近期，上理工太赫兹技术创新研究院在庄松林院士带领下取得最新研究进展，在国际顶级期刊发表两篇高水平论文。
其中，庄院士团队与上海大学、石家庄铁道大学研究人员合作，在材料浸润性研究方面取得了最新进展，发现压力刺激能够可逆调控材料表面的“亲水性—疏水性”转换，并且首次提出了“压湿效应”。研究成果《表面曲率调控的可逆亲疏水性相变》已发表在国际顶级期刊(top-rank journal)《The Journal of Physical Chemistry Letters》[J. Phys. Chem. Lett., 9, 2346 (2018)]，该期刊为JCR一区。早期的材料浸润性研究普遍聚焦于合成特定亲疏水性所需的基底材料。而基于理论模拟研究，团队成员发现在不改变基底材料的情况下，仅通过施加压力改变材料曲率大小，就可以实现“亲水性—疏水性”的可逆转换。基于该机理，研究人员进一步提出了新的浸润性相变方程，用于定量计算引起材料表面“亲水—疏水”相变所需的材料曲率。此研究成果有望开辟具有“压湿效应”的新功能材料领域，同时促进“生物大分子如何在水溶液中行使生物功能”这一科学问题的深入理解，该研究成果有望进一步应用于太赫兹生物学领域。
压湿效应数据图
此外，庄院士团队还与密歇根州立大学、新光电二维材料磷墨稀(Phosphorene)创始人David Tománek教授合作，首次揭示了钾电池中离子微观动力学行为。相关研究成果《钾离子石墨插层化合物形成动力学的第一性原理研究》发表在应用物理旗舰刊物《Physical Review Applied》上[Phys. Rev. Appl. 9, 044015 (2018)]。该刊物是物理类1区期刊，美国物理协会(American Physical Society)旗下唯一应用物理综合性期刊，每年仅刊载200多篇论文。根据团队前期进行的新型碱金属离子电极的实验研究显示，碱金属离子“嵌入—脱嵌”的微观特性是提升电池性能的核心。因此，团队系统地研究了石墨电极的钾离子嵌入、脱嵌入具体路径与运动方式等微观动力学行为，定量给出了钾离子在电极中嵌入、脱嵌的时间尺度（皮秒量级），并且揭示了钾离子动力学相关的特性。进一步深入研究发现钾离子在石墨电极中的扩散势垒为0.7 eV，对应于太赫兹光子能量为169 THz，表明相应频段电磁场可能影响钾离子的动力学行为。这些研究成果为高性能钾离子电池设计与研究提供了重要的理论支撑。
钾电池离子微观动力学模型
《表面曲率调控的可逆亲疏水性相变》论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.8b00749
《钾离子石墨插层化合物形成动力学的第一性原理研究》论文链接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.9.044015