环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物 科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：Feng Li他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACS Macro Letters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将 LGO 和 Cyrene 转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者 Toshifumi Satoh 教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革

科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革 等离子体是科技界一场名副其实的革命。以前，要在手机等电子设备使用的硅板上雕刻电路，必须使用污染环境的化学产品。现在，使用等离子体可以更干净、更精确地完成这项工作，而且可以使缝隙越来越小，设备也随之越来越小。但等离子体也有其他应用，例如水处理。科尔多瓦大学的 FQM-136 等离子体物理学小组和 FQM-346 有机催化和纳米结构材料小组合作开展了一项研究，目的是通过应用等离子体促进化学过程来消除水中的污染物。为了解决水体中有机污染物日益增多的问题，例如水体中的染料和其他来自农业和工业活动的化合物会破坏生态系统的稳定，这些研究人员选择了等离子体的应用。研究人员弗朗西斯科-罗梅罗（Francisco J. Romero）、胡安-阿马罗（Juan Amaro）和玛丽亚-加西亚（Maria C García）。资料来源：科尔多瓦大学水净化方面的突破2017 年，研究团队首次证明，由向空气开放的微波诱导的氩等离子体在作用于水时，会在水中产生含氧和氮的活性物种（如羟基自由基、过氧化氢、氮自由基），能够消除水的污染。现在，研究人员胡安-阿马罗-加赫特、弗朗西斯科-J-罗梅罗-萨尔盖罗和玛丽亚-C-加西亚已经成功设计出了这种等离子体的反应器，并大大增加了水中产生的这些活性物质的数量，从而可以在短短几分钟内破坏高浓度染料（这里指亚甲基蓝）。这是通过改变 surfatron 的设计实现的，这种金属装置将微波发生器的能量与等离子体混合，以维持等离子体。玛丽亚-加西亚教授解释说："我们所做的是在石英放电管中放入一小块硅，这样就能产生不同的等离子体，这种等离子体不是丝状的，在与水作用时能更有效地产生活性物种。上述等离子体成分在与水作用时能产生氧化物种，从而降解有机化合物和杀死微生物，这使得该等离子体反应器可用于与水修复相关的应用中。"因此，这种新配置扩大了这类等离子体的适用范围。加西亚教授解释说："这种设计完全改变了表面加速器产生电磁场以产生等离子体的配置，从而使等离子体具有不同的、更有效的特性，同时也消除了破坏等离子体稳定性的丝状化问题（等离子体柱分成许多丝状）。"等离子去污的未来Francisco J. Romero 教授继续说道："在等离子体作用下产生的氧化物具有很强的反应性，可以破坏水中的有机物。要做到这一点，等离子体并不是被引入水中。相反，等离子体是远程作用的，因此在水和等离子体之间有一个空气区，在这个空气区中，由于受激物种与氧气、氮气和水蒸气分子之间的碰撞，发生了许多反应，并产生了扩散到液体中并最终与污染物结合的活性物种"。研究员胡安-阿马罗说："这种新型设计产生的等离子体的去污潜力已经过测试，可以减少水中高浓度的亚甲基蓝染料，在能量方面取得了非常高效的结果，在缩短处理时间的情况下实现了染料的完全消除。"等离子体是一种"第四物质状态"，通过向稳定的气体提供能量并将其转化为电离气体而产生，它几乎适用于所有领域：制造微型芯片、表面消毒、伤口愈合、在眼镜上沉积防反射涂层、提高种子发芽率、回收废物、活化塑料表面以提高涂料附着力，以及无数其他应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性 加州大学圣迭戈分校的研究人员利用一种先进的光学技术进一步了解了一种名为Ta2NiSe5（TNS）的量子材料。他们的研究成果发表在《自然-材料》（Nature Materials）杂志上。材料可以通过不同的外部刺激受到扰动，通常是温度或压力的变化；然而，由于光是宇宙中速度最快的东西，材料对光刺激的反应非常快，从而揭示出原本隐藏的特性。通过改进技术，研究小组获得了更广泛的频率范围，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。资料来源：Sheikh Rubaiat Ul Haque / 斯坦福大学量子材料中的先进光学技术"从本质上讲，我们用激光照射一种材料，这就像定格摄影，我们可以逐步跟踪该材料的某种特性，"领导这项研究的物理学教授理查德-阿维特说，他也是论文的作者之一。"通过观察组成粒子如何在该系统中移动，我们可以找出这些以其他方式很难发现的特性。"该实验由第一作者谢赫-鲁巴亚特-乌尔-哈克（Sheikh Rubaiat Ul Haque）完成，他于2023年从加州大学圣地亚哥分校毕业，现在是斯坦福大学的一名博士后学者。他与阿弗里特实验室的另一名研究生张远一起改进了一种名为太赫兹时域光谱学的技术。这项技术允许科学家在一定频率范围内测量材料的特性，而哈克的改进使他们能够获得更广泛的频率范围。量子态和光放大这项工作基于论文的另一位作者、苏黎世联邦理工学院教授尤金-德姆勒（Eugene Demler）提出的理论。Demler 和他的研究生马里奥斯-迈克尔（Marios Michael）提出了这样一个观点：当某些量子材料被光激发时，它们可能会变成一种能放大太赫兹频率光的介质。这促使哈克及其同事仔细研究 TNS 的光学特性。当电子被光子激发到更高的层次时，会留下一个空穴。如果电子和空穴结合在一起，就会产生激子。激子还可能形成凝聚态当粒子聚集在一起并表现为单一实体时会出现的一种状态。在 Demler 理论的支持下，利用马克斯-普朗克物质结构与动力学研究所 Angel Rubio 小组的密度泛函计算，研究小组得以观测到反常的太赫兹光放大现象，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。凝缩物是一种定义明确的量子态，使用这种光谱技术可以将它们的某些量子特性印刻到光上。这可能会对利用量子材料的纠缠光源（多个光源具有相互关联的特性）这一新兴领域产生影响。哈克说："我认为这是一个广阔的领域。Demler的理论可以应用于一系列具有非线性光学特性的其他材料。有了这项技术，我们就能发现以前从未探索过的新的光诱导现象。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用纳米技术将肉桂转化为抗菌剂

科学家利用纳米技术将肉桂转化为抗菌剂 这种"纳米杀手"在对付大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌等病原微生物方面已显示出相当大的功效。这项技术的潜在应用领域包括消除食品中的病原体、废水处理以及控制医院感染。这种纳米设备所针对的病原体可导致严重的健康问题。例如，大肠杆菌菌株通常无害，但有些会导致明显的腹痛、腹泻和呕吐。金黄色葡萄球菌可能导致皮肤和血液感染、骨髓炎或肺炎。白色念珠菌是一种存在于生物体液中的真菌，可导致念珠菌血症和侵袭性念珠菌病等疾病。UPV 团队。资料来源：UPV研究人员说，这种"纳米杀手"的应用非常简单："例如，我们可以制造一种喷雾剂，以水和其他化合物为基础配制成制剂，然后直接喷洒。在田间制作水基配方，然后直接喷洒，就像现在的杀虫剂一样。在医院里，可以将其涂在绷带上，我们甚至可以尝试制作一种可以口服的胶囊。"大学间分子识别研究和技术开发研究所（IDM）纳米传感器小组的研究员 Andrea Bernardos 解释说。与游离化合物相比，新型纳米装置提高了封装肉桂醛的功效：对大肠杆菌的功效提高了约 52 倍，对金黄色葡萄球菌的功效提高了约 60 倍，对白色念珠菌的功效提高了约 7 倍。精油成分的抗菌活性之所以能够提高，是因为其在多孔硅胶基质中的封装降低了挥发性，而且由于微生物的存在，精油成分在释放时的局部浓度有所增加。该装置以其极低剂量的高抗菌活性脱颖而出。此外，它还增强了游离肉桂醛的抗菌特性，使用纳米装置后，细菌菌株（大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）的杀菌剂量降低了约 98%，酵母菌株（白色念珠菌）的杀菌剂量降低了 72%。瓦伦西亚理工大学 IDM 研究员 Ángela Morellá-Aucejo 总结说："此外，这种含有天然杀菌剂（如精油成分）的装置还可应用于生物医学、食品技术、农业等领域，其释放量受病原体存在的控制。"这项研究的结果发表在《生物材料进展》（Biomaterials Advances）杂志上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用机器学习技术归纳出抹香鲸的"字母表"

科学家利用机器学习技术归纳出抹香鲸的"字母表" 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 这项研究涉及尾音一系列具有不同语言功能的变化。"我们发现，在尾音结构中存在着以前未曾描述过的变化，"CSAIL 主任 Daniela Rus说。"我们发现，抹香鲸发出声音的尾音类型并不是任意的，而是构成了一个新发现的组合编码系统。"几十年来，鲸的发声一直是研究的一个重要课题，而这项新研究背后的团队表示，他们在这种健谈的海洋哺乳动物中发现了以前未知的细微差别。论文指出，之前的研究已经注意到抹香鲸有 150 种不同的叫声。该报告解释说："其中一部分已被证明能够编码有关呼叫者和氏族身份的信息。然而，抹香鲸相互通信方式的几乎所有其他方面，包括其结构和信息承载能力等基本问题，仍然是未知的。"这些研究小组借鉴了今年六月去世的海洋生物学家先驱罗杰-佩恩的研究成果，佩恩最具影响力的工作涉及座头鲸的交流。研究小组部署了机器学习解决方案，对研究员谢恩-吉罗（Shane Gero）在东加勒比海小岛多米尼克海岸收集的 8719 条抹香鲸数据集进行分析。研究小组的方法改变了以往研究单个尾音的分析方法。如果把声音作为鲸鱼之间的交流来研究，就会形成一幅更丰富的画面。语境细节使用音乐术语进行分类。其中包括节奏、韵律、装饰音和震颤。由此，研究小组分离出了抹香鲸的拼音字母。Rus 说："这种音标可以系统地解释所观察到的尾音结构的变化。我们认为，这有可能是人类语言之外的第一个例子，在这个例子中，交流提供了一个语言概念模式二重性的例子。这是指一组单独的无意义元素可以组合成更大的有意义单元，有点像把音节组合成单词。"这些"词"的含义根据不同的语境而有所不同。论文补充道：我们的研究结果表明，抹香鲸的发声形成了一个复杂的组合式交流系统：看似随意的尾音类型可以通过节奏、节拍、震颤和装饰音的组合来解释。大型组合发声系统在自然界中极为罕见；然而，抹香鲸对这种系统的使用表明，它们并不是人类独有的，也可能产生于截然不同的生理、生态和社会压力。虽然这一突破令所有相关人员兴奋不已，但仍有许多工作要做，首先是抹香鲸，然后可能扩展到其他物种，如座头鲸。 ... PC版： 手机版：

中国科学家领衔研发液态金属成膜新技术 成功构建新型“人工树叶”

中国科学家领衔研发液态金属成膜新技术 成功构建新型“人工树叶” 这项由中国科学家领导完成的重要新能源材料研究成果论文，近日以“液态金属镶嵌的人工光合成膜”为题在国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上发表。图1. 基于低温液态金属镶嵌半导体颗粒制备嵌入式半导体光活性薄膜图2. 非嵌入型与嵌入式BiVO4薄膜的光生电荷提取能力对比图3. 嵌入式BiVO4光电极的光电化学分解水活性评价图4. 利用半导体颗粒植入技术构建的嵌入式Z型仿生人工光合成面板及其可见光驱动的全分解水活性评价图5. 金属镶嵌半导体颗粒人工光合成膜制备技术具备普适性好、易规模化、膜结构稳定性高和易回收利用等优点论文通讯作者刘岗研究员指出，基于太阳能光催化分解水的绿氢制备技术属于前沿和颠覆性低碳技术，其走向应用的关键是构建高效、稳定且低成本的太阳能驱动半导体光催化材料薄膜即“人工树叶”。目前，常用的薄膜制备技术因制备环境苛刻或成膜质量差，难以满足太阳能光催化分解水制氢的实际应用需求。在自然界，植物光合作用实现太阳能到化学能的转化过程中，植物叶子中起光合作用的光系统II和光系统I，是以镶嵌形式存在于叶绿体的类囊体膜中，这一特征是自然光合作用能有效运行的重要结构基础。受此启发，在本项研究中，研究团队利用熔融的低温液态金属作为导电集流体和粘结剂在选定基体上规模化成膜，结合辊压技术进行半导体颗粒的嵌入集成，实现了半导体颗粒的规模化植入。刘岗介绍说，半导体颗粒镶嵌在液态金属导电集流体薄膜中形成三维立体的强接触界面，其结构犹如“鹅卵石路面”，使得其不仅具有优异的结构稳定性还具有十分突出的光生电荷收集能力。以钒酸铋为例，嵌入式钒酸铋颗粒的光电极活性相比传统的非嵌入式钒酸铋光电极高出2倍，且长时连续工作120小时几乎无活性衰减；光电极从1平方厘米放大至64平方厘米后，单位面积的光电流密度仍可保持约70%，远优于目前所知大面积钒酸铋光电极小于30%的活性保持率。在此基础上，进一步同时嵌入产氧和产氢光催化材料，可实现光催化分解水制氢面板的规模化制备，在可见光照射下，其活性是传统非嵌入式金薄膜支撑光催化材料膜的近3倍，超过上百小时持续工作无衰减。刘岗表示，本次研发的液态金属成膜新技术还具有普适性好和原材料易回收等优势，利用氧化锌、三氧化钨、氧化亚铜等商业化半导体颗粒，可实现不同半导体颗粒薄膜在不同基体上的规模化制备，所获得的颗粒嵌入式薄膜的活性均显著优于对照的非嵌入式样品。此外，在柔性基体上集成的薄膜在大曲率弯折10万次后仍可保持95%以上的初始活性。在循环和高效利用方面，通过简单的热水超声处理，即可将半导体颗粒、低温液态金属以及基体进行分离回收再利用，且回收再集成获得的人工光合成薄膜表现出与原始薄膜近乎相同的活性。 ... PC版： 手机版：