Matter四周年纪念特刊丨忆往昔，看今朝

以下内容来自主编Steve Cranford特刊社论：

首先，我们有请加州大学洛杉矶分校生物工程系冉冉升起的新星——陈俊教授。 我第一次见到陈教授是在2018年美国材料研究协会秋季大会（MRS Fall 2018）期间，在波士顿的Top of the Hub餐厅举行的创刊发布会上，我们对陈俊教授发出邀稿。陈教授团队以纳米技术和生物电子为基础，以智能织物、可穿戴器件和人体局域网为形式，致力于在能源、传感、环境和医疗领域开展前沿应用研究。尤其是在后疫情时代，应用于生物医学和生命系统界面的材料研究呈指数级增长。 基于此， Matter 将于今年12月在中国苏州举办一场细胞专题研讨会（Cell Symposium），会议重点是生物启发和生物集成材料（BIBIMAT）。我们诚邀该领域的各位专家学者积极提交摘要，共赴盛会。

陈教授第一篇发表于 Matter 的研究文章 “A wireless textile-based sensor system for self-powered personalized health care” 上线于2020年4月，同时这也是高引文章之一（也是我刊2020年高引论文的榜首文章）。此外，陈教授于2021年发表于 Matter 的 “Leveraging triboelectric nanogenerators for bioengineering” 也是当年的热门文章之一。陈教授的主要成果是通过不同的方法（即摩擦电，压电等）将自供电机制集成到生物界面系统中。他在本期特刊发表的文章 “A textile magnetoelastic patch for self-powered personalized muscle physiotherapy” 使用磁驱动贴片，作为中介将肌肉生物力学活动转换为电信号，有效地使用新型功能材料将“运动”转换为“数字信号”输入，并在不需要外部电源的情况下用于并行实时分析（跟踪康复过程），有效地扩充了智能织物的应用领域。

A wireless textile-based sensor system for self-powered personalized health care

Leveraging triboelectric nanogenerators for bioengineering

A textile magnetoelastic patch for self-powered personalized muscle physiotherapy

接下来，我们有请北卡罗莱纳州立大学化学与生物分子工程系特聘杰出学者兼Camille & Henry Dreyfus教授——Michael Dickey。 Dickey小组正在研究新的方法来设计、驱动和控制软材料，如凝胶、聚合物，特别是液态金属。Michael Dickey联合唐诗杨教授（伯明翰大学）和李卫华教授（伍伦贡大学）向 Matter 的第一批特别文章提交了一篇文章，我们于11月26日开放了在线投稿入口，而他们的稿件于11月28日提交（可谓是詹姆斯·邦德式的投稿#007）。经过评议，这是我们第一次正式接受从头提交（de novo submission）的论文，后以  “Phase separation in liquid metal nanoparticles” 发表于 Matter 的创刊号中。Dickey教授向我刊投递了多篇优秀的文章，此外，我们还有幸邀请到Dickey教授于2022年10月在NCSU主持了我们的第一场 Matter LabLinks——“用于未来设备器件的柔性，可拉伸和液体材料”， 这不仅对于所有与会者而言是一项极其成功的活动，我们还借此机会了解到Dickey教授是复古街机游戏的痴迷者。

Phase separation in liquid metal nanoparticles

在本期特刊中，Dickey教授与来自天津大学的黄仁亮教授和齐崴教授合作发表了一项最新研究 “Metallic gels for conductive 3D and 4D printing” 。凝胶是一种半固体，具有从柔软到坚硬的特性。然而在这里，金属凝胶由铜颗粒组成，由液态金属（EGaIN）连接，并形成了一种钟摆网络，将网络与水结合以控制其流变性能。这些结果本身就很有趣，且进一步研究证明，金属凝胶可以进行3D打印（能够形成复杂的形状）、导电、甚至可以触发改变形状（即获得4D效果或进行时间控制）。有价值的新材料在工程师眼中视为珍宝，这些金属凝胶的潜在应用范围十分广泛，包括在机器人、传感器以及柔性计算机等方面。

Metallic gels for conductive 3D and 4D printing

我们的第三位受邀者是来自西北大学化学与生物工程系主任Randall Snurr教授。 Snurr教授团队专注于结构纳米多孔材料（如mof和沸石）在吸附分离、催化、膜工程、传感和能量存储等应用领域的研究，并成功将基础化学与实际应用相结合，同时是无缝结合实验和计算方法（计算化学和机器学习）的典型代表。Snurr教授在 Matter 发表的首篇稿件是为Moghadam等人的文章 “Structure-mechanical stability relations of metal-organic frameworks via machine learning” 进行评述，该评述刊登于我刊2019年7月的第一期上。因此，当Snurr教授在 Matter 上正式发表第一篇研究型论文—— “Machine learning the quantum-chemical properties of metal–organic frameworks for accelerated materials discovery” 涉及了相同的领域也便“不足为奇”。该文章发表于2021年5月刊上，是当年高引文章之一。在该工作中，Snurr教授团队建立了数千种MOFs的量子力学特性数据库QMOF（https://materialsproject.org/mofs）。

值得注意的是，这篇论文的第一作者Andrew Rosen，于美国西北大学取得博士学位后（师承Snurr教授与Justin Notestein教授，同样也是QMOF一文中的共同作者），入站加州大学伯克利分校做博士后，并在今年于 Matter 发表的观点论文 “Reflections in search of faculty positions”  中分享了他寻求终身教职的见解。让我们期待Rosen在未来的精彩表现。

Structure-mechanical stability relations of metal-organic frameworks via machine learning

Machine learning the quantum-chemical properties of metal–organic frameworks for accelerated materials discovery

Reflections in search of faculty positions

在本期特刊中，Snurr教授与William Dichtel教授（同样来自美国西北大学）合作发表了 “Defect engineering of porous aromatic frameworks via end capping improves dioxane removal from water.”  一文。与流行的MOFs材料类似，多孔芳香框架材料（PAFs）是一种纳米多孔聚合物网络，可以作为吸附分离和催化的设计型分子筛。通常，这些体系的化学设计具有周期性结构和定制的功能基团，用于吸附和/或催化反应。本文中，通过缺陷工程的巧妙移动，无序被转化成为一种优势——一种共聚单体被引入到PAF中，破坏交联并产生结构缺陷。这些缺陷反过来又产生了独特吸附位点的产生。这些发现为利用缺陷工程来控制PAFs的吸附性能提供了一种方法，使其在环境修复中具有更为广泛的应用。进一步，通过结合其他化学手段，该方法还可丰富其跨多种应用的潜在设计空间。正如大家在软件开发中所经常调侃的：It’s not a bug, it’s a feature！

Defect engineering of porous aromatic frameworks via end capping improves dioxane removal from water

最后，让我们一起隆重欢迎来自清华大学化学工程系的张强教授。 张教授是我们在2018年最初设立编委会时首批邀请的期刊顾问编委之一。他于2019年8月在我刊第二期上发表综述文章—— “Artificial interphases for highly stable lithium metal anode” ，是我刊有史以来引用次数最多的综述文章！张强教授课题组致力于能源材料及相关化学工程科学的研究，特别是开发创新型高容量电极材料并揭示其工作机理。张教授团队致力于解决电池发展过程中的问题，尤其是锂离子电池研究领域中的诸多持续性挑战，包括快速充电方法、电解质成分、稳定性（例如，结构降解和枝晶减缓）和相界面现象（例如，离子传输）。张教授团队的研究成果不仅推动了性能指标（例如，循环次数），还能够探究其内在的化学和材料现象。

Artificial interphases for highly stable lithium metal anode

在本期特刊中，张教授和他的同事在 “Inhibiting gas generation to achieve ultra-long lifespan lithium-ion batteries at low temperatures” 一文中专注于锂电池（LIBs）的低温性能。由于LIBs通常使用液态电解质，那么一旦操作条件低于冰点温度，就可能会出现重大问题。目前缓解温度影响的解决方案主要包括精准化学合成低温溶剂（LTS）和互补固体电解质界面（SEI）。在此，将低凝固点酯（乙酸乙酯）引入到基于LiPF6的高浓度电解质（基于EA的HCE）中，以成功抑制通常发生的气体形成。除了锂离子电池，刻意抑制副反应的策略也可以应用于其他电化学应用（如催化反应或其他非锂离子电池）。

Inhibiting gas generation to achieve ultra-long lifespan lithium-ion batteries at low temperatures

当然，上述四位作者只是我们过去四年合作的研究者中的很一小部分。话虽如此，这四位PI的研究范围从可穿戴的柔性电子设备（陈俊教授），到用于智能材料和机器人的液态金属和软物质开发（Dickey教授），从可用于吸附、催化和膜工程的纳米多孔材料和MOFs材料（Snurr教授）到电池/能源材料（张强教授），这充分反映了材料科学的跨学科特性。事实上，要想清晰了解 Matter 的全貌，我们必须罗列出数百位作者。

现如今， Matter 即将步入第五个年头，我们诚挚希望能够承接过往佳绩，继续在材料科学界大步迈进。回顾先前研究范畴，并与当前问题和挑战相比较，无论是对于文中这四组范例还是对于整个材料科学，都是十分有趣。其中，有些问题我们已经很好地“解决”了（从相对较好理解的意义上说），然而我们仍面临着一些重大挑战（例如，锂电池中恼人的锂枝晶）。科学可以被看作是确定性的，是一个永无止境的因（回顾过去）果（向前发展）链。

最后， Matter 愿与众期刊一同，发挥引导科学进步的功能，作“因”即科学记录的储存库。忆往昔，四年佳作颇丰；看今朝，踔厉奋发图强。

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