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材料在含有空隙的情况下，往往在载荷作用下过早或灾难性地失效，这对材料制造提出了挑战。
2024年8月8日，中国科学院金属研究所金海军团队在Science在线发表题为“Strengthening gold with dispersed nanovoids”的研究论文，该研究发现当孔洞缩小到亚微米或纳米尺度时，含有高达10%球形孔洞的金属(金)不会在张力下过早断裂。。
相反，分散的纳米空隙增加了材料的强度和延展性，同时减轻了材料的重量。除了抑制应力或应变集中外，这种结构提供了巨大的表面积，促进了表面位错的相互作用，从而实现了强化和额外的应变硬化，从而实现了增韧。将类似裂纹的有害缺陷中的空洞转化为有益的“成分”，为开发新型轻质高性能材料提供了一种廉价且环保的方法。另外，燕山大学张湘义及北京航空航天大学张海天共同通讯在Science在线发表题为“Fast fabrication of a hierarchical nanostructured multifunctional ferromagnet”的研究论文，该研究从传统的合金设计理念出发，提出了一种分层纳米结构(HNS)策略，以同时打破材料中的多种性能权衡。使用镨钴(PrCo5)铁磁体作为概念验证，所得的HNS优于当代高温铁磁体，电阻率提高了50%至138%，同时实现了最高的能量密度。我们的策略还实现了矫顽力的特殊热稳定性(- 0.148%/°C)，这是器件精度和可靠性的关键特征，超过了现有的商用稀土磁体。多功能源于有意引入的纳米层次结构，它激活了多种微机制来抵抗畴壁运动和电子传递，为多功能材料提供了一种先进的设计理念（点击阅读）。2024年8月8日，浙江大学巨阳及名古屋大学Yasuhiro Kimura共同通讯在Science在线发表题为“Growth of metal nanowire forests controlled through stress fields induced by grain gradients”的研究论文，该研究通过控制固体膜内的原子扩散，成功地在理想的位置上实现了铝(Al) NW forests的质量生长。然而，先前的注意力只集中在如何增加驱动力上，研究们表明，聚焦离子束辐照产生了局部高应力区域，这为原子扩散提供了途径，也为原子核和垂直NW生长提供了驱动力。原则上，潜在的增长过程可以扩展到其他金属（点击阅读）。
2024年8月8日，浙江大学赵俊杰团队在Science在线发表题为“Wrinkled metal-organic framework thin films with tunable Turing patterns for pliable integration”的研究论文，该研究报道了MOF薄膜的皱褶结构，建立了一种由聚合物面涂层限制和控制的界面合成方法，并在皱褶薄膜中实现了多个图灵基元。这些薄膜具有完全的MOF表面覆盖，并具有高达53.2%的应变容差。增强的机械性能允许薄膜转移到各种基材上。还获得了具有高H2/CO2选择性(41.2)和高H2渗透率(8.46 × 103气体渗透单位)的膜，转移后的缺陷可以忽略。研究人员还通过避免暴露在恶劣的MOF合成条件下，在精密电极上实现了软湿度传感器。这些结果突出了褶皱MOF薄膜在即插即用集成方面的潜力（点击阅读）。2024年8月9日，浙江大学胡海岚团队（陈敏为第一作者）在Science在线发表题为“Brain region–specific action of ketamine as a rapid antidepressant”的研究论文，该研究发现氯胺酮注射在抑郁样小鼠中特异性阻断外侧habenular (LHb)神经元的NMDARs，而不是海马锥体神经元。这种区域特异性取决于氯胺酮作为通道阻滞剂的使用依赖性、局部神经活动和NMDARs的突触外储池大小。激活海马或灭活LHb神经元交换了氯胺酮敏感性。条件敲除LHb中的NMDARs阻断了氯胺酮的抗抑郁作用，并阻断了氯胺酮引起的全身海马中血清素和脑源性神经营养因子的升高。氯胺酮的主要和次要脑靶点的区别应该有助于设计更精确和有效的抗抑郁治疗（点击阅读）。
2024年8月8日，中国科学院微生物研究所陈义华、吴边及北京生命科学研究所邵峰共同通讯在Science在线发表题为“The β-D-manno-heptoses are immune agonists across kingdoms”的研究论文，该研究发现β-D-manno-庚糖是跨界的免疫激动剂（点击阅读）。
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在现代工业的几乎所有部门，对轻质和坚固材料的需求都在稳步增长。即使将结构材料的重量减少几个百分点，例如，在钢中添加铝或在铝合金中添加锂等轻元素，也可以显著提高能源效率并减少运输应用中的排放。引入空隙可能是最有效和广泛适用的轻量化方法。然而，即使是少数空洞的存在也会严重恶化材料的强度和延展性，这在粉末冶金和增材制造中广泛观察到。空洞通常被视为在制造过程中需要消除的缺陷，并在大多数材料的整个使用寿命中加以防止。类似于其他界面，如晶界，孔洞的表面也可以与位错弹性相互作用。这种相互作用引起的额外强化，对于大孔洞来说可以忽略不计，如果孔洞足够小，则可以变得足够大，以克服孔洞的软化效应。因此，长期以来，人们一直设想通过引入纳米级空隙来增强材料，类似于沉淀硬化或纳米颗粒硬化。然而，由于在合成具有均匀分散纳米空隙的材料方面存在挑战，这类实验研究受到阻碍。辐照可能诱发大量的缺陷，包括纳米空洞或纳米气泡，这些缺陷会使材料变硬，但会严重脆化，因此通常被认为是有害的。纳米孔分散金(NVD)的合成与微观结构（图源自Science ）研究人员成功地制备了具有均匀分散、高密度纳米孔的纯金(Au)。与完全致密的金相比，该材料显示出同时增强的强度和延展性。观察结果表明，纳米空隙可以作为零质量增强成分，用于设计轻质、高性能和“普通”材料。该研究在金中引入非常小的、相对均匀分散的空隙实际上可以增强材料，同时往往会提高延展性。引入孔隙也会降低密度，这表明了一种吸引人的方式来操纵固体的特性。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo7579
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