科学家发明从海水中提取铀用于核能的新技术

科学家发明从海水中提取铀用于核能的新技术 核能反应堆释放原子内部自然储存的能量，并通过将原子真正击碎这一过程被称为裂变将其转化为热能和电能。铀是这一过程中最受欢迎的元素，因为它的所有形态都具有不稳定性和放射性，很容易分裂。目前，这种金属是从岩石中提取的，但铀矿储量有限。然而，据核能机构估计，有 45 亿吨铀以溶解铀酰离子的形式漂浮在我们的海洋中。这一储量是陆地上储量的 1000 多倍。但事实证明，提取这些离子具有挑战性，因为提取材料没有足够的表面积来有效捕获离子。因此，东北师范大学化学学院的Rui Zhao, Guangshan Zhu及其同事希望开发一种具有大量微观角落和缝隙的电极材料，用于电化学捕获海水中的铀离子。这种新型涂层布能有效地在其表面积聚来自含铀海水的铀（黄色）。来源：改编自《美国化学学会中心科学》，2023 年，DOI: 10.1021/acscentsci.3c01291为了制作电极，研究小组首先使用碳纤维编织的柔性布。他们在布上涂上两种特殊的单体，然后进行聚合。接着，他们用盐酸羟胺处理布，在聚合物中加入脒肟基团。布的天然多孔结构为脒肟创造了许多微小的口袋，使其可以嵌套在其中，从而轻松捕获铀离子。在实验中，研究人员将涂层布作为阴极放入天然海水或加铀的海水中，再加上一个石墨阳极，并在电极之间运行循环电流，随着时间的推移，阴极布上积累了亮黄色的铀基沉淀物。在使用从渤海收集的海水进行的测试中，每克涂层活性材料在 24 天内提取了 12.6 毫克铀。涂层材料的提取能力高于研究小组测试的大多数其他铀提取材料。此外，使用电化学方法捕获离子的速度比让离子在布上自然积聚的速度快三倍左右。研究人员说，这项工作提供了一种从海水中捕获铀的有效方法，这可能会使海洋成为新的核燃料供应地。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发明冷等离子喷射敷料 专注于慢性伤口治疗

科学家发明冷等离子喷射敷料 专注于慢性伤口治疗 为此，南澳大利亚大学（Uni SA）的研究人员研究了一种控制感染和促进愈合的新技术：一种由冷等离子电离气体激活的水凝胶。该研究的通讯作者 Endre Szili 说："抗生素和银敷料常用于治疗慢性伤口，但两者都有缺点。抗生素的抗药性不断增加是一个全球性挑战，银引起的毒性也令人十分担忧。在欧洲，银敷料正逐渐被淘汰。"以前的研究已经证明了使用冷等离子电离气体促进伤口愈合的好处，即减少细菌负荷，并通过激活环境空气中的氧分子和氮分子产生活性氧和氮物种（RONS）。到目前为止，水凝胶在涂抹到伤口上之前已被等离子体产生的 RONS 所负载，但这一过程并不完美。"尽管最近在使用等离子活化水凝胶疗法（PAHT）方面取得了令人鼓舞的成果，但我们在为水凝胶加载临床使用所需的足够浓度的 RONS 方面仍面临挑战，"Szili 说。"我们采用了一种新的电化学方法来增强水凝胶的活化，从而克服了这一障碍。"研究人员使用聚乙烯醇（PVA）制作了水凝胶，因为这种凝胶已被广泛批准用于医疗保健领域，而且具有出色的机械和生物相容性。用氦等离子喷射器处理 PVA 水凝胶，使其活化，产生 RONS。8% 的 PVA 水凝胶被确定为 PAHT 敷料的最佳选择，因为它可以很容易地被等离子体产生的 RONS 激活，同时保持其结构完整性、保形性和膨胀能力。研究人员将水凝胶置于铝板上方，使等离子体羽流在处理过程中与水凝胶保持接触，然后比较了两种技术，以了解是否可以通过电化学方法提高 RONS 的产生：一种是通过断开铝板与接地导线的连接使水凝胶保持"浮动电位"，另一种是将水凝胶"接地"。a)"浮动电位"和 b)"接地"配置下处理过程中的等离子射流照片 萨布林等人将等离子处理过的水凝胶培养三小时，研究过氧化氢（H2O2）和氧化亚氮（NO2-）的释放情况，这两种物质分别被用作总活性氧（ROS）和活性氮（RNS）的标记。研究人员发现，在等离子处理过程中将水凝胶接地可显著提高H2O2的产生，而在处理过程中对凝胶进行水合处理可进一步提高H2O2的产生。此外，等离子射流-水凝胶界面的湿度与H2O2生成的增加密切相关。至于 NO2-，接地增加了湿度的产生，而水合的影响可以忽略不计。在体外实验中，这种水凝胶能非常有效地控制大肠杆菌和绿脓杆菌的生长，而这两种细菌是糖尿病足溃疡中常见的细菌。研究人员表示，虽然这项研究的重点是糖尿病伤口，但该技术可用于治疗所有慢性伤口和内部感染。Szili说："我们的PAHT技术的一大优势是，它可用于治疗所有伤口。这是一种环保安全的治疗方法，它利用空气和水中的天然成分来制造活性成分，活性成分会降解为无毒和生物兼容的成分"。下一步是进行临床试验，以优化电化学技术，用于治疗人类患者。今后，研究人员将研究如何利用这项技术，通过激活注入人体的水凝胶中的药物来治疗癌症肿瘤。Szili说："活性成分可以长期输送，改善治疗效果，并有更大的机会穿透肿瘤。血浆在医疗领域有着巨大的潜力，而这只是冰山一角。"这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。 ... 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：

钙过量 - 科学家开发出杀死癌细胞的新方法

钙过量 - 科学家开发出杀死癌细胞的新方法 钙离子在细胞功能中起着至关重要的作用，但如果钙离子含量过高，就会对细胞造成危害。研究人员最近开发出一种化合物，可通过调节细胞内的钙离子流入来靶向摧毁肿瘤细胞。这种创新方法利用了肿瘤组织内已有的钙离子，无需外部钙源。《Angewandte Chemie》杂志上发表的一篇论文详细介绍了这一研究成果。生物细胞需要钙离子来维持线粒体（细胞的动力室）的正常运转。然而，如果钙离子过多，线粒体过程就会失衡，细胞就会窒息。由韩国首尔梨花女子大学的尹珠英（Juyoung Yoon）领导的研究小组与来自中国的研究小组一起，利用这一过程开发出了一种协同抗肿瘤药物，它可以打开钙离子通道，从而在肿瘤细胞内引发致命的钙离子风暴。研究人员瞄准了两个通道，第一个是外膜上的通道，另一个是内质网中的钙通道，内质网也是一个储存钙离子的细胞器。位于外膜的通道在暴露于大量活性氧（ROS）时打开，而内质网中的通道则被一氧化氮分子激活。为了产生能打开外膜钙通道的 ROS，研究人员使用了染料吲哚菁绿。这种生物活性剂可通过近红外线照射激活，不仅能引发导致 ROS 的反应，还能使环境升温。研究小组解释说，局部高温会激活另一种活性剂 BNN-6 释放一氧化氮分子，从而打开内质网中的通道。在肿瘤细胞系试验成功后，研究小组又在植入肿瘤的小鼠体内测试了一种注射制剂。为了创造出一种生物兼容的复合药物，研究人员将活性成分装入了微小的改性多孔硅珠中，这种硅珠对人体无害，但能被肿瘤细胞识别并转运到细胞内。将这些微珠注入小鼠血液后，研究人员观察到药物在肿瘤内积聚。照射近红外线成功地触发了作用机制，接受这种制剂的小鼠几天后肿瘤就消失了。作者强调，这种离子流入方法可能也适用于相关的生物医学研究领域，因为类似的机制可以激活不同于钙离子通道的离子通道，从而找到新的治疗方法。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家找出导致电池故障的幽灵般的元凶：软短路

科学家找出导致电池故障的幽灵般的元凶：软短路 阿贡团队的研究重点是全固体电池，其阳极（负极）由锂金属制成。许多人将这种设备视为电池技术的"圣杯"。为什么这么说呢？因为锂金属可以在很小的空间内储存大量电荷。这意味着，与传统的石墨阳极锂离子电池相比，它能使电动汽车的行驶里程更长。然而，锂金属会与传统电池中的液态电解质发生高度反应，这给操作带来了挑战。电解质是在电池的两个电极之间移动被称为离子的带电粒子的材料，可将储存的能量转化为电能。正常工作的电池放电时，离子从阳极通过电解质流向阴极（正极），与此同时，电子从阳极流向外部设备（如手机或电动汽车电机），然后返回阴极。电子流为设备供电。当电池充电时，电子流会反向流动。锂金属的使用往往会破坏这一过程，在充电过程中，锂枝晶会从阳极生长出来并渗入电解液。如果这些枝晶长得足够大并一直延伸到阴极，它们就会在电极之间形成一条永久性的"导线"。最终，电池中的所有电子都会通过这根线从一个电极流向另一个电极，而不会流出电池为设备供电，这一过程也会阻止离子在电极之间流动。"这就是所谓的内部短路，"阿贡博士后、团队首席研究员迈克尔-坎尼汉（Michael Counihan）说，电池发生故障后就不再为设备供电。将锂金属阳极置于固态电池中（换句话说，就是使用固态电解质的电池），有可能减少与枝晶相关的挑战，同时还能保留锂的优点。阿贡团队正在开发一种用于电动汽车电池的新型固体电解质，并注意到了一种不寻常的行为。"当我们在实验室中操作电池时，我们观察到了非常小、非常短暂的电压波动，"Counihan 说。我们决定进行更深入的研究。研究人员对电池进行了数百小时的反复充电和放电，并测量了电压等各种电气参数。研究小组确定，电池正在经历软短路，这是一种微小的暂时性短路。软短路时，枝晶会从阳极向阴极生长。但增长量比永久短路时要小。一些电子留在电池内部，另一些则可能流向外部设备。电极之间的离子流可能会继续流动。所有这些流动都会发生很大的变化。研究小组与阿贡计算专家合作开发了模型，用于预测软短路过程中的离子流和电子流数量。这些模型考虑到了枝晶尺寸和电解质特性等因素。带有软短路的电池可以持续工作数小时、数天甚至数周。但阿贡研究小组发现，随着时间的推移，枝晶的数量通常会增加，最终导致电池失效。Counihan说："软短路是通向电池永久故障悬崖的第一步。"动态行为研究小组的进一步研究发现，软短路具有非常动态的行为。它们往往在短短的微秒或毫秒内形成、消失和重组。Counihan说："这对电池研究人员来说是一个重要的启示。在实验室进行典型的电池测试时，研究人员可能每隔一分钟左右才测量一次电压。在这段时间里，电池可能会错过成千上万软短路的形成和死亡。它们就像一个个小幽灵，在不知不觉中破坏着电池。"软短路最常见的原因是发热。当电子流经枝晶时，会产生热量，类似于家用电器电线的发热，热量会迅速融化，尤其是在周围电解液具有隔热性能的情况下。当枝晶与某些电解质发生反应时，软短路就会溶解，阿贡研究小组正在研究的某些固体电解质会在枝晶到达阴极之前将其切断，从而导致内部短路。在对软短路进行广泛研究的过程中，阿贡团队开发并演示了几种检测和分析软短路现象的新方法。例如，一种方法可以量化软短路对电池电流阻力的影响程度。由于不同的电池组件都可能造成这种阻力，因此分离出软短路造成的阻力可以帮助研究人员更好地评估电池的健康状况。这项研究最近发表在《焦耳》（Joule）杂志上，其中包括近 20 种检测和分析技术。其中约三分之一的方法来自该团队最近的研究。研究报告的作者从研究界非正式的、未发表的知识中收集了其他方法。Counihan说："我们意识到，文献中没有一篇论文使用了其中两种以上的技术。为了让这份清单对研究人员更有用，我们加入了关于每种方法优缺点的信息。由于软短线的动态性很强，因此对于研究人员来说，有很多工具可以使用，以便更好地了解软短线的影响。"研究小组希望为世界各地的研究人员提供有关软短路的见解，为他们的工作提供参考。例如，论文中的技术可以帮助推进阻止枝晶生长的硬固体电解质的设计。Counihan说："当研究人员了解电池中软短路的动态时，他们就能更好地改进材料，避免这些失效途径。"参考文献：Michael J. Counihan、Kanchan S. Chavan、Pallab Barai、Devon J. Powers、Yuepeng Zhang、Venkat Srinivasan 和 Sanja Tepavcevic 合著的《固态电池研究中动态软短路的幽灵威胁》，2023 年 12 月 6 日，《焦耳》。DOI: 10.1016/j.joule.2023.11.007编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家开发出制造有机半导体的新型可持续方法

科学家开发出制造有机半导体的新型可持续方法 林雪平大学的研究引入了一种使用水等良性溶剂加工共轭聚合物的新方法。新油墨还具有高度导电性。资料来源：Thor Balkhed作为传统硅基电子器件的补充，有时甚至是替代品，有机电子器件正在崛起。有机电子产品具有制造简单、灵活性高、重量轻等特点，同时还具有传统半导体的电气特性，因此可用于数字显示、能源存储、太阳能电池、传感器和软植入物等应用。有机电子器件由半导体塑料（即共轭聚合物）制成。然而，加工共轭聚合物通常需要使用对环境有害、有毒和易燃的溶剂。这是有机电子产品广泛商业化和可持续使用的主要障碍。现在，林雪平大学的研究人员开发出了一种新的可持续方法，可以从水中加工这些聚合物。这种新型油墨不仅更具可持续性，还具有高度导电性。刘铁峰，有机电子学实验室博士后。资料来源：Thor Balkhed"我们的研究引入了一种利用水等良性溶剂加工共轭聚合物的新方法。"有机电子实验室资深副教授西蒙娜-法比亚诺（Simone Fabiano）说："利用这种被称为地态电子转移的方法，我们不仅可以解决使用有害化学物质的问题，还能证明材料性能和设备性能的改善。"当研究人员将这种新型导电墨水作为有机太阳能电池的传输层进行测试时，发现其稳定性和效率均高于传统材料。他们还测试了用这种油墨制造电化学晶体管和人工神经元的情况，结果表明其工作频率与生物神经元相似。"我相信，这些成果将对有机电子领域产生变革性影响。通过利用水等绿色和可持续溶剂加工有机半导体，我们可以大规模生产对环境影响最小的电子设备，"瓦伦贝格学院研究员西蒙娜-法比亚诺（Simone Fabiano）说。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：