过滤空气中二氧化碳的成本越来越低 下一代工业设备即将问世

过滤空气中二氧化碳的成本越来越低下一代工业设备即将问世如若Climeworks公司兑现了这一承诺，那么它将在很大程度上推动这项名为"直接空气捕集"（DAC）的技术成为减少大气中碳污染的可行方法。目前，这项技术还太新、太昂贵，无法对这些排放物产生有意义的影响。尽管如此，许多大品牌和拜登政府已经对这项技术的开发投入了大量的信心和资金。迄今为止，全球约有几十家直接空气捕集厂，每年可累计捕集约01万公吨二氧化碳。Climeworks已经为微软、Stripe、Shopify、BCG和摩根大通等公司提供了这项服务。但考虑到去年仅微软一家公司就排放了超过1500万吨的二氧化碳，这只是一个微不足道的数字。国际能源机构预测，到本十年末，DAC工厂需要减少8500万吨二氧化碳，才能实现巴黎气候协议设定的目标。二氧化碳清除技术是正在开发的一系列将二氧化碳从大气中清除出去的技术的总称。这些技术有可能通过捕获化石燃料多年来释放的部分污染来减缓气候变化。但人们仍对其成本、安全性以及是否会推迟从化石燃料向无碳污染能源过渡表示担忧。专家们表示，碳清除不能替代从一开始就防止温室气体排放。如今，由于DAC的成本高达每吨600美元，因此捕获如此多的二氧化碳将非常昂贵。这些成本的一大部分来自于DAC工厂运行所需的能源，这也是该技术的另一个问题。美国的电网已经很难满足电动汽车、数据中心和制造业日益增长的电力需求。此外，如果DAC工厂使用肮脏的能源，它们本身就会产生二氧化碳排放。而如果使用可再生能源，则有可能将清洁能源从更重要的用途（如家庭照明）上抽走。Climeworks公司称，到2030年，其第三代DAC工厂可将捕集二氧化碳的成本降至每吨250-350美元，不过，将二氧化碳永久封存在地下或海底，使其不回流到大气中还需要额外成本。整个行业的目标通常是将成本降至每吨100美元左右，使该技术的价格足够低廉，以便广泛部署。Climeworks公司的旧式DAC工厂由集装箱大小的模块组成，模块内装有吸入空气的风扇。空气经过一个特殊的过滤器，该过滤器使用碱吸引和捕捉二氧化碳，二氧化碳呈弱酸性。一旦过滤器中的二氧化碳完全饱和，设备就会将过滤器加热到约100摄氏度（华氏212度），以释放气体。这样就形成了一股浓缩的二氧化碳流，可以运输并储存到其他地方。Climeworks称第三代产品更加节能，因为它增加了与二氧化碳的表面接触，其过滤器的二氧化碳捕获量大约是旧过滤器的两倍多。现在的模块是立方体的，可以最大限度地捕获二氧化碳。过去五年来，该公司一直在瑞士测试新型过滤器，终于在本月进行了全面测试。现在，公司计划在美国的DAC工厂部署这项技术，然后再扩展到其他国家。拜登政府选择Climeworks作为其首批资助的公司之一，作为在全美开发至少四个DAC中心的35亿美元计划的一部分。Climeworks公司在今天的新闻发布会上宣布，目前已计划在澳大利亚拓展业务。该公司已在挪威、肯尼亚和加拿大开发其他DAC项目。它的前两个商业规模的设施位于冰岛。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433582.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433582.htm

研究人员发现一种具有类似大脑学习能力的材料

研究人员发现一种具有类似大脑学习能力的材料瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）电力与宽带隙电子研究实验室(POWERlab)的博士生MohammadSamizadehNikoo在研究二氧化钒的相变期间，有了一个意外的发现。当在室温下时，二氧化硅有一个绝缘相，并在68℃时经历一个尖锐的绝缘体到金属的转变，其晶格结构发生变化。根据SamizadehNikoo的说法，二氧化硅有一种不稳定的“记忆”。"材料在移除激发后会立即恢复到绝缘状态"。他开始为他的论文寻找二氧化钒从一种状态转变为另一种状态需要多长时间。然而，他的调查出现了不同的变化：在收集了数百个测量数据后，他发现了材料结构中的“记忆效应”。在他的实验中，SamizadehNikoo向一个二氧化硅样品施加了电流。他解释说：“电流在材料上移动，沿着一条路径，直到它在另一侧退出。当电流加热样品时，二氧化硅的状态发生了变化。在电流消失后，该材料又回到了原来的状态。”SamizadehNikoo随后向该材料提供了第二个电流脉冲，并发现它改变状态的时间与该材料的历史密切相关。“二氧化钒似乎‘记住’了第一次相变，并预测下一次相变，”POWERlab的负责人ElisonMatioli教授解释说。“我们没有想到会看到这种记忆效应，而且它与电子状态无关，而是与材料的物理结构有关。这是一个新的发现：没有其他材料以这种方式表现出来。”研究人员发现，二氧化钒可能会回忆其最近的外部刺激，时间长达3小时。Matioli说：“事实上，记忆效应可能持续数天，但我们目前没有测量这种效应所需的仪器。”研究小组的这一发现具有重要意义，因为所发现的记忆效应是材料本身的一个固有属性。工程师们依靠记忆来完成各种计算，而可能通过提高容量、速度和小型化来改善计算过程的材料是非常需要的。二氧化钒能满足所有这三个条件。此外，其连续的、结构性的记忆使其区别于典型的材料，后者将数据存储为二进制信息，取决于对电状态的操作。研究人员进行了大量的测量以得出他们的结论。他们还通过将新方法应用于世界各地其他实验室的不同材料来证实他们的结果。这一发现很好地复制了大脑中发生的情况，因为二氧化钒“开关”的作用就像神经元。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312791.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312791.htm

二氧化铪原子结构如何成为神经形态计算的基础？

二氧化铪原子结构如何成为神经形态计算的基础？这张图片展示了哈夫纳原子结构的艺术印象。图片来源：经《施普林格-自然》授权转载格罗宁根大学功能纳米材料教授BeatrizNoheda对这种材料进行了研究，最近为《自然-材料》杂志撰写了一篇关于其特性的透视文章。她说："尽管我们并不了解所有的物理学原理，但它已经被应用于设备中。这位是荷兰格罗宁根大学功能纳米材料教授兼格罗宁根认知系统与材料中心科学主任比阿特丽斯-诺赫达（BeatrizNoheda）。她是《自然-材料》（NatureMaterials）上发表的关于氧化铪铁电体的透视论文的主要作者。资料来源：格罗宁根大学为了创建更高效的计算机，需要快速的非易失性随机存取存储器（RAM）。铁电材料似乎是很好的候选材料。这些材料由带有偶极子的单元组成，在电场的作用下会集体切换。然而，如果单元数量太少，它们的特性就会崩溃；自发去极化会在大约90纳米以下发生。氧空位是一个例外。BeatrizNoheda说："这或多或少是偶然发现的。哈夫纳在高温和恶劣环境中非常稳定，传统上用于冶金和化学工程行业。然而，当无定形哈夫纳被证明是晶体管中非常高效的栅极绝缘体时，它引起了微芯片制造商的注意。用哈夫纳取代传统的氧化硅，可以使晶体管变得更小。"Noheda对这种材料的兴趣源于她在格罗宁根认知系统与材料中心（CogniGron）的工作，她是该中心的科学主任。CogniGron的目标是创建神经形态计算架构。Hafnia是该中心研究的材料之一。"在《科学》杂志于2021年发表的一篇论文中，我们描述了开关是如何不仅仅通过偶极子发生的。我们发现氧空位的移动也发挥了作用，"Noheda说。根据她的经验，她应邀在《自然-材料》杂志的一篇视角文章中讨论了从哈夫尼亚汲取的经验教训。哈夫纳的行为类似于铁电体，但它只在纳米尺度上保持其特性。"铁电体似乎已经退出了超小型非易失性RAM的竞争，但有了hafnia，它们现在处于领先地位"。尽管如此，哈夫纳的行为似乎并不完全像铁电体，如前所述，氧空位的移动似乎对其特性至关重要。Noheda还指出了另一个需要考虑的概念：纳米粒子的表面能。"相图显示，这些颗粒相对较大的表面积在二氧化铪中产生了相当于极高的压力，这似乎在这种材料的特性中发挥了作用。这类知识对于寻找与铪表现相似的其他材料非常重要。由于全球供应量太少，铪不是微型芯片生产中最可持续的选择。通过寻找具有类似特性的材料，我们可能会找到更好的候选材料。锆就是其中一种选择。"找到铪的可持续替代品可以加速铁电材料在RAM存储器中的应用。由于偶极子的强度取决于产生偶极子的电场的历史，因此它将是生产忆阻器的理想材料。这种模拟设备的行为类似于我们大脑中的神经元，是神经形态计算机架构的候选材料。"我们正在努力开发这种神经形态芯片。但首先，我们必须充分了解二氧化铪和类似材料的物理特性"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382835.htm

可保存生物特征得关键矿物大丰收 NASA毅力号火星车获取到第21个岩心样本

可保存生物特征得关键矿物大丰收NASA毅力号火星车获取到第21个岩心样本Mastcam-Z拍摄的"间歇泉"彗核图像（第1088天，zcam05068）。在"毅力号"取芯钻头拍摄的这张图像中，可以看到部分被照亮的核心。彗核直径为1.3厘米。图片来源：NASA/JPL-Caltech/ASU"本森峰"是以美国怀俄明州黄石国家公园的一座突出山峰命名的，而"彗星间歇泉"则是以黄石国家公园内的硅质烧结锥体间歇泉命名的。尽管这块岩石的来源仍在调查中，漫游者团队也在继续探索不同的假设，但这块岩芯特别令人兴奋，因为它似乎主要由两种矿物组成：碳酸盐和二氧化硅。碳酸盐和二氧化硅都是保存生物特征（古代生命迹象）的绝佳矿物。这些矿物还有可能记录它们形成时的环境条件，使它们成为了解数十亿年前杰泽罗陨石坑宜居性的重要矿物。这幅插图描绘了美国宇航局的"毅力号"漫游车用机械臂研究岩石的情景。图片来源：NASA/JPL-Caltech样本中碳酸盐的存在表明，水、二氧化碳和来自古老的杰泽罗陨石坑及其周围的岩石或沉积物的化学元素曾经在这里发生反应，形成碳酸盐。地球岩石记录中的碳酸盐矿物经常被用来重建古代气候--包括温度、降水和干旱等条件--以及生命的历史。同样，二氧化硅相也是在水与岩石或沉积物相互作用时形成的。二氧化硅的成分和结晶度可以揭示与水相互作用的程度，如风化的强度或持续时间以及形成过程中的压力/温度条件。在地球上，生物特征可以在碳酸盐和二氧化硅中保存数百万年，就二氧化硅而言，甚至可以保存数十亿年。我们所掌握的地球上生命的一些最古老的证据就来自于含有微生物细胞碎片的岩石，这些微生物细胞碎片被二氧化硅"永久矿化"，这是一种化石过程，它将远古生命的残留物固定在岩石中，并保护它们不被降解。因此，含有这些物质的岩石被认为是调查杰泽罗陨石坑是否曾经孕育过微生物生命的最优先样本之一。毅力号在本森峰采集的第21个岩心样本是一个重要的里程碑，它标志着收集到了一套科学多样的样本，并将作为火星样本送回任务的一部分最终送回地球。21号岩心已经装载完毕，"毅力"号正朝着下一个战略目标前进，即调查一个名为"光明天使"的地点，这是一个暴露在涅雷特瓦谷地古河道壁上的浅色露头。这一路上可能会遇到各种挑战，因为前方的地形到处都是尖锐的巨石和沙子，这对漫游车的自动导航系统来说是个难题。漫游者计划人员正在努力手动导航这些棘手的地形。与此同时，科学团队正热切地期待着"光明天使"的岩石可能蕴藏的秘密！编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428671.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428671.htm

诺贝尔获奖化学成果催生下一代储能设备

诺贝尔获奖化学成果催生下一代储能设备该装置由通过新一代化学反应合成的材料组成，三位科学家因此获得了2022年诺贝尔化学奖。聚合物薄膜电容器是一种电气元件，利用薄塑料层作为绝缘层，在电场中存储和释放能量。聚合物薄膜电容器约占全球高压电容器市场的50%，具有重量轻、成本低、机械灵活性强、可循环使用等优点。但是，最先进的聚合物薄膜电容器的性能会随着温度和电压的升高而急剧下降。开发耐热性和耐电场性更强的新材料至关重要；而创造化学性近乎完美的聚合物则提供了实现这一目标的途径。"我们的研究为电稳健聚合物增添了一个新类别。它为探索更坚固、更高性能的材料开辟了许多可能性，"伯克利实验室化学家、报告这项工作的焦耳研究的资深作者YiLiu说。Liu是伯克利实验室能源部科学办公室用户设施分子铸造厂的有机和大分子合成设施主任。除了在高温下保持稳定之外，电容器还需要是一种强"介电"材料，这意味着它在承受高电压时仍是一种强绝缘体。然而，目前已知的材料系统很少能同时提供热稳定性和介电强度。造成这种稀缺性的原因是缺乏可靠、方便的合成方法，以及对聚合物结构与性能之间关系缺乏基本了解。刘说："提高现有薄膜的热稳定性，同时保持其电绝缘强度，是一项持续的材料挑战。"分子铸造厂的研究人员与斯克里普斯研究所的研究人员长期合作，现已解决了这一难题。他们利用2014年开发的一种简单快速的化学反应，将含氟硫键化合物中的氟原子置换出来，生成了名为聚硫酸盐的硫酸盐分子长聚合物链。多硫酸盐具有优异的热性能，可浇铸成柔韧的独立薄膜。以这种薄膜为基础的高温高压电容器在150摄氏度的高温下显示出最先进的储能特性。这种电力电容器有望提高电气化交通等高要求应用中集成电力系统的能效和可靠性。资料来源：YiLiu和He(Henry)Li/伯克利实验室这种氟化硫交换（SuFEx）反应是由斯克里普斯研究所化学家、两届诺贝尔化学奖得主巴里-夏普莱斯（K.BarrySharpless）与同为斯克里普斯研究所化学家的吴鹏（PengWu）共同开创的点击化学反应的下一代版本。这种近乎完美而又易于操作的反应通过不同反应基团之间形成的强化学键将独立的分子实体连接起来。Liu的团队最初使用各种热分析工具来研究这些新材料的基本热性能和机械性能。作为伯克利实验室合成和鉴定可用于储能的新型材料计划的一部分，Liu和他的同事们现在发现，令人惊讶的是，聚硫酸盐具有出色的介电性能，尤其是在高电场和高温度下。"有几种商用和实验室生成的聚合物因其介电性能而闻名，但聚硫酸盐从未被考虑过。分子铸造厂和伯克利实验室材料科学部的博士后研究员、本研究的第一作者HeLi说："多硫酸盐与介电质的结合是本研究的新颖之处之一。Liu受到多硫酸盐优异的基线介电性能的启发，研究人员在这种材料的薄膜上沉积了极薄的氧化铝（Al2O3）层，从而设计出了具有更强储能性能的电容器设备。他们发现，制造出的电容器具有出色的机械柔韧性，能承受每米超过7.5亿伏特的电场，并能在高达150摄氏度的温度下高效工作。相比之下，目前的基准商用聚合物电容器只能在低于120摄氏度的温度下稳定工作。超过这个温度，它们只能承受每米小于5亿伏特的电场，能效严重下降一半以上。这项工作为探索坚固耐用的高性能储能材料提供了新的可能性。吴说："我们深入了解了这种材料具有卓越性能的内在机理。"这种聚合物兼顾了电学、热学和机械性能，这很可能得益于点击化学反应中引入的硫酸盐连接。由于模块化化学反应具有非凡的结构多样性和可扩展性，因此同样的途径可以提供一条通往性能更高的新型聚合物的可行之路，从而满足更苛刻的操作条件。这些聚硫酸盐是成为最先进的新型聚合物电介质的有力竞争者。一旦科学家们克服了薄膜材料大规模制造工艺的障碍，这些设备就能极大地提高电动汽车集成动力系统的能效，并增强其运行可靠性。夏普勒斯说："谁能想到，一层微弱的硫酸盐聚合物薄膜能抵御闪电和火焰这两种宇宙中最具破坏力的力量呢？""我们正在不断突破热性能和电性能的极限，加速从实验室到市场的转变，"Liu补充道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378789.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378789.htm

日本研究人员用普通石墨制作出无需外部动力的浮动平台

日本研究人员用普通石墨制作出无需外部动力的浮动平台如果你曾试图将两块带相同电荷的磁铁推到一起，你就会明白其中的斥力在起作用。如果磁场足够强大，由某些材料（被称为二磁材料）制成的物体就能有效地悬浮在表面之上--这可以在很多炫目的悬浮商业产品中看到，从钟表、灯具到扬声器不一而足。更高端的技术使用超导体来悬浮更重的物体，使磁悬浮列车能够高速行驶，几乎没有摩擦。所有这些材料的问题都在于它们需要外部电源，而超导体则需要接近低温的环境。因此，在这项新研究中，冲绳科学技术研究所（OIST）的科学家们开发出了一种低成本材料，它可以悬浮在磁性表面上却无需动力。它从普通的旧石墨开始，石墨具有很强的二磁性。这当然意味着它可以悬浮在磁铁之上，但只能维持很短的时间--电流流过石墨会造成能量损失，使悬浮物体迅速下落。这种现象被称为涡流阻尼。石墨微珠的扫描电子显微镜图像--绿色表示二氧化硅涂层OIST为了避免这种情况，研究小组用化学方法在石墨颗粒上涂上具有电绝缘性的二氧化硅。最后，将涂覆过的石墨颗粒与蜡混合，压扁成约1平方厘米（0.2平方英寸）的石板。这样做，石墨仍然具有二磁性，但绝缘体防止了能量损失，以免阻碍悬浮。果然，在测试中，涂有二氧化硅的石墨平台可以长时间悬浮在由南北极交替的磁铁组成的表面上。研究小组表示，这种悬浮平台系统可能会带来测量力、加速度和重力的新型传感器。为了获得更加精确的量子传感器，另一个版本使用反馈磁力来不断修正平台的垂直运动，冷却平台以降低其动能。不过，这样做的代价是需要外接电源。这项研究发表在《应用物理快报》（AppliedPhysicsLetters）杂志上。从下面的视频中可以看到悬浮平台的运行情况。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426885.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426885.htm