飞秒激光将玻璃变成"透明"光能收集器

飞秒激光将玻璃变成"透明"光能收集器 利用飞秒激光蚀刻半导体图案，将碲玻璃变成"透明"光能收集器。资料来源：EPFL / Lisa Ackermann科学家们对碲玻璃中的原子在高能飞秒激光的快速脉冲照射下如何重组很感兴趣，他们偶然发现在玻璃上形成了纳米级的碲和氧化碲晶体，这两种半导体材料都是蚀刻在玻璃上的，而这正是玻璃被照射的地方。这就是科学家们发现的奇迹时刻，因为半导体材料暴露在日光下可能会产生电能。"碲是半导体，基于这一发现，我们想知道是否有可能在碲玻璃表面写入持久的图案，从而在光线照射下可靠地诱发电流，答案是肯定的，"负责管理 EPFL Galatea 实验室的 Yves Bellouard 解释说。"这项技术的一个有趣的转折点是，在这个过程中不需要额外的材料。只需要碲玻璃和飞秒激光就能制造出活性光电导材料。"EPFL 团队利用东京工业大学同事生产的碲玻璃，运用飞秒激光技术的专业知识对玻璃进行改性，并分析激光的效果。在直径为 1 厘米的碲玻璃表面照射一个简单的线条图案后，Torun 发现它在紫外线和可见光谱照射下能产生电流，而且这种电流能持续数月之久。伊夫-贝鲁亚尔说："太神奇了，我们正在用光将玻璃变成半导体。伊夫-贝鲁亚德说："我们实质上是在把材料变成另一种东西，也许接近炼金术士的梦想！" ... PC版： 手机版：

人类头发：清理石油泄漏的惊人有效方法

人类头发：清理石油泄漏的惊人有效方法 丽莎-戈蒂埃（Lisa Gautier）和她的搭档帕特里斯-戈蒂埃（Patrice Gautier）于 1998 年创立了Matter of Trust，希望能够解决环境问题。他们很快就遇到了来自阿拉巴马州的美发师菲利普-麦克洛里（Phillip McCrory）。菲利普-麦克洛里在阿拉斯加埃克森-瓦尔迪兹漏油事件中看到一只被救出的水獭，它的皮毛上沾满了油污，于是他萌生了将发垫作为油污清理工具的想法。麦克洛里在家里试验了他的理论，他把发廊里的 5 磅头发塞进妻子的连裤袜里，并在后院建了一个儿童游泳池。一个价值百万美元的想法诞生了。头发具有吸附而非吸收油脂的独特能力。当头发与油接触时，油分子会粘附在头发表面，形成一层牢固的油膜。只要蘸一下就可以了！丽莎-戈蒂埃，Matter of Trust 联合创始人"理一次发，拯救一片海滩"......朗朗上口三年后，当一艘油轮在加拉帕戈斯群岛搁浅时，这个想法得到了大规模的验证。Matter of Trust 公司用他们的毛毡垫协助了清理工作。加拉帕戈斯群岛正在部署的"Matter of Trust"毛发围栏只需 1.1 磅（500 克）的头发就能制作出一个两英尺见方、一英寸厚（60x60x2.5 厘米）的垫子，可以吸收大约 1.5 加仑（5.6 升）的油。美国有近一百万家有执照的美发店，每家店每天可产生约一磅的头发垃圾，因此材料并不短缺。事实上，公司的大部分材料都来自理发店和发廊的捐赠，迄今为止 Matter of Trust 收到过来自美国所有邮政编码的捐赠。不仅是人类的头发，该团队还使用其他废弃纤维，如羊毛、宠物毛发，甚至是烘干机里的洗衣绒。他们开发了自己的刺毡机，专门用来制作两乘两英尺的方形垫子。Matter of Trust 志愿者兴高采烈地举起发垫Matter of Trust 目前已为包括 2010 年墨西哥湾"深水地平线"漏油事件在内的重大灾难项目制作了 30 多万个油污清理围栏和 4 万多个毛垫。根据戈蒂埃的说法，其库存中大约有一半是由美国国防部等组织购买的，而另一半则是捐赠的，通常是捐赠给志愿者。如果仅有一夸脱（约 1 升）的油进入供水系统，就有可能污染多达一百万加仑（约 380 万升）的饮用水。清理海上或陆地溢油的标准方法是使用聚丙烯围油栏，但聚丙烯是一种不可生物降解的塑料，最终会被填埋。要知道，就目前的情况而言，发垫本身并不是完美的解决方案。处理它们的唯一方法是堆肥或焚烧。这两种方法都有各自的问题，但该团队正在研究如何从头发中提取油脂，使发垫可以重复使用。健康的"起泡、冲洗、重复"也许就是解决办法？看一看 Matter of Trust 的视频，了解他们的具体做法和工作内容，然后再决定你是否会感到恶心。 ... PC版： 手机版：

高分辨率显微镜和超快激光可精确识别半导体中的缺陷

高分辨率显微镜和超快激光可精确识别半导体中的缺陷 密歇根州立大学将红色波浪箭头所示的太赫兹激光光束与扫描隧道显微镜（STM）的尖端结合在一起深色的金字塔形状与蓝色表面所示的样品交换红色电子。资料来源：Eve Ammerman要把更智能、更强大的电子器件塞进日益缩小的设备中，所面临的挑战之一就是开发工具和技术，对组成这些器件的材料进行日益精确的分析。密歇根州立大学的物理学家在这方面迈出了期待已久的一步，他们采用了一种将高分辨率显微镜与超快激光器相结合的方法。《自然-光子学》（Nature Photonics）杂志介绍了这项技术，它使研究人员能够以无与伦比的精度发现半导体中的错位原子。半导体物理学将这些原子称为"缺陷"，这听起来有些负面，但它们通常是有意添加到材料中的，对当今和未来设备中半导体的性能至关重要。这项研究的负责人、杰里-考文实验物理学讲座教授泰勒-科克（Tyler Cocker）说："这对于具有纳米级结构的组件尤其重要。"密歇根州立大学杰里-考恩实验物理学捐赠讲座教授泰勒-考克（左）与博士生斯蒂芬妮-亚当斯（Stefanie Adams）和穆罕默德-哈桑（Mohamed Hassan）在超快太赫兹纳米镜实验室。图片来源：Matt Davenport/密歇根州立大学自然科学学院这包括计算机芯片等，它们通常使用具有纳米级特征的半导体。研究人员正致力于将纳米级结构发挥到极致，设计出只有一个原子厚度的材料。科克说："这些纳米材料是半导体的未来，当拥有纳米级电子器件时，确保电子能以你想要的方式运动真的很重要"。他还领导着 MSU 物理与天文学系的超快太赫兹纳米光学实验室。缺陷在电子运动中扮演着重要角色，这就是为什么像科克这样的科学家热衷于准确了解缺陷的位置及其行为方式。当科克的同行们得知他的团队的新技术可以让他们轻松获得这些信息时，都感到非常兴奋。维德兰-耶利奇（Vedran Jelic）作为科克研究小组的博士后研究员率先开展了这一项目，他目前在加拿大国家研究理事会工作，是新报告的第一作者。研究小组成员还包括博士生 Stefanie Adams、Eve Ammerman 和 Mohamed Hassan，以及本科生研究员 Kaedon Cleland-Host。科克补充说，只要有合适的设备，这种技术就可以直接实施，他的团队已经将其应用于石墨烯纳米带等原子级薄材料。科克说："我们有许多开放项目，在这些项目中，我们用更多的材料和更奇特的材料来使用这种技术。我们把它融入到我们所做的一切工作中，并将其作为一种标准技术来使用"。博士生穆罕默德-哈桑（Mohamed Hassan）和斯蒂芬妮-亚当斯（Stefanie Adams）检查光学台，以调整密歇根州立大学团队新技术中使用的激光。图片来源：Matt Davenport/密歇根州立大学自然科学学院目前已经有一些工具，特别是扫描隧道显微镜（STM），可以帮助科学家发现单原子缺陷。与许多人在高中科学课上认识的显微镜不同，STM 不使用透镜和灯泡来放大物体。相反，STM 使用原子般锋利的尖端扫描样品表面，就像唱片机上的触针一样。但 STM 的针尖并不接触样品表面，它只是足够靠近，以便电子在针尖和样品之间跃迁或隧穿。STM 记录了电子跃迁的数量、跃迁的位置以及其他信息，从而提供有关样品的原子尺度信息（因此，科克的实验室将其称为纳米镜，而不是显微镜）。但是，仅凭 STM 数据并不总能清楚地分辨出样品中的缺陷，尤其是砷化镓，这是一种重要的半导体材料，可用于雷达系统、高效太阳能电池和现代电信设备。在最新发表的论文中，Cocker 和他的团队重点研究了有意注入硅缺陷原子的砷化镓样品，以调整电子在半导体中的移动方式。"对于电子来说，硅原子就像一个深坑，"科克说。尽管理论家们对这类缺陷的研究已有数十年之久，但实验学家们直到现在才能够直接探测到这些单原子。科克和他的团队的新技术仍然使用 STM，但研究人员还将激光脉冲直接照射到 STM 的尖端。这些脉冲由太赫兹频率的光波组成，即每秒上下抖动一万亿次。最近，理论家们证明，这与硅原子缺陷在砷化镓样品中来回抖动的频率相同。通过将 STM 和太赫兹光耦合在一起，MSU 团队创造出了一种探针，它对缺陷具有无与伦比的灵敏度。当 STM 针尖接触到砷化镓表面的硅缺陷时，研究小组的测量数据中突然出现了一个强烈的信号。当研究人员将针尖从缺陷处移开一个原子时，信号消失了。科克说："这就是人们四十多年来一直在寻找的缺陷，我们可以看到它像钟一样敲响。"他继续说："起初，我们很难相信，因为它太独特了。我们不得不对它进行全方位的测量，以确定它是真实存在的。"然而，他们确信信号是真的以后，就很容易解释了，这要归功于多年来对这一主题的理论研究。尽管科克的实验室处于这一领域的最前沿，但目前世界各地都有研究小组将 STM 与太赫兹光结合起来。除检测缺陷外，还有许多其他材料也可以从这项技术的应用中获益。现在，他的团队已经与社区分享了自己的方法，科克很高兴看到还有其他发现在等待着他。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新型超快激光技术可改善肿瘤放射治疗效果

新型超快激光技术可改善肿瘤放射治疗效果 这项应用是国家科学研究院（INRS）先进激光光源实验室（ALLS）的研究团队在能源材料电信研究中心（EMT Centre）主任弗朗索瓦-莱加雷（François Légaré）教授指导下开展的最新工作中发现的。同时也是与麦吉尔大学健康中心（MUHC）的医学物理学家合作的成果。该团队的研究成果发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）杂志上，其惊人的结果使人们对高功率激光脉冲的某些知识产生了质疑，而这些知识已成为科学界的共识。国家科学研究中心 EMT 中心主任弗朗索瓦-莱加雷（François Légaré）说："我们首次证明，在特定条件下，激光束在环境空气中紧密聚焦，可以加速电子，使其能量达到 MeV（兆电子伏特）范围，与用于癌症放射治疗的某些辐照装置的能量数量级相同。"从左至右Steve MacLean（无限潜能实验室首席技术官）、Sylvain Fourmaux（法国国家科研中心助理研究员）、François Fillion-Gourdeau（无限潜能实验室助理研究员）、Stéphane Payeur（法国国家科研中心研究员）、Simon Vallières（法国国家科研中心博士后研究员）和 François Légaré（EMT 中心主任）。资料来源：国家科研所在环境空气中聚焦足够高强度的激光脉冲会在焦点处产生等离子体，这一点已经得到证实。该等离子体是电子源，最多可将电子加速到几千电子伏（keV）的能量。直到最近，由于物理限制，在环境空气中还无法达到更高的能量。研究小组能够证明，在环境空气中加速的电子能够达到 MeV（兆电子伏特）范围内的能量，或者说比以前无法逾越的极限高出约 1000 倍。更好的癌症治疗方法国家科学研究中心 EMT 中心团队的突破为医学物理学的重大进展打开了大门。一个典型的例子就是FLASH放射疗法，这是一种治疗对传统放射疗法有抵抗力的肿瘤的新方法。这种技术可以在极短的时间内（微秒而不是几分钟）提供高剂量的放射线。这可以更好地保护肿瘤周围的健康组织。这种"闪光"效应在研究中还不太清楚，但似乎涉及健康组织的快速脱氧，降低了它们对辐射的敏感性。实验装置。超短红外激光脉冲在环境空气中紧密聚焦，产生高剂量的电离辐射。资料来源：Simon Vallières（法国国家科学研究中心）"没有任何研究能够解释 FLASH 效应的本质。不过，FLASH 放射疗法中使用的电子源与我们在环境空气中强烈聚焦激光产生的电子源具有相似的特性。"博士后研究员、该研究第一作者西蒙-瓦利埃尔（Simon Vallières）说："一旦辐射源得到更好的控制，进一步的研究将使我们能够探究FLASH效应的原因，并最终为癌症患者提供更好的放射治疗。"更安全的处理这一发现具有具体的意义。首先，在处理环境空气中紧密聚焦的激光束时需要格外小心。"观测到的电子能量（兆电子伏）使它们能够在空气中飞行三米多远，或在皮肤下飞行几毫米。"Simon Vallières解释说："这给激光源的使用者带来了辐射风险。"此外，通过在放射源附近进行测量，研究小组观察到电子辐射剂量率很高，是传统放射治疗所用剂量率的三到四倍。西蒙-瓦利埃尔说："发现这种辐射危害是在实验室实施更安全操作的一个机会。这位年轻的研究人员指出，在环境空气中处理高度集中的激光束必须小心谨慎，科学家们需要避免接触高剂量的辐射，因为它们对人体健康有害。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

可持续工艺将污水污泥转化为高价值活性炭

可持续工艺将污水污泥转化为高价值活性炭 近年来，热解（在惰性气氛中对材料进行高温热分解）作为一种将污水污泥转化为有价值的活性炭的方法，引起了人们的兴趣。由于在这一过程是否可行的问题上还存在很大的知识空白，因此研究人员从这里入手。研究人员使用通过生物工艺（利用微生物净化废水）处理过的原污水污泥，首先在炉子里烘干污泥，去除其中的高水分。然后，将干燥后的产品在研磨机中研磨成粉末，并与活化剂混合。活化剂可激活或加速热化学反应，对于从污水污泥中获得活性炭至关重要。研究人员选择了氢氧化钾（KOH），因为它成本低、无污染，并尝试使用较低的比例，使该工艺更具可持续性，减少资源消耗、环境污染和最终生产成本。活化后，污泥粉末在无氧条件下进行热解碳化，然后加入盐酸处理，净化并消除某些矿物质。研究人员对污泥与 KOH 的不同混合比例、热解时间和温度目标进行了研究，以确定从污泥中生产高比表面活性炭的最佳方法。研究人员发现，将 KOH 的用量至少减少 50%，污泥与 KOH 的比例为 3:1，最高温度为 800 °C（1,472 °F）是最佳选择，每公斤（2.2 磅）污水污泥可产生 0.63 公斤（1.3 磅）活性炭。这也使得活性炭更加多孔，含碳量更高（62%）。由于活性炭用于空气和水的净化、气味控制和贵金属回收，其多孔性质非常重要，因为它能提高活性炭吸附气体和液体中化学物质的能力。该研究的通讯作者玛丽亚-安赫尔斯-马丁（María Ángeles Martín）说："从实用的角度来看，提出可以在工业规模上实施的解决方案非常重要。这是文献中最简单的程序之一，使用的技术已经在工业规模的市场上存在"。研究人员对能量、质量和经济性进行计算后估计，利用湿污泥生产活性炭的成本为每公斤 17.53 欧元（18.91 美元）。他们表示，成本高的原因是污泥含水量高达 92%。如果在污水处理过程中使用离心分离法将湿度降低到 80%，他们估计每公斤活性炭的成本将降低 50%以上，为 8 欧元（8.63 美元）。现在，简化工艺已经通过测试，验证了从污水污泥中获得的活性炭的质量，研究人员计划开发这种材料的应用。这项研究发表在《环境管理杂志》上。 ... PC版： 手机版：

世界上速度最快的相机每秒可拍摄156.3万亿帧图像

世界上速度最快的相机每秒可拍摄156.3万亿帧图像 世界上最快的相机 SCARF 的图解。啁啾脉冲光捕捉到一个超快事件苹果被子弹击穿然后进入系统处理成图像最好的手机慢动作摄像机通常使用几百帧/秒的速度。专业的电影摄像机可能会使用几千帧，以达到更流畅的效果。但如果你想看到纳米尺度上发生的事情，就需要把速度降下来，达到每秒数十亿甚至数万亿帧。据报道，这台新相机可以捕捉以飞秒为单位的事件四万亿分之一秒。作为参考，1 秒钟内发生的事件与 3200 万年中的秒数相当。研究人员以他们早在 2014 年就开发的技术为基础，该技术被称为压缩超快摄影（CUP），可以捕捉现在看来微不足道的1000 亿帧/秒。下一阶段被称为 T-CUP，T 代表"每秒万亿帧"它确实能达到每秒 10 万亿帧的速度。到了 2020 年，该团队又将其提升到70 万 亿帧/秒，并推出了一个名为压缩超快光谱摄影（CUSP）的版本。现在，研究人员又将其提高了一倍多，达到了令人难以置信的每秒 156.3 万亿帧。新的照相机系统被称为"扫频编码孔径实时飞秒照相术"（SCARF），它可以捕捉发生得太快的事件，即使是以前版本的技术也无法看到。这包括像冲击波穿过物质或活细胞这样的情况。SCARF 的工作原理是首先发射一个"啁啾"超短脉冲激光，穿过被成像的事件或物体。如果把这种光想象成彩虹，那么红色波长的光将首先捕捉到事件，然后是橙色、黄色，最后是紫色。由于事件发生得太快，当每种"颜色"到达时，看起来都不一样，这样脉冲就能在极短的时间内捕捉到整个事件的变化。然后，这个光脉冲经过一系列组件的聚焦、反射、衍射和编码，最后到达电荷耦合器件（CCD）相机的传感器。然后转换成数据，再由计算机重构成最终图像。虽然我们普通人不太可能观看 SCARF 系统捕捉到的气球爆炸的高速视频，但研究人员表示，捕捉新的超快现象有助于改进物理学、生物学、化学、材料科学和工程学等领域。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：