Block copolymers have received considerable attention as a promising platform for the synthesis of nanomaterials and fabrication of nanostructures because of their self-assembling nature to form periodically ordered structures in the nanometer-scale range. By controlling the composition and architecture of individual block components, a variety of nanoscale morphologies can be obtained. After a brief overview of the phase behavior of block copolymers, we highlight recent advances in the fabrication of various functional nanomaterials based on block copolymer of self-assembly and their potential applications. Future perspectives on block copolymers are briefly mentioned.

Abstract Fe 3 O 4 nanocrystals confined in mesocellular carbon foam (MSU‐F‐C) are synthesized by a “ host–guest ” approach and tested as an anode material for lithium‐ion batteries (LIBs). Briefly, an iron oxide precursor, Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O, is impregnated in MSU‐F‐C having uniform cellular pores ∼30 nm in dia­meter, followed by heat‐treatment at 400 °C for 4 h under Ar. Magnetite Fe 3 O 4 nanocrystals with sizes between 13–27 nm are then successfully fabricated inside the pores of the MSU‐F‐C, as confirmed by transmission electron microscopy (TEM), dark‐field scanning transmission electron microscopy (STEM), energy dispersive X‐ray spectroscopy (EDS), X‐ray diffraction (XRD), and nitrogen sorption isotherms. The presence of the carbon most likely allows for reduction of some of the Fe 3+ ions to Fe 2+ ions via a carbothermoreduction process. A Fe 3 O 4 /MSU‐F‐C nanocomposite with 45 wt% Fe 3 O 4 exhibited a first charge capacity of 1007 mA h g −1 (Li + extraction) at 0.1 A g −1 (∼0.1 C rate) with 111% capacity retention at the 150 th cycle, and retained 37% capacity at 7 A g −1 (∼7 C rate). Because the three dimensionally interconnected open pores are larger than the average nanosized Fe 3 O 4 particles, the large volume expansion of Fe 3 O 4 upon Li‐insertion is easily accommodated inside the pores, resulting in excellent electrochemical performance as a LIB anode. Furthermore, when an ultrathin Al 2 O 3 layer (<4 Å) was deposited on the composite anode using atomic layer deposition (ALD), the durability, rate capability and undesirable side reactions are significantly improved.

The effect of organoclay platelets on morphologies of three blend compositions (80/20, 20/80, and 99.5/0.5 w/w) of nylon-6 (N6) and poly(ethylene-ran-propylene) rubber (EPR) has been studied by scanning and transmission electron micrographs. For the 80/20 (w/w) N6/ERP blend, the dispersed domain size (D) of EPR phase in the N6 matrix decreased significantly even if a small amount of the organoclay was added. The extent of the decrease in D in this blend was similar to N6/EPR blend with an in-situ reactive compatibilizer of EPR-g-maleic anhydride. The D of the blend with the clay did not change upon further annealing at high temperatures, which suggests that the clay seems to be an effective compatibilizer. But, for the 20/80 (w/w) N6/EPR blend, dispersed N6 domain did not decrease with increasing the amount of the clay up to 2 wt %. Moreover, the dispersed N6 domains were not stable against further annealing at high temperatures; thus, coalescence of N6 domains was observed. Furthermore, for 99.5/0.5 (w/w) N6/EPR blend dispersed EPR domains did not change with the amount of the clay. The results indicate that as long as the clay becomes exfoliated in the matrix, the exfoliated clay plates effectively prevent the coalescence of the dispersed domains.

Abstract The triboelectric nanogenerator (TENG) is a new type of energy generator first demonstrated in 2012. TENGs have shown potential as power sources for electronic devices and as sensors for detecting mechanical and chemical stimuli. To date, studies on TENGs have focused primarily on optimizing the systems and circuit designs or exploring possible applications. Even though triboelectricity is highly related to the material properties, studies on materials and material designs have been relatively less investigated. This review article introduces recent progress in TENGs, by focusing on materials and material designs to improve the electrical output and sensing performance. This article discusses the current technological issues and the future challenges in materials for TENG.

We introduce a simple but robust method to fabricate an ultrahigh-density array of silver nanoclusters for a surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrate with high sensitivity and excellent reproducibility at a very large area (wafer scale) based on polystyrene-block-poly(4-vinylpyridine) copolymer (PS-b-P4VP) micelles. After silver nitrates were incorporated into the micelle cores (P4VP) followed by the reduction to silver nanoclusters, we systematically controlled the gap distance between two neighboring silver nanoclusters ranging from 8 to 61 nm, while the diameter of each silver nanocluster was kept nearly constant (~25 nm). To make a silver nanocluster array with a gap distance of 8 nm, the use of crew-cut-type micelles is required. Fabricated SERS substrate with a gap distance of 8 nm showed very high signal intensity with a SERS enhancement factor as high as 10(8), which is enough to detect a single molecule, and excellent reproducibility (less than ±5%) of the signal intensity. This is because of the uniform size and gap distance of silver nanoclusters in a large area. The substrate could also be used for label-free immunoassays, biosensing, and nanoscale optical antennas and light sources.

A mesostructured spinel Li4Ti5O12 (LTO)-carbon nanocomposite (denoted as Meso-LTO-C) with large (>15 nm) and uniform pores is simply synthesized via block copolymer self-assembly. Exceptionally high rate capability is then demonstrated for Li-ion battery (LIB) negative electrodes. Polyisoprene-block-poly(ethylene oxide) (PI-b-PEO) with a sp2-hybridized carbon-containing hydrophobic block is employed as a structure-directing agent. Then the assembled composite material is crystallized at 700 °C enabling conversion to the spinel LTO structure without loss of structural integrity. Part of the PI is converted to a conductive carbon that coats the pores of the Meso-LTO-C. The in situ pyrolyzed carbon not only maintains the porous mesostructure as the LTO is crystallized, but also improves the electronic conductivity. A Meso-LTO-C/Li cell then cycles stably at 10 C-rate, corresponding to only 6 min for complete charge and discharge, with a reversible capacity of 115 mA h g−1 with 90% capacity retention after 500 cycles. In sharp contrast, a Bulk-LTO/Li cell exhibits only 69 mA h g−1 at 10 C-rate. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) with symmetric LTO/LTO cells prepared from Bulk-LTO and Meso-LTO-C cycled in different potential ranges reveals the factors contributing to the vast difference between the rate-capabilities. The carbon-coated mesoporous structure enables highly improved electronic conductivity and significantly reduced charge transfer resistance, and a much smaller overall resistance is observed compared to Bulk-LTO. Also, the solid electrolyte interphase (SEI)-free surface due to the limited voltage window (>1 V versus Li/Li+) contributes to dramatically reduced resistance.

Abstract Electronics wastes (e‐wastes) are the major concern in the rapid expansion of smart/wearable/portable electronics in modern high‐tech society. Informal processing and enormous gathering of e‐wastes can lead to adverse human/animal health effects and environmental pollution worldwide. Currently, these issues are a big headache and require the scientific community to develop effective green energy harvesting technologies using biodegradable/biocompatible materials. Piezoelectric/triboelectric nanogenerators (PNGs/TNGs) are considered one of the most promising renewable green energy sources for the conversion of mechanical/biomechanical energies into electricity. However, organic/inorganic material based PNGs/TNGs are very much incompatible, and considered e‐wastes for their non‐biodegradability. This review covers potential uses of biodegradable/biocompatible materials which are wasted every day as nature driven material based bio‐nanogenerators with a particular focus on their applications in flexible PNGs/TNGs fabrication. Structural investigation and possible working principles are described first in order to outline the basic mechanism of bio‐inspired materials behind energy harvesting. Then, energy harvesting abilities and the mechanical sensing of bio‐inspired integrated flexible devices are discussed under various mechanical/biomechanical activities. Finally, their potential applications in various flexible, wearable, and portable electronic fields are demonstrated. These bio‐inspired energy harvesting devices can make huge changes in fields as diverse as portable electronics, in vitro/in vivo biomedical applications, and many more.

We present a synthetic approach to converting block copolymers into mesoporous graphitic carbon within a 3D current collector. This method enables high mass loading per unit area without the use of binders, facilitating the development of high-energy lithium-ion batteries.

The successful formation of defect-free solder joints (SJs) during the BGA package surface-mount process is increasingly difficult to guarantee with increasing package body sizes and complex packaging architectures. Commonly used industry standards for surface-mount (SMT) requirements do not guarantee reliable SMT yield. This is because standards capture only a subset of parameters that influence SJ formation, rather than the full range of complex interactions between package/PCB design and SMT process parameters. In this work, a computational methodology has been developed to predict SJ defect formation risk for surface-mounted BGA package assemblies. Design-specific warpage limits that account for the interactions between package/PCB design, warpage, externally applied forces, and SMT process parameters are demonstrated. This methodology enables optimization of designs spanning the package, PCBA, and SMT process to predict and mitigate the risk of SJ defects during the assembly process.