Significance Some biological creatures have astonishing photonic structures to exhibit a thermal regulation ability. Taking inspiration from the brilliantly golden longicorn beetles, we demonstrate a bioinspired design of flexible hybrid photonic films for achieving efficient passive radiative cooling. Resonant polar dielectric microsphere particles were introduced into polydimethylsiloxane with photonic architectures to enhance the visible to near-infrared reflectivity and the midinfrared emissivity, enabling considerable subambient temperature drops under direct sunlight. This work paves the way toward radiative cooling technology based on photonic radiators with high performance and large-scale production, showing great potential for energy savings and efficient power generation.

Abstract Passive radiative cooling technology can cool down an object by reflecting solar light and radiating heat simultaneously. However, photonic radiators generally require stringent and nanoscale‐precision fabrication, which greatly restricts mass production and renders them less attractive for large‐area applications. A simple, inexpensive, and scalable electrospinning method is demonstrated for fabricating a high‐performance flexible hybrid membrane radiator (FHMR) that consists of polyvinylidene fluoride/tetraethyl orthosilicate fibers with numerous nanopores inside and SiO 2 microspheres randomly distributed across its surface. Even without silver back‐coating, a 300 µm thick FHMR has an average infrared emissivity >0.96 and reflects ≈97% of solar irradiance. Moreover, it exhibits great flexibility and superior strength. The daytime cooling performance this device is experimentally demonstrated with an average radiative cooling power of 61 W m −2 and a temperature decrease up to 6 °C under a peak solar intensity of 1000 W m −2 . This performance is comparable to those of state‐of‐the‐art devices.

Since material properties are structure-dependent, new and interesting properties are expected from unusual or complex structures. Biomorphic mineralization is a technique that produces materials with morphologies and structures resembling those of nature living things, through employing bio-structures as templates for mineralization. The products, biomorphic materials, combine natural geometry with synthetic material chemistry. Fundamental information along with recent advances in biomorphic mineralization and biomorphic materials are provided in this review through discussions on the following aspects: biomorphic materials produced through synthesis or assembly using a range of templates including biomolecules, microorganisms, plants and animals; processing methods and mechanisms of biomorphic mineralization; properties and emerging applications of biomorphic materials in multiple areas including electronics, magnetics, photonics, biotech, sensing, and filtration. The potential of various natural structures for biomimicking to produce advanced materials will be also discussed. We conclude by making a prospect on biomorphic mineralization and biomorphic material, which is the product of close conversations between human and nature and the product of close co-operation between scientists from diverse fields.

Graphene-based mixed-dimensional materials hybridization is important for a myriad of applications. However, conventional manufacturing techniques face critical challenges in producing arbitrary geometries with programmable features, continuous interior networks, and multimaterials homogeneity. Here we propose a generalized three-dimensional (3D) printing methodology for graphene aerogels and graphene-based mixed-dimensional (2D + nD, where n is 0, 1, or 2) hybrid aerogels with complex architectures, by the development of hybrid inks and printing schemes to enable mix-dimensional hybrids printability, overcoming the limitations of multicomponents inhomogeneity and harsh post-treatments for additives removal. Importantly, nonplanar designed geometries are also demonstrated by shape-conformable printing on curved surfaces. We further demonstrate the 3D-printed hybrid aerogels as ultrathick electrodes in a symmetric compression tolerant microsupercapacitor, exhibiting quasi-proportionally enhanced areal capacitances at high levels of mass loading. The excellent performance is attributed to the sufficient ion- and electron-transport paths provided by the 3D-printed highly interconnected networks. The encouraging finding indicates tremendous potentials for practical energy storage applications. As a proof of concept, this general strategy provides avenues for various next-generation complex-shaped hybrid architectures from microscale to macroscale, for example, seawater desalination devices, electromagnetic shielding systems, and so forth.

Abstract Highly efficient conductors are strongly desired because they can lead to higher working performance and less energy consumption in their wide range applications. However, the improvements on the electrical conductivities of conventional conductors are limited, such as purification and growing single crystal of metals. Here, by embedding graphene in metals (Cu, Al, and Ag), the trade‐off between carrier mobility and carrier density is surmount in graphene, and realize high electron mobility and high electron density simultaneously through elaborate interface design and morphology control. As a result, a maximum electrical conductivity three orders of magnitude higher than the highest on record (more than 3,000 times higher than that of Cu) is obtained in such embedded graphene. As a result, using the graphene as reinforcement, an electrical conductivity as high as ≈117% of the International Annealed Copper Standard and significantly higher than that of Ag is achieved in bulk graphene/Cu composites with an extremely low graphene volume fraction of only 0.008%. The results are of significance when enhancing efficiency and saving energy in electrical and electronic applications of metals, and also of interest for fundamental researches on electron behaviors in graphene.

Abstract Stretching elastic materials containing nanoparticle lattices is common in research and industrial settings, yet our knowledge of the deformation process remains limited. Understanding how such lattices reconfigure is critically important, as changes in microstructure lead to significant alterations in their performance. This understanding has been extremely difficult to achieve due to a lack of fundamental rules governing the rearrangements. Our study elucidates the physical processes and underlying mechanisms of three-dimensional lattice transformations in a polymeric photonic crystal from 0% to over 200% strain during uniaxial stretching. Corroborated by comprehensive experimental characterizations, we present analytical models that precisely predict both the three-dimensional lattice structures and the macroscale deformations throughout the stretching process. These models reveal how the nanoparticle lattice and matrix polymer jointly determine the resultant structures, which breaks the original structural symmetry and profoundly changes the dispersion of photonic bandgaps. Stretching induces shifting of the main pseudogap structure out from the 1st Brillouin zone and the merging of different symmetry points. Evolutions of multiple photonic bandgaps reveal potential optical singularities shifting with strain. This work sets a new benchmark for the reconfiguration of soft material structures and may lay the groundwork for the study of stretchable three-dimensional topological photonic crystals.

High-radio-frequency (RF) conductivity is required in advanced electronic materials to reduce the electromagnetic loss and power dissipation of electronic devices. Graphene/copper (Gr/Cu) multilayers possess higher conductivity than silver under direct current conditions. However, their RF conductivity and detailed mechanisms have rarely been evaluated at the micro scale. In this work, the RF conductivity of copper–copper (P-Cu), monolayer-graphene/copper (S-Gr/Cu), and multilayer-graphene/copper (M-Gr/Cu) multilayer structures were evaluated using scanning microwave impedance microscopy (SMIM) and dielectric resonator technique. The results indicated that the order of RF conductivity was M-Gr/Cu < P-Cu < S-Gr/Cu at 3 GHz, contrasting with P-Cu < M-Gr/Cu < S-Gr/Cu at DC condition. Meanwhile, the same trend of M-Gr/Cu < P-Cu < S-Gr/Cu was also observed using the dielectric resonator technique. Based on the conductivity-related Drude model and scattering theory, we believe that the microwave radiation can induce a thermal effect at S-Gr/Cu interfaces, leading to an increasing carrier concentration in S-Gr. In contrast, the intrinsic defects in M-Gr introduce additional carrier scattering, thereby reducing the RF conductivity in M-Gr/Cu. Our research offers a practical foundation for investigating conductive materials under RF conditions.

Controlling the placement of dopants can significantly tailor graphene's properties, but this process is influenced by copper substrates during vapor deposition. Understanding the influence of interfacial atomic structures on the preference for dopant locations is crucial. In this work, we conducted a systematic first-principles study of boron- and nitrogen-doped graphene on copper {111}, considering both sublattice and superlattice configurations. Our calculations revealed that the formation energy is minimized at the top-fccb site (−0.60 eV) for boron and the hcp-fcca site (1.94 eV) for nitrogen, suggesting a possible selective distribution of dopants in both sublattice and superlattice arrangements at the graphene/copper interface. Furthermore, a lower formation energy indicates a higher release of energy during doping, resulting in a stronger interfacial binding. Since formation energy is closely associated with out-of-plane interactions, while in-plane interactions remain relatively stable, these differences offer potential avenues for modifying dopant distribution at graphene/copper interfaces.