科学家发现新型锂离子导体 可用于强化电动汽车电池

科学家发现新型锂离子导体 可用于强化电动汽车电池 利物浦大学的一个团队开发出了一种新型固态锂离子导体，可以取代电池中的液态电解质，从而提高安全性和效率。图片表示锂离子（蓝色）在结构上移动。资料来源：利物浦大学这种新材料由无毒的地球富集元素组成，具有足够高的锂离子传导性，可以取代目前锂离子电池技术中的液态电解质，提高安全性和能量容量。该大学的跨学科研究团队采用变革性科学方法来设计这种材料，他们在实验室中合成了这种材料，确定了它的结构（原子在空间中的排列），并在电池中进行了演示。这种新材料是极少数能达到足以取代液态电解质的高锂离子电导率的固体材料之一，并且由于其结构而能以一种新的方式工作。这一发现是通过合作计算和实验工作流程实现的，该流程利用人工智能和基于物理学的计算来支持大学化学专家的决策。这种新材料为化学优化提供了一个平台，以进一步提高材料本身的性能，并根据研究提供的新认识来确定其他材料。利物浦大学化学系马特-罗森斯基（Matt Rosseinsky）教授说："这项研究展示了一种新型功能材料的设计和发现。这种材料的结构改变了人们以往对高性能固态电解质的理解。具体来说，具有多种不同移动离子环境的固体可以表现出很好的性能，而不仅仅是离子环境范围很窄的少数固体。这极大地开拓了进一步发现的化学空间。"最近的报道和媒体报道预示着人工智能工具已被用于寻找潜在的新材料。在这种情况下，人工智能工具是独立工作的，因此很可能会以各种方式重现它们接受过的训练，生成的材料可能与已知材料非常相似。"这篇发现研究论文表明，人工智能和由专家调配的计算机可以解决现实世界材料发现的复杂问题，在这个问题上，我们寻求的是成分和结构上有意义的差异，其对性能的影响要根据理解来评估，我们的颠覆性设计方法为发现这些以及其他依赖离子在固体中快速运动的高性能材料提供了一条新的途径"。这项研究由利物浦大学化学系、材料创新工厂、利弗胡尔姆功能材料设计研究中心、史蒂芬森可再生能源研究所、阿尔伯特-克鲁中心和工程学院的研究人员共同努力完成。并得到了工程与物理科学研究理事会（EPSRC）、勒弗胡尔姆信托基金会（Leverhulme Trust）和法拉第研究所（Faraday Institution）的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性 研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过 50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有 50% 以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（Michael Dickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过 50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey 说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有 50-60% 的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey 说："制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或 3D 打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于 6 月 19 日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韩国科学家开发出创新型月球表面模拟舱

韩国科学家开发出创新型月球表面模拟舱 在地球上模拟月球静电环境方面取得的突破为未来的月球探索奠定了良好的基础。通过精确复制和评估月球尘埃的影响，这项技术为克服太空任务中的主要障碍之一提供了重要见解，为先进的月球研究和原地资源利用计划铺平了道路。光电电流测量装置照片。资料来源：韩国土木建筑技术研究院（KICT）执行月球任务的最严重威胁之一是月球表面带静电的环境。由于月球大气层极其稀薄，月球直接暴露在太阳紫外线、X 射线、太阳风、地球等离子体等的照射下。因此，月球上的尘埃云呈现出强烈的静电。月球的静电环境白天带正电，夜间带负电。由于月球上几乎没有大气层，空气阻力极小，即使是很小的撞击也能轻易吹走尘埃。带静电的碎石颗粒粘附在空间探索设备上时，可能会对其造成严重损害。例如，当粘附在光伏电池上时，这些颗粒会降低发电效率。在载人飞行任务中，它们会损坏保护宇航员的太空服，或穿透呼吸系统，造成危及生命的后果。KICT的研究小组由Shin, Hyusoung博士（与资深研究员Chung, Taeil和Park, Seungsoo博士一起）领导，开发了一个旨在模拟带电条件的试验室。其目的是实现类似月球表面的静电环境。附说明的设计测量单元原理图（不按比例）。资料来源：韩国土木建筑技术研究院（KICT）韩国信息和通信技术研究所开发的试验室集成了紫外线灯、电子束和等离子体发生器，可对测试物体表面进行正电或负电充电。该设备可用于利用紫外线辐射和电子束对月球土壤的复制品进行静电充电。这将有助于确定月球车上附着了多少材料，并预测潜在的问题。这项技术不仅仅是进行静电充电，还可以模拟月球在各种条件下的带电环境，如白天或夜晚环境，以及受地球等离子体影响的环境。这项研究工作的最大成就在于所开发的设备能够以定量和独立的方式测量所产生的光电流量，而光电流量对月尘在月昼期间的充电影响最大。这项研究获得的实验测量值与相应理论值之间的误差大约在 5%以内，这证明了所开发技术的可靠性。因此，KICT 的尝试不仅成功地再现了土壤尘埃仍带静电的类似月球的环境，而且还开发了相关的评估技术。这项研究工作为在大型脏热真空室（DTVC）中配备所开发的设备，以实现静电环境并进一步评估其性能奠定了基础。领导该项目的申博士说："我们的研究提出了将韩国在世界上首次开发的全尺寸DTVC与月球尘埃充电技术有效结合的可能性。这一解决方案将成为未来在月球上实施原地资源利用（ISRU）的一系列技术的试验台，解决并应对带电月球尘埃带来的一系列潜在技术挑战。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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：

科学家开发出需要稀有材料更少的电池 充电更快、寿命更长

科学家开发出需要稀有材料更少的电池 充电更快、寿命更长 研究人员通过开发快速充电功能和使用有机材料增强负极，减少了对稀有非欧洲材料的依赖，从而推动了纳离子电池技术的发展。此外，他们还改进了阴极，创造出一种高能量、快速充电、无钴的材料，这种材料在使用过程中会逐渐发生结构变化，因此寿命更长。资料来源：代尔夫特理工大学这些电极可由有机材料制成，这减少了对并非来自欧洲的稀有材料的依赖，优点在于阴极也得到了改进。代尔夫特的研究人员还改进了另一面，并发表了相关文章。这项研究最近发表在《自然-可持续性》杂志上。《用于钠离子电池的快充高压分层阴极》详细介绍了一种新型正极的开发情况，其设计原理源自他们于 2020 年发表在《科学》杂志上的论文。根据这些设计原则，我们设计了一种材料，它结合了两种可能的最佳结构：高能量密度与快速充电。此外，这种材料在充电和放电过程中会逐渐改变其结构，从而延长其使用寿命。此外，这种材料不含钴，而钴在锂离子阴极中仍然很常见。由于对这些电池材料的了解不断加深，第三个增长基金项目"可持续电池技术"的下一步工作已经准备就绪。在该项目中，除了锂离子电池研究外，还将在全国范围内开展纳离子电池研究。电池研究将进一步扩大，使这项技术能够应用于各国市场。参考文献：DOI: 10.1038/s41893-024-01266-1编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家对鸟类蛋壳生成过程有了新见解 未来可用来改善韧带修复手术

科学家对鸟类蛋壳生成过程有了新见解 未来可用来改善韧带修复手术 研究人员研究了鸡卵如何形成坚硬的外壳，并将其牢牢固定在柔软的内膜上，这些见解有可能改善重建手术，如修复撕裂的韧带，在这种手术中，外科医生需要将软硬材料结合在一起。现在，加拿大麦吉尔大学的研究人员利用先进的成像技术研究了柔软的蛋膜是如何固定在坚硬的蛋壳上的，希望利用这些信息来改进需要将柔软、潮湿的纤维固定在坚硬材料上的外科整形手术。这项研究的通讯作者马克-麦基（Marc McKee）说："直到现在，还没有人考虑过这两种截然不同的物质（一种是坚硬的人造橡胶，另一种是柔软的纤维膜）之间的界面是如何在纳米尺度上固定下来的。我们对这种软硬界面的发现非常了不起。"接受手术修复撕裂韧带（尤其是前十字韧带）的运动员往往会因为重新连接失败而不得不接受进一步的手术。这就是外科医生在将软的东西固定到硬的东西上时所面临的困难。研究人员在研究鸡蛋时发现，在鸡蛋发育的一个阶段，也就是产蛋之前，蛋壳会将矿物质纳米尖刺送入包围蛋内容物的底层膜的柔软、顺从的表面纤维中，无论是蛋白和蛋黄还是发育中的鸡胚胎。从蛋壳送入蛋膜的纳米尖刺大大增加了材料之间的界面表面积，将软材料固定在硬材料上，防止纤维在蛋壳内滑动。这是一种保存方法：膜脱落会对生长中的胚胎造成致命伤害，会削弱蛋壳，和/或使病原体进入蛋内。研究人员认为，他们对蛋壳-薄膜界面的新发现可能会带来新的工程混合复合材料，其中包含矿物纳米钉设计和新的程序，从而改善医疗和牙科整形手术的效果。这项研究发表在《iScience》杂志上。 ... PC版： 手机版：