面向先进功能材料组分多元化（功能互补与协同）、结构轻量化（材料、构件与装备的减重）、微纳米尺寸复合化（兼具小尺寸功能特性与大尺寸的易操控性）的发展趋势，理化所油气中心提出中空微球球壳结构分区设计的理念。通过引入大尺寸空腔结构实现了材料的轻量化。在功能性方面，一方面将具有不同化学组成和功能性的异质球壳结构单元复合，实现中空微球的组分复合化和功能增强。另一方面，将球壳的力学支撑和功能性部分分区设计，通过针对性的选材和结构设计实现低密度和高结构稳定性的结合。进一步地，对功能性部分的结构单元进行针对性调控，利用微米级表面上的纳米结构单元的组成、结晶度、形貌和分布状态的精确控制，实现中空微球功能性的大幅度调控。最终同步实现微球材料轻量化、结构稳定性和功能性提升。

通过上述分区设计和多尺度组装策略，实现了中空微球电、磁和催化等功能性的设计。相关研究工作发表于Journal of Materials Science and Technology（2022, 122, 44-53）、Journal of Materials Chemistry A（2022, 10, 1547-1559）、Small（2023，19，2205735）等国际材料科学杂志。为了在功能强化的同时协同提升中空微球的力学强度（中空结构的稳定性），理化所油气中心进一步提出力学支撑和功能壳层进行分区设计的理念。通过对支撑和功能球壳的分区设计与可控复合，能够在低密度下实现高强度，并且通过对支撑壳层表面的单元组成、形貌、分布状态以及结晶度调控，能够大幅度调控材料的功能性。然而，为继续推动基于该理念的系列化中空微球的构性关系研究与技术开发，分区设计的球壳结构对力学强度和功能性的作用权重及其内在机制亟待进一步明确。

中空微球的双球壳结构对力学和电磁性能的协同作用

近日，油气中心研究团队采用具有Janus双球壳结构的中空微球为模型材料，其中玻璃层和Co层分别作为支撑壳层（内层）和功能壳层（外层），研究了不同Co/玻璃比例对密度、力学强度和电磁功能的影响。通过调控两层间的比例同步调控了中空微球的密度（0.45–0.69 g/cm³）、导电性（8.12–61.8 S/cm)、磁性（36.61–72.28 emu/g）、力学性能（10–40 MPa等静压下体积存活率大于90%）。同时电磁屏蔽和电磁波吸收性能也表现出对壳层结构的依赖性。相关成果以Glass-cobalt Janus shell hollow microspheres: Shell structure dependence of mechanical strength and electromagnetic property为题发表在期刊Chemical Engineering Journal（2024，483，148748）上。文章第一单位是中国科学院理化技术研究所，第一作者为博士生贾倩倩，通讯作者是安振国研究员、张敬杰研究员。研究工作得到了国家自然科学基金委、航天低温推进剂技术国家重点实验室、中国科学院、科技部和理化所的资助。

文章链接：

CEJ：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S138589472400233X

Small：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202205735

JMST：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1005030222002444

JMCA：http://xlink.rsc.org/?DOI=D1TA09021F