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：

研究人员发明一种扭曲的多层晶体结构 为经典“材料设计”注入新的活力

研究人员发明一种扭曲的多层晶体结构 为经典“材料设计”注入新的活力 科学家们发现，当晶体被夹在两个基底之间时，它们会发生扭曲这是探索电子和其他应用领域新材料特性的关键一步。来自美国能源部SLAC 国家加速器实验室、斯坦福大学和劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的研究人员首次培育出了一种扭曲的多层晶体结构，并测量了该结构的关键特性。这种创新结构有望帮助创造先进的材料，应用于太阳能电池、量子计算、激光器和其他各种技术。"这种结构是我们以前从未见过的这对我来说是一个巨大的惊喜，"斯坦福大学和SLAC教授、论文合著者崔毅说。"在未来的实验中，这种三层扭曲结构中可能会出现一种新的量子电子特性。"该团队设计的晶体扩展了外延生长的概念，即一种晶体材料有序地生长在另一种材料之上的现象有点像在土壤之上长出整齐的草坪，但却是原子级的。50 多年来，了解外延生长对许多行业，尤其是半导体行业的发展至关重要。事实上，外延生长是我们今天使用的许多电子设备的一部分，从手机、电脑到太阳能电池板，都允许电力在其中流动或不流动。迄今为止，外延研究的重点是在一层材料上生长另一层材料，并且两种材料在界面上具有相同的晶体取向。几十年来，这种方法在晶体管、发光二极管、激光器和量子设备等许多应用领域都取得了成功。但是，为了找到性能更好的新材料，以满足量子计算等更高的需求，研究人员正在寻找其他外延设计可能更复杂但性能更好的外延设计，这就是本研究中展示的"扭曲外延"概念。在最近发表在《科学》（Science）杂志上的一篇论文中详细介绍了他们的实验，研究人员在传统半导体材料二硫化钼（MoS2）的两层薄片之间添加了一层金。崔教授在斯坦福大学材料科学与工程系的研究生、该论文的共同作者崔毅（音译）说，由于上下两层板的方向不同，金原子无法同时与两层板对齐，因此金结构发生了扭曲。研究生崔毅说："只有底层MoS2时，金很乐意与之对齐，因此不会发生扭曲。但如果有两层扭曲的MoS2，金就不能确定是与顶层对齐还是与底层对齐。我们设法帮助金解决了它的困惑，并发现了金的取向与双层MoS2 扭转角度之间的关系。"为了详细研究金层，斯坦福材料与能源科学研究所（SIMES）和 LBNL 的研究团队将整个结构的样品加热到 500摄氏度。然后，他们利用一种名为透射电子显微镜（TEM）的技术将电子流穿过样品，从而揭示了金纳米盘在不同温度下退火后的形态、取向和应变。测量金纳米盘的这些特性是了解未来如何将新结构设计用于实际应用的必要第一步。崔说："如果没有这项研究，我们根本不知道在半导体顶部扭曲金属外延层是否可能。用电子显微镜测量完整的三层结构证实，这不仅是可能的，而且可以用令人兴奋的方式控制新结构"。下一步，研究人员希望利用 TEM 进一步研究金纳米盘的光学特性，并了解其设计是否会改变金的带状结构等物理特性。他们还希望扩展这一概念，尝试用其他半导体材料和其他金属构建三层结构。斯坦福大学材料科学与工程学院查尔斯-皮戈特（Charles M. Pigott）教授、论文合著者鲍勃-辛克莱尔（Bob Sinclair）说："我们正在开始探索是否只有这种材料组合才能实现这种效果，或者这种效果是否会更广泛地发生。这一发现开启了我们可以尝试的一系列全新实验。我们可能即将找到可以利用的全新材料特性。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

斯坦福研究人员借助新材料研发出通用存储器 有助于搭建超高效内存矩阵

斯坦福研究人员借助新材料研发出通用存储器 有助于搭建超高效内存矩阵 内存技术的创新斯坦福大学的研究人员证明，一种新材料可使相变存储器（依靠在高低电阻状态之间切换来创建计算机数据的1和0）成为未来人工智能和以数据为中心的系统的改进选择。最近，《自然-通讯》（Nature Communications）杂志详细介绍了他们的可扩展技术，该技术具有快速、低功耗、稳定、持久的特点，并且可以在与商业制造兼容的温度下制造。斯坦福大学电子工程系 Pease-Ye 教授兼材料科学与工程特聘教授 Eric Pop 说："我们不仅仅是在提高耐力或速度等单一指标，而是在同时提高多个指标。这是我们在这一领域建立的最现实、最适合工业的东西。我想把它看作是向通用存储器迈出的一步。"相变存储器件在高电阻和低电阻状态下的截面图。底部电极的直径约为 40 纳米。箭头标记了超晶格材料层之间形成的一些范德华（vdW）界面。超晶格在高电阻态和低电阻态之间被破坏和重构。 图源：波普实验室提供提高计算效率如今的计算机在不同的位置存储和处理数据。易失性内存（速度快，但在计算机关机时就会消失）负责处理数据，而非易失性内存（速度不快，但可以在不持续输入电源的情况下保存信息）负责长期数据存储。当处理器等待检索大量数据时，在这两个位置之间转移信息会造成瓶颈。论文的共同第一作者、Pop 和 Philip Wong（工程学院 Willard R. and Inez Kerr Bell 教授）共同指导的博士候选人吴向进（音译）说："来回穿梭数据需要耗费大量能源，尤其是在当今的计算工作负载下。有了这种存储器，我们希望能把存储器和处理过程更紧密地结合在一起，最终整合到一个设备中，从而减少能耗和时间"。要实现一种有效的、商业上可行的通用存储器，既能进行长期存储，又能进行快速、低功耗处理，同时又不牺牲其他指标，还存在许多技术障碍，但波普实验室开发的新型相变存储器是迄今为止任何人在这项技术上取得的最接近目标的成果。研究人员希望它能激励人们进一步开发和采用这种通用存储器。GST467 合金的承诺这种存储器依赖于 GST467，这是一种由四份锗、六份锑和七份碲组成的合金，由马里兰大学的合作者开发。Pop 和他的同事找到了在超晶格中将这种合金夹在其他几种纳米薄材料之间的方法，他们以前曾用这种分层结构取得过良好的非易失性存储器效果。"GST467 的独特成分使其开关速度特别快，"在 Pop 实验室获得博士学位的 Asir Intisar Khan 说，他是这篇论文的共同第一作者。"将它集成到纳米级器件的超晶格结构中，可以实现低开关能量，为我们提供了良好的耐久性、非常好的稳定性，并使其具有非易失性它的状态可以保持 10 年或更长的时间。"设定新标准GST467 超晶格通过了几项重要的基准测试。相变存储器有时会随时间发生漂移，即 1 和 0 的值会缓慢移动，但他们的测试表明，这种存储器非常稳定。它的工作电压也低于 1 伏（这是低功耗技术的目标），而且速度明显快于一般的固态硬盘。Pop 说："其他几种非易失性存储器的速度可能更快一些，但它们的工作电压更高，功耗更大。所有这些计算技术都需要在速度和能耗之间做出权衡。我们能在低于一伏特的电压下以几十纳秒的速度进行切换，这一点非常重要。"超晶格还能在狭小的空间内容纳大量的记忆细胞。研究人员将记忆单元的直径缩小到 40 纳米，不到冠状病毒大小的一半。由于超晶格的制造温度较低，而且采用了先进的制造技术，因此这种方法是可行的。制造温度远远低于所需要的温度。研究人员正在讨论将存储器堆叠成数千层，以提高密度。这种存储器可以实现未来的3D分层。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品 首先，在 3D 打印介质中使用木材并不是一个新想法。我们以前还看到过用从木材中提取的纤维素打印出的木质物品，以及用锯末与生物环氧树脂混合制成的 3D 打印吉他。麻省理工学院的科学家甚至正在开发一种方法，将实验室培养的木材培育成预定的三维形状。然而，休斯顿莱斯大学的研究人员声称，他们是第一批用完全由木材天然成分组成的材料 3D 打印出真正木制物品的人。除了水之外，粘稠的墨水还包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和木质素后者是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。纤维素和木质素都可以从林业、建筑业和消费品行业产生的木材废料中获取。木墨是通过一种称为直接墨水写入（DIW）的 3D 打印工艺来连续分层构建物体的。这与常用的熔融沉积建模（FDM）技术类似，熔融材料从喷嘴中挤出，冷却后硬化。在 DIW 技术中，材料不是冷却，而是通过烧结工艺变成固体形式。对于木质油墨来说，烧结过程包括在 -85 ºC (-121 ºF) 温度下冷冻干燥印刷物体 48 小时，然后在 180 ºC (356 ºF) 温度下加热 20 至 30 分钟。加热步骤将木质素转化为一种"分子胶"，将纤维素纤维和晶体结合在一起。部分 3D 打印木制品，包括一张小桌子和一把小椅子据报道，用这种材料打印出来的小物件在外观、结构、质地、热稳定性甚至气味方面都与天然木材十分相似。它们在机械强度上也比天然轻木更强，天然轻木在研究中被用作基线。还有一个额外的好处，就是它们在废弃后可以生物降解。但更重要的是，用油墨打印物品时，只使用打印该物品所需的油墨量。相比之下，用天然木块雕刻或碾磨物品时，去掉的所有木料都会被浪费掉。首席科学家穆罕默德-拉赫曼（Muhammad Rahman）副教授说："直接利用自身天然成分创建木结构的能力为更加环保和创新的未来奠定了基础。它预示着一个可持续 3D 打印木结构的新时代。"科学家们承认，该过程中的冷冻干燥和加热步骤需要大量能源，因此他们正在探索替代方法。他们的研究论文最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。 ... PC版： 手机版：

3D打印钛晶格的强度比WE54航空合金还高出50%

3D打印钛晶格的强度比WE54航空合金还高出50% 新研究的第一作者、特聘教授马迁说："理想情况下，所有复杂蜂窝材料中的应力都应均匀分布。然而，对于大多数拓扑结构而言，通常只有不到一半的材料主要承受压缩载荷，而较大体积的材料在结构上并不重要。"研究人员在管状晶格的顶部覆盖了第二个晶格，从而加固了管状晶格，并在管和连接处增加了一个薄薄的 X 形横截面，使压缩测试中的载荷分布更加均匀。左图：导致普通空心支柱网格早期失效的过应力点。右图：使用多拓扑网格时，应力分布更加均匀 皇家墨尔本理工大学它的形状非常复杂，但使用激光粉末床熔融 3D 打印机却很容易制造。研究人员对制造出的立方体进行了测试，发现它比航空航天领域使用的密度类似的铸造镁合金 WE54 强 50%。他们说，根据打印机的不同，它的尺寸可以从毫米到几米不等，它的耐温性能最高可达 350 °C，如果升级到更耐热的钛合金，则最高可达 600 °C。研究人员说，这种材料在对强度和重量要求较高的领域非常有用，可能的商业应用包括飞机和火箭部件。有趣的是，他们还表示，这种材料还可用于医用骨植入物，当它与人体融合时，复杂、部分空洞的形状最终可能会被重新生长的骨细胞填满。通过边缘的缝隙可以看到横截面的加固装置但是，如此复杂的结构容易制造吗？研究人员承认："并不是每个人的仓库里都有激光粉末床熔融机。不过，随着技术的发展，它将变得更容易获得，打印过程也将变得更快，使更多人能够在他们的组件中采用我们的高强度多拓扑超材料。重要的是，金属三维打印技术可以轻松制造出实际应用中的网状形状。"皇家墨尔本理工大学的团队正在呼吁希望在一系列应用领域合作并将这些超材料商业化的公司，并表示将继续完善晶格设计，以寻求更高的强度和更轻的重量。论文发表在《先进材料》杂志上。 ... PC版： 手机版：

EPFL 研究人员运用纳米水伏技术释放新能源

EPFL 研究人员运用纳米水伏技术释放新能源 自 2017 年以来，研究人员一直致力于通过水伏效应（HV）来利用蒸发的能量潜力，当流体通过纳米级设备的带电表面时，就能获得电能。蒸发可在这些器件内部的纳米通道内形成持续流动，从而起到被动泵送机制的作用。在植物的微毛细管中也能看到这种效果，由于毛细管压力和自然蒸发的共同作用，植物的水分得以输送。虽然目前存在水伏特设备，但人们对纳米级水伏特能源生产的条件和物理现象知之甚少。工程学院纳米能源技术实验室（LNET）主任 Giulia Tagliabue 和博士生 Tarique Anwar 希望填补这一信息空白。他们利用实验和多物理场建模相结合的方法来描述流体流动、离子流动以及固液相互作用产生的静电效应，目的是优化高压设备。硅纳米柱的扫描电子显微镜图像。图片来源：© Tarique Anwar, LNET EPFL, CC BY SA"得益于我们新颖、高度可控的平台，这是第一项通过强调各种界面相互作用的重要性来量化这些水伏特现象的研究。但在这一过程中，我们还发现了一个重大发现：水伏打装置可以在很宽的盐度范围内运行，这与之前认为需要高度纯净的水才能获得最佳性能的认识相矛盾，"Tagliabue 说。LNET 研究最近发表在细胞出版社的《设备》杂志上。揭示多物理场模型研究人员的装置首次应用了一种名为纳米球胶体光刻技术的水蒸气技术，该技术使他们能够创建一个由精确间隔的硅纳米柱组成的六边形网络。纳米柱之间的空间为流体样品的蒸发创造了完美的通道，而且可以进行微调，以更好地了解流体封闭和固/液接触面积的影响。"在大多数含有生理盐水的流体系统中，正离子和负离子的数量相等。然而，当你把液体限制在纳米通道中时，只有极性与表面电荷相反的离子才会保留下来，"Anwar 解释说。"这意味着，如果让液体流经纳米通道，就会产生电流和电压。"Tagliabue补充说："这又回到了我们的主要发现，即利用纳米器件表面电荷的化学平衡，可以在盐度范围内扩展水伏特器件的工作范围。事实上，随着流体离子浓度的增加，纳米器件的表面电荷也会增加。因此，我们可以使用更大的流体通道，同时处理更高浓度的流体。这样就能更容易地制造出使用自来水或海水的装置，而不是仅使用纯净水。"水，无处不在的水由于蒸发可以在很宽的温度和湿度范围内（甚至在夜间）持续进行，因此更高效的高压设备有许多令人兴奋的潜在应用。研究人员希望在瑞士国家科学基金会启动基金的支持下探索这一潜力，该基金旨在开发"一种全新的废热回收模式和大小规模的可再生能源发电"，包括在日内瓦湖的实际条件下开发一个原型模块。从理论上讲，高压设备可以在任何有液体（甚至是水分，如汗液）的地方运行，因此它们还可以为从智能电视到健康和健身可穿戴设备等联网设备的传感器供电。凭借 LNET 在光能采集和存储系统方面的专业知识，Tagliabue 还热衷于研究如何利用光和光热效应来控制 HV 系统中的表面电荷和蒸发率。最后，研究人员还看到了高压系统与清洁水发电之间的重要协同作用。"自然蒸发被用于推动海水淡化过程，因为通过冷凝蒸发表面产生的水汽，可以从盐水中获取淡水。现在，你可以想象使用高压系统同时生产清洁水和利用电力，"Anwar 解释说。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：