易智编译整理了nature上那些脑洞大开的研究，我们一起来看下吧！

一、废塑料、废食物、石油焦炭秒变石墨烯

大多数批量生产的石墨烯采用自上而下的方法，即剥离石墨，通常需要大量的溶剂和高能混合、剪切、超声波或电化学处理。虽然石墨化学氧化成氧化石墨烯会促进剥落，但需要苛刻的氧化剂，在随后的还原步骤之后，石墨烯会出现穿孔结构缺陷。在这项工作中，莱斯大学Rouzbeh Shahsavari教授联合Boris I. Yakobson教授展示了通过快速焦耳加热廉价的碳源（例如煤，石油焦炭，生物炭，炭黑，废弃食品，橡胶轮胎和混合的塑料废料），可以在不到一秒钟的时间内获得g级的石墨烯。该产品以其生产工艺命名为Flash Graphene (FG)，显示了在堆叠的石墨烯层之间的涡轮增压排列。FG合成不需要加热炉，不需要溶剂或反应气体。产量取决于碳源的含量；当使用高碳源，如炭黑、无烟煤或煅烧过的焦炭时，产量可达80%至90%，而碳纯度大于99%。无需任何净化步骤。拉曼光谱分析显示FG存在一个低强度或缺失的D带，这表明FG是石墨烯迄今报道的最低缺陷浓度之一，并证实了FG的涡轮应变堆积，这与涡轮应变石墨有着明显的区别。FG层的无序取向有利于其在复合材料形成过程中混合后迅速剥落。合成FG的电能成本仅为每克7.2千焦，这使得FG适合用于塑料、金属、胶合板、混凝土和其他建筑材料的大块复合材料。该研究以“Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis ”为题目，发表在nature上。

文献链接：

DOI:10.1038/s41586-020-1938-0 

二、细菌产物让空气也能发电

从环境中收集能量为自持系统提供了清洁能源的希望，诸如太阳能电池、热电设备和机械发电机之类的已知技术具有特定的环境要求，这些要求限制了它们的部署位置，并限制了其连续发电的潜力。大气湿度无处不在提供了另一种选择，但是，由于缺乏持续的转换机制，现有的基于水分的能量收集技术只能在周围环境中产生间歇性的，短暂的（短于50秒的）能量爆发。美国麻省理工学院的Derek R. Lovley教授 和Jun Yao教授等人证明了由从硫还原微生物中获得的纳米级蛋白质线制成的薄膜设备可以在环境中产生连续的电力。这些器件在7um厚的薄膜上产生约0.5V的持续电压，电流密度约为每平方厘米17mA。研究发现，这种能量产生的驱动力是当薄膜暴露于空气中自然存在的湿气时在薄膜内形成的自我维持的水分梯度，线性连接多个设备会按比例放大电压和电流，以连接电子设备。结果表明，与其他可持续方法相比，连续性能源收集策略的可行性受到位置或环境条件的限制较小。相关研究以“Power generation from ambient humidity using protein nanowires ”为题发表在Nature上。

文献链接：

DOI: 10.1038/s41586-020-2010-9

三、新型三极管型水滴发电机

人们已经做了大量的努力来从水中获取能量，这些能量以雨滴、波浪、潮汐和其他形式存在。然而，实现高密度的发电是具有挑战性的。传统的水力发电主要采用电磁式发电机，重量大、体积大、效率低下、供水不足。作为替代的基于水滴/固体的摩擦纳米发电机，到目前为止产生的峰值功率密度小于1瓦特每平方米，由于限制界面作用特征的电荷生成和转移发生在固液和液液界面。在这里，香港城市大学的王中林教授等人开发了一种装置，通过使用在铟锡氧化物衬底和铝电极上的聚四氟乙烯薄膜结构，从撞击的水滴中获取能量。研究表明，撞击的水滴在设备上的扩散将最初断开的组件桥接到一个闭环电气系统中，将传统的界面效应转变为体积效应，从而使瞬时功率密度比等效设备提高了几个数量级。该研究以“A droplet-based electricity generator with high instantaneous power density ”为题发表在Nature上。

文献链接：

DOI: 10.1038/s41586-020-1985-6

四、干燥双面胶带，用于粘接湿组织和设备

两个干燥的表面可以通过分子间的作用力，如氢键、静电相互作用和范德华相互作用等，立即粘附在一起。然而，当涉及到身体组织等潮湿表面时，这种瞬间粘附是具有挑战性的，因为水将两个表面的分子分开，阻止了相互作用。虽然组织粘接剂相对于缝合或吻合术有潜在的优势，但现有的液体或水凝胶组织粘接剂存在着粘接力弱、生物相容性差、与组织机械匹配差、黏附形成缓慢等缺陷。在此，美国麻省理工学院的Xuanhe Zhao教授等人提出了一种由生物聚合物(明胶或壳聚糖)和N-氢丁二酰亚胺酯接枝的交联聚(丙烯酸)组成的干双面胶带(DST)的替代组织胶粘剂。这种DST的粘附机制依赖于从组织表面去除界面水，从而导致与表面的快速暂时性交联，随后在组织表面与胺基共价交联，进一步提高了DST的粘附稳定性和强度。体外小鼠、体内大鼠和体外猪模型显示，DST可在5秒内实现不同湿动态组织与工程固体之间的强粘附。DST可用作组织粘合剂和密封剂，并可将可穿戴和可植入式装置附着在湿组织上。相关研究以“Dry double-sided tape for adhesion of wet tissues and devices ”为题发表在Nature上。

文献链接：

DOI:10.1038/s41586-019-1710-5