科学家开发出更高效的从空气中捕捉淡水的新方法 灵感来自早餐麦片圈

科学家开发出更高效的从空气中捕捉淡水的新方法 灵感来自早餐麦片圈 Cheerios效应是一个小漂浮物在液体表面聚集的过程。研究人员对这一过程进行了优化，以提高高效集水系统的凝结率。资料来源：2024 KAUST; Ivan Gromicho领导这项研究的丹-丹尼尔实验室研究员马库斯-林说："我们对设计能促进水凝结的表面很感兴趣，水凝结具有重要的传热和集水应用价值。在典型的固体表面上，凝结的水滴粘附在表面上，运动量极小。想想水在冰冷的苏打水罐上凝结的情形。"只有当液滴长到足够大时，重力才会把它们往下拉，这时液滴才会移动。"丹尼尔、林和他们的合作者的想法是，添加一层薄薄的油膜可以润滑表面，使液滴高度移动，从而为进一步的液滴凝结腾出空间，提高凝结率，这个想法奏效了，但液滴移动的复杂方式却完全出乎意料。一旦液滴增长到临界大小，它们就开始以一种类似于精心编排的舞蹈的独特模式在油中移动。林说："它们最初以蛇形方式运动，然后过渡到圆周运动，然后再返回。"这些运动的尺度从微米到几厘米不等，持续时间长达数小时。"研究人员捕捉到水滴在油性薄膜上凝结时表现出复杂的集体运动，在蛇形运动和圆形运动之间摆动。资料来源：2024 KAUST; Fauzia Wardani这一过程的驱动力是，就像牛奶中的麦片一样，漂浮在油中的水滴会被吸引向它们的邻居。较大的水滴在运动过程中会吞噬路径上较小的水滴，从而释放出能量。当局部油膜耗尽时，移动的液滴会重新分配油膜，并从蛇形运动转为圆周运动。一旦局部油膜恢复，蛇形运动又会重新开始。丹尼尔说，随着淡水资源面临的压力越来越大，人们开始广泛寻求这种无需能量输入、通过简单冷凝就能从空气中高效捕获水的装置。他说："通过优化冷凝液滴的集体运动，我们可以大大提高冷凝率，从而设计出更高效的集水系统。"研究小组计划进一步探索液滴运动的驱动机制，特别是研究从蛇形运动到圆形运动的过渡。"另一个关键方面是探索潜在的应用，特别是在传热增强和水收集方面。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家揭示了制作更明亮、更高效、更稳定的OLED的方法

科学家揭示了制作更明亮、更高效、更稳定的OLED的方法 杜伦大学（Durham University）的科学家们发现了一种改进蓝色有机发光二极管（OLED）的新方法，引入了超荧光技术，使发光效率提高了三倍，发光更稳定。这一进步不仅能使显示器更亮、更耐用，还能大大提高能效。大多数现代智能手机和电视所使用的 OLED 显示屏都依赖于特殊有机分子的光发射。获得适用于显示器的稳定、高效的蓝光发射仍然是一项关键挑战。现在，杜伦大学的研究人员利用"超荧光"有机发光二极管找到了一种新的设计策略，即能量从"敏化剂"分子转移到单独的"发射器"分子。令人惊讶的是，研究小组发现，以前被认为是不良发光体的敏化剂分子在超荧光有机发光二极管中的表现却非常出色。"我们发现了一个'盲点'，在这个'盲点'中，被传统思维所忽视的材料在用作超荧光有机发光二极管的敏化剂时可以变得非常有效，"该研究的第一作者、杜伦大学的 Kleitos Stavrou 说。特别是在超荧光 OLED 中用作敏化剂时，发现 ACRSA 分子可将 OLED 效率提高三倍。研究人员将其归功于 ACRSA 的刚性分子结构和长寿命激发态。更引人注目的是，通过将 ACRSA 的能量转移到蓝色终端发射器，使用 ACRSA 等绿色敏化剂可实现深蓝光发射。该研究的资深作者、杜伦大学物理系的安德鲁-蒙克曼（Andrew Monkman）教授说："与设备中的直接蓝光发射相比，这种方法降低了激子能量，使蓝光 OLED 更加稳定、更加持久。"总之，该策略为稳定、高效的显示器提供了一种新的分子设计范式。蒙克曼教授说："我们的研究结果揭示了超荧光有机发光二极管尚未开发的领域，这将极大地拓宽下一代显示器的材料选择范围，同时还将减少多达 30% 的用电量。"研究人员下一步计划与工业合作伙伴一起进一步开发超荧光有机发光二极管，用于商业应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

意大利科学家利用金属钌开发出高效生产绿色氢气的新系统

意大利科学家利用金属钌开发出高效生产绿色氢气的新系统 IIT和BeDimensional的研究人员使用钌的纳米颗粒作为电解槽阴极的活性相，从而提高了整个电解槽的效率。资料来源：IIT-意大利技术研究所这项技术是在联合实验室的活动范围内开发的，最近发表在两份高影响因子期刊（《自然通讯》和 《美国化学学会杂志》）上，其基础是新的电催化剂系列，可以降低工业规模绿色制氢的成本。氢被认为是一种可持续的能源载体，是化石燃料的替代品。但就对环境的影响而言，并非所有的氢都是一样的。事实上，目前生产氢气的主要方法是甲烷蒸汽转化，这是一种以化石燃料为基础的工艺，会释放出二氧化碳（CO2）作为副产品。这种工艺产生的氢分为"灰色"（二氧化碳被释放到大气中）和"蓝色"（二氧化碳被捕获并地质封存）两种。要想在 2050 年之前将排放量大幅降至零，就必须用更具环境可持续性的工艺来取代这些工艺，以提供"绿色"（即净零排放）氢气。"绿色"氢气的成本主要取决于将水分子分离成氢气和氧气的装置（电解槽）的能效。这一发现的联合小组的研究人员开发了一种新方法，在将电能（分裂水分子时利用的能量偏差）转化为产生的氢分子中储存的化学能方面，这种方法比目前已知的方法保证了更高的效率。研究小组提出了催化剂的概念，并使用了可再生能源，如太阳能电池板产生的电能。热那亚意大利技术研究所（IIT）和 BeDimensional S.p.A.（IIT 的衍生公司）组成的联合团队确定了新的解决方案。照片中Liberato Manna（IIT）、Francesco Bonaccorso（BeDimensional）、左勇（IIT）、Sebastiano Bellani（BeDimensional）、Marilena Zappia（BeDimensional）、Michele Ferri（IIT）。资料来源：IIT-意大利技术研究所"我们的研究表明，尽管初始投资略高于标准电解槽所需的投资，但仍有可能最大限度地提高成熟技术的效率。这是因为我们使用了钌这种贵金属"，热那亚国际理工学院纳米化学小组的左勇和 Michele Ferri 评论道。研究人员使用了钌纳米粒子，这种贵金属的化学性质与铂相似，但价格便宜得多。钌纳米粒子可作为电解槽阴极的活性相，从而提高整个电解槽的效率。"我们在工业重要条件下进行了电化学分析和测试，从而评估了我们材料的催化活性。此外，理论模拟使我们能够在分子水平上理解钌纳米粒子的催化行为；换句话说，理解其表面水分裂的机理，"来自 BeDimensional 的 Sebastiano Bellani 和 Marilena Zappia 解释说，他们参与了这一发现。"结合实验数据和其他工艺参数，我们进行了技术经济分析，结果表明，与最先进的电解槽相比，这项技术具有竞争力。"钌是一种贵金属，作为铂金提取的副产品，其产量很小（每年 30 吨，而铂金的年产量为 200 吨），但成本较低（每克 18.5 美元，而铂金的成本为 30 美元）。新技术每千瓦只需使用 40 毫克钌，这与质子交换膜电解器大量使用铂（每千瓦高达 1 克）和铱（每千瓦 1 至 2.5 克，铱的价格约为每克 150 美元）形成鲜明对比。通过使用钌，印度理工学院和 BeDimensional 公司的研究人员提高了碱性电解器的效率，这种技术因其坚固耐用而被使用了几十年。例如，1969 年将人类送上月球的阿波罗 11 号太空舱就采用了这种技术。新开发的用于碱性电解槽的钌基阴极系列非常高效，运行寿命长，因此能够降低绿色氢气的生产成本。研究人员总结说："未来，我们计划将这种技术和其他技术（如基于可持续二维材料的纳米结构催化剂）应用于以可再生能源（包括光伏电池板产生的电力）为动力的升级电解器中。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

物理学家发现一种作用于在超疏水表面上运动的水滴的新力

物理学家发现一种作用于在超疏水表面上运动的水滴的新力 物理学助理教授 Matilda Backholm 的独特微吸管力传感器技术可探测超疏水材料与水滴之间的微小作用力。资料来源：Matilda Backholm/阿尔托大学在一种名为黑硅的材料表面，微小的鸿沟形成了一片锥形锯齿状山峰。黑硅通常用于太阳能电池技术，同时也是研究水滴行为物理学的工具。黑硅是一种超疏水材料，这意味着它能排斥水。由于水具有独特的表面张力特性，水滴在黑硅等纹理材料上滑行时，会附着在下面的空气薄膜间隙上。当水滴缓慢移动时，这种方法非常奏效水滴在滑动过程中毫无阻碍。但是，当液滴移动得更快时，某种未知的力量似乎会拉扯它的底部。这让物理学家们感到困惑，但现在来自阿尔托大学和巴黎 ESPCI 的一组研究人员给出了解释，而且他们还得到了相关数据的支持。阿尔托大学助理教授玛蒂尔达-巴克霍尔姆（Matilda Backholm）是这篇论文的第一作者，该论文详细介绍了这些发现，并于4月15日发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。她是在应用物理系罗宾-拉斯（Robin Ras）教授的软物质和润湿小组担任博士后研究员期间完成这项研究的。阿尔托大学研究小组对空气剪切力的解决方案是在黑色硅表面建立支柱，然后将其蚀刻成具有类似纹理的帽盖。资料来源：Maja Vuckovac/阿尔托大学"在观察水与表面的相互作用时，通常有三种力在起作用：接触线摩擦力、粘性损失和空气阻力。然而，水滴在黑硅等高滑表面上的运动会产生第四种力。这种运动实际上会对下面的空气产生剪切作用，从而对液滴本身产生类似阻力的作用。这种剪切力以前从未被解释过，我们是第一个发现它的人，"Backholm 说。流体物理学和软物质物理学的相互作用十分复杂，要将其简化为简单的公式具有挑战性。但是，Backholm 成功地开发出了测量这些微小力的技术，解释了这些力的作用原理，并最终提供了完全消除阻力的解决方案。空气剪切效应创造出更好的超疏水表面将使世界上的运输系统更符合空气动力学，医疗设备更能保持无菌，并普遍提高任何需要憎液表面的滑爽性。黑硅利用水的特定表面张力，最大限度地减少水滴与表面的接触。蚀刻在基底上的圆锥体使水滴在空气薄膜间隙上滑行，这种间隙被称为 Plastron。但与直觉相反的是，使疏水表面偏转水滴的机制也导致了 Backholm 论文中概述的剪切效应。用微吸管力传感器探测水滴。图片来源：Matilda Backholm/阿尔托大学"这个领域一直在制造超滑表面，通过缩小锥体的长度尺度使其更小更多，但没有人停下来意识到，嘿！我们实际上是在和自己作对。"Backholm说："实际上，在黑硅表面蚀刻更短的锥体会产生更大的空气剪切效应。"其他研究人员也注意到了这种力的存在，但却无法解释。Backholm 的发现促使人们重新考虑超滑表面的设计方式。她的团队采取的变通方法是在黑硅表面上增加带有纹理帽的高锥体，以进一步减小液滴的总接触表面积。"这项工作建立在软物质和润湿研究小组关于超疏水表面的丰富专业知识基础之上。Ras 说："很少有机会能完全解释润湿动力学所涉及的微观作用力的微妙之处，但这篇论文恰恰做到了这一点。"专业测量技术Backholm 采用了一种独特的微吸管测量技术来测量作用在水滴上的力。她是这些微吸管力传感器方面的专家，曾用它们测量过植物根系的生长动态、中观虾群的游动行为，现在又用它们来观察移动水滴中的力。通过艰苦的微调，她利用这一技术在确定剪切效应方面取得了突破性进展。Backholm 对液滴和探针进行摆动，以探测下方微妙的拉扯力。"我们还通过对碳酸液滴进行同样的测试，排除了接触线存在其他作用力的可能性。这些液滴不断释放出二氧化碳，使其悬浮在所处表面的上方。"Backholm 说："即便如此，我们还是在一定速度下测得了剪切效应，最终证实这种力的作用与它与黑硅表面的接触无关。"Backholm预计这些发现将进一步帮助物理学家和工程师开发出性能更好的疏水表面，他现在领导着应用物理系的生命物质研究小组。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家揭示一种肺癌如何转化为另一种肺癌

科学家揭示一种肺癌如何转化为另一种肺癌 研究人员捕捉到肺癌转化的蛛丝马迹：免疫荧光图像显示，小细胞肺癌（紫粉色）在小鼠肺部的支气管（绿色）中扩散，支气管中含有残留的肺腺癌肿瘤细胞（蓝色）。图片来源：瓦默斯实验室埃里克-加德纳博士研究人员的研究结果发表在《科学》（Science）杂志上，他们发现，在从肺腺癌向小细胞肺癌（SCLC）转变的过程中，突变细胞似乎通过一种类似干细胞的中间状态发生了细胞身份的改变，从而促进了转变。"在人类患者身上研究这一过程非常困难。因此，我的目标是在小鼠模型中揭示肺腺癌向小细胞肺癌转化的内在机制，"研究带头人埃里克-加德纳博士说，他是刘易斯-托马斯大学医学教授、威尔康奈尔医学院桑德拉和爱德华-迈耶癌症中心成员哈罗德-瓦尔穆斯博士实验室的博士后研究员。这种复杂的小鼠模型耗时数年才开发完成并定性，但却让研究人员破解了这一难题。这项研究是与生理学和生物物理学助理教授、威尔康奈尔医学院迈耶癌症中心成员阿什利-劳格尼（Ashley Laughney）博士，以及劳格尼实验室研究生、三院计算生物学和医学项目成员伊桑-厄利（Ethan Earlie）合作进行的。瓦默斯博士说："众所周知，癌细胞会不断进化，尤其是为了逃避有效治疗的压力。这项研究表明，新技术（包括检测单个癌细胞的分子特征）与基于计算机的数据分析相结合，可以描绘出致命癌症进化过程中戏剧性的复杂事件，揭示出新的治疗目标。"SCLC最常发生在重度吸烟者身上，但这种类型的肿瘤也发生在相当多的肺腺癌患者身上，尤其是在接受了针对一种叫做表皮生长因子受体（EGFR）的蛋白质的治疗后，这种蛋白质会促进肿瘤生长。新的 SCLC 型肿瘤对抗表皮生长因子受体疗法具有抗药性，因为它们的生长是由一种新的癌症驱动因子高水平的 Myc 蛋白所推动的。为了揭示这些癌症途径之间的相互作用，研究人员设计小鼠患上了一种常见的肺腺癌，在这种癌症中，肺上皮细胞受 表皮 生长因子受体基因突变的驱动。然后，他们把腺癌肿瘤变成了SCLC型肿瘤，这种肿瘤通常来自神经内分泌细胞。为此，他们关闭了表皮生长因子受体，同时还发生了其他一些变化，包括肿瘤抑制基因Rb1和Trp53的缺失，以及已知的SCLC驱动基因Myc的增殖。表皮生长因子受体（EGFR）和Myc等癌基因是正常控制细胞生长的基因的变异形式。它们在推动癌症生长和扩散方面的作用众所周知。另一方面，抑癌基因通常会抑制细胞增殖和肿瘤发展。令人惊讶的是，这项研究表明，致癌基因的作用方式与环境有关。虽然大多数肺细胞对Myc的致癌作用有抵抗力，但神经内分泌细胞对Myc的致癌作用却非常敏感。相反，肺气囊的上皮细胞是肺腺癌的前体，它们在表皮生长因子受体突变的作用下过度生长。Laughney 博士说："这表明，在错误的细胞类型中，'癌基因'不再像癌基因那样发挥作用。因此，它从根本上改变了我们对致癌基因的看法。"研究人员还发现了一种既不是腺癌也不是SCLC的干细胞样中间体。只有当肿瘤抑制基因RB1和TP53 发生突变时，处于这种过渡状态的细胞才会变成神经内分泌细胞。他们观察到，另一种名为Pten的肿瘤抑制因子的缺失加速了这一过程。在这一阶段，致癌基因Myc可以驱动这些中间干样细胞形成SCLC型肿瘤。这项研究进一步支持了寻找靶向Myc蛋白疗法的努力，Myc蛋白与多种癌症有牵连。研究人员现在计划利用他们的新小鼠模型进一步探索腺癌-SCLC的转变，例如详细研究免疫系统如何正常应对这种转变。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

不是科幻小说：哈佛科学家们开发出了一种可编程响应的元流体

不是科幻小说：哈佛科学家们开发出了一种可编程响应的元流体 这种元流体可用于各种领域，从用于机器人编程的液压致动器，到可根据撞击强度消散能量的智能减震器，再到可从透明过渡到不透明的光学设备。这项研究发表在《自然》杂志上。SEAS材料科学与机械工程副研究员、论文第一作者Adel Djellouli说："我们对这种新型流体的可能性还只是肤浅的了解。有了这个平台，你可以在许多不同的领域做许多不同的事情。"超流体与固体超材料超材料其特性由结构而非成分决定的人造材料多年来已被广泛应用于各种领域。但是，大多数材料如东南欧科学院应用物理学罗伯特-L-华莱士教授兼电气工程文顿-海斯高级研究员费德里科-卡帕索实验室首创的金属透镜都是固体。元流体下方显示哈佛标志的可调谐光学元件。资料来源：哈佛大学科学与工程学院"与固体超材料不同，超流体具有独特的流动能力，能够适应其容器的形状，"SEAS应用力学威廉和阿米-宽-达诺夫（William and Ami Kuan Danoff）教授、论文资深作者卡蒂娅-贝尔托迪（Katia Bertoldi）说。"我们的目标是创造出一种元流体，它不仅拥有这些非凡的特性，还能为可编程粘度、可压缩性和光学特性提供一个平台。"研究小组利用 SEAS 的马林克罗特物理学和应用物理学教授 David A. Weitz 实验室开发的一种高度可扩展的制造技术，制造出了数十万个这种充满空气的高变形球形胶囊，并将它们悬浮在硅油中。当液体内部的压力增大时，胶囊就会塌陷，形成一个透镜状的半球。当压力消失时，胶囊又会弹回球形。元流体的特性和应用这种转变会改变液体的许多特性，包括粘度和不透明度。这些特性可以通过改变液体中胶囊的数量、厚度和大小来调整。研究人员通过将元流体装入液压机器人抓手，让抓手抓起一个玻璃瓶、一个鸡蛋和一颗蓝莓，展示了液体的可编程性。在由简单空气或水驱动的传统液压系统中，机器人需要某种传感或外部控制才能调整抓取力，在不压碎所有三个物体的情况下将其抓起。但有了元流体，就不需要传感了。液体本身会对不同的压力做出反应，改变其顺应性，从而调整抓手的力度，使其能够抓起沉重的瓶子、精致的鸡蛋和小蓝莓，而且无需额外编程。Djellouli说："我们的研究表明，我们可以利用这种流体为一个简单的机器人赋予智能。"研究小组还展示了一种流体逻辑门，通过改变元流体就能重新编程。光学特性和流体状态当压力发生变化时，元流体的光学特性也会发生变化。当胶囊呈圆形时，它们会散射光线，使液体变得不透明，就像气泡使充气的水呈现白色一样。但当施加压力，胶囊塌陷时，它们就会像微透镜一样聚焦光线，使液体变得透明。这些光学特性可用于一系列应用，例如根据压力改变颜色的电子墨水。研究人员还发现，当胶囊呈球形时，元流体的表现就像牛顿流体，这意味着它的粘度只会随着温度的变化而变化。然而，当胶囊塌陷时，悬浮液就会转变为非牛顿流体，这意味着它的粘度会随着剪切力的变化而变化剪切力越大，流动性越强。这是第一种能在牛顿和非牛顿状态之间转换的元流体。接下来，研究人员将探索元流体的声学和热力学特性。Bertoldi 说："这些可扩展、易生产的元流体应用空间巨大。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：