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科技简讯2018-008
更新时间:2019-01-08 13:08:18    点击:1952次

 

 

1、    液态玻璃成3D打印新材料

高精密的玻璃结构也可以3D打印?英国《自然》杂志4月18日发表的一项材料科学研究报告称,德国科学家使用标准3D打印技术,制造出了超复杂、高精细且高质量的玻璃形状,如微小的扭结状脆饼干或城堡。这意味着,现在利用3D打印技术已可以制作具有较高光学性能的结构,可大量适用于设计复杂的透镜和过滤器。

玻璃是一种拥有超级悠久历史的材料,但时至今日仍具有大量实用属性,包括电绝缘、热绝缘以及无与伦比的光学透明性。但是,制作定制结构,尤其是使用高纯度玻璃(如熔融石英玻璃)来制作并非易事,因为这要求较高的加工温度,有些还要加入有害化学品。

而3D打印技术在过去的几年里,成本越来越低,适用材料范围也更大。但如果想要利用标准3D打印技术制造出高质量、能适用于精密光学设备的玻璃结构,仍然是一大难题。

此次,德国卡尔斯鲁厄理工学院研究人员巴斯汀·拉普及其同事,发明了一种新技术克服了这一难题,他们在标准3D打印机中使用可以自由流动的石英纳米复合材料(被称为“液态玻璃”)制作出复杂的形状,然后经过热加工处理,形成具有较高光学性能的熔融石英玻璃结构。这些结构既光滑又透明,细节特征可以小至几十微米。

该技术并不只是提供精美的工艺品,还能制作出透明度和反射率足够高的表面,应用于大量光学设备中。


                                                                                                                                                ————中国科学院


2、    新材料能让显示屏自我修复

美国加州大学河滨分校的科研人员开发出一种具有延展性并能导电的透明聚合物材料,可实现电子设备和机器人的自我修复,特别适用于手机屏幕和手机电池。该研究成果将在近期举办的第253届美国化学学会年会上展出。

自我修复材料是一种在物体开裂或受损时能自动进行修复的新型材料,人类皮肤就具备自我修复的能力。自我修复材料可应用于手机和电池上,让摔裂的手机屏修复如新,或让摔断的电池恢复供电功能。

自我修复的关键是化学键。材料中存在两种类型的键:一种是较强的共价键,一旦断裂不容易重新整合;另一种是较弱的非共价键,非常有活性,比如氢键。大多数自我修复聚合物主要依靠氢键或金属配体构成,但这些非共价键并不适合制造离子导体。

此次,研究人员采用了离子偶极相互作用的非共价键,其具备一种特殊的黏合力,这种力存在于带电离子和极性分子之间。离子偶极相互作用此前从未应用于设计自我修复聚合物,新实验证明,其特别适合离子导体。

新的自我修复材料由一种极性可延展的聚合物——偏氟乙烯和六氟丙烯聚合物以及离子盐构成,可以拉伸到正常尺寸的50倍,其断为两半后,能在一天之内实现完全自动对接。

为了测试新材料,研究人员利用它制作了一种“人造肌肉”,在两层离子导体间放置了一个绝缘膜。结果显示,新材料可对电信号作出反应,带动人造肌肉移动。

目前,研究人员正在高湿度环境等恶劣条件下对此材料进行测试。此前的自修复聚合物在高湿度环境下表现不佳,因为材料进水后,会改变机械性能。他们正在对聚合物进行微调,以使其更接近实际应用。


                                                                                                                                                       ————中国科学院




3、    沙漠稀薄空气也能“挤”出水

《科学》杂志日前发表的一项成果表明,美国科学家开发出一种新装置,竟然从无所不在的空气中“挤”出了水。

麻省理工学院和加州大学伯克利分校研究人员报告称,他们研制出一种原型设备,只利用太阳能,就可以从湿度低至20%的干燥空气中制取出数升水。

加州大学伯克利分校的研究团队利用金属锆与己二酸设计了一种名为“金属有机框架”的细沙状多孔材料,而麻省理工学院的团队在新研制的吸水器中,将这种细沙状多孔材料夹在一块太阳能吸收器与一块冷凝板中间。

设备工作时,细沙状多孔材料从空气中吸附水蒸气,太阳能板负责加热,促使水蒸气释放进入冷凝板,在冷凝板上凝结成液态水,最后滴入用于收集水的容器中。

研究人员说,在湿度为20%至30%的空气中,每12个小时,1千克细沙状多孔材料就能“挤”出2.8升水。但这种效率可能通过进一步改进设计得到提高。

据了解,现在还没有其他方法在不需动用额外电能的情况下,用有湿度的空气制备水,即便是家用除湿机也不例外。

研究负责人之一、加州大学伯克利分校的奥马尔·亚吉在一份声明中说:“我们希望制作一种急救工具,如果您身处沙漠,靠这种装置就能有水活命。”

                                                               ————中国科技网


4、    手机程序能“看”照片测算谷粒

俄罗斯科学院西伯利亚分院细胞学和遗传学研究所的科学家开发出一种特殊的手机应用,可通过照片计算植物穗中的谷物,并确定其他参数。

生物进化信息学和遗传理论实验室德米特里·阿丰尼科夫称,在研究不同小麦产量的工作中,计算植物穗中谷物的数量是分析工作中的重要一步。这通常由手工完成,需要花不少时间,且人们只知道穗中的谷物数量。但这款应用把这个过程自动化,并大幅扩大原始信息量。

研究人员解释说,首先把谷物放在白纸上,并给它们拍照。然后,“SeedCounter”(谷物计数器)程序自动开始计算,按比例缩放并测量谷物的尺寸,然后以最终报告的形式发布结果。遗传学家指出,该程序不仅比人快,且准确度更高。

该程序已开发完成,可在安卓智能手机上运行,无需联网。这项研究已发表在《植物科学前沿》杂志上。开发人员指出,该程序引起了公众极大的兴趣,在谷歌商店发布后的第一个月下载量超过千人。

应用开发人员还计划根据照片诊断小麦穗,并评估有关参数。

                                                       ————中国科技网

5、    太阳能生物质制氢

太阳能光伏网讯:剑桥大学的一个研究团队开发出了一种使用太阳能发电从生物质中制取既可持续又相对便宜的氢气的方法。剑桥大学化学系Moritz Kuehnel博士与其他研究者在Nature Energy上发表了一篇关于生物质制氢的论文。 他表示,高度结晶的纤维素纤维组成的木质纤维素具有高度的稳定性,因此,木质纤维素的化学利用富有挑战性。

新技术使用简单的光催化转化过程。将催化纳米颗粒加入到悬浮有生物质的碱性溶液中,将其放置在实验室中模拟太阳光的灯下,溶液即非常理想地吸收灯光并将生物质转化为气态氢,之后可从顶部空间收集气态氢。这种氢气不含燃料电池抑制剂,例如一氧化碳,可用于动力驱动中。纳米颗粒够吸收来自太阳光的能量并且使用它来进行复杂的化学反应,在这个实验中,水和生物质中的原子重组成氢气和其他有机化学物质如甲酸以及碳酸盐。

主要联合作者,化学系的David Wakerley博士表示,原始生物质中存储了大量的化学能,但无法使用在如汽车发动机这样的复杂机械中;研究团队的系统能够将构成生物质的长而杂乱的结构转化为氢气,他们专门设计了催化剂和溶液的组合,可以使用太阳能作为能量源进行这种转化。团队在他们的实验中使用不同类型的生物质:木材、纸和叶片不需要进行任何预处理,使用纳米粒子在阳光下可以直接发生反应。

该技术是在剑桥大学基督教多普勒可持续综合实验室开发的。实验室负责人Dr. Erwin Reisner表示,这种在室温条件下将未处理的生物质分解制氢的技术是目前高温气化和其他可再生氢生产方式的可行替代方案。未来,团队将探索在这项技术规模化,未来可在小型离网设备到工业规模中应用。


                                                                                                                                             ————太阳能光伏网


6、    一张纸与太阳能的完美结合

2月28日,汉能举行新品发布会,推出了便携式移动能源系列产品,据悉,汉能本次推出的移动能源具有轻、薄、柔等特点。以8瓦发电纸为例,其重量仅有160g,采用汉能美国子公司MiaSolé组件转化技术完成,输出电压为5V,输出电流为1A,峰值功率为8W,采用了目前主流的USB接口充电方式。从测评情况看,这种发电纸非常轻薄,大小犹如一张A4纸,长为400mm,宽为256mm,厚1mm,四角设有方便快挂使用的圆孔,这样的规格和设计,是为了在旅行和户外运动时方便收纳和固定。这款新的发电纸不仅轻薄便于户外携带,并且转化率较高。

据报道,该款新发电纸采用了MiaSolé的铜铟镓硒(CIGS)芯片,官方数据显示,该款发电纸研发转化率可达到19.5%,量产转化率为17.3%。此款发电纸上布满了密密麻麻的小圆坑,其实这是汉能采用的表面深压花工艺,可以增大受光面积,降低光反射,增加光电转换效率,同时也能增加表面耐磨性。良好的耐磨和柔韧度,可以减少户外运动中摩擦刮蹭对发电纸充电的影响。

据介绍,该款发电纸还内置了稳压电路,充电过程中未见电压不稳的情况,低温发电效果较佳。发电状态中断重启后,无需重新插拔。为苹果7充电持续1小时,电量可从35%增加到71%。

综合现有的测评说明来看,此次汉能新推出的这款薄膜太阳能发电纸方便户外运动者携带,在转化率上也有着较好的表现,可以轻松应对在旅行中和户外活动时各种环境对电能的应急需求,解决了不少户外应急充电的难题。

                                                             ————科技世界网

                                       

7、    光子集成告别蹒跚学步

与大量成功的电子集成故事不同,光子集成仍处于婴儿阶段。到目前为止,将各种功能性纳米线置入光子电路以达到所需功能的尝试表明,纳米线过小而不能限制光。而更粗的纳米线尽管能够提高光限制和性能,却会增加能量消耗和设备足迹,在集成方面这两点被认为是“致命”的。

为了解决这一问题,日本电信电话株式会社(NTT)研究人员想到了一个方法,将次波长纳米线与一个光子晶体平台相连,他们近日在发表于美国物理联合会出版社的《APL光子学》期刊上报告了相关成果。光子晶体——折光率呈现周期性调节的人工结构——是其发挥作用的关键。

“一个光子晶体的本地小折光率调节能够产生强大的光限制,形成超强质量的光学共振器。”NTT基础研究实验室高级科学家Masaya Notomi说,“我们在工作中充分利用了这种特殊性质。”换言之,当次波长纳米线自身不能成为具备强光限制的共振器时,在被置于一个光子晶体上时,它会导致折光率调节产生光限制。

利用纳米线激光进行光子集成需要满足3个必要条件。“首先,纳米线需要足够小并具有充分的强光限制性能,这可以确保极小的足迹和能量消耗。”Takiguchi 说,“其次,纳米线激光必须能够产生高速信号。第三,激光波长应该大于1.2微米以避免被硅吸收,所以创建光通信波长在1.3微米至1.55微米之间的次波长纳米线激光非常重要,从而能够产生高速信号调节。”

实际上,此前展示的基于纳米线的激光“波长均短于0.9微米,不能被用于硅光子集成电路——除了相对较粗的1.55微米的微米线激光脉冲激光展示之外。”Notomi说。这可能是因为波长更长使其材料增益更小,从而很难让细纳米线获得激光。

“通过当前的工作,我们把纳米线和硅光子晶体相结合解决了这些问题。”Notomi 说,“我们的结果首次通过次波长纳米线展示了连续波激光振荡,也首次展示了通过纳米线激光进行的高速信号调节。”

目前最具前景的工作是基于纳米线的光子集成电路,他们将利用各种不同的纳米线实现不同的功能,如激光、光子探测以及硅光子集成电路开关等。


                                                                                                                                                      ———— 科学网


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