中国科学家研发出“神奇材料” 无需芯片和电池便可发光

中国科学家研发出“神奇材料” 无需芯片和电池便可发光 该研究提出了基于“人体耦合”的能量交互机制，并成功研发出集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维，由其编织制成的智能纺织品无需依赖芯片和电池便可实现发光显示、触控等人机交互功能，这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能，具有广泛应用前景。图片来源：Science期刊插图据悉，这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能。东华大学材料科学与工程学院博士研究生杨伟峰为论文第一作者，纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）王宏志教授、侯成义研究员，以及东华大学材料科学与工程学院张青红研究员为论文通讯作者。该研究工作由东华大学作为唯一通讯单位主导完成，合作单位包括新加坡国立大学与安徽农业大学。随着科技不断发展，智能可穿戴设备正逐渐成为我们生活的一部分，并在健康监测、远程医疗和人机交互等领域发挥着越来越重要的作用。相较于传统刚性半导体元件或柔性薄膜器件等，由智能纤维编织而成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度，被视为理想的可穿戴设备载体。目前，智能纤维的开发多基于“冯·诺依曼架构”，即以硅基芯片作为信息处理核心开发各种电子纤维功能模块，如信号采集的传感纤维、信号传输的导电纤维、信息显示的发光纤维、能量供应的发电纤维等。尽管这些功能单元可组合制成织物形态，但这种复杂的多模块集成技术还面临着一系列挑战。现阶段的智能纺织品仍依赖于芯片和电池，体积、重量和刚性大，难以同时满足人们对纺织品功能性和舒适性的需求。“人体耦合”智能纤维的工作机制及其与传统电子织物的对比。图片来源：东华大学该研究中，东华大学科研团队开创性地提出了“非冯·诺依曼架构”的新型智能纤维，有效地简化了可穿戴设备和智能纺织品的硬件结构，优化了它们的可穿戴性。该工作实现了将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中，并通过编织制成不依赖芯片和电池的智能纺织品。“不插电”就能发光发电的纤维，其中到底有怎样的奥妙呢？在我们的日常生活中，电磁场和电磁波无处不在，散布在环境中的这些电磁能量就是这种新型纤维的无线驱动力。而这些能量又是如何“传递”到纤维上面的呢？答案就是我们的身体。该工作提出把人体作为能量交互的载体，开辟了一条便捷的能量“通道”，原本在大气中耗散的电磁能量优先进入纤维、人体、大地组成的回路，恰恰就是这一“日用而不觉”的原理，促成了“人体耦合”的新型能量交互机制。在添加特定功能材料以后，仅仅经过人体触碰，这种新型纤维就会展现发光发电的“神奇一幕”。人体耦合电磁能量收集示意图。图片来源：东华大学图片来源：东华大学“这款新型纤维具有三层鞘芯结构，所采用的均是市面上比较常见的原材料。芯层为感应交变电磁场的纤维天线（镀银尼龙纤维）、中间层为提高电磁能量耦合容量的介电层（BaTiO3复合树脂）、外层为电场敏感的发光层（ZnS复合树脂）。原材料成本低，纤维和织物的加工都能够用成熟的工艺实现，已具备量产能力。”杨伟峰说。该工作还展示了这种基于人体耦合原理的智能纤维的几种应用：在不使用芯片和电池的情况下，实现了纤维触控发光、织物显示以及无线指令传输等功能。侯成义研究员表示，“这种新型纤维能够运用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中，当它们与人体接触时，通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明，同时它们还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号，进而对智能家电等电子产品进行无线遥控。这些新颖的功能有望拓展电子产品的应用场景，甚至改变人们智慧生活的方式。” ... PC版： 手机版：

中国科学家成功研发出基于“人体耦合”的能量交互机制的新型智能纤维

中国科学家成功研发出基于“人体耦合”的能量交互机制的新型智能纤维 这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能，具有广泛应用前景。“人体耦合”智能纤维的工作机制及其与传统电子织物的对比。受访对象供图该研究提出把人体作为能量交互的载体，开辟了一条便捷的能量“通道”。原本在大气中耗散的电磁能量优先进入纤维、人体、大地组成的回路，恰恰就是这一“日用而不觉”的原理，促成了“人体耦合”的新型能量交互机制。在添加特定功能材料后，仅仅经过人体触碰，这种新型纤维就会展现发光发电的“神奇一幕”。东华大学纤维材料改性国家重点实验室侯成义研究员表示：“这种新型纤维能够运用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中，当它们与人体接触时，通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明，同时它们还能对人体的不同姿态动作产生无线信号，进而对智能家电等电子产品进行无线遥控。这些新颖的功能有望拓展电子产品的应用场景，甚至改变人们智慧生活的方式。” ... PC版： 手机版：

新型辐射冷却织物可抵御城市高温

新型辐射冷却织物可抵御城市高温 目前已有一些织物和建筑材料能利用辐射制冷（物体以中红外辐射形式向外释放热量）原理来降温，但这些材料大多只考虑了来自太阳的辐射，而没有考虑城市建筑物和路面发出的红外线辐射。新开发的织物同样利用了辐射制冷原理。它可以选择性地发出能逃离地球大气层的红外辐射，同时还能阻挡太阳辐射和周围建筑物发出的红外辐射，从而让人在“城市热岛”环境中保持凉爽。这种织物分3层：内层由羊毛或棉等常见服装面料制成；中层由银纳米线制成，能反射大部分阳光辐射；外层是由一种名为聚甲基戊烯的塑料材料制成，这种材料对大多数波长既不吸收也不反射，但会发射一小段红外辐射。室外测试显示，这种织物的温度比普通丝绸低8.9℃，比宽带发射型织物低2.3℃。在皮肤上测试时，这种织物的温度比棉织物低1.8℃。研究人员表示，从理论上讲，这种微小的温度差异可能使人在暴露于高温下仍感觉舒适的时间增加。 ... PC版： 手机版：

科学家研制出一种具有独特甚至矛盾特性的新型玻璃

科学家研制出一种具有独特甚至矛盾特性的新型玻璃 使用标准实验室设备在室温下轻松制备多肽玻璃。资料来源：特拉维夫大学特拉维夫大学（TAU）的研究人员创造了一种新型玻璃，这种玻璃具有独特甚至相互矛盾的特性，如具有很强的粘合性（粘性），同时又具有令人难以置信的透明性。这种玻璃在室温下与水接触后会自发形成，可为光学和电子光学、卫星通信、遥感和生物医学等一系列不同行业带来一场革命。这种玻璃是由以色列和世界各国的研究人员组成的研究小组发现的，研究小组由博士生 Gal Finkelstein-Zuta 和来自塔大生命科学院 Shmunis 生物医学与癌症研究学院和工程学院材料科学与工程系的 Ehud Gazit 教授领导。研究成果最近发表在著名的科学杂志《自然》上。制备后的固体肽玻璃。资料来源：特拉维夫大学"在我们的实验室，我们研究生物融合，特别是利用生物的奇妙特性来生产创新材料，"Gazit 教授解释说。"除其他外，我们还研究构成蛋白质的氨基酸序列。氨基酸和肽具有相互连接并形成具有确定周期性排列的有序结构的自然趋势，但在研究过程中，我们发现了一种独特的肽，它的行为与我们所知道的任何东西都不同：它没有形成任何有序的模式，而是一种无定形、无序的模式，就像玻璃一样。"在分子水平上，玻璃是一种液态物质，其分子结构缺乏有序性，但其机械特性却类似于固态。玻璃通常是通过快速冷却熔融材料并将其"冻结"在这种状态下，然后再让其结晶，从而形成一种无定形状态，具有独特的光学、化学和机械特性，以及耐久性、多功能性和可持续性。TAU 的研究人员发现，在室温条件下，由三个酪氨酸序列（YYY）组成的芳香肽在水溶液蒸发后会自发形成分子玻璃。(从左至右）：Gal Finkelstein-Zuta 和 Ehud Gazit 教授。图片来源：特拉维夫大学Gal Finkelstein-Zuta 说："我们所熟知的商用玻璃是通过快速冷却熔融材料制成的，这一过程被称为玻璃化。无定形的液态组织必须先固定下来，然后才能像晶体那样以更节能的方式排列，而这就需要能量必须将其加热到高温并立即冷却。另一方面，我们发现的玻璃是由生物构件组成的，它在室温下自发形成，不需要高温或高压等能量。只需将粉末溶解在水中就像制作酷儿汽水一样，玻璃就会形成。例如，我们用新玻璃制作镜片。我们不需要经过漫长的研磨和抛光过程，只需将一滴水滴在表面上，仅通过调节溶液量就能控制其曲率，进而控制其焦距。"TAU 的创新玻璃具有世界上独一无二的特性，这些特性甚至相互矛盾：它非常坚硬，但在室温下可以自我修复；它是一种强力粘合剂，同时在从可见光到中红外线的宽光谱范围内都是透明的。"这是第一次有人成功地在简单条件下制造出分子玻璃，"Gazit 教授说，"但比这更重要的是我们制造出的玻璃的特性。这是一种非常特殊的玻璃。一方面，它非常坚固，另一方面，它非常透明，比普通玻璃透明得多。我们都知道，普通的硅酸盐玻璃在可见光范围内是透明的，而我们创造的分子玻璃在红外线范围内是透明的。这在卫星、遥感、通信和光学等领域有很多用途。它还是一种强力粘合剂，可以把不同的玻璃粘在一起，同时还能修复玻璃上形成的裂缝。这是世界上任何玻璃都不具备的一系列特性，在科学和工程领域具有巨大的潜力，而我们从一个肽一小块蛋白质中获得了这一切。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

普林斯顿科学家开发出夏季为建筑物降温、冬季为建筑物供暖的被动机制

普林斯顿科学家开发出夏季为建筑物降温、冬季为建筑物供暖的被动机制 普林斯顿大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员发明了一种新的被动气候控制技术，该技术使用工程涂层来管理特定波长的热传递，有可能大幅节省能源并提高建筑物的舒适度，尤其是在较不富裕的地区。热图像显示了建筑物散发的热量。图片来源：Mandal 等人/普林斯顿大学在最近发表在《细胞报告物理科学》杂志上的一篇文章中，他们报告说，通过将建筑物与其环境之间的辐射热流限制在特定波长，由普通材料制成的涂层可以实现节能和热舒适度，这超出了传统建筑围护结构所能实现的水平。“随着全球气温的升高，维护适宜居住的建筑物已成为一项全球性挑战，”普林斯顿大学土木与环境工程助理教授、研究员 Jyotirmoy Mandal 说。 “建筑物以辐射的形式与周围环境交换大部分热量，通过调整其外壳的光学特性以利用辐射在环境中的行为方式，我们可以以新颖且有效的方式控制建筑物中的热量。”辐射热由电磁波携带，无处不在当阳光温暖我们的皮肤，或者当电线圈加热房间时，我们都能感受到它。通过控制辐射热来调节建筑物温度是一种常见的做法。大多数建筑物使用窗帘遮挡阳光，许多建筑物将屋顶和墙壁漆成白色以反射阳光。“如果我们看看希腊圣托里尼岛或印度焦特布尔等历史名城，我们会发现通过使屋顶和墙壁反射阳光来冷却建筑物的做法已经持续了几个世纪，”加州大学洛杉矶分校材料科学与工程副教授、研究员 Aaswath Raman 表示。“近年来，人们对反射阳光的凉爽屋顶涂层产生了浓厚的兴趣。但冷却墙壁和窗户是一个更加微妙和复杂的挑战。”建筑物墙壁和屋顶的热图像。图片来源：Mandal 等人/普林斯顿大学屋顶通常可以看到天空。这使得凉爽的屋顶涂层可以反射阳光，并将长波热量辐射到天空，最终辐射到太空。另一方面，墙壁和窗户大多可以看到地面和邻近的建筑物。在炎热的天气里，它们被炎热的街道、人行道和附近建筑物散发的热量加热。这意味着，即使墙壁和窗户向天空散发热量，它们也会被地球加热得更多。在寒冷的天气里，陆地环境变得更冷，从墙壁和窗户中吸收热量。研究人员意识到解决这个问题的方法在于热量在建筑物和地面区域之间移动的方式与在建筑物和天空之间移动的方式不同。辐射热在红外光谱的狭窄部分（称为大气传输窗口）中从建筑物移动到天空，因此研究人员称之为窄带。在地面，辐射热在整个红外光谱中移动，研究人员称之为宽带。“通过在墙壁和窗户上涂上只在大气窗口辐射或吸收热量的材料，我们可以减少夏季地面的宽带热量增加和冬季的损失，同时保持天空的冷却效果。我们认为这个想法是史无前例的，超出了传统屋顶和墙壁围护结构所能实现的范围。” Mandal 指出。该研究结果的影响意义重大，原因有两个。首先，研究人员在文章中表明，许多常见的低成本建筑材料在窄带中辐射热量并阻挡宽带热量。已经用作壁板材料的聚氟乙烯等材料可以适应这一目的，甚至更常见的塑料也可以适应这一目的。“当我们发现像聚丙烯这样的材料（我们从家用塑料中获取）在大气窗口中选择性地辐射或吸收热量时，我们很兴奋，” Raman 指出。“这些材料近乎平凡，但同样的可扩展性使它们变得常见，这也意味着我们可以在不久的将来看到它们用于温度调节建筑物。”乐观的第二个原因是，其对建筑规模的潜在能源影响是巨大的。研究人员指出，采用他们的机制，季节性节能效果可与将深色屋顶涂成白色的效果相媲美。随着全球空调成本和与高温相关的伤亡人数继续飙升，这可能很有用。曼达尔和拉曼计划进一步继续这项研究。“我们提出的机制是完全被动的，这使得它成为一种可持续的方式，可以随着季节变化对建筑物进行冷却和加热，并产生尚未开发的能源节约。”曼达尔指出。“事实上，我们展示的机制和材料对全球南方建筑的好处最大。因此，这可能是资源匮乏社区更公平的解决方案，甚至更甚于他们看到冷却需求和与高温相关的死亡率不断增加。”编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家发明新型半导体激发技术

科学家发明新型半导体激发技术 横滨国立大学的科学家和加州理工学院的同事利用高强度、宽频带的超快太赫兹脉冲，在一种二维半导体材料中实现了原子激发，推动了电子设备的发展。他们的论文于 3 月 19 日发表在《应用物理通讯》（Applied Physics Letters）杂志上，并作为编辑推荐文章。二维（2D）材料或片状纳米材料因其独特的电子特性而成为未来半导体应用的理想平台。过渡金属二掺杂物（TMDs）是二维材料中的一个重要类别，由夹在掺杂物原子层之间的过渡金属原子层组成。这些原子以晶格结构排列，可以围绕其平衡位置振动或振荡这种集体激发被称为相干声子，在决定和控制材料特性方面起着至关重要的作用。声波诱导技术的创新传统上，相干声子由可见光和近红外区域的超短脉冲激光器诱导。使用其他光源的方法仍然有限。横滨国立大学工程科学研究生院助理教授、该研究的第一作者 Satoshi Kusaba 说："我们的研究解决了超快太赫兹频率激光器（或低能光子）如何在 TMD 材料中诱导相干声子这一基本问题。"WSe2 中声子的超快宽带太赫兹激发和偏振旋转探测示意图。获得的结果（右下）包括通过和频过程激发的相干声子振荡信号（右上）。资料来源：Satoshi Kusaba / 横滨国立大学太赫兹辐射是指频率在太赫兹范围内的电磁波，介于微波和红外频率之间。研究小组制备了超快宽带太赫兹脉冲，以诱导一种名为WSe2 的 TMD 薄膜中的相干声子动力学。为检测光学各向异性（换句话说，即光在穿过材料时的表现），研究人员安排了一套精确而灵敏的装置。研究人员研究了超短激光脉冲与材料相互作用时电场方向的变化；这些变化被称为偏振旋转。通过仔细观察微小的诱导光学各向异性，研究小组成功地探测到了太赫兹脉冲诱导的声子信号。"我们的研究最重要的发现是，太赫兹激发可以通过一个独特的和频激发过程在TMD中诱导相干声子，"研究时的加州理工学院博士生、本研究的共同第一作者Haw-Wei Lin说。"这种机制与共振和线性吸收过程有着本质区别，它涉及两个太赫兹光子的能量总和与声子模式的能量总和相匹配"。由于通过这种和频过程可以激发的声子模式的对称性完全不同于更典型的共振线性过程，因此本研究中成功使用的激发过程对于完全控制材料中的原子运动非常重要。这项研究成果的意义超出了基础研究的范畴，有望在现实世界中得到广泛应用。"通过和频激发过程，我们可以利用太赫兹激发相干地控制二维原子位置，"Kusaba说。"这可能为控制 TMD 的电子状态打开大门，这对于开发谷电技术和使用 TMD 的电子设备，实现低功耗、高速计算和专用光源，是大有可为的"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：