紫外线可帮助更高效地回收一次性尿布

紫外线可帮助更高效地回收一次性尿布过去回收这种材料的方法是将其浸泡在强酸中，然后加热到80ºC（176ºF），持续约16小时。这一过程会分解构成凝胶的交联聚合物链，从而使其得以回收利用。遗憾的是，由于这项技术需要耗费大量的时间和物料，因此很少被采用。为了寻找一种更有效的替代方法，德国卡尔斯鲁厄理工学院的科学家们用水浸湿聚丙烯酸钠尿布衬里，然后在室温下将其暴露在一盏1000瓦灯泡发出的紫外线下。仅过了五分钟，聚合物凝胶就溶解成液体，流入一个收集池。随后，科学家们利用现有工艺，将液化的聚丙烯酸钠转化为粘合剂和染料增稠剂。转换过程示意图图/KenPekarsky，KIT卡尔斯鲁厄大学的帕维尔-列夫金（PavelLevkin）教授解释说："连接聚合物的链条被光线打断。然后，它们变得非常松散，在水中游动，变成液态纤维......这种使用紫外线的方法比使用酸的方法快约200倍。"虽然实验中使用的是干净的尿布衬里，但科学家们相信，这种方法对用过的衬里也同样有效。列夫金说："我们找到了一种很有前景的回收超级吸收剂的策略。"这将大大减少环境污染，有助于更可持续地使用聚合物。"有关这项研究的论文最近发表在《应用材料与表面》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392281.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392281.htm

革命性的锂离子电池技术有望使电动车续航能力提高10倍

革命性的锂离子电池技术有望使电动车续航能力提高10倍由浦项工科大学教授SoojinPark（化学系）和YounSooKim（材料科学与工程系）以及西江大学大学教授JaegeonRyu（化学与生物分子工程系）领导的研究小组开发了用于高容量阳极材料的带电聚合物粘合剂，该材料既稳定又可靠，提供的容量是传统石墨阳极的10倍甚至更高。这一突破是通过用硅阳极代替石墨，结合分层带电聚合物，同时保持稳定性和可靠性而实现的。该研究结果作为封面文章发表在《先进功能材料》杂志上。像硅这样的高容量阳极材料对于制造高能量密度的锂离子电池至关重要；它们可以提供至少10倍于石墨或其他现有阳极材料的容量。但存在的挑战是，高容量负极材料在与锂反应过程中的体积膨胀对电池的性能和稳定性构成了威胁，为了缓解这一问题，研究人员一直在研究能够有效控制体积膨胀的聚合物粘合剂。然而，迄今为止的研究仅仅集中在化学交联和氢键上。化学交联涉及粘合剂分子之间的共价键，使其成为固体，但有一个致命的缺陷：一旦断裂，键就无法恢复。另一方面，氢键是分子之间基于电负性差异的可逆的二次结合，但其强度（10-65千焦/摩尔）相对较弱。研究小组开发的新聚合物不仅利用了氢键，而且还利用了库仑力（正负电荷之间的吸引力）。这些力的强度为250千焦/摩尔，比氢键的强度高得多，但它们是可逆的，因此容易控制体积膨胀。高容量阳极材料的表面大多带负电，而分层带电的聚合物交替排列，带正负电，可以有效地与阳极结合。此外，该团队还引入了聚乙二醇来调节物理特性并促进锂离子的扩散，从而形成了锂离子电池中发现的厚实的高容量电极和最大的能量密度。SoojinPark教授解释说："这项研究有可能通过加入高容量的阳极材料来大幅提高锂离子电池的能量密度，从而延长电动汽车的行驶里程。硅基阳极材料有可能将驾驶里程提高至少10倍"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353187.htm

研究发现一种较弱的粘合剂可使聚合物强度提高10倍

研究发现一种较弱的粘合剂可使聚合物强度提高10倍这些类橡胶聚合物通常用于汽车零部件，也经常用作3D打印物体的“墨水”。研究人员目前正在探索将这种方法扩展到其他类型材料的可能性，例如橡胶轮胎。麻省理工学院化学教授耶利米·约翰逊(JeremiahJohnson)表示：“如果你能让橡胶轮胎的抗撕裂能力提高10倍，这可能会对轮胎的使用寿命和脱落的微塑料废物量产生巨大影响。”该研究的资深作者之一，该研究于6月22日发表在《科学》杂志上。当这种聚合物网络被拉伸时，较弱的交联键（蓝色）比任何强聚合物链更容易断裂，从而使裂纹更难以在材料中传播。图片来源：研究人员提供，由麻省理工学院新闻编辑这种方法的一个显着优点是它似乎不会改变聚合物的任何其他物理特性。“聚合物工程师知道如何使材料变得更坚韧，但这总是涉及到改变材料的一些其他你不想改变的特性。在这里，韧性的增强没有任何其他物理特性的显着变化——至少我们可以测量到——并且它是通过仅替换整体材料的一小部分来实现的。”杜克大学也是该论文的资深作者。该项目源于约翰逊、克雷格和杜克大学教授迈克尔·鲁宾斯坦（MichaelRubinstein）之间的长期合作，迈克尔·鲁宾斯坦也是该论文的资深作者。该论文的主要作者是麻省理工学院的博士后王舒，他在杜克大学获得了博士学位。最薄弱的环节聚丙烯酸酯弹性体是由通过分子连接在一起的丙烯酸酯链制成的聚合物网络。这些构建块可以以不同的方式连接在一起，以创建具有不同属性的材料。这些聚合物经常使用的一种结构是星形聚合物网络。这些聚合物由两种类型的结构单元制成：一种是具有四个相同臂的星形结构，另一种是充当连接体的链。这些连接器与恒星每条臂的末端结合，形成一个类似于排球网的网络。在2021年的一项研究中，克雷格、鲁宾斯坦和麻省理工学院教授布拉德利·奥尔森联手测量了这些聚合物的强度。正如他们所预期的那样，他们发现当使用较弱的末端连接体将聚合物链固定在一起时，材料会变得更弱。这些较弱的连接体含有称为环丁烷的环状分子，与通常用于连接这些结构单元的连接体相比，可以用小得多的力来破坏这些较弱的连接体。作为该研究的后续行动，研究人员决定研究一种不同类型的聚合物网络，其中聚合物链在随机位置与其他链交联，而不是在末端连接。这次，当研究人员使用较弱的连接体将丙烯酸酯构件连接在一起时，他们发现该材料变得更耐撕裂。研究人员认为，这种情况的发生是因为较弱的键随机分布在整个材料中的强链之间，而不是最终链本身的一部分。当这种材料被拉伸到断裂点时，任何穿过材料传播的裂纹都会试图避开较强的键，而通过较弱的键。这意味着与所有键强度相同时相比，裂纹必须破坏更多的键。“尽管这些键较弱，但更多的键最终需要被打破，因为裂缝会穿过最弱的键，最终会成为一条更长的路径，”约翰逊说。坚韧材料通过这种方法，研究人员发现，掺入一些较弱连接基的聚丙烯酸酯比采用较强交联分子制成的聚丙烯酸酯更难撕裂9至10倍。即使弱交联剂仅占材料总成分的2%左右，也能实现这种效果。研究人员还表明，这种改变的成分不会改变材料的任何其他特性，例如加热时的抗分解性。约翰逊说：“两种材料在网络层面具有相同的结构和相同的性能，但在撕裂方面却具有几乎数量级的差异，这是非常罕见的。”研究人员目前正在研究这种方法是否可以用于提高包括橡胶在内的其他材料的韧性。“关于其他类型的材料可以获得何种程度的增强以及如何最好地利用它，还有很多值得探索的地方，”克雷格说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367383.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367383.htm

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：FengLi他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACSMacroLetters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将LGO和Cyrene转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者ToshifumiSatoh教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424673.htm

研究人员利用分子工程提高有机太阳能电池效率

研究人员利用分子工程提高有机太阳能电池效率聚合物太阳能电池以重量轻、灵活性强而著称，是可穿戴设备的理想选择。然而，生产过程中所需的有毒卤化溶剂却阻碍了它们的广泛应用。这些溶剂带来了环境和健康风险，限制了这些太阳能电池的吸引力。遗憾的是，毒性较低的替代溶剂缺乏相同的溶解性，因此需要更高的温度和更长的加工时间。这种低效率进一步阻碍了聚合物太阳能电池的应用。开发出一种无需使用卤化溶剂的方法，可以显著提高有机太阳能电池的效率，使其更适用于可穿戴技术。在最近发表的一篇论文中，研究人员概述了如何利用侧链工程改善聚合物供体和小分子受体之间的分子相互作用，从而减少对卤化加工溶剂的需求。论文最近发表在《纳米研究能源》（NanoResearchEnergy）上。"聚合物供体和小分子受体的混合形态受其分子相互作用的影响很大，而分子相互作用可由供体和受体材料之间的界面能决定。当它们的表面张力值相似时，供体和受体之间的界面能和分子相互作用预计会更有利，"韩国庆尚国立大学教授Yun-HiKim说。"为了增强聚合物供体的亲水性并减少分子脱杂，侧链工程可能是一条可行的途径。"侧链工程的作用侧链工程是指在分子的主链上添加一个称为侧链的化学基团。侧链中的化学基团会影响大分子的性质。研究人员推测，添加基于低聚乙二醇（OEG）的侧链将提高聚合物供体的亲水性，这要归功于侧链中的氧原子。具有亲水性的分子会被水吸引。聚合物太阳能电池的整体性能和聚合物太阳能电池中亲水侧链分子的热稳定性示意图根据整体性能和热稳定性，在制造PSC时，碳氢化合物和亲水性低聚乙二醇(2EG)的混合物比标准溶剂的性能更好。资料来源：清华大学出版社《纳米研究能源》聚合物供体和小分子受体亲水性的不同会影响它们的相互作用。随着聚合物供体亲水性的增加以及它们与小分子受体之间相互作用的改善，可以使用非卤化加工溶剂，而不会影响太阳能电池的性能。事实上，用OEG侧链连接苯并二噻吩聚合物供体制成的聚合物太阳能电池的功率转换效率为17.7%，高于15.6%。提高效率和稳定性为了比较结果，研究人员设计了带有OEG侧链、碳氢化合物侧链或50%碳氢化合物侧链和50%OEG侧链的苯并二噻吩基聚合物供体。Kim说："这阐明了侧链工程对非卤化溶剂加工聚合物太阳能电池的混合形态和性能的影响。我们的研究结果表明，具有亲水性OEG侧链的聚合物可以提高与小分子受体的混溶性，并在非卤化加工过程中提高聚合物太阳能电池的功率转换效率和器件稳定性。"除了提高功率转换效率外，带有OEG侧链的聚合物太阳能电池还具有更高的热稳定性。热稳定性对于聚合物太阳能电池的规模化至关重要，因此研究人员将其加热到120摄氏度，然后比较功率转换效率。加热120小时后，带有碳氢化合物侧链的聚合物的功率转换效率仅为最初的60%，而且表面出现了不规则现象，而碳氢化合物和OEG的混合物则保持了最初功率转换效率的84%。Kim说："我们的研究结果可以为设计聚合物供体提供有用的指导，从而利用非卤化溶剂加工生产出高效稳定的聚合物太阳能电池。"参考文献：SoodeokSeo、Jun-YoungPark、JinSuPark、SeungjinLee、Do-YeongChoi、Yun-HiKim和BumjoonJ.Kim于2023年7月24日发表在《纳米研究能源》上的论文："亲水侧链聚合物供体可通过非卤化溶剂处理实现高效、热稳定的聚合物太阳能电池"。doi:10.26599/nre.2023.9120088编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403357.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403357.htm

简单技术可防止盐析 提高柔性钠离子电池的容量

简单技术可防止盐析提高柔性钠离子电池的容量便携式电子设备中常用的柔性水电池通常包括一种由水和盐组成的水凝胶电解质。中国的一个研究小组在提高钠离子电池中水凝胶的盐稳定性方面取得了重大进展。他们将水凝胶的结构聚合物甲基化，从而防止了盐析，进而提高了电池的容量和循环性能。他们的研究成果最近发表在《AngewandteChemie》杂志上。钠离子电池是一种很有前途的锂离子电池替代品，因为与锂离子电池相比，钠离子电池含有更便宜、更环保的材料。然而，新型电池需要开发许多新元件，所有这些元件都必须适应钠离子。电解质是最基本的组件之一，在薄型柔性电池中，电解质通常采用水凝胶的形式。这些柔性含水材料能吸收溶解的钠盐，并能传导离子。尽管水凝胶很适用，但一个尚未解决的问题是，在宽广的电化学稳定性窗口所需的高盐浓度条件下，会出现相分离和盐析现象。来自中国科学院青岛能源所的崔光磊及其同事现已成功改良了钠离子电池用水凝胶，使其能够稳定安全地吸收更多盐分。为了实现这一目标，他们采用了一种在自然界中也被用于调节大型生物大分子水盐结合的技术：甲基化。在蛋白质中，甲基化会导致胺和酰胺基团"封顶"，从而降低水分子对蛋白质结构内交联和盐离子溶解的可及性。由于水凝胶使用的聚酰胺聚合物也含有酰胺基团，它们通过水分子的广泛交联会导致盐析，从而导致电解质分解。有鉴于此，研究小组将普通聚酰胺制成的水凝胶与含有甲基化酰胺基团的聚酰胺制成的水凝胶进行了比较。后者吸收的盐分明显多于原来的变体。即使在盐浓度达到创纪录的高水平时，水凝胶电解质仍然保持透明和稳定。更高的盐含量意味着可以扩大电池的电化学可用电压范围。此外，研究小组没有观察到任何电极解体的迹象，循环稳定性更好，组装的电池比未甲基化的电池容量更大。在这一系统中，甚至可以使用廉价的铝箔作为电流收集器。作者建议，简单的聚酰胺甲基化也可用于其他技术，例如药物开发，使水凝胶更耐盐分，从而更加稳定。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402057.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402057.htm