科学家在月球上发现异常岩石

科学家在月球上发现异常岩石 现在，由明斯特大学的奥塔维亚诺-吕施博士领导的一个国际研究小组首次在月球表面发现了一米大小的异常岩石，这些岩石被尘埃覆盖，可能表现出独特的性质比如磁性异常。科学家们最重要的发现是，月球上只有极少数巨石上有一层具有非常特殊反射特性的尘埃。例如，这些新发现的巨石上的灰尘反射阳光的方式与之前已知的岩石不同。这些新发现有助于科学家了解月壳的形成和变化过程。研究结果发表在《地球物理研究-行星》杂志上。月球磁异常和反射特性众所周知，月球表面有磁性异常现象，特别是在一个叫做莱纳伽马的区域附近。然而，人们从未研究过岩石是否具有磁性的问题。行星学研究所的奥塔维亚诺-吕施（Ottaviano Rüsch）在归类这一发现时说："目前对月球磁性的了解非常有限，因此这些新岩石将揭示月球及其磁核的历史。""我们首次研究了尘埃与莱纳伽马地区岩石的相互作用，更准确地说，是这些岩石反射特性的变化。例如，我们可以推断出这些大岩石对阳光的反射程度和方向"。这些图像是由美国国家航空航天局（NASA）的绕月勘测轨道飞行器（Lunar Reconnaissance Orbiter）拍摄的。利用人工智能进行月球探测研究小组最初感兴趣的是裂开的岩石。他们首先利用人工智能在约一百万张图片中搜索破裂的岩石这些图片也是由月球勘测轨道器拍摄的。伯尔尼大学太空与宜居性中心的瓦伦丁-比克尔（Valentin Bickel）说："现代数据处理方法让我们能够对全球环境有全新的认识同时，我们也不断通过这种方式发现未知物体，比如我们在这项新研究中调查的异常岩石。搜索算法确定了大约 13 万块有趣的岩石，其中一半由科学家进行了仔细研究。""我们仅在一张图片上就认出了一块有明显暗区的巨石。这块岩石与其他岩石截然不同，因为与其他岩石相比，它向太阳散射的光线较少。我们怀疑这是由于特殊的尘埃结构造成的，比如尘埃的密度和粒度，"Ottaviano Rüsch 解释说。"通常情况下，月球尘埃多孔，会将大量光线反射回照明方向。然而，当尘埃被压实时，整体亮度通常会增加。多特蒙德工业大学的马塞尔-赫斯（Marcel Hess）补充说："观测到的被尘埃覆盖的岩石并非如此。这是一个引人入胜的发现然而，科学家们对这种尘埃及其与岩石的相互作用的了解仍处于早期阶段。在接下来的几周和几个月里，科学家们希望进一步研究导致尘埃与岩石相互作用以及形成特殊尘埃结构的过程。这些过程包括，例如，由于静电荷或太阳风与当地磁场的相互作用而导致尘埃上升。未来研究与月球探索除了其他许多国际无人太空任务外，美国国家航空航天局（NASA）还将在未来几年内向雷纳伽马地区派出一个自动漫游车，以寻找类似类型的带有特殊尘埃的巨石。即使这仍然是未来的梦想，但更好地了解尘埃的运动也有助于规划人类在月球上的定居点等。毕竟，我们从阿波罗宇航员的经验中知道，尘埃会带来许多问题，如污染居住地（如空间站）和技术设备。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：

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：

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：