科学家发明可"超强吸震"的泡沫 含有大量的碳纳米管

科学家发明可"超强吸震"的泡沫含有大量的碳纳米管在各种类似的常用材料中，石墨烯是所有已知最坚固的。新的轻质"超冲击吸收"头盔内衬泡沫由许多微米级的空心圆柱结构组成，其壁由碳纳米管组成。圆柱体相对于彼此垂直排列，加上构成其壁的纳米管也是垂直排列。显微镜图像显示了泡沫的圆柱体，其壁是由碳纳米管制成的泡沫的吸震质量在很大程度上受到诸如圆柱体的内径、其壁厚和相邻圆柱体之间的间隙大小等因素的影响。在对这些参数的60种不同组合进行实验后，研究人员得出了一种效果最好的配置。据称，所产生的泡沫比目前美国军事战斗头盔中使用的泡沫表现出18倍的特定能量吸收，而且它更强大、更坚硬。作为一个额外的好处，这种材料即使在非常高和非常低的温度下也能保持这些品质。科学家们现在正与头盔制造商温迪团队合作，在真实世界的情况下测试由这种泡沫制成的头盔衬垫原型。首席科学家RamathasanThevamaran教授说："这种新材料具有巨大的能量吸收潜力，从而减轻了冲击，这反过来应该大大降低脑损伤的可能性。"这项研究在最近发表于《极限力学通讯》杂志的一篇论文中进行了描述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334279.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334279.htm

科学家开发出可吸收六倍以上能量的安全头盔缓冲新材料

科学家开发出可吸收六倍以上能量的安全头盔缓冲新材料在实验室测试中，新设计的衬垫（右图）的性能优于更传统的技术，如用相同弹性材料制成的泡沫（左图）。资料来源：劳伦斯-史密斯该团队在最近发表于《先进材料技术》杂志上的一篇论文中介绍了这项技术。这项研究的通讯作者、中大博尔德分校PaulM.Rady机械工程系助理教授RobertMacCurdy说："减缓冲击在任何地方都很重要。高速公路防撞栏、护膝和护肘以及包装设备中都有这种材料"。这项研究重新审视了大多数人经常遇到却很少注意到的东西：泡沫。它们是充满无数小孔和通道的柔软材料。就像包装花生或压力球一样。MacCurdy说，泡沫可以很好地吸收冲击力，但它们有一个很大的缺点：如果你用力挤压泡沫，它最终会压缩成硬块。在实验室实验中，中大博尔德分校的工程师们用三维打印技术打印出新设计的衬垫，然后用一台强大的机器将其碾碎。该团队的作品经受住了冲击，吸收的能量是传统设计或相同材料制成的泡沫的数倍。资料来源：劳伦斯-史密斯他和他的同事们认为他们可以做得更好。在这项新研究中，研究小组编写了计算机算法，精心重新设计了缓冲材料的内部结构--允许它们在受力时折叠，但只能按照精心设计的模式折叠。当研究小组在实验室对他们的设计进行测试时，他们发现他们的衬垫可以比目前最先进的技术多吸收多达25%的力。"用于吸收冲击的材料很重要，"MacCurdy说，"但真正重要的是几何形状。"要理解为什么有的坐垫效果好，而有的却不好，举例来说，赋予海绵弹性的就是那些小角落和小缝隙。当你挤压海绵时，这些空隙就会开始闭合，进而吸收能量。一些工程师已经超越了这种基本设计。取而代之的是，他们用看起来有点像蜂窝的六角形塔或"板格"网络来制作衬垫。如果一名后卫撞上这种缓冲垫，冲击力会使蜂窝呈波浪状坍塌。这是一种更有效的吸收力的方法。但MacCurdy指出，长期以来，研究人员一直在努力寻找符合黄金标准的衬垫--这种技术不仅能吸收很大的力，还能以同样的技巧吸收多种不同的力。"如果你在骑车时发生碰撞，你不知道是低速撞击还是高速撞击。但无论如何，你都希望头盔性能良好，"他说。"我们正试图开发一种在所有这些情况下都能表现良好的几何形状"。为了制作一个用途更广的垫子，这位工程师和他的同事们选择重新布置这些物体的内部结构，最小的尺寸甚至只有一毫米。研究小组首先使用定制软件布置了蜂窝网络，然后对其进行了调整，加入了一些扭结，有点像手风琴中的风箱。在撞击过程中，这些扭结有助于引导蜂窝向下收缩，从而使蜂窝更顺利地倒塌。MacCurdy说："当你开始压缩这些结构时，它们会吸收一定的力。最好的吸收器设计能在整个压缩范围内保持恒定的力"。换句话说，与泡沫塑料不同的是，这些垫子无论怎么压都不会有任何变化，或者说，至少不会超过某个最大值。研究人员还希望确保他们的衬垫能够经得起现实世界中的撞击和瘀伤。他们使用3D打印机，用一种名为热塑性聚氨酯的弹性材料制作出小砖块大小的垫块。然后，他们用冲击试验机对其进行挤压。该研究小组发现，其块体吸收的能量大约是由相同材料制成的标准泡沫的六倍，比其他蜂窝设计吸收的能量最多多出25%。MacCurdy和他的同事们目前正在努力进一步改进他们的结构。他补充说，工程师们可以用许多不同类型的材料来制作这类设计，从弹性塑料到铝等较硬的物质。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1417049.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1417049.htm

研究人员将废弃纸板转化为可持续纤维素气凝胶泡沫塑料

研究人员将废弃纸板转化为可持续纤维素气凝胶泡沫塑料这种用明胶增强的纸板泡沫可使包装材料更具可持续性。资料来源：JinshengGou《ACS可持续化学与工程》杂志上的研究人员没有丢弃这些纸箱，而是利用纸板废料开发了一种缓冲泡沫。与传统的塑料泡沫缓冲材料相比，他们的再生材料更坚固、更绝缘。在家中堆积的各种垃圾中，废纸是最常见的一种。从报纸和垃圾邮件到纸板信封和纸箱，所有这些都会堆积起来，尤其是在网络购物大行其道的今天。研究人员有兴趣将这些容器和废纸变成其他有用的东西--坚固而轻便的邮寄材料。目前，为了让电子产品和玩具紧紧地依偎在盒子里，通常会使用泡沫塑料等模塑缓冲材料。轻质的纤维素气凝胶是一种可持续的替代品，但目前从废纸中生产纤维素气凝胶的方法需要几个化学预处理步骤。因此，苟金生和同事们希望找到一种更简单的方法，来制造一种以废纸为基础的泡沫材料，这种材料可以承受最恶劣的运输环境。为了制造泡沫，研究小组用搅拌机将纸板碎屑打成纸浆，然后与明胶或聚醋酸乙烯（PVA）胶水混合。将混合物倒入模具中，冷藏，然后冻干，形成缓冲泡沫。这两种纸质泡沫都具有良好的隔热性能和强大的能量吸收能力，甚至优于某些塑料泡沫。研究小组随后将纸浆、明胶、PVA胶水和一种硅基液体结合在一起，制成了一种重型废纸泡沫。这一版本的纸板泡沫可以承受锤子的击打而不散落，这一结果表明这种泡沫可以用于力量密集型的运输，例如无降落伞空投。研究人员说，他们的工作提供了一种简单而有效的方法，可以将纸板循环利用，制造出更环保的包装材料。参考文献：张斌、陶文轩、任子明、岳世琦和苟金生：《具有超高能量吸收、优异隔热性能和出色缓冲性能的可生物降解废纸基泡沫》，2023年11月28日，《ACS可持续化学与工程》。DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06230编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404939.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404939.htm

研究人员利用液体的分子运动创造下一波发电技术的新领域

研究人员利用液体的分子运动创造下一波发电技术的新领域作者栾玉成说："地球上有大量的空气和液体，成功地收集它们可以为社会生产巨大的能源。"在本周发表在AIP出版社《APLMaterials》上的一篇文章中，栾玉成和他的合作者测试了一种分子能量收集装置，这种装置能从液体中分子的自然运动中捕捉能量。他们的工作表明，分子运动可用于产生稳定的电流。为了制造这种装置，研究人员将压电材料的纳米阵列浸没在液体中，让液体的运动带动纳米阵列移动，就像海藻在海洋中摆动一样，只不过在这种情况下，运动是在看不见的分子尺度上进行的，而纳米阵列是由氧化锌制成的。之所以选择氧化锌材料，是因为它具有压电特性，这意味着当它在运动中发生波浪、弯曲或变形时，就会产生电动势。分子热运动收集器（MTMH）的发电机制。资料来源：栾玉成、李伟栾玉成说："作为一种经过充分研究的压电材料，氧化锌可以很容易地合成各种纳米结构，包括纳米晶须。纳米晶须是由许多纳米线构成的整齐有序的结构，类似于牙刷上的刷毛。"这种能量收集器可用于为植入式医疗设备等纳米技术打下基础，也可扩展到全尺寸发电机和千瓦级能量生产。该装置的一个关键设计特点是不依赖任何外力，这增加了它作为改变游戏规则的清洁能源的潜力。"分子热运动收集器装置不需要任何外部刺激，这与其他能量收集器相比是一个很大的优势，"Luan说。"目前，电能主要通过外部能源获得，如风能、水能、太阳能等。这项工作开辟了通过液体分子热运动产生电能的可能性，它来自物理系统的内能，与普通机械运动有本质区别。"研究人员已经在进行下一阶段的设计，通过测试不同的液体、高性能压电材料、新的设备架构以及扩大设备来提高设备的能量密度。"我们相信，在不久的将来，这种新型系统将成为人类获取电能的一种不可或缺的方式"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391501.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391501.htm

光电纳米技术的创新：麻省理工学院培育出精确的纳米LED阵列

光电纳米技术的创新：麻省理工学院培育出精确的纳米LED阵列麻省理工学院的一个新平台使研究人员能够"生长"卤化物包晶纳米晶体，并精确控制每个晶体的位置和尺寸，将它们集成到纳米级发光二极管中。图为纳米晶体阵列发光效果图。图片来源：SampsonWilcox,RLE提供卤化物钙钛矿是一类材料，因其优异的光电特性以及在高性能太阳能电池、发光二极管和激光器等器件中的潜在应用而引起人们的关注。这些材料已主要应用于薄膜或微米尺寸的设备应用中。在纳米尺度上精确集成这些材料可以开辟更非凡的应用，例如片上光源、光电探测器和忆阻器。然而，实现这种集成仍然具有挑战性，因为这种精致的材料可能会被传统的制造和图案化技术损坏。为了克服这一障碍，麻省理工学院的研究人员发明了一种技术，可以在需要的地方现场生长单个卤化物钙钛矿纳米晶体，并精确控制位置，尺寸在50纳米以内。（一张纸的厚度为100000纳米）纳米晶体的尺寸也可以通过该技术精确控制，这一点很重要，因为尺寸会影响其特性。由于材料是局部生长的，具有所需的特征，因此不需要可能造成损坏的传统光刻图案化步骤。NanOLED阵列（如图所示）可应用于光通信和计算、无透镜显微镜、新型量子光源以及用于增强和虚拟现实的高密度、高分辨率显示器。图片来源：研究人员提供该技术还具有可扩展性、多功能性，并且与传统的制造步骤兼容，因此它可以使纳米晶体集成到功能性纳米级器件中。研究人员用它来制造纳米级发光二极管（nanoLED）阵列，这是一种在电激活时发光的微小晶体。这种阵列可应用于光通信和计算、无透镜显微镜、新型量子光源以及用于增强和虚拟现实的高密度、高分辨率显示器。“正如我们的工作所示，开发新的工程框架将纳米材料集成到功能性纳米器件中至关重要。通过超越纳米制造、材料工程和设备设计的传统界限，这些技术可以让我们在极端纳米尺度上操纵物质，帮助我们实现非常规设备平台，这对于满足新兴技术需求非常重要。”Landsman电气工程和计算机科学(EECS)职业发展助理教授、电子研究实验室(RLE)成员，也是描述这项工作的新论文的资深作者。Niroui的合著者包括主要作者PatriciaJastrzebska-Perfect，她是EECS研究生；朱伟坤，化学工程系研究生；MayuranSaravanapavanantham、SarahSpector、RobertoBrenes和PeterSatterthwaite，均为EECS研究生；郑莉，RLE博士后；RajeevRam，电气工程教授。该研究于7月6日发表在《自然通讯》杂志上。微小的晶体，巨大的挑战使用传统的纳米级制造技术将卤化物钙钛矿集成到片上纳米级器件中是极其困难的。在一种方法中，可以使用光刻工艺对易碎的钙钛矿薄膜进行图案化，该工艺需要可能损坏材料的溶剂。在另一种方法中，首先在溶液中形成较小的晶体，然后以所需的图案从溶液中拾取并放置。“这两种情况都缺乏控制、分辨率和集成能力，这限制了材料扩展到纳米设备的方式，”尼鲁伊说。相反，她和她的团队开发了一种方法，可以在精确的位置直接“生长”卤化物钙钛矿晶体到所需的表面，然后在该表面上制造纳米器件。他们的流程的核心是本地化纳米晶体生长中使用的解决方案。为此，他们创建了一个带有小孔的纳米级模板，其中包含晶体生长的化学过程。它们修改模板的表面和孔的内部，控制一种称为“润湿性”的特性，因此含有钙钛矿材料的溶液不会聚集在模板表面上，并将被限制在孔内。“现在就有了这些非常小的、确定性的反应堆，材料可以在其中生长，”她说。他们将含有卤化物钙钛矿生长材料的溶液施加到模板上，随着溶剂蒸发，材料生长并在每个孔中形成微小的晶体。一种多功能且可调节的技术研究人员发现孔的形状在控制纳米晶体的位置方面起着关键作用。如果使用方形孔，由于纳米级力的影响，晶体有相同的机会放置在孔的四个角中。对于某些应用来说，这可能已经足够了，但对于其他应用来说，纳米晶体的放置需要更高的精度。通过改变孔的形状，研究人员能够设计这些纳米级的力，使晶体优先放置在所需的位置。当溶剂在孔内蒸发时，纳米晶体会经历压力梯度，产生定向力，确切的方向由孔的不对称形状确定。Niroui说：“这使我们不仅在生长方面，而且在这些纳米晶体的放置方面都具有非常高的精度。”他们还发现可以控制井内形成的晶体的大小。改变孔的大小以允许内部更多或更少的生长溶液产生更大或更小的晶体。通过制造精确的nanoLED阵列展示了其技术的有效性。在这种方法中，每个纳米晶体都被制成发光的纳米像素。这些高密度nanoLED阵列可用于片上光通信和计算、量子光源、显微镜以及增强和虚拟现实应用的高分辨率显示器。未来，研究人员希望探索这些微小光源的更多潜在应用。他们还想测试这些设备的极限，并努力将它们有效地整合到量子系统中。除了纳米级光源之外，该过程还为开发基于卤化物钙钛矿的片上纳米器件开辟了其他机会。他们的技术还为研究人员提供了一种更简单的方法来研究单个纳米晶体水平的材料，他们希望这将激励其他人对这些和其他独特材料进行更多研究。Jastrzebska-Perfect补充道：“通过高通量方法研究纳米级材料通常需要对材料进行精确定位并按该规模进行设计。通过提供局部控制，我们的技术可以改善研究人员研究和调整材料性能以适应不同应用的方式。”“该团队开发了一种非常聪明的方法，可以在基板上确定性地合成单个钙钛矿纳米晶体。他们可以以前所未有的规模控制纳米晶体的精确放置，从而为基于单纳米晶体制造高效纳米级LED提供了一个平台。”加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授AliJavey说道，他没有参与这项研究。“这是一项令人兴奋的工作，因为它克服了该领域的基本挑战。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370463.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370463.htm

多功能"超级泡沫"可吸收溢油并杀灭细菌

多功能"超级泡沫"可吸收溢油并杀灭细菌当由泡沫制成的海绵被放置在被油污染的水中时，它们吸附了油，而没有吸收任何水。一旦吸附的油从泡沫中被清除，海绵可以被多次重复使用，以吸收更多的油。除了油，海绵还被发现吸收了其他非极性水污染液体，如氯仿、盐酸和其他有机污染物--留下了水本身。而且由于铜微粒子的存在，任何与泡沫接触的细菌都被杀死。考虑到这种功能，科学家们还设想将这种材料的薄层应用于医疗植入物的表面。然后，这种泡沫不仅可以杀死细菌，还可以排斥血液等液体，从而最大限度地减少感染的机会。"目前的医疗设备很容易受到污染，"Handa说。"当把任何医疗设备放入体内时，蛋白质是第一个粘在表面上的东西，它们就像胶水一样，让血液或细菌粘在上面。因此，如果我们能阻止蛋白质的吸附，那么战斗就赢了一半"。最后，泡沫中的石墨烯纳米片使其具有导电性，提高了其潜在的用途。这项研究在最近发表在ACS应用材料与界面杂志上的一篇论文中进行了描述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357315.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357315.htm