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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426411.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426411.htm

FibeRobo低成本致动纤维诞生 可对热做出反应用于生产变形织物

FibeRobo低成本致动纤维诞生可对热做出反应用于生产变形织物现在，麻省理工学院和东北大学的研究人员开发出了一种名为FibeRobo的低成本致动纤维，这种纤维可随温度变化而改变形状，并与现有的纺织品制造机械兼容，这意味着它有可能在现实世界中得到应用。这项研究的第一作者杰克-福曼（JackForman）说："我们用纺织品做任何事情。我们用纤维增强复合材料制造飞机，我们用防辐射织物覆盖国际空间站，我们用它们来表达个人风格和表演服装。我们环境中的很多东西都具有适应性和响应性，但最需要具有适应性和响应性的东西--纺织品--却是完全惰性的。"为了制造出一种既能悄无声息地驱动和改变形状，又能与普通纺织品制造程序兼容的纤维，研究人员注意到了液晶弹性体（LCE）。液晶是一系列可以像液体一样流动的分子，但当它们被允许沉淀时，就会堆积成晶体排列。他们将这些晶体结构整合到一个具有伸缩性的弹性体网络中。当对LCE施加热量时，晶体会失去排列，并将弹性体拉到一起，导致纤维收缩。移除热量后，分子又会恢复到原来的排列方式。将加热后的LCE树脂通过喷嘴慢慢挤压，同时用紫外线固化，就制成了纤维。光线必须恰到好处。光线太弱会导致材料分离和滴落；光线太强则会导致材料结块。然后，将纤维浸入油中，使其有一层光滑的涂层，并用强紫外线再次固化，形成结实光滑的纤维。最后，将纤维收集到顶部的线轴上，并蘸上粉末，这样就可以轻松地滑入纺织制造机器。"我们可以转动很多旋钮，"Forman说。"从零开始开发这种工艺耗费了很多精力，但最终它为我们生产纤维提供了很大的自由度"。从化学合成到成品线轴，整个过程大约需要一天时间，可生产出约一公里（0.6英里）长的即用纤维。研究人员将这种纤维命名为FibeRobo，其生产成本为每米20美分（3.3英尺），比市场上销售的可改变形状的纤维便宜约60倍。它可以在不弯曲的情况下收缩40%，不过皮肤安全型的收缩率仅为25%。FibeRobo可以低成本生产，并可与现有技术一起用于制造变形纺织品这种纤维可用于工业缝纫机、针织机和非工业手工织布机，也可用于钩针编织，无需对工艺进行任何改动。为了测试FibeRobo的性能，研究人员使用一台工业针织机为福曼的爱犬制作了一件压缩夹克，它可以通过智能手机的蓝牙信号"拥抱"宠物。他们还用它制作了一种绣花自适应运动胸罩，当用户开始运动时，胸罩就会收紧。研究人员计划让FibeRobo的化学成分可回收或生物降解，并简化聚合物合成过程，让没有实验室专业知识的用户也能自己制作。"归根结底，你并不想要一种神化的织物，"Forman说。"你想要的是一种纤维，当你使用它时，它属于材料的集合体--你可以像使用其他纤维材料一样使用它，但它又具有许多令人兴奋的新功能。"研究人员希望，将来人们可以像购买纱线球一样在工艺品商店购买FibeRobo，并用它来制作自己的变形产品。这项研究将在2023年10月举行的第36届ACM用户界面软件与技术研讨会上发表，下面这段由麻省理工学院制作的视频展示了FibeRobo的功能。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392687.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392687.htm

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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426372.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426372.htm

科学家展望更便宜、更环保的无线供电物联网连接

科学家展望更便宜、更环保的无线供电物联网连接物联网将对日常生活和许多行业产生重大影响。它通过互联网和其他传感和通信网络，连接并促进各种形状和大小的众多智能物体之间的数据交换--如远程控制的家庭安全系统、配备了探测道路上障碍物的传感器的自动驾驶汽车，以及温度控制的工厂设备。预计到下个十年，这个蓬勃发展的超网络将达到数万亿台设备，从而提高部署在其平台上的传感器节点的数量。目前用于为传感器节点供电的方法依赖于电池技术，但电池需要定期更换，随着时间的推移，成本高昂且对环境有害。而且，目前全球用于电池材料的锂的产量可能跟不上传感器数量膨胀带来的日益增长的能源需求。无线供电的传感器节点可以通过使用所谓的能量采集器，如光伏电池和射频（RF）能量采集器等技术，从环境中汲取能量，帮助实现可持续的物联网。大面积的电子器件可能是实现这些电源的关键。KAUST校友KalaivananLoganathan与ThomasAnthopoulos和同事一起，评估了各种大面积电子技术的可行性及其提供生态友好、无线供电物联网传感器的潜力。大面积电子技术最近作为传统硅基技术的一个有吸引力的替代方案出现，这要归功于基于溶液的加工的重大进展，它使设备和电路更容易在灵活的大面积基材上打印。它们可以在低温下和可生物降解的基材（如纸）上生产，这使得它们比硅基的同类产品更环保。"多年来，Anthopoulos的团队已经开发了一系列的射频电子元件，包括被称为肖特基二极管的金属氧化物和有机聚合物基半导体器件。"Loganathan说："这些器件是无线能量采集器的关键部件，最终决定了传感器节点的性能和成本。"KAUST团队的主要贡献包括制造射频二极管的可扩展方法，以采集达到5G/6G频率范围的能量。Anthopoulos说："这样的技术为在不久的将来以更可持续的方式为数十亿的传感器节点供电提供了所需的构建模块。"Loganathan补充说，该团队正在研究这些低功耗设备与天线和传感器的单片集成，以展示其真正的潜力。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337447.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337447.htm

科学家开发出更便宜、更清洁、更环保的氨生产新方法

科学家开发出更便宜、更清洁、更环保的氨生产新方法这幅图画展示了以锂为媒介将N2转化为氨的过程。图中是在电沉积锂（黑色瓷砖）上发生的一系列反应。在高压下，氮气（添加蓝色块）在锂上发生化学吸附，随后质子化（添加白色块）形成NHx，最终生成氨气并回收锂。这一循环过程形成了产生氨的催化节奏。这项研究强调了压力和电位在控制固体电解质界面的结构和稳定性以实现氨合成方面的重要性。资料来源：CrystalPrice和JosephGauthier，德克萨斯理工大学；MeeneshSingh，伊利诺伊大学芝加哥分校这一过程被称为锂介导的氨合成，它将氮气和乙醇等供氢流体与带电的锂电极结合在一起。氮原子不会在高温高压下分解氮气分子，而是粘附在锂上，然后与氢结合生成氨分子。该反应可在低温下进行，而且具有再生性，每生产一轮氨，就能恢复原来的材料。"有两个循环会发生。一个是氢源的再生，第二个是锂的再生，"UIC化学工程副教授辛格说。"由于循环过程的存在，这一反应中充满了交响乐。我们所做的就是以一种更好的方式来理解这种交响乐，并尝试以一种非常有效的方式来调节它，这样我们就能产生共振，使其更快地进行。"辛格实验室在《ACS应用材料与界面》（ACSAppliedMaterials&Interfaces）杂志封面上发表的一篇论文介绍了这一工艺，这是辛格实验室在寻求更清洁的氨方面的最新创新。在此之前，他的研究小组开发出了利用阳光和废水合成这种化学物质的方法，并制造出了一种电气化铜网筛，减少了制造氨气所需的能量。他们的最新研究成果建立在一种并不新奇的反应之上。科学家们对它的了解已有近一个世纪。"基于锂的方法实际上可以在任何有机化学教科书中找到。这是众所周知的。"辛格说。"但是，让这种循环高效、有选择性地运行，从而达到经济上可行的目标，这是我们的贡献"。这些目标包括高能效和低成本。辛格表示，如果规模扩大，该工艺生产氨的成本约为每吨450美元，比以前的锂基方法和其他拟议的绿色方法便宜60%。但是，选择性也很重要，因为许多使氨生产更清洁的尝试最终都产生了大量无用的氢气。辛格小组的研究成果是首批在选择性和能源使用方面达到能源部氨工业化生产标准的成果之一。辛格还表示，该工艺可以在模块化反应器中进行，通过太阳能电池板或其他可再生能源供电，并用空气和水为反应提供原料，可以使该工艺更加绿色环保。该工艺还有助于实现另一个能源目标--将氢用作燃料。实现这一目标一直受制于运输高可燃性液体的困难。"产生氢气、运输氢气并将氢气输送到氢气泵站，然后将氢气输送到汽车，这非常危险，"辛格说。"氨可以作为氢的载体。它的运输成本很低，而且很安全，在目的地可以把氨转化回氢。"目前，科学家们正与通用氨公司（GeneralAmmoniaCo.UIC）的技术管理办公室已为该工艺申请了专利。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426105.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426105.htm

更环保、更便宜、充电更快 科学家带来制造锂离子电池电极的新方法

更环保、更便宜、充电更快科学家带来制造锂离子电池电极的新方法该团队在《焦耳》（Joule）杂志上公布了一种干式印刷制造技术，该技术避免了使用有害溶剂和传统电极生产方法中固有的大量干燥时间，这些方法都是利用泥浆。担任WPI机械和材料工程系WilliamB.Smith院长教授的Wang表示，这种创新工艺是可扩展的，有可能将电极生产费用降低15%。此外，通过这种方法生产的电极可以比用传统方法生产的电极以更快的速度充电。Wang说："目前的锂离子电池充电速度太慢，制造商通常使用易燃、有毒和昂贵的溶剂，增加了生产的时间和成本。我们的无溶剂制造工艺解决了这些缺点，生产的电极可以在20分钟内充电到78%的容量，所有这些都不需要溶剂、泥浆和漫长的生产时间。"商用锂离子电池电极通常是通过混合活性材料、导电添加剂、聚合物和有机溶剂来制造浆液，然后粘贴在金属基材上，在烘箱中干燥，并切成碎片用于电池。溶剂通过蒸馏被回收。相比之下，研究人员的工艺涉及将带电的干粉混合在一起，以便它们在喷到金属基底上时能够粘附。然后，干涂层的电极被加热，并用辊子压缩。研究人员报告说，跳过传统的干燥和溶剂回收过程后，电池制造的能源使用估计减少了47%。长期以来，Wang一直专注于改进锂离子电池并减少其产生的废物。他共同创立了AscendElements公司，该公司正在开发电池回收技术。王的电极制造工作得到了美国能源部与美国先进电池联盟有限责任公司和马萨诸塞州清洁能源中心的资助。该项目的合作者包括刘仰涛'22（博士）、研究生傅金钊、助理研究教授马晓图、PanawanVanaphuti'22（博士）和RuiWang'23（博士），他们都来自WPI；以及德克萨斯A&M大学、莱斯大学、Microvast公司、阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究员。WPI已经为Wang的团队开发的制造技术提交了专利申请。此外，Wang和他的合作者之一，德克萨斯A&M大学的HengPan，共同创立了AM电池公司，这是一家由风险投资支持的公司，正在与Amperex科技有限公司（ATL）和其他公司合作，扩大无溶剂电极的生产规模。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360897.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360897.htm