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1. A multiscale study on the effect of compression on lithium-ion battery separators
压缩对锂离子电池隔膜影响的多尺度研究
翻译：李红刚
图1 锂离子电池在压缩下的多尺度研究过程
Xu J, Zhu L, Xiao L, et al. A multiscale study on the effect of compression on lithium-ion battery separators, electrode layers, and battery level in lithium-ion batteries, Journal of Energy Storage 2022; 54: 105255.
2. Micro-CT based trans-scale damage analysis of 3D braided composites with pore defects
基于微CT对带孔缺陷的3D编织复合材料开展的跨尺度损伤分析
制造过程中产生的孔隙缺陷对3D编织复合材料的力学性能有明显的影响，该文提出了一种与微CT相结合的跨尺度方法，研究了具有孔隙缺陷的3D编织复合材料的强度和损伤行为。首先通过微CT测量并重建孔缺陷和纱线。然后，基于微CT数据建立跨尺度有限元模型，并应用渐进损伤模型和内聚区模型模拟了编织复合材料的损伤行为。通过微观尺度分析预测纱线的有效性能，然后转移到中尺度分析。中尺度有限元模型可有效预测应力-应变响应。结果发现损伤出现在孔隙缺陷周围，然后扩展到基体中的薄弱区域。在不同的负载条件下，界面特性对纱线和编织复合材料有不同的影响。该研究方法能捕捉孔隙特征，并能有效预测考虑孔隙缺陷的3D编织复合材料的拉伸行为。
图2（a）三维几何重建：四个方向的纱线；（b）较大的纱内CT切片和空隙；（c）试验和模拟得到的应力-应变曲线；（d）试样的最终拉伸破坏视图。
[1] Ge L, Li H, Zhong J, Zhang C, Fang D. Micro-CT based trans-scale damage analysis of 3D braided composites with pore defects. Compos. Sci. Technol. 2021; 211: 108830.
3. Thermoelastic Phase Analysis (TPA): a new method for fatigue behaviour analysis of steels
热弹性相位分析法（TPA）：一种用于金属疲劳预测的新方法
翻译：李爱家
近年来，已经有大量的文献在疲劳热成像法的基础上对金属材料的疲劳极限和疲劳寿命曲线作了预测，然而这种基于试样表面温度的方法存在一定的局限性，比如马氏体钢、焊接接头和铝合金需要高性能的加载和观测设备以观测温度场变化。为此，该文提出了一种基于热弹性相位分析的疲劳极限预测方法，能够适用于大部分金属材料并降低试验工作量和数据分散性。这种方法的基本原理是建立热弹性响应相位与热源的联系，进而分析疲劳加载过程中与损伤相关的能量耗散现象，最后根据经验公式预测材料的疲劳极限。对于试验方法，作者搭建了一套包含了疲劳试验机、热像仪、红外差分相机和信号处理系统的试验设备，用于精准捕捉加载过程中的温度场响应，如图3（a）所示。关于试验处理方法，研究人员在热成像数据的基础上计算了不同载荷下的热弹性相位，使用两段经验函数拟合求解了材料的疲劳极限预测值，如图3（b）所示。预测结果表明，疲劳极限的预测效果较好，方法能够适用于大部分金属材料，能够显著降低试验工作量。
图3. （a） 试验设备；（b）基于热弹性相位-载荷数据拟合预测疲劳极限
Palumbo D, Galietti U. Thermoelastic Phase Analysis (TPA): a new method for fatigue behaviour analysis of steels. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2017.
4. A kirigami-inspired island-chain design for wearable moistureproof perovskite solar cells with high stretchability and performance stability
受剪纸工艺启发的高拉伸性与性能稳定性钙钛矿太阳能电池岛桥结构设计
钙钛矿太阳能电池凭借其低成本、高效率与出色的机械灵活性，在光伏领域迅速崛起，然而其操作稳定性与机械柔韧性仍是限制其商业应用的一大问题。在该文中，笔者受剪纸工艺启发，设计了一种独特的蛇形连接的岛桥结构，从而防止了电池的光活性层承载过大的应力。值得关注的是，这是柔性钙钛矿太阳能电池首次满足高可拉伸性与高机械稳定性这一需求。如图4所示，黄色区域为金电极，每一块电池呈阵列分布，同时在顶部与底部设计了聚合物层封装。整个蛇形互联结构通过刻蚀ITO-PET基底实现，这样获得的导线连接不仅具有良好的导电性，电阻率远低于焊接结构，同时消除了接触点与拉伸产生的裂纹对电子传输的阻碍。该文通过有限元方法分析了蛇形导线在拉伸过程中的受力情况，由于蛇形互联线被拉伸时，弯曲部分会发生扭曲，曲率半径发生变化，因此切向力也会很大。有限元结果表明，当拉伸应变达到80%时，结构转角处的最大红色应力最小，当应变超过140%时，红色应力集中区域增加，当蛇形线拉伸为直线时，将严重破坏导电层。结合该分析，该文对于获得的岛桥结构柔性钙钛矿太阳能电池进行了循环拉伸试验，结果表明在80%的拉伸应变下循环300次后，电池仍具有较高且稳定的输出功率，保持原初始效率的87%。与此同时优化后的FPSCs还具有优越的耐潮湿稳定性。由此可见该岛桥结构柔性钙钛矿太阳能电池可作为与纺织品兼容的电源，其可拉伸、防潮特性为可穿戴电子产品的长续航时间开辟了新途径。
图4.（a）岛桥结构柔性钙钛矿太阳能电池示意图；（b）实物图；（c）蛇形互联衬底结构；（d)蛇形结构拉伸状态下应力云图；(e) 随拉伸应变量增加电阻率增加情况；（f）钙钛矿内部结构；（g）优化前后光电性能对比。
Qi J, Xiong H, Hou C, Zhang Q. A kirigami-inspired island-chain design for wearable moistureproof perovskite solar cells with high stretchability and performance stability. Nanoscale. 2020; 12: 3646.
5. Robust Hydrogel Adhesion by Harnessing Bioinspired
Interfacial Mineralization
利用仿生界面矿化实现强力水凝胶粘附
水凝胶集成器件在生物医学、机器人和柔性电子等领域具有广阔的应用前景，然而，实现水凝胶与各种基质材料的强力粘接仍然极具挑战性。该研究受软骨-骨关节自然结构（图5（a））的启发，提出一种生物矿化策略，即在水凝胶与基质中分别引入阳离子和阴离子，通过离子扩散和随后的矿物沉积构建生物矿化过渡层实现强界面粘附（图5（b））。分别对有无界面矿化的水凝胶接头进行了搭接剪切测试，试验结果显示（图5（c）），界面矿化后的水凝胶接头粘附强度远大于无界面矿化的对照组，即界面矿化有效提升了界面粘附能力。此外，该策略还在单电极摩擦电纳米发电机（TENG）中得到应用，水凝胶与弹性体之间的强力界面保证了信号传输的稳定性与可靠性。该工作为界面强化提供了一定启发。
图5.（a）软骨-骨矿化界面示意图；（b）水凝胶-基板界面矿化机制示意图；（c）水凝胶接头搭接剪切力-位移曲线；（d）水凝胶接头承受弯曲、拉伸载荷及界面处SEM、EDS能谱图。
J. Zhang, Y. Wang, J. Zhang, et al., Robust Hydrogel Adhesion by Harnessing Bioinspired Interfacial Mineralization, Small (2022) 2201796.
6. Stretchable Optical Sensing Patch System Integrated Heart Rate, Pulse Oxygen Saturation, and Sweat pH Detection
集成心率，血氧饱和度以及汗液pH值检测功能的可拉伸光学传感贴片系统
翻译：强钰钊
针对诸如心率（HR）、血氧饱和度、以及汗液pH值等重要生理指标的持续监测在医疗护理、疾病监测以及健身与运动训练中有着非常广泛的应用。在这项研究中，开发了一个用于实时连续无创监测心率、和汗液pH值，并将传感数据通过蓝牙传输到智能手机上的可拉伸的光学传感贴片系统。该传感贴片系统在铺设在柔性基底上的光学传感器和具有无线功能的微控制器芯片之间采用了蛇形可拉伸互联结构。该文作者通过在商用血氧传感器表面涂上一层对pH敏感的有机改性硅酸盐薄膜来实现的pH感测功能，实现了用一个传感器同时测量心率、血氧和汗液pH的功能。该研究为评估该传感器贴片系统而进行了实时人体评估显示了其出色的可重复性和适用性。该传感器贴片系统可以承受高达35%的延伸，并在酸碱度pH值4.0到8.0之间表现出4.42mV/pH的灵敏度，同时在心跳频为率25到250 b/min之间的检测精度，以及在70%到100%的血氧饱和度检测精度分别为±1 b/min和±2%。研究结果表明柔性基底上的单个光学传感器在实现了三重传感功能的同时与人体保持良好的接触。
图6. 可拉伸光学传感贴片系统概览. (a)光学传感贴片系统照片 (b) 涂有pH敏感膜的SFH7050装置的示意图，该装置具有感知心率、SpO2和汗液pH的能力 (c) 传感器贴片系统的系统级框图 (d) 贴合于皮肤表面用于测量心率、SpO2和汗液pH值的三重功能传感器示意图
G. Wang et al., "Stretchable Optical Sensing Patch System Integrated Heart Rate, Pulse Oxygen Saturation, and Sweat pH Detection," in IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 66, no. 4, pp. 1000-1005, April 2019, doi: 10.1109/TBME.2018.2866151.
