研究人员实现石墨烯中惰性气体簇的首次成像

研究人员实现石墨烯中惰性气体簇的首次成像 两个石墨烯层之间的氙纳米团簇，大小在两个到十个原子之间。图片来源：Manuel Längle维也纳大学的科学家与赫尔辛基大学的同事合作取得了这一突破，其关键在于将惰性气体原子限制在两层石墨烯之间。这种方法克服了惰性气体在常温实验条件下无法形成稳定结构的难题。该方法的细节和有史以来第一张惰性气体（氪和氙）结构的电子显微镜图像现已发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。惰性气体陷阱维也纳大学的亚尼-科塔科斯基（Jani Kotakoski）研究小组在研究如何利用离子辐照来改变石墨烯和其他二维材料的特性时，发现了一些不同寻常的现象：当使用惰性气体进行辐照时，它们会被困在两片石墨烯之间。当惰性气体离子的速度足以穿过第一层石墨烯而不是第二层石墨烯时，就会发生这种情况。一旦被困在两层石墨烯之间，惰性气体就可以自由移动。这是因为它们不会形成化学键。然而，为了容纳惰性气体原子，石墨烯会弯曲形成微小的口袋。在这里，两个或更多的惰性气体原子可以相遇并形成规则、密集的二维惰性气体纳米簇。显微镜带来的乐趣"我们使用扫描透射电子显微镜来观察这些簇，它们真的非常迷人，非常有趣。当我们对它们进行成像时，它们会旋转、跳跃、生长和缩小"，该研究的第一作者曼努埃尔-莱恩格尔（Manuel Längle）说。"获取层间原子是这项工作最难的部分。现在我们已经做到了这一点，我们有了一个简单的系统来研究与材料生长和行为有关的基本过程。"在谈到研究小组未来的工作时，亚尼-科塔科斯基（Jani Kotakoski）说："下一步工作是研究含有不同惰性气体的簇合物的特性，以及它们在低温和高温下的行为。由于惰性气体在光源和激光器中的应用，这些新结构将来可能会应用于量子信息技术等领域。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

Nature：研究人员找到了 LK-99 不是室温超导体的证据

Nature：研究人员找到了 LK-99 不是室温超导体的证据 研究人员似乎已经解决了LK-99的难题。科学探索工作已经发现了该材料不是超导体的证据，并阐明了其实际特性。 这一结论让 LK-99一种铜、铅、磷和氧的化合物被证明是第一个在室温和环境压力下工作的超导体的希望破灭。相反，研究表明，材料中的杂质（特别是硫化铜）导致其电阻率急剧下降，并在磁体上显示出部分悬浮的特性，这些特性与超导体所表现出的特性类似。 加州大学戴维斯分校的凝聚态实验学家 Inna Vishik 表示：“我认为事情到此已经相当清楚了。” 16日，德国斯图加特马克斯·普朗克固体研究所的一个独立团队报告了6 个合成的纯 LK-99 单晶。与之前依赖坩埚的合成尝试不同，这次使用了一种称为浮区晶体生长的技术。这使得研究人员能够避免在反应中引入硫，从而消除 Cu 2 S 杂质。 结果是透明的紫色晶体纯 LK-99，或 Pb 8.8 Cu 1.2 P 6 O 25。与杂质分离后，LK-99 不是超导体，而是电阻达数百万欧姆的绝缘体，对于标准电导率测试来说太高了。它显示出轻微的铁磁性和抗磁性，但不足以实现部分悬浮。“因此，我们排除了超导性的存在，”该团队总结道。 研究小组认为，LK-99 中出现的超导迹象是由 Cu 2 S 杂质引起的，而其晶体中不存在这种杂质。

研究人员成功将废弃鸡脂肪转化为清洁能源

研究人员成功将废弃鸡脂肪转化为清洁能源 研究人员开发出一种将鸡脂肪转化为超级电容器碳基电极的新方法，为传统材料提供了一种环保型替代品。这一创新不仅解决了与现有存储设备相关的成本和环境问题，还提高了能源存储技术的性能和效率。全球正朝着更可持续的绿色能源方向发展，这增加了电力储备和对储能设备的需求。遗憾的是，用于这些设备的某些材料既昂贵又存在环境问题。利用通常被扔掉的东西生产替代储能设备有助于解决这些难题。现在，研究人员在《ACS 应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces ）杂志上报告了一种将鸡脂肪转化为碳基电极的方法，这种电极可用于超级电容器，储存能量并为 LED 供电。这种提取的鸡脂肪为超级电容器创造了一种碳基材料。资料来源：Mohan Reddy Pallavolu根据国际能源机构的数据，2023 年，全球可再生能源发电能力将比上一年前所未有地增长近 50%。但是，这些多余的能源必须储存起来，以便日后从其生产中获益。例如，由于屋顶太阳能电池板供应过剩，加利福尼亚州的晴天最近引发了负能源价格。由于石墨烯等碳材料具有高效的电荷传输和天然丰富的资源，最近设计高性能存储设备的努力利用了这些材料，但其制造成本高昂，而且会产生污染和温室气体。为了寻找替代碳源材料，Mohan Reddy Pallavolu、Jae Hak Jung、Sang Woo Joo 及其同事希望开发一种简单、经济有效的方法，将废弃鸡脂肪转化为导电纳米结构，用于超级电容器储能装置。研究人员首先使用燃气火焰喷枪灼烧鸡肉中的脂肪，然后使用火焰灯芯法燃烧融化的油，就像使用油灯一样。然后，他们将油烟收集到悬浮在火焰上方的烧瓶底部。电子显微镜显示，烟尘中含有碳基纳米结构，它们是由同心石墨环组成的均匀球形晶格，就像洋葱的层状结构。研究人员测试了一种通过将碳纳米粒子浸泡在硫脲溶液中来增强其电气特性的方法。在这些非对称超级电容器中，当使用源自鸡肉的碳材料作为电极时，LED 可以点亮。资料来源：Mohan Reddy Pallavolu将鸡脂肪来源的碳纳米粒子组装到非对称超级电容器的负极中，可显示出良好的电容性和耐用性，以及高能量和功率密度。正如所预测的那样，当电极由硫脲处理过的碳纳米颗粒制成时，这些特性得到了进一步改善。研究人员随后演示了新型超级电容器的实时应用充电并连接两个超级电容器，点亮红色、绿色和蓝色 LED 灯。这些成果凸显了利用鸡脂肪等食物垃圾作为碳源，寻找更环保的绿色能源的潜在优势。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

研究人员提出了基于原子尺度缺陷的永久数据存储新途径

研究人员提出了基于原子尺度缺陷的永久数据存储新途径 通过聚焦离子束将信息写入光学活性原子缺陷（左图），并利用阴极发光或光致发光（右图）读取信息。资料来源：M. Hollenbach, H. Schultheiß研究小组在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志上报告说，这些缺陷是由聚焦离子束产生的，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特能量低等特点。据最新估计，每天产生的新数据约为 3.3 亿 TB，仅在过去两年中就产生了全球 90% 的数据。如果说单纯的数字已经表明需要先进的数据存储技术，那么这绝不是与这一发展相关的唯一问题。当前存储介质的存储时间有限，需要在几年内进行数据迁移，以避免数据丢失。HZDR 离子束物理与材料研究所的 Georgy Astakhov 博士说："除了陷入永久数据迁移程序之外，这还大大增加了能源消耗，因为在此过程中会消耗大量能源。"为了缓解这一迫在眉睫的危机，Astakhov 的团队现在引入了一种基于碳化硅原子级缺陷的长期数据存储新概念。这些缺陷由聚焦的质子或氦离子束造成，并利用与缺陷相关的发光机制进行读取。传统存储设备如何受物理学制约目前，磁性存储器是追求大容量的数据存储解决方案的首选，但物理定律为可实现的存储密度设定了限制。要提高存储密度，就必须缩小磁性颗粒的尺寸。但这样一来，材料中的热波动和扩散过程就变得越来越重要，对存储时间的影响也越来越大。调整材料的磁性可能会抑制这种影响，但这是有代价的：存储信息的能量更高。同样，光学设备的性能也受到物理定律的制约。由于所谓的衍射极限，最小记录位的大小受到限制：它不能小于光波长的一半，这就设定了最大存储容量的极限。出路在于多维光学记录。碳化硅具有原子尺度的缺陷，尤其是晶格部位没有硅原子。这些缺陷是由聚焦的质子或氦离子束产生的，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特的能量低等特点。光学介质固有的存储密度衍射限制同样适用于这种的情况。研究人员通过 4D 编码方案克服了这一限制。在这里，通过控制横向位置和深度以及缺陷数量，实现了三个空间维度和额外的第四个强度维度。然后，他们通过光激发引发的光致发光来读出存储的数据。此外，通过聚焦电子束激发可观察到阴极发光，从而大大提高了存储密度。世代存储数据怎样实现根据介质保存的环境条件，存储的信息可能会再次从缺陷中消失，但考虑到他们的材料，科学家们等到了一个好消息。Astakhov说："这些缺陷的失活与温度有关，这表明在环境条件下，这些缺陷的保留时间最短可达几代。还有更多。利用近红外激光激发、现代编码技术和多层数据存储（即在多达十层碳化硅层上相互堆叠），研究小组达到了与蓝光光盘相当的面积存储密度。在数据读出时，改用电子束激发而不是光学激发，这种方式所能达到的极限相当于目前报道的原型磁带的记录面积存储密度，但存储时间更短，能耗更高。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

剑桥研究人员发明可直接吸收空气中二氧化碳的新材料

剑桥研究人员发明可直接吸收空气中二氧化碳的新材料 与目前的碳捕集方法相比，带电木炭海绵还可能更加节能，因为它需要更低的温度来去除捕集到的二氧化碳，以便将其储存起来。该研究成果发表在《自然》杂志上。领导这项研究的优素福-哈米德化学系亚历山大-福斯博士说："从大气中捕捉碳排放是最后的手段，但考虑到气候紧急情况的规模，这是我们需要研究的问题。我们必须做的第一件也是最紧迫的事情是在全球范围内减少碳排放，但温室气体清除也被认为是实现净零排放和限制气候变化最坏影响所必需的。实事求是地说，我们必须竭尽全力"。直接空气捕集是一种潜在的碳捕集方法，它使用海绵状材料从大气中去除二氧化碳，但目前的方法成本高昂，需要高温和使用天然气，而且缺乏稳定性。福斯说："在使用多孔材料从大气中捕集碳方面，已经开展了一些很有前景的工作。"我们想看看活性炭是否可以作为一种选择，因为它便宜、稳定，而且可以大规模制造。"活性炭被广泛应用于净水器等净化领域，但它通常无法捕捉和保持空气中的二氧化碳。福斯和他的同事提出，如果活性炭可以像电池一样充电，那么它就可以成为一种合适的碳捕获材料。给电池充电时，带电离子会进入电池的一个电极。研究人员假设，用氢氧化物这种化合物给活性炭充电，可以使其适用于碳捕获，因为氢氧化物会与二氧化碳形成可逆键。研究小组利用一种类似电池的充电过程，为一种廉价的活性炭布充入氢氧根离子。在这个过程中，炭布就像电池中的电极，氢氧根离子在炭的微孔中积聚。充电过程结束后，将木炭从"电池"中取出，清洗并烘干。对带电木炭海绵的测试表明，由于氢氧化物的结合机制，它可以成功地直接从空气中捕获二氧化碳。"这是一种利用类似电池的工艺制造材料的新方法，"福斯说。"二氧化碳捕获率已经与现有材料相当。但更有希望的是，这种方法的能源密集度要低得多，因为我们不需要高温来收集二氧化碳和再生木炭海绵。"为了从木炭中收集二氧化碳，使其得到净化和储存，需要对材料进行加热，以逆转氢氧化物-二氧化碳键。目前用于从空气中捕捉二氧化碳的大多数材料都需要加热到高达 900°C 的温度，通常需要使用天然气。然而，剑桥大学团队开发的带电木炭海绵只需要加热到 90-100°C 的温度，使用可再生电力即可达到这一温度。这种材料是通过电阻加热进行加热的，基本上是由内向外加热，因此过程更快，能耗更低。不过，这种材料也有局限性，研究人员目前正在努力解决这一问题。福斯说："我们正在努力提高二氧化碳的捕获量，尤其是在潮湿的条件下，因为在潮湿的条件下，我们的性能会下降。"研究人员说，他们的方法可以用于碳捕获以外的领域，因为木炭中的孔隙和插入其中的离子可以进行微调，以捕获一系列分子。福斯说："这种方法是我们在 COVID-19 大流行期间提出的一个疯狂想法，所以当这些想法真正奏效时，总是令人兴奋的。这打开了一扇门，可以用简单、节能的方式为不同应用制造各种材料。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41586-024-07449-2 ... PC版： 手机版：

牛津大学科学家发现在某些情况下 粒子可以吸引带相同电荷的粒子

牛津大学科学家发现在某些情况下 粒子可以吸引带相同电荷的粒子 粒子可以获得正电荷或负电荷，这决定了它们在其他粒子周围的行为方式。把两个带相反电荷的粒子放在一起，它们会相互吸引，而两个带相同电荷的粒子则会相互排斥。随着总电荷的增加和粒子间距离的拉近，这种静电力会越来越强，这就是著名的库仑定律。但在一项新的研究中，科学家们发现了规则的例外情况。当悬浮在某些溶液中时，一些带电粒子可以吸引相同电荷的粒子，即使距离相对较远。更奇怪的是，带正电荷和负电荷的粒子在不同溶液中的表现也不同。在测试中，研究小组将带负电荷的二氧化硅微粒悬浮在水中，发现在特定的 pH 值下，它们可以相互吸引，形成六角形的团块。这似乎违反了基本的电磁原理，即相同电荷的粒子在任何距离上都应该是相斥的。但是，当研究人员使用一种考虑到溶剂结构的粒子间相互作用理论来研究这种效应时，发现了一种新的吸引力，它可以克服静电排斥力。但带正电荷的胺化二氧化硅颗粒却并非如此。在任何 pH 值的水中，这种相互作用都是排斥的。因此，研究小组想知道他们是否能改变这种情况，结果发现，通过换用不同的溶剂（在本例中为醇类），带正电荷的粒子聚集在一起，而带负电荷的粒子则保持排斥状态。研究小组表示，这一发现可能会迫使我们对自己的假设进行重大反思，并可在实际化学中用于自组装、结晶和相分离等过程。这项研究发表在《自然-纳米技术》杂志上。 ... PC版： 手机版：