Strain sensors based on individual ZnO piezoelectric fine-wires (PFWs; nanowires, microwires) have been fabricated by a simple, reliable, and cost-effective technique. The electromechanical sensor device consists of a single electrically connected PFW that is placed on the outer surface of a flexible polystyrene (PS) substrate and bonded at its two ends. The entire device is fully packaged by a polydimethylsiloxane (PDMS) thin layer. The PFW has Schottky contacts at its two ends but with distinctly different barrier heights. The I−V characteristic is highly sensitive to strain mainly due to the change in Schottky barrier height (SBH), which scales linear with strain. The change in SBH is suggested owing to the strain induced band structure change and piezoelectric effect. The experimental data can be well-described by the thermionic emission−diffusion model. A gauge factor of as high as 1250 has been demonstrated, which is 25% higher than the best gauge factor demonstrated for carbon nanotubes. The strain sensor developed here has applications in strain and stress measurements in cell biology, biomedical sciences, MEMS devices, structure monitoring, and more.

We have applied the perturbation theory for calculating the piezoelectric potential distribution in a nanowire (NW) as pushed by a lateral force at the tip. The analytical solution given under the first-order approximation produces a result that is within 6% from the full numerically calculated result using the finite element method. The calculation shows that the piezoelectric potential in the NW almost does not depend on the z-coordinate along the NW unless very close to the two ends, meaning that the NW can be approximately taken as a "parallel plated capacitor". This is entirely consistent to the model established for nanopiezotronics, in which the potential drop across the nanowire serves as the gate voltage for the piezoelectric field effect transistor. The maximum potential at the surface of the NW is directly proportional to the lateral displacement of the NW and inversely proportional to the cube of its length-to-diameter aspect ratio. The magnitude of piezoelectric potential for a NW of diameter 50 nm and length 600 nm is ∼0.3 V. This voltage is much larger than the thermal voltage (∼25 mV) and is high enough to drive the metal−semiconductor Schottky diode at the interface between atomic force microscope tip and the ZnO NW, as assumed in our original mechanism for the nanogenerators.

Using phosphorus-doped ZnO nanowire (NW) arrays grown on silicon substrate, energy conversion using the p-type ZnO NWs has been demonstrated for the first time. The p-type ZnO NWs produce positive output voltage pulses when scanned by a conductive atomic force microscope (AFM) in contact mode. The output voltage pulse is generated when the tip contacts the stretched side (positive piezoelectric potential side) of the NW. In contrast, the n-type ZnO NW produces negative output voltage when scanned by the AFM tip, and the output voltage pulse is generated when the tip contacts the compressed side (negative potential side) of the NW. In reference to theoretical simulation, these experimentally observed phenomena have been systematically explained based on the mechanism proposed for a nanogenerator.

We have investigated the behavior of free charge carriers in a bent piezoelectric semiconductive nanowire under thermodynamic equilibrium conditions. For a laterally bent n-type ZnO nanowire, with the stretched side exhibiting positive piezoelectric potential and the compressed side negative piezoelectric potential, the conduction band electrons tend to accumulate at the positive side. The positive side is thus partially screened by free charge carriers while the negative side of the piezoelectric potential preserves as long as the donor concentration is not too high. For a typical ZnO nanowire with diameter 50 nm, length 600 nm, donor concentration ND = 1 × 1017 cm−3 under a bending force of 80 nN, the potential in the positive side is <0.05 V and is approximately −0.3 V at the negative side. The theoretical results support the mechanism proposed for a piezoelectric nanogenerator. Degeneracy in the positive side of the nanowire is significant, but the temperature dependence of the potential profile is weak for the temperature range of 100−400 K.

Using a two-end bonded ZnO piezoelectric-fine-wire (PFW) (nanowire, microwire) on a flexible polymer substrate, the strain-induced change in I−V transport characteristic from symmetric to diode-type has been observed. This phenomenon is attributed to the asymmetric change in Schottky-barrier heights at both source and drain electrodes as caused by the strain-induced piezoelectric potential-drop along the PFW, which have been quantified using the thermionic emission−diffusion theory. A new piezotronic switch device with an "on" and "off" ratio of ∼120 has been demonstrated. This work demonstrates a novel approach for fabricating diodes and switches that rely on a strain governed piezoelectric-semiconductor coupling process.

Highly porous, conductive Si-CNT sponge-like structures with a large areal mass loading are demonstrated as effective Li-ion battery anode materials. Nanopore formation and growth in the Si shell has been identified as the primary failure mode of the Si-CNT sponge anode, and the formation of such nanopores can be minimized by tuning the cutoff voltages. In conjunction with experiments, a theoretical analysis was carried out to explain the pore formation mechanism. Detailed facts of importance to specialist readers are published as "Supporting Information". Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Hepatitis B virus (HBV) infection remains a major global health concern, necessitating the development of sensitive and reliable diagnostic methods. In this study, we propose a novel approach to enhance the sensitivity of HBV DNA detection by leveraging a concentration imbalance-driven DNA circuit (CIDDC) as an operational amplifier, coupled with a hybridization-responsive DNA-templated silver nanocluster (DNA-AgNCs) nanoprobe named Q·C6-AgNCs. The CIDDC system effectively converts and amplifies the input HBV DNA into an enriched generic single-stranded DNA output, which subsequently triggers the fluorescence of the DNA-AgNCs reporter upon hybridization, generating a measurable signal for detection. By incorporating the DNA circuit, we not only achieved enhanced sensitivity with a lower detection limit of 0.11 nM but also demonstrated high specificity with single-base mismatch discriminability for HBV DNA detection. Additionally, this mix-and-detect assay format is simple, user-friendly, and isothermal. This innovative strategy holds promise for advancing molecular diagnostics and facilitating the effective management of HBV-related diseases.

Structural color, renowned for its enduring vibrancy, has been extensively developed and applied in the fields of display and anticounterfeiting. However, its limitations in brightness and saturation hinder further application in these areas. Herein, we propose a pendant evaporation self-assembly method to address these challenges simultaneously. By leveraging natural convection and Marangoni flow synchronization, the self-assembly process enhances the dynamics and duration of colloidal nanoparticles, thereby enhancing the orderliness of colloidal photonic crystals. On average, this technique boosts the brightness of structural color by 20% and its saturation by 35%. Moreover, pendant evaporation self-assembly is simple and convenient to operate, making it suitable for industrial production. We anticipate that its adoption will remarkably advance the industrialization of structural color, facilitating its engineering applications across various fields, such as display technology and anticounterfeiting identification.

Flexible electronics have attracted increasing attention and are extensively used in medical care and health monitoring applications. However, research on their applications in low-temperature environments is limited, mainly owing to material intrinsic limitation. In this work, a cryogenic pressure sensor using low-melting (−71 °C) ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM]BF4) is fabricated via the template removal method. The sensor unit can function at temperatures ranging from −50 to 30 °C, with improved sensing performance at lower temperatures. At −50 °C, it demonstrates an ultralow detection limit of 0.5 Pa and a high sensitivity of 2.0 × 10 5 Ω/kPa, thereby enabling the detection of dynamic pressure loads with different frequencies (0.2 to 2 Hz) and waveforms (sine and triangle). Subsequently, these units are integrated into a 3 × 3 array and embedded into a bionic thumb. The sensor can accurately identify up to 9 independent touch points and recognize dynamic sliding with velocities in the range of 0.31 to 4.42 cm/s at an extremely low temperature (−50 °C), thus demonstrating remarkable multitouch and sliding trajectory recognition capabilities. Furthermore, the proposed sensor unit is expected to contribute to the research on the human–machine interface of space suits.

To address the inherent limitations of conventional carbon nanotubes (CNTs), such as their tendency to agglomerate and scarcity of catalytic sites, the development of branched carbon nanotubes (BCNTs) with a unique hierarchical structure has emerged as a promising solution. Herein, gram scale quantities of densely branched and structurally consistent Ni-Fe decorated branched CNTs (Ni-Fe@BCNT) have been prepared. This uniform and densely branched architecture ensures excellent dispersibility and superior electrical conductivity. Additionally, each branched tip is equipped with Ni-Fe particles, thereby providing numerous catalytic sites which endow them with exceptional catalytic activity for the conversion of polysulfides. The polypropylene (PP) separator modified with Ni-Fe@BCNT interlayer is fabricated as a multifunctional barrier for Li-S batteries. The experimental results demonstrate that Ni-Fe@BCNT interlayer can effectively suppress the shuttle effect of polysulfides and enhance their redox kinetics. The outstanding catalytic ability of Ni-Fe@BCNT interlayer enables batteries with high specific capacities, outstanding rate performance, and remarkable cycling stability. This approach proposed in this work paves a new path for synthesizing BCNTs and shows great potential for scaling up the production of BCNTs to address more demanding applications.