现，为控制扭转氧化物莫尔周期性及开发新功能提供了新思路。
2025-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
$ \mathrm{Sr}_{4}\mathrm{Al}_{2}\mathrm{O}_{7}$: A New Sacrificial Layer with High Water Dissolution Rate for the Synthesis of Freestanding Oxide Membranes
针对自支撑氧化物薄膜转移耗时较长的问题，本研究提出新型水溶性牺牲层Sr4Al2O7，其溶解速率比Sr3Al2O6高约10倍，显著提升了薄膜制备效率，为钙钛矿氧化物在电子器件中的集成提供了新思路。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Water Permeation through Layered Graphene-based Membranes: A Fully Atomistic Molecular Dynamics Investigation
石墨烯基膜已被研究作为水过滤和气体分离应用的有前途的候选者。实验证据表明，氧化石墨烯可以是液体、蒸汽和气体不可渗透的，同时允许水分子快速渗透。这种现象归因于纳米毛细管网络的形成，该网络允许几乎无摩擦的水流，同时通过空间位阻效应阻止其他分子。据推测，水分子通过石墨烯基片之间形成的膨胀的二维通道传输。虽然这些通道允许水在这种材料中快速渗透，但流速强烈依赖于膜的制造方式。此外，关于水渗透的纳米级机制的一些基本问题仍然没有完全理解，它们的解释仍然存在争议。在这项工作中，我们研究了水渗透通过原始石墨烯和氧化石墨烯模型膜的动力学。我们已经对由多层石墨烯基片组成的系统进行了完全原子经典的分子动力学模拟，该系统在受控的热力学条件下（例如，例如，在一个实施例中，通过改变温度和压力值）。我们系统地分析了受限纳米流体的输运动力学如何依赖于层间距离和氧化物官能团的作用。我们的结果表明，水通量对于石墨烯比对于氧化石墨烯膜有效得多。这些结果归因于氧化物官能团和水之间的H-键形成，其捕获水分子并排除通过纳米通道的超快水运输。
2017-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Phase-selective growth of water-soluble strontium aluminate via sputtering deposition for freestanding oxide membranes
TU Wien（维也纳工业大学）；Université Caen Normandie（诺曼底大学）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；ENSICAEN（恩西西安高等学院）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CIMAP UMR6252（CIMAP联合研究实验室6252）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所）；CSIC（西班牙国家研究委员会）；BIST（巴塞罗那科学与技术研究院）；University of Geneva（日内瓦大学）；Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼兹晶体生长研究所）；ALBA Synchrotron Light Source（阿尔巴同步辐射光源）
通过溅射沉积调控气氛，选择性生长水溶性铝酸锶牺牲层，成功制备性能媲美外延薄膜的铁磁性自支撑Sm2NiMnO6薄膜。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced polarization rotation in freestanding ferroelectric oxide membranes
本研究探讨自支撑铁电氧化物薄膜中应变对极化的影响，通过多种表征技术揭示折叠状Pb(Zr,Ti)O3薄膜顶点处极化从面外到面内的旋转，阐明应变与应变梯度的作用，为应变调控铁电特性提供新见解。
2025-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Highly Efficient Ion Rejection by Graphene Oxide Membranes via Ion-controlling Interlayer Spacing
由于GO膜（部分氧化的石墨烯堆叠片）可以提供高通量、高能量效率的膜以用于水溶液中的精确离子和分子筛分，因此GO膜（部分氧化的石墨烯堆叠片）在水脱盐和净化、气体和离子分离、生物传感器、质子导体、锂基电池和超级电容器中显示出巨大潜力。与其中纳米管孔具有固定尺寸的碳纳米管（CNT）膜不同，GO膜的孔（GO片之间的层间间距）具有可变尺寸。这对使用GO膜进行过滤提出了挑战。尽管在调节和固定层间距方面做出了巨大努力，但仍然难以充分减小层间距以排除小离子，同时保持这种分离恒定，以对抗GO膜在浸入水溶液中时溶胀的趋势，这极大地影响了GO膜的应用。在这里，我们通过实验证明，通过使用阳离子（K+、Na+、Ca 2+、Li+和Mg 2+）本身控制GO膜的层间距，可以容易地实现GO膜的高效和选择性离子排斥。可以以小至1 A的精度控制间距，并且由一种阳离子控制的GO膜可以排除具有较大水合体积的其它阳离子，其只能以较大的层间距容纳。第一性原理计算揭示了溶液中的水合阳离子与GO中的芳环结构之间的强非共价阳离子-π相互作用是这种意外行为的原因。这些发现为使用GO膜进行水脱盐和净化、锂基电池和超级电容器、用于分离离子或分子的分子筛以及许多其他应用开辟了新的途径。
2016-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Topographic patterning in perovskite oxide membranes for local control of strain, nanomechanics and electronic structure
Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC)（巴塞罗那材料科学研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所）；Department of Physics, Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学物理系）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚高级研究学院）
研究通过在氧化物膜中制造地形图案化，调控局部应变和电子结构，揭示厚度对机械和电子性质的影响。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Self-formed $LaAlO_3/SrTiO_3$ Micro-Membranes
氧化物异质结构代表了一个独特的游乐场，用于触发新的电子状态的出现和实现新的器件概念。在$LaAlO_3/SrTiO_3$界面上二维导电性的发现已经联系了材料科学的两个主要研究领域：相关的过渡金属氧化物系统和低维系统。然而，这两个领域的完全合并需要以独立膜的形式实现$LaAlO_3/SrTiO_3$异质结构。在这里，我们展示了一种全新的方法，获得氧化物异质膜与微米的横向尺寸。与传统的基于薄膜的技术开发的半导体和最近扩展到氧化物，我们展示的概念不依赖于任何牺牲层，而是基于纯应变工程。我们通过实时和沉积后分析，在不同的生长阶段进行监测，应变弛豫机制导致自发形成的弯曲异质膜。详细的透射电子显微镜调查表明，膜是完全外延的，它们的曲率导致一个巨大的应变梯度，每一层表现出混合的压缩/拉伸应变状态。电子器件是通过实现转移到硅芯片上的单个微膜的自组织电路来制造的。我们的样品表现出金属导电性和静电场效应类似于体异质结构中的二维电子系统。我们的研究结果为将氧化物功能添加到半导体电子器件中开辟了一条新的途径，可能允许超导晶体管的超低电压门控，由铁电性和挠曲电介导的2D电子气的微机械控制，以及片上应变电子学。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Room-Temperature Ferroelectricity in SrTiO$_3$ Membranes
复合氧化物异质外延的进展突出了利用应变工程通过晶格失配来控制薄膜异质结构中的铁电性的巨大潜力。然而，这种方法缺乏产生大的和连续可变的应变状态的能力，从而限制了设计和调节铁电膜的期望性质的潜力。在这里，我们观察和探索动态应变诱导铁电性SrTiO $_3$层压独立的氧化膜上的可拉伸的聚合物衬底。利用扫描探针显微镜，光学二次谐波产生测量和原子模型的组合，我们证明了强大的室温铁电性在SrTiO $_3$与2.0%的单轴拉伸应变，证实了180°铁电畴和400 K的外推转变温度的显着特征。我们的工作揭示了利用氧化物膜在环境友好的无铅氧化物中产生和增强铁电性的巨大潜力，这对非易失性存储器和微波电子学等应用具有很大的希望。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Beam Writing of Atomic-Scale Reconstructions at Oxide Interfaces
提出利用STEM电子束在独立SrTiO₃薄膜与承载衬底间隙中原位写入离子键晶体的方法，实现原子级锐利界面重构，为非外延构筑新型氧化物异质结构提供新途径。
2024-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Roughness of Freestanding Oxide Membranes Revealed by Electron Ptychography
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Department of Physics, National Cheng Kung University（台湾成功大学物理系）；State Key Laboratory of Low Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Tsinghua University（清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室）；Center for Quantum Frontiers of Research & Technology (QFort), National Cheng Kung University（台湾成功大学量子前沿研究与技术中心）
针对自支撑氧化物薄膜表面粗糙度限制性能的问题，开发了基于多片电子叠层成像的三维重建计量方法，实现原子级精度的界面形貌测绘与原子计数，为下一代氧化物电子器件的界面工程提供关键见解。
2025-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Precise and ultrafast molecular sieving through graphene oxide membranes
人们对石墨烯基材料的过滤和分离性能非常感兴趣，这些材料可以具有明确的纳米孔并在其中表现出低摩擦水流。在这里，我们研究通过氧化石墨烯层压板的分子渗透。它们在干燥状态下是真空密封的，但如果浸入水中，则充当分子筛，阻挡水合半径大于4.5 A的所有溶质。较小的离子渗透通过膜，阻抗很小，比扩散机制快许多数量级。我们通过一个纳米胶囊网络来解释这种行为，该网络在水合状态下开放，并且只接受适合的物种。小盐的超快分离归因于“离子海绵”效应，其导致石墨烯毛细管内的高度浓缩的盐溶液。
2014-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mind the Gap -- Imaging Buried Interfaces in Twisted Oxide Moirés
Cornell University（康奈尔大学）；Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福材料能源科学研究所，SLAC国家加速器实验室）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Southern California（南加州大学）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学）
本研究揭示了氧化物扭ronics中界面粗糙度对原子级接触的限制，并展示了电子ptychography在检测埋藏界面中的优势。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A Carbon Corrosion Model to Evaluate the Effect of Steady State and Transient Operation of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
基于聚合物电解质膜燃料电池电极碳和铂表面氧化物的形成，建立了碳腐蚀模型。该模型预测了电位保持和电位循环条件下的碳腐蚀速率。该模型包括碳表面氧化物的相互作用与瞬态物种，如OH自由基，以解释正常PEM燃料电池操作条件下观察到的碳腐蚀趋势。该模型预测同意定性与实验数据支持的假设，即碳和铂的表面氧化物形成的相互作用是碳腐蚀的主要驱动程序。
2014-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydraulic Transport Across Hydrophilic and Hydrophobic Nanopores: Flow Experiments with Water and n-Hexane
我们实验探索压力驱动的流动的水和正己烷通过纳米多孔二氧化硅（Vycor玻璃单片与7或10 nm的孔径，分别）作为温度和表面功能化（本地和硅烷化的玻璃表面）的函数。通过在基于电容器的膜渗透性装置中的上游侧经由惰性气体（氩气和氦气，加压至70巴）施加流体静压来测量液压流率。对于天然的亲水性二氧化硅壁，所测得的水力渗透率可以通过体积流动性来定量地解释，只要我们假设粘性边界层，即分子尺寸的负速度滑移长度。这个边界层的厚度进行了讨论与以前的毛细驱动的流动实验（自发吸胀），并在孔壁的速度滑移溶解气体。穿过硅烷化的疏水纳米孔的水流被阻挡直到至少70巴的流体静压。粘性边界层的不存在定量地解释了与亲水性纳米孔相比，疏水性纳米孔中的正己烷渗透性增强。
2015-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Tuning exciton emission via ferroelectric polarization at a heterogeneous interface between a monolayer transition metal dichalcogenide and a perovskite oxide membrane
本研究通过双栅器件集成BTO薄膜与单层MoSe2，利用电压脉冲调控铁电极化，以激子光致发光探测掺杂水平，发现载流子布居敏感依赖极化，为高灵敏传感设备提供新途径。
2024-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoconfined, dynamic electrolyte gating and memory effects in multilayered graphene-based membranes
在各个片之间掺入电解质的多层石墨烯基纳米多孔膜是一种独特的纳米异质结构系统，其中石墨烯中的纳米限制电子和片之间限制的离子在整个膜中紧密耦合。与电解质门控不太可能出现在多层石墨烯堆叠中的一般概念相反，在这项工作中证明了单层石墨烯中的电解质门控效应可以转移到其相应的多层多孔膜。通过限制在纳米孔中的电解质在每个单独的石墨烯片上呈现的这种门控效应提供了用于探测纳米限制的双电层的复杂动力学的实时电方法。这使得能够观察超级电容器中的离子记忆效应，并对超级电容器的充电动力学产生新的见解。这些发现可能会刺激新型纳米离子器件的设计。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
High-resolution dielectric study reveals pore size-dependent orientational order of a discotic liquid crystal confined in tubular nanopores
我们报告了一个高分辨率的介电研究的芘为基础的discriminant液晶（DLC）在散装状态和限制在平行的管状纳米孔的单片二氧化硅和氧化铝膜。DLC分子在低频率下（在准静态情况下）的正介电各向异性使我们能够探索热致集体取向顺序。的孔壁上的分子盘和相应的径向排列的分子found.In相反的散装，各向同性到柱状过渡的限制类金刚石是连续的，随着孔径的减小，以较低的温度转移，并表现出显着的滞后之间的冷却和加热。这些发现证实了以前的中子和X射线散射实验以及光学双折射测量的结论。我们的研究还表明，这里提出的相对简单的介电技术是一个非常有效的方法，以研究DLC基纳米复合材料的热致取向顺序。
2015-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
How Grain Boundaries and Interfacial Electrostatic Interactions Modulate Water Desalination Via Nanoporous Hexagonal Boron Nitride
研究人员目前正在探索纳米多孔二维材料，如六方氮化硼（hBN），作为潜在的脱盐膜。在这里，我们研究了晶界（GBs）和界面静电相互作用对双晶纳米多孔hBN的脱盐性能的影响，使用经典的分子动力学模拟支持的量子力学密度泛函理论（DFT）计算。我们研究了三种不同的纳米多孔双晶hBN配置，对称倾斜GB具有13.2°，21.8°和32.2°的取向差角。我们发现，晶界改变的面积和形状的纳米孔在双晶hBN，相比，在单晶hBN的纳米孔。我们观察到，尽管具有13.2°的取向差角的双晶纳米多孔hBN显示出约30%的改进的水流速，但与单晶hBN相比，其表现出约6%的降低的Na $^\mathrm{+}$离子排斥。我们还揭示了纳米孔形状在水脱盐中的作用，发现具有较小尺寸的更多细长孔（在21.8°和32.2°错取向的双晶hBN中）可以匹配通过尺寸稍大的更少细长孔的水渗透，伴随着Na $^\mathrm{+}$截留率的~3-4%下降。模拟还预测，水的流速显着影响界面静电相互作用。实际上，当使用DFT计算确定B和N原子上的改变的部分电荷时，与当没有部分电荷或大量部分电荷（即，hBN）。总的来说，我们关于通过双晶hBN中的纳米孔的水/离子传输的工作表明，GB和表面电荷的存在可以分别导致hBN膜的离子排斥和水渗透性能的下降。
2022-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
