2022/4/6 14:39:01 阅读：350 发布者：chichi77
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蛀牙“救星”出现！北航团队研发出人工牙釉质材料，性能超越天然牙釉质
【导读】
北京航空航天大学联合北大口腔医院的邓旭亮教授、美国密歇根大学生物界面研究所的尼可拉斯‧卡托夫（Nicholas A. Kotov）教授团队，研发出一种具有多尺度高度有序羟基磷灰石（HA）层次结构的人造牙釉质，实现了天然牙的成分、结构以及性能的完美复刻。在刚度、硬度、粘弹性、强度、韧性等方面，其综合性能甚至超过天然牙釉质。
在确定了多尺度类天然牙釉质制备的目标后，研究人员首先考虑的就是材料的物质成分以及采用何种制备策略去实现的问题。
根据牙釉质结构，他们选择牙釉质中占比较大的 HA 作为材料的主要成分，辅以生物力学性能优良的氧化锆陶瓷和聚乙烯醇来模仿牙釉质的无机非晶间质层和有机粘结剂，使其在物质组成上与天然牙釉质相近。
其次是合成策略的确定，研究人员先以水热法合成出在微观尺寸上与牙釉质釉柱相近的 HA 纳米线，通过对材料成核与生长过程的调控，合成出天然牙釉质的无机非晶间质层。
基于冰晶的可控生长理论，以该晶体/非晶复合纳米线为基础结构单元，利用自行设计的装置，实现了非晶/晶体复合纳米线及聚乙烯醇聚合物在宏观尺度上的定向组装（directed assembly），制备出拥有类牙釉质结构的 HA 基复合材料。
研究人员利用多种先进的表征技术对类牙釉质复合材料性能进行了表征，反馈指导材料结构、性能优化，并揭示了机理。
基于纳米压痕、三点弯曲测试等研究获得的材料模量、硬度、强度、粘弹性、韧性等力学信息。
研究者通过调控类牙釉质复合材料的微结构、物质组成以及比例，可以调控类牙釉质复合材料的力学性能，使其性能与天然牙釉质匹配。匹配的性能不仅能够从硬度和强度方面支撑牙齿咀嚼功能，还可以让健康牙齿减少损耗，并具有更强的耐受力。
制备的类牙釉质复合材料具有可加工性，用不到 5 分钟的时间就能磨削出一颗仿生牙冠，并有潜力达到新一代牙齿材料所需的生物力学性能，为临床用牙修复材料的迭代与性能提升提供了可能。
此外，这种类牙釉质复合材料的力学性能表现出色，在工程材料领域有一定的潜在应用前景，如可以作为良好的阻尼材料起到有效减震的作用。
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论文信息：
标题：Multiscale engineered artificial tooth enamel
出版信息：SCIENCE，03 February 2022
DOI：10.1126/science.abj3343
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我国学者在二维材料发光器件领域取得进展
【导读】
清华大学宁存政教授团队在二维材料发光器件领域取得进展。研究成果以“无注入式多波长单层半导体交变场驱动发光器件为题，于2022年2月2日发表在《科学·进展》（Science Advances）期刊上。
以过渡金属硫族化合物为代表的二维半导体材料是继石墨烯之后国际上又一个研究焦点，凭借其独特的光电特性有望成为继InP、GaAs等III-V族半导体之后新一代的有源半导体材料。
然而到目前为止，基于二维半导体材料的纳米激光器仅能在光泵浦下实现，电注入的二维材料纳米激光尚未实现。因此，二维半导体材料电致发光的研究是目前纳米发光领域的焦点和难点问题，它不仅对二维半导体发光二极管、电注入二维半导体纳米激光基础研究领域具有重要意义，更是对二维半导体发光器件能否走向实用化起到决定性作用。
基于二维半导体材料实现电致发光器件面临几个关键问题。第一，二维半导体材料与电极间难以实现欧姆接触。在二维材料电注入器件结构中，通常使用石墨烯或者金属电极和二维材料进行直接接触，其肖特基势垒比较高，因而带来较高的接触电阻。
目前还没有一种有效的办法在二维半导体材料和金属电极之间构建欧姆接触，这极大地制约了二维材料发光器件的电注入效率。第二，基于单层二维半导体材料的PN结难以通过可控的化学掺杂制备。虽然可以通过栅压调控实现单层二维材料横向PN结及电致发光，但是目前该类型器件发光效率较低，并且电注入结构复杂，不利于发光部件与微腔等光学结构进一步结合。第三，目前通过直接生长或者机械剥离得到的单层或者薄层二维半导体材料尺寸仅为几十到几百微米。碎片化的二维材料严重限制了器件的尺寸以及大规模生产。
为了克服二维半导体电致发光器件面临的诸多难题，该研究团队重新设计了基于二维半导体电致发光器件结构。根据二维半导体材料的特点，提出一种新型的二维半导体电致发光器件。该器件不需要金半接触，也不需要对单层二维半导体材料进行额外的掺杂或载流子调控。充分利用二维半导体材料激子结合能大的特点，施加交变电场加速正负载流子定向运动，通过碰撞产生激子并辐射发光。该技术在单层WSe2、WS2、MoSe2、MoS2，以及单、双层MoTe2等常见的二维半导体中得到了验证，实现了从可见光到近红外的电驱动发光。
更加重要的是该器件还可以利用一对叉指电极同时激励多片不连续的二维半导体材料同时发光，以及激发多种二维半导体材料实现多波长发光，为二维半导体材料的发光应用开辟了一条新的道路。
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