高强韧智能水凝胶领域
核壳纳米线生长机理研究
绿色金融研究领域
化学与化工学院从怀萍教授研究团队与中国科学技术大学俞书宏院士研究团队合作,在高强韧智能水凝胶材料领域取得系列重要进展。相关研究成果以“Ultra-Tough Single-Network Hydrogels via the Synergy of Defect Elimination and Dual Crosslinking”和“Robust and Fast-Transforming Soft Microrobots Driven by Low Magnetic Field”为题,分别发表于国际著名学术期刊《先进材料》(Advanced Materials 2025, 2417795;Advanced Materials 2025, 2505193)。论文的第一作者分别是化学与化工学院硕士生夏圆圆和博士生胡钦南,硕士生王圆圆,通讯作者为秦海利副教授、从怀萍教授和中国科学技术大学俞书宏院士。
水凝胶作为一种具有高含水量的软材料,在生物医学、柔性电子器件、软体机器人等领域具有重要应用。通过传统自由基反应制备的水凝胶普遍存在交联点分布不均和大量悬垂链等网络结构缺陷,严重制约了材料的力学强度和韧性。尽管引入牺牲性结构/作用力可提升韧性,但往往伴随着高滞后性,难以实现高强度、高韧性与低滞后的统一。针对这一挑战,研究团队提出了“分子经济”策略,一方面,使用表面修饰乙烯基的二氧化硅纳米颗粒作为纳米交联剂,实现了交联点的单分散均匀分布,显著改善了网络的空间均匀性。另一方面,创新性地设计合成了金纳米颗粒负载光引发剂作为纳米引发剂。在聚合过程中,通过金属配位键,将传统网络中游离的、无承载能力的悬垂链末端有效交联到整个三维网络中。得益于这种独特的网络结构设计,所制备的单网络水凝胶韧性在82wt%含水量下,断裂韧性高达78500J·m-2,疲劳阈值达到2480J·m-2,还保持了极低的滞后性(400%应变下滞后值仅为0.07),打破了传统材料中高韧性与高滞后相伴而生的困境。同时,消除悬垂链改善了界面接触和对渗透压的抵抗能力,使得材料在水下能快速实现界面粘合,并可在近红外光照射下高效修复,展现出优异的水下自愈合性能,突破了传统单网络水凝胶材料性能瓶颈,在水下柔性器件领域展现出良好应用潜力。
水凝胶基磁驱软体微型机器人因其体积小、结构柔性和生物相容性等优势,在靶向药物递送、微创手术等生物医学领域具有广阔前景。然而,现有技术面临关键挑战:传统多畴磁性材料需强磁场驱动,易对生物组织产生热效应干扰;为提高磁驱动性能,高磁性填料构筑的软体微型机器人常因机械性能不足难以承受复杂环境操作。如何在低磁场下实现快速变形与机械强韧性的统一,是制约该领域发展的难题。针对这一挑战,研究团队提出了“单畴磁组装”策略,选用高矫顽力、高磁饱和强度的单畴钕铁硼磁性纳米颗粒作为响应单元,通过原位引发聚合制备了新型核/壳结构聚合物刷纳米复合墨水。进一步发展了磁场辅助精密制造技术,诱导单畴磁性单元沿磁力线有序排列,实现了80微米超细纤维的精准成型打印及可控磁畴编程。通过编程磁畴排布,构筑了可执行转向、滚动、下潜/上浮等复杂动作的微型软机器人,展示了其在模拟血管环境中完成穿越障碍运送货物、载药胶囊精准投送任务的能力。该研究工作通过单畴磁性纳米结构组装策略解决了低场驱动与机械强韧性的矛盾;开发的聚合物刷磁性墨水为柔性电子提供新型制造平台,为下一代生物医用微型机器人奠定了基础。
以上研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、安徽省高校协同创新项目以及安徽省科技重大专项等项目的资助。
论文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202417795论文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202505193材料科学与工程学院宋晓辉副教授团队在纳米材料原位成像领域取得重大进展。研究利用液相透射电子显微镜(LPTEM)、冷冻透射电子显微镜(Cryo-TEM)以及三维电子断层扫描等手段,在原子分辨率下首次动态揭示了金属核壳纳米线的三阶段生长过程。相关成果以“Observation of nanoparticle coalescence during core-shell metallic nanowire growth in colloids via nanoscale imaging”为题,发表在国际知名期刊《Nature Communications》,合肥工业大学为第一通讯作者单位,第一作者为材料科学与工程学院2022级硕士生杨大海。
图1 原位TEM揭示壳/核AuAg合金纳米线生长过程
金属纳米线由于其独特的形貌和晶体结构调控能力,在能源转换、光电器件、电催化等领域具有重要应用前景。其中,核壳结构金属纳米线因其表面结构的精细调控能力成为材料设计的重要研究方向。然而,核壳纳米线一维结构所带来的界面复杂性,使其生长机制长期处于“黑箱”状态,尤其缺乏原子尺度下的生长动态认知。针对这一难题,研究团队引入先进的液相透射电子显微技术(LPTEM)和冷冻透射电镜(Cryo-TEM),结合三维电子断层扫描手段,实现了纳米线生长过程的实时追踪与立体重建。
在实验过程中,研究人员以贵金属(Au、Pd、Pt)及过渡金属(Fe、Ni、Cu、Ru)为外壳材料,系统研究了其在AuAg种子纳米线表面沉积、生长与融合的全过程。研究发现,该过程可以分为三个典型阶段:异相成核、纳米颗粒附着与融合。与传统“二步成核—生长模型”不同,团队提出了颗粒协同融合驱动的三阶段新机制。其中,贵金属纳米颗粒更倾向于沿〈111〉晶向优先融合形成表面光滑的核壳结构,而过渡金属则融合行为各异,表面粗糙程度显著增加。
为排除电子束对实验过程的干扰,研究团队还采用了低剂量LPTEM成像、冷冻固定快照,以及三维断层重建等多种方法相互印证,首次在无有机配体的胶体体系中成功实现了金属纳米颗粒融合行为的三维原子分辨率重构。此外,通过应变分布分析与分子动力学模拟,研究进一步揭示了金属沉积诱发的纳米线内部应力演化路径,为双螺旋结构的形成提供了新的力学解释。
实验结果表明,该三阶段生长机制在手性与非手性种子纳米线中均适用,具有良好的普适性,且不依赖于晶体结构或外加配体。这一发现不仅拓展了纳米晶体传统生长理论,也为核壳结构设计、界面调控提供了新的范式,对未来可编程纳米材料的合成具有重要指导意义。
本研究依托合工大的分析测试中心电镜平台,充分发挥了团队在原位高分辨成像、图像处理与材料构建机制研究方面的多学科交叉优势。该成果的取得,有力提升了学校在功能纳米材料合成设计方向的国际影响力。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-025-60135-3
经济学院研究团队在绿色金融研究领域取得新进展,研究成果以“绿色金融与生物多样性——基于中国观鸟数据的考察”为题发表在中国经济学著名学术期刊《经济学(季刊)》上。
绿色金融在推动生物多样性保护过程中至关重要。论文基于绿色金融改革创新试验区设立这一背景,结合中国观鸟记录中心的观鸟数据,构建中国城市层面的鸟类丰富度指标,探究绿色金融对生物多样性的影响。
研究表明,第一,绿色金融改革创新试验区设立显著提升了试验区内的鸟类多样性,有利于生物多样性的保护;但是上述影响并没有覆盖到全部鸟类,对濒危鸟类的保护有待进一步加强。第二,绿色金融主要通过促进农业可持续发展、工业绿色转型、引导公众增强环境保护意识等途径,提升了鸟类的丰富度。第三,绿色金融改革创新试验区带动了周边地区鸟类多样性的提升,即试验区在建设过程中形成了辐射示范效应。
文章结论对于绿色金融推动生物多样性保护具有重要政策启示。首先,政府部门可以通过财政支持、税收减免以及设立专项奖励基金等手段,鼓励地方金融机构、以及社会资本等参与支持绿色金融发展,通过金融手段推动地区绿色转型发展,支持生物多样性保护。其次,加大特色化绿色金融服务产品设计,根据公众特征,设计针对不同年龄、收入水平以及职业特征等特色化、多层次的绿色金融服务产品,以吸引更多人群参与到绿色金融产品的购买及监督工作中,引导公众环保意识增强。最后,加大绿色金融创新力度,根据鸟的种类和特征设计不同的绿色金融工具来支持鸟类等生物多样性的保护,尤其是针对濒危鸟类以及迁徙鸟类,制定专门的保护计划,给予精准的金融支持。
合肥工业大学为该论文第一署名单位,经济学院刘钊老师为第一作者。上述工作得到教育部哲学社会科学研究重大专项项目、国家自然科学基金青年项目、国家社会科学基金项目、浙江省哲学社会科学规划领军人才培育课题等项目资助。
来源 | 化学与化工学院
材料科学与工程学院 经济学院
编辑 | 罗敏
责编 | 卫婷婷 朱与欣
投稿邮箱 | hfutxcb404@163.com

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