1)?? 不成功的化學反應方法所具有的價值

Raccuglia P, Elbert K C, Adler P D F, et al. Machine-learning-assisted materials discovery using failed experiments[J]. Nature, 2016, 533(7601): 73.

很多化學反應從未進入過期刊文章的“方法”部分，因為它們被認為是 “不成功的”。然而，這種反應仍能為產(chǎn)物形成所需反應條件的界線提供有價值的信息。Alexander Norquist及同事從實驗室筆記本中抽出了一組這種 “暗反應” (特別是有關模板化的亞硒酸釩之形成的這種反應)，通過化學信息和性能豐富了這方面的數(shù)據(jù)。然后，他們采用用這個暗反應數(shù)據(jù)集訓練過的一個機器學習算法來預測反應結(jié)果。該算法能夠以比人類直覺更大的準確度來預測一個反應是會成功還是失敗。這項研究既顯示了不成功合成反應方法的廣泛傳播所具有的價值，也顯示了利用機器學習來以比傳統(tǒng)手段更快的速度得到潛在合成路徑的可能性。

2)?? 手性等離子體激元金納米粒子的氨基酸及肽指導的合成

Lee H E, Ahn H Y, Mun J, et al. Amino-acid-and peptide-directed synthesis of chiral plasmonic gold nanoparticles[J]. Nature, 2018, 556(7701): 360.

納米制造技術(shù)的進步使手性研究從有機化學中的傳統(tǒng)“鏡像”分子延伸到三維金屬納米結(jié)構(gòu)。與具有手性的有機物類似，這些金屬結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出光學活性，每種鏡像形式與圓偏振可見光的相互作用都不一樣。這種光學活性源于等離子體激元效應，而后者源于結(jié)構(gòu)形態(tài)影響材料中電子振蕩的方式。在本期《自然》中，Ki Tae Nam及其同事展示了一種基于溶液的合成均相高手性金納米粒子并控制其各自毒性的方法，或?qū)槭中詡鞲泻椭鲃邮讲噬@示應用帶來新的機會。

3)?? 催化置換反應打破有機化學合成規(guī)則

Wendlandt A E, Vangal P, Jacobsen E N. Quaternary stereocentres via an enantioconvergent catalytic SN 1 reaction[J]. Nature, 2018, 556(7702): 447.

4)?? 元素周期表誕生150周年

https://www.nature.com/nature/volumes/565/issues/7741

在世界各地的化學實驗室和課堂中隨處可見的元素周期表今年150歲了。當?shù)旅滋乩铩らT捷列夫在1869年發(fā)表第一張元素周期表時，當時的科學界只認識63種元素，而如今已有118種。本期《自然》將走近元素周期表的過去、現(xiàn)在和未來——從門捷列夫之前就存在的原子概念說起，到研究人員擴展該表時所遇到的種種困難；也將深入考察元素排列方式背后的真正組織原則，以及它超越科學疆界的影響力。無論創(chuàng)造新超重元素的未來如何，探索元素特性的腳步絕不會停歇。這種探索深植于門捷列夫留下的寶貴財富，或?qū)⒁I我們發(fā)現(xiàn)更精彩的世界。

1)?? 石墨烯自身從二維結(jié)構(gòu)變成三維結(jié)構(gòu)

Annett J, Cross G L W. Self-assembly of graphene ribbons by spontaneous self-tearing and peeling from a substrate[J]. Nature, 2016, 535(7611): 271.

封面所示為來自一個單層主體石墨烯層的三個 “絲帶”的并行自組裝。20多年前，人們設想石墨烯可被折疊和剪切成有用形式，如一種納米尺度的折紙。在本期Nature上，James Annett 和Graham Cross描述了一個系統(tǒng)，其中單層石墨烯能在穩(wěn)定的熱力學機制驅(qū)動下，通過折疊、滑動和撕破的過程將自身重組成三維結(jié)構(gòu)。當一小片石墨烯被折疊接觸到其本身時，它自然會開始滑動，并在這個過程中撕成一條帶狀結(jié)構(gòu)，就像絲帶一樣。當一個動能能障消除時，這種二維材料能合并成我們更熟悉的三維分層形式。這一發(fā)現(xiàn)有望成為以機械方式促動二維材料的新機制以及將它們組裝成復雜三維架構(gòu)的新方式。

2)?? 遠程磊晶與材料層轉(zhuǎn)移

Kim Y, Cruz S S, Lee K, et al. Remote epitaxy through graphene enables two-dimensional material-based layer transfer[J]. Nature, 2017, 544(7650): 340.

封面所示為通過遠程磊晶重復生產(chǎn)柔性薄膜的藝術(shù)想象圖。磊晶雖然在半導體行業(yè)中被廣泛使用，但其成本仍將這一技術(shù)限制在了少數(shù)幾種材料上。在本期《自然》中，Jeehwan Kim及其團隊提出了一種克服這一限制的可能方法。他們在底物和在其上生長的磊晶層間放置單層石墨烯。石墨烯層不會影響磊晶的生長，但重要的是，它能讓生成的薄膜更容易從底物上脫離，使得底物能被再次利用。這種從底物“復制粘貼”半導體薄膜，并將其轉(zhuǎn)移到人們需要的底物上的技術(shù)，或?qū)⒂兄诠庾訉W上的異質(zhì)結(jié)合與柔性電子器件的發(fā)展。

3)?? 最強鎂合金

Wu G, Chan K C, Zhu L, et al. Dual-phase nanostructuring as a route to high-strength magnesium alloys[J]. Nature, 2017, 545(7652): 80.

封面所示為利用透射電子顯微鏡捕捉到的超強鎂合金薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。這種合金由雙相納米結(jié)構(gòu)造就，強度接近理論極限。納米構(gòu)筑晶態(tài)金屬合金能得到高強度的材料，但隨著應變的增強，這種材料往往會軟化。呂堅及其團隊將納米晶體與單相非晶態(tài)金屬玻璃的優(yōu)勢結(jié)合起來，制備出了一種雙相材料——MgCu2納米晶粒（直徑6 nm）包裹在非晶態(tài)玻璃殼（厚度2 nm）中，得到迄今為止強度最大的鎂合金薄膜。

4)?? 利用分子動力學模擬探測金屬塑性極限

Zepeda-Ruiz L A, Stukowski A, Oppelstrup T, et al. Probing the limits of metal plasticity with molecular dynamics simulations[J]. Nature, 2017, 550(7677): 492.

封面所示為一張錯綜復雜的晶格缺陷（位錯線）網(wǎng)絡，其運動使金屬鉭在壓縮下流動。金屬塑性變形的全動態(tài)原子模擬對計算要求極高，且通常涉及中尺度近似化。本期，Vasily Bulatov及同事展示了對金屬塑性的全動態(tài)原子水平模擬，涉及多達2.68億個原子，每一次這樣的模擬會產(chǎn)生大約2艾字節(jié)的數(shù)據(jù)（1艾字節(jié)=1018字節(jié)）。作者研究發(fā)現(xiàn)，當達到一定極限條件時，位錯便不再能夠緩解機械載荷，而另一種變形機制——變形孿晶則成為代替其動態(tài)響應的主要模式。他們還發(fā)現(xiàn)在這個極限條件以下，金屬的流動應力和位錯密度達到一個穩(wěn)定狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，金屬就像一塊面團一樣可以被無限揉搓。

5)?? 善變的藝術(shù)家

Kim Y, Yuk H, Zhao R, et al. Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials[J]. Nature, 2018, 558(7709): 274.

軟材料可以根據(jù)不同的刺激在不同的3D形狀之間切換，有望應用于機器人學、電子和生物醫(yī)學領域。但是這種形變速度較慢，有時候可能需要幾分鐘才能完成。在本期《自然》中，趙選賀及其同事報告了一種特殊的技術(shù)，利用該技術(shù)制造的軟材料可以在磁場的作用下，在不到一秒的時間內(nèi)實現(xiàn)快速可逆的形變。研究人員使用3D打印技術(shù)將鐵磁性釹鐵硼微粒嵌入硅橡膠基體內(nèi)。通過在打印階段控制微粒的排列，研究人員可以設定打印對象的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)特定的形變，由此制造的材料可以執(zhí)行一系列動作，包括滾動、跳躍和抓住物體。