突破性的高柔性传感器装置让科学家离成功在太空种植植物更近了一步

突破性的高柔性传感器装置让科学家离成功在太空种植植物更近了一步 伊利诺伊大学的研究人员发明了可拉伸传感器，这种传感器可以监测植物生长并远程传输数据，克服了最初的挑战，有可能彻底改变地球和太空的农业实践。资料来源：美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心这项研究详细介绍了美国国家航空航天局（NASA）授予刁颖的一项资助的部分早期成果，该资助旨在研究如何利用可穿戴印刷电子设备实现太空农业。她说："这项工作的动机是宇航员在执行长期任务时需要可持续地种植蔬菜。"团队利用一个地球实验室来开展这个项目，目的是创造一种高度可靠的可拉伸电子设备。"老实说，我们在开始这项工作时认为，这项任务只需要几个月就能完善。然而，我们很快就意识到，我们的聚合物太硬了，"该研究的第一作者、研究生王思清说。"我们不得不重新配制很多成分，使它们更柔软、更有伸缩性，并调整我们的打印方法，控制装置内部微结构的组装，使它们在打印和固化过程中不会形成大晶体。"研究小组找到了一种非常薄的薄膜装置，有助于在组装和打印过程中抑制晶体生长。"在解决了拉伸性和组装问题之后，我们必须解决在高湿度和快速生长条件下使用可穿戴电子设备所带来的问题，"王说。"我们需要可重现的结果，这样在生长实验过程中就不会出现传感器脱落或电子故障。我们最终找到了一种不受苛刻条件影响的无缝电极和接口。"基于可伸缩聚合物和电子器件的自主远程应变传感器"（SPEARS2）是三年艰苦工作的成果，证明了应用科学很少有"尤里卡时刻"。"在我们对植物生长进行精确、非侵入式实时测量的能力方面，这是一项令人兴奋的技术进步。我期待着看到它如何与最新的基因组和细胞过程分析工具相辅相成，"Leakey 说。这项研究关注的是玉米等主要向上生长的植物。不过，研究人员计划推进他们的电子打印方法，以创建一个可以监测向上和向外生长的系统。研究小组表示，他们还在努力提高远程感知和监控化学过程的能力。"我认为可穿戴电子产品研究界忽视植物的时间太长了，"刁颖说。"我们知道，植物在适应气候的过程中承受着巨大的压力，我认为软电子产品可以在促进我们的理解方面发挥更大的作用，这样我们就能确保植物在未来健康、快乐和可持续发展无论是在太空、其他星球还是在地球上。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现光与磁之间的突破性联系

科学家发现光与磁之间的突破性联系 耶路撒冷希伯来大学应用物理和电气工程研究所自旋电子学实验室主任阿米尔-卡普亚教授宣布了光磁相互作用领域的一项关键性突破。该团队的这一意外发现揭示了光学激光束控制固体磁性状态的机制，有望在各行各业得到切实应用。卡普亚教授说："这一突破标志着我们对光与磁性材料之间相互作用的理解发生了范式转变。它为光控高速存储技术，特别是磁阻随机存取存储器（MRAM）和创新光学传感器的开发铺平了道路。事实上，这一发现标志着我们对光磁动力学理解的重大飞跃。"利用光束进行磁记录（应用）。资料来源：Amir Capua与光辐射的快速行为相比，磁铁的反应速度较慢，因此通常较少受到关注。通过研究，研究小组得出了一个新的认识：快速振荡光波的磁性成分具有控制磁铁的能力，从而重新定义了物理原理关系。有趣的是，他们发现了一种描述相互作用强度的基本数学关系，它将光的磁场振幅、频率和磁性材料的能量吸收联系在一起。这一发现与量子技术领域密切相关，并结合了迄今为止几乎没有重叠的两个科学界的原理："我们是利用量子计算和量子光学界公认的原理，但在自旋电子学和磁学界却不太适用的原理，才得出这一认识的，当磁性材料和辐射处于完全平衡状态时，二者之间的相互作用已被充分证实。然而，迄今为止，人们对辐射和磁性材料不平衡的情况只做了非常片面的描述。这种非平衡状态是量子光学和量子计算技术的核心。我们借用量子物理学的原理，对磁性材料中的这种非平衡状态进行了研究，从而获得了磁体甚至可以对光的短时间尺度做出反应的基本认识。此外，这种相互作用被证明是非常重要和有效的。我们的发现可以解释过去二三十年间报道的各种实验结果。"这一发现具有深远的意义，特别是在利用光和纳米磁体进行数据记录的领域。它预示着超高速、高能效光控 MRAM 的潜在实现，以及各行各业信息存储和处理领域的重大变革。此外，在发现这一发现的同时，研究小组还推出了一种能够检测光的磁性部分的专用传感器。与传统传感器不同的是，这种尖端设计提供了各种应用的多功能性和集成性，有可能彻底改变以各种方式利用光的传感器和电路设计。这项研究由自旋电子学实验室的博士候选人 Benjamin Assouline 负责，他在这一突破性发现中发挥了至关重要的作用。由于认识到这一突破的潜在影响，该团队已申请了多项相关专利。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家研发出弹性铁电材料

中国科学家研发出弹性铁电材料 据中国科学院宁波材料技术与工程研究所网站介绍，该研究所的研究团队研发出了兼具弹性回复与铁电性的新型高分子铁电材料，有效解决了传统铁电材料在可穿戴领域难以在大形变下保持稳定性能的难题。该成果于8月4日在国际顶尖学术期刊《科学》上发表。 铁电材料是一种神奇的绝缘性功能材料，有记忆能力，可用在计算机存储器、高精度电机、超敏感传感器和声纳设备等电子产品中，也是日常使用的手机、平板电脑等电子设备中必不可少的材料之一。 用该材料做成的传感器将更随和，具有更高测量精度、更好的穿戴舒适性，未来或能实现手机柔软贴身，可任意弯折。这种材料的拉伸率高达125%，不但能保持原有的铁电性，还能在外力撤除后迅速恢复原状。 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

科学家开发出具有8000次充电循环的低成本新型电池

科学家开发出具有8000次充电循环的低成本新型电池 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 新型锌-木质素电池非常稳定，可以使用 8000 次以上，同时保持约 80% 的性能。研究人员开发的电池虽小，但技术是可扩展的。资料来源：Thor Balkhed"太阳能电池板已经变得相对便宜，低收入国家的许多人都采用了太阳能电池板。然而，在赤道附近，太阳会在下午 6 点左右落下，导致家庭和企业停电。"林雪平大学有机电子学教授 Reverant Crispin 说："我们希望这种电池技术，即使性能低于昂贵的锂离子电池，最终也能为这些情况提供解决方案。"他所在的有机电子实验室研究小组与卡尔斯塔德大学和查尔姆斯大学的研究人员合作，开发出了一种基于锌和木质素的电池，这两种材料既经济又环保。就能量密度而言，这种电池与铅酸电池相当，但没有有毒的铅。研究人员 Reverant Crispin 和 Ziyauddin Khan 在有机电子实验室。图片来源：Thor Balkhed这种电池非常稳定，可使用 8000 次以上，同时保持约 80% 的性能。此外，该电池的电量可保持约一周时间，比其他只需几个小时就能放电的同类锌电池要长得多。虽然锌基电池已经进入市场，但主要是作为不可充电电池，预计在适当引入可充电功能后，锌基电池将成为锂离子电池的补充，并在某些情况下长期取代锂离子电池。"虽然锂离子电池在处理得当的情况下非常有用，但它们可能具有爆炸性，难以回收利用，而且在提取钴等特定元素时会产生环境和人权问题。因此，在能量密度并不重要的情况下，我们的可持续电池提供了一种很有前景的替代品。"锌电池的主要问题是耐用性差，因为锌会与电池电解质溶液中的水发生反应。这种反应会产生氢气和锌的树枝状生长，使电池基本上无法使用。为了稳定锌，使用了一种名为聚丙烯酸酯钾基聚合物水包盐电解质（WiPSE）的物质。林雪平的研究人员现在已经证明，在含有锌和木质素的电池中使用 WiPSE 时，稳定性非常高。"锌和木质素都非常便宜，而且这种电池很容易回收。如果计算每个使用周期的成本，与锂离子电池相比，它是一种非常便宜的电池，"Ziyauddin Khan 说。目前，实验室开发的电池体积较小。不过，研究人员相信，由于木质素和锌的丰富，他们可以低成本制造出大型电池，大小与汽车电瓶差不多，不过，大规模生产还是需要商业公司的参与。Reverant Crispin 断言，瑞典作为一个创新型国家，能够帮助其他国家采用更具可持续性的替代方案。"我们有责任帮助低收入国家避免重蹈我们的覆辙。他们在建设基础设施时，需要立即从绿色技术入手。如果引入不可持续的技术，那么数十亿人将会使用这种技术，从而导致气候灾难，"Reverant Crispin 说。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家开发出可永久运行的新型泥土动力燃料电池

科学家开发出可永久运行的新型泥土动力燃料电池 美国西北大学的研究人员推出了一种由土壤微生物驱动的燃料电池，其性能大大优于同类技术，并为低能耗设备提供了一种可持续的供电解决方案。燃料电池的 3D 打印帽露出地面。盖子可以防止碎屑进入设备，同时保证空气流通。图片来源：Bill Yen/西北大学为了测试这种新型燃料电池，研究人员用它为测量土壤湿度和探测触摸的传感器供电，这种能力对于追踪路过的动物非常有价值。为了实现无线通信，研究人员还为土壤供电传感器配备了一个微型天线，通过反射现有的无线电频率信号将数据传输到邻近的基站。这种燃料电池不仅能在潮湿和干燥的条件下工作，而且其功率比同类技术高出 120%。这项研究成果将于今天（1月12日）发表在《交互、移动、可穿戴和泛在技术计算机械协会论文集》（Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable, and Ubiquitous Technologies）上。研究报告的作者还将向公众发布所有设计、教程和模拟工具，以便其他人可以使用并在此基础上开展研究。"物联网（IoT）中的设备数量在不断增长，"领导这项工作的西北大学校友比尔-颜（Bill Yen）说。"如果我们想象未来会有数万亿台这样的设备，我们就不可能用锂、重金属和对环境有害的毒素来制造每一台设备。我们需要找到能够提供低能量的替代品，为分散的设备网络供电。在寻找解决方案的过程中，我们将目光投向了土壤微生物燃料电池，它利用特殊微生物分解土壤，并利用低能量为传感器供电。只要土壤中有供微生物分解的有机碳，燃料电池就有可能永远持续下去"。该研究的主要作者比尔-颜（Bill Yen）在西北大学实验室测试时埋入燃料电池。资料来源：美国西北大学西北大学的 George Wells 是这项研究的资深作者，他说："这些微生物无处不在，它们已经生活在各处的土壤中。我们可以使用非常简单的工程系统来捕捉它们的电力。我们不会用这种能量为整个城市供电。但我们可以捕获微量的能量，为实用的低功率应用提供燃料。"威尔斯是西北大学麦考密克工程学院土木与环境工程系副教授。Yen 现在是斯坦福大学的博士生，当他还是 Wells 实验室的一名本科生研究员时，就开始了这个项目。近年来，全球越来越多的农民采用精准农业作为提高作物产量的策略。这种技术驱动的方法依靠精确测量土壤中的水分、养分和污染物含量，从而做出提高作物健康水平的决策。这需要一个广泛、分散的电子设备网络来持续收集环境数据。Yen说："如果你想在野外、农场或湿地安装传感器，你只能在传感器上安装电池或收集太阳能。太阳能电池板在肮脏的环境中无法正常工作，因为它们会被灰尘覆盖，在太阳不出来的时候无法工作，而且会占用很大的空间。电池也具有挑战性，因为它们会耗尽电力。农民不会绕着 100 英亩的农场定期更换电池或清除太阳能电池板上的灰尘。"为了克服这些挑战，威尔斯、Yen 和他们的合作者想知道，他们是否可以从现有环境中获取能量，也就是从农民正在监测的土壤中获取能量。基于土壤的微生物燃料电池（MFC）于 1911 年首次出现，其工作原理与电池类似具有阳极、阴极和电解质。但 MFC 并不使用化学物质来发电，而是从细菌中获取电能，这些细菌会自然地向附近的导体提供电子。当这些电子从阳极流向阴极时，就形成了一个电路。燃料电池从地下取出进行研究后，被泥土覆盖。图片来源：Bill Yen/西北大学但是，为了让微生物燃料电池不受干扰地运行，它们需要保持水分和氧气，而这在埋于地下的干燥泥土中是很难做到的。Yen说："虽然MFC作为一种概念已经存在了一个多世纪，但其不可靠的性能和低输出功率阻碍了人们对其进行实际应用，尤其是在低湿度条件下。"考虑到这些挑战，Yen 和他的团队开始了为期两年的开发实用、可靠的基于土壤的 MFC 的旅程。他的考察包括创建和比较四种不同的版本。首先，研究人员对每种设计的性能进行了长达九个月的数据收集。然后，他们在室外花园测试了最终版本。性能最好的原型既能在干燥条件下工作，也能在水浸环境下工作。其成功的秘诀是它的几何形状。获胜的燃料电池没有采用阳极和阴极相互平行的传统设计，而是采用了垂直设计。阳极由碳毡（一种廉价、丰富的导体，可捕捉微生物的电子）制成，与地表水平。阴极由惰性导电金属制成，垂直置于阳极之上。虽然整个装置是埋在地下的，但垂直设计确保了上端与地表齐平。设备顶部有一个 3D 打印的盖子，以防止碎片掉落。顶部的小孔和阴极旁的空气室可以保证稳定的气流。阴极的下端一直深埋在地表之下，确保它能从周围潮湿的土壤中保持水分，即使地表土壤在阳光下变干也是如此。研究人员还在阴极的一部分涂上了防水材料，使其在洪水中能够呼吸。而且，在可能发生的洪水过后，垂直设计还能使阴极逐渐变干，而不是一下子变干。平均而言，由此产生的燃料电池所产生的电量是传感器运行所需电量的 68 倍。它还足够坚固耐用，能够承受土壤水分的巨大变化从略微干燥（体积含水量为 41%）到完全浸入水中。研究人员说，他们的土基 MFC 的所有组件都可以在当地五金店买到。下一步，他们计划开发一种由完全可生物降解材料制成的土基 MFC。这两种设计都绕过了复杂的供应链，避免了使用冲突矿产。"通过COVID-19大流行，我们都熟悉了危机是如何扰乱全球电子产品供应链的，"该研究的合著者、前西北大学教师、现就职于佐治亚理工学院的乔赛亚-赫斯特（Josiah Hester）说。"我们希望制造出使用本地供应链和低成本材料的设备，让所有社区都能获得计算能力"。"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：