近年来,高分子半导体在有机发光、有机光伏和有机场效应晶体管等领域扮演着愈发重要的角色。某些高分子材料特别是高分子弹性体,具有优异的可拉伸、可弯曲等力学特性,因而高分子半导体在柔性电子领域具有广阔的应用前景。力学性能是评价高分子半导体柔性行为的基本依据,相关研究中对力学特性的表征方法包括拉伸法、正弦屈曲技术、纳米压痕技术和原子力显微镜纳米力学图谱等。而在柔性高分子半导体材料的构建方面,也涌现出许多可供参考的思路,归纳起来主要有超分子功能化、主链柔性化、掺杂等设计策略,其中多重非共价弱作用策略是柔性高分子半导体的普适性设计方法,值得深入探索和研究。本综述旨在总结柔性高分子半导体的力学特性和设计策略,以期为相关研究提供参考和借鉴。

以折叠式手机的商业化为标志,2019年被称为柔性电子“元年”。但除了成就折叠手机的柔性显示外,更广义的柔性电子产品并没有大量出现。其中一个重要原因是我们所熟悉的功能性电子系统并没有全部实现柔性化,例如,任何电子系统中都不可或缺的晶体管与集成电路并没有全柔性的替代方案。完成复杂的电子电路功能还离不开非柔性的集成电路芯片(IC)与印刷电路板(PCB)。为了克服这一短板,需要将成熟的集成电路芯片技术引入柔性电子系统。在实现集成电路芯片与柔性系统结合的两种技术路线——超薄芯片转移与柔性混合电子——中,基于印刷技术的柔性混合电子路线具有工艺简单、成本低、实用性强及易于工业化等一系列优点。本文介绍了柔性混合电子的技术路线,总结了柔性电子印刷加工所需墨水材料和印刷工艺方面的研究进展,并回顾了笔者团队过去10年中在印刷电子领域的研发实践与成果。本文旨在证明印刷加工能够创造更贴近应用、更具市场竞争力的柔性电子产品,是现阶段推进柔性电子产业化的有效技术手段。

硅藻土是一种天然无机非金属矿物材料,具有独特的多级孔道结构,已在部分化工、建材领域获得实际应用。但硅藻土本征比表面积较小(18~28 m²/g),导致其应用受限。通过对硅藻土进行功能化改性,可以赋予硅藻土材料特定的理化性质,进而改善其环境治理效果,同时使其有望应用于能源及生物工程等领域。因此,对硅藻土进行功能化改性处理已成为目前人们研究的热点。近年来,硅藻土功能化的研究主要集中于非共价修饰硅藻土、共价修饰硅藻土和对硅藻土的化学转化三方面。非共价修饰硅藻土多为纳米金属氧化物、金属含氧酸盐等修饰硅藻土,合成的硅藻土复合材料主要应用于环境治理和能源领域。共价修饰硅藻土主要是基于硅藻土内硅氧四面体和表面数量众多的硅羟基通过Si-O共价键连接表面功能单体。而功能单体又分为硅酸盐和硅烷偶联剂两种。其中,硅烷偶联剂一端接枝于硅藻土表面硅羟基,另一端可继续接枝其他有机官能团,极大地丰富了硅藻土复合材料表面官能团的种类,使其具有更加优异的性能。共价修饰硅藻土在能源、传感器、环境治理领域均有应用。硅藻土的化学转化则以硅藻土为硅源,将其转化为具有硅藻土三维结构的单质Si,应用于能源、生物工程领域。硅藻土功能化是实现硅藻土在新兴领域应用的关键,基于硅藻土功能化修饰的研究在提高硅藻土应用水平的同时,可以促进新兴领域的发展。本文归纳了近年来国内外硅藻土功能化的研究进展,详细介绍了三种功能化方法,并分析了相应功能化硅藻土在不同领域的应用情况,以期为硅藻土功能化方法的研究及新应用领域的拓展提供参考。

由于优异的力学性能、耐蚀性能、铸造性能和成形性能,黄铜被广泛应用于卫浴、电工电气、装备制造等诸多产业。通常,黄铜中需加入约3%(质量分数)Pb来改善其切削加工性能。Pb在Cu-Zn合金中以独立相存在,由于Pb质软、脆性大且熔点低,可发挥断屑、润滑和降温作用,从而改善黄铜的切削性能。然而,Pb属于有毒元素,在其生产、加工和使用过程中均会造成环境污染。尤其是当铅黄铜用于与水环境接触的产品时,Pb会以离子形式析出溶于水。Pb中毒会损害人体的血液、神经、消化和生殖系统,极大危害人体健康。鉴于此,研发对人体和环境无毒、无害的无铅环保黄铜成为亟待解决的重要课题。
根据铅黄铜的易切削机理可知,新型无铅环保黄铜合金要获得优异的切削性能,则其基体上应存在细小弥散的质点,在切削加工时发挥类似Pb质点的断屑作用。按照质点的存在形式,有益于黄铜合金切削性能的元素可分为微量固溶于Cu并与Cu形成共晶、不固溶于Cu但与Cu形成化合物以及部分固溶于Cu且与Cu形成化合物的三类元素。目前,国内外对第一类替代元素中的Bi等元素进行了系统研究,但这些元素资源有限,且大多有毒,使其难以推广应用;对第二类替代元素的研究也取得了一些成果,然而其易氧化烧损或形成有害夹杂,影响材料的制备和加工。针对第三类替代元素来改善黄铜合金的切削性能则开展了大量研究,如以Sb代Pb、以Mg代Pb和以Si代Pb。然而,Sb与Pb一样属于有毒元素;无铅镁黄铜在熔炼过程中易发生吸气、氧化等铸造缺陷,使熔炼工艺复杂。Si的锌当量系数较大,且资源丰富,无毒害作用,通过调控其含量易于调控无铅硅黄铜的组织结构,且硅黄铜熔炼工艺简单,有望彻底实现黄铜合金“无铅化”,这对保护人体健康与生态环境、节约资源均有积极意义,实现了绿色制造。
本文结合无铅黄铜第三组元的选择特性和锌当量规则,从组织结构、切削性能和耐腐蚀性能等三个方面综述了国内外无铅环保易切削黄铜合金的研究进展,详细分析了Si、Al代替Pb对合金的综合影响,重点介绍了无铅环保易切削硅黄铜合金的成分与组织设计、切削性能和生产工艺,最后对未来的研究趋势进行了展望,希望能在无铅环保易切削黄铜的开发及应用中起到有益的指导作用。

自从1928年青霉素被发现以来,抗生素的使用极大降低了细菌感染性疾病的发病率和死亡率,拯救了数千万的生命。然而,随着抗生素的广泛使用及滥用,抗生素耐药问题已成为全球性公共卫生安全问题。此外,传统给药模式下的抗生素疗法存在多种问题:抗生素给药后被快速代谢从体内排出,只有少部分药物到达感染部位,生物利用率低,使得临床中往往需要大剂量给药、长周期治疗,这导致显著毒副作用;抗生素对生物膜内细菌治疗效果差,难以在胞内富集,且难以杀伤胞内存活细菌,导致慢性感染和复发性感染。
   针对传统抗生素给药模式存在的问题,利用纳米技术递送抗生素显示出很好的应用前景。纳米颗粒可以改善难溶药物的溶解性,改善抗生素的代谢动力学和组织分布,克服组织和细胞屏障。随着纳米药物输送体系研究的不断深入,研究者们利用细菌感染后微环境中致病因子(如磷酸酶、磷脂酶、蛋白酶、毒素等)致病因子表达显著增高、pH值下降呈微酸性、局部温度上升等,设计刺激响应性高分子纳米材料,用于抗生素的递送。该策略使药物选择性在细菌感染部位释放,显著改善药物生物利用率,提高药物对生物膜相关感染、胞内感染等感染性疾病的治疗效果,并降低药物的毒副作用。
   然而,纳米颗粒递送抗生素对耐药细菌特别是多重耐药菌感染性疾病的治疗仍存在很大的局限性。针对抗生素的耐药问题,抗菌肽及其类似物由于具有广谱抗菌活性及低致耐药性而受到广泛关注。然而,这类抗菌剂具有强细胞毒性,限制了其临床应用。研究者利用上述细菌感染微环境,设计对酸性环境或细菌酶响应的抗菌高分子材料,使其在正常组织中呈现低细胞毒性,而在细菌感染环境下被活化或者暴露出抗菌肽,从而高效杀伤耐药细菌。
   本文介绍了传统抗生素疗法存在的问题,总结了近10年来感染微环境响应性高分子纳米颗粒作为抗生素递送载体、感染微环境响应性的抗菌高分子的设计及在细菌感染性疾病治疗中的应用,并展望感染微环境响应性高分子材料的发展趋势及前景。