通过简单的调整 研究人员创造出更安全、更高效的固态电池

通过简单的调整研究人员创造出更安全、更高效的固态电池固态电池有很大的前景。与目前的锂离子电池不同，固态电池不包含易燃液体，而易燃液体是一个主要的缺点，笔记本电脑和电动汽车爆燃的一系列悲剧说明了这一点。固态电池的毒性也较小，具有更高的能量密度，充电速度更快，并且可以在更多的充电循环中存活而不变质。问题是，与液体电池相比，制造这种电池既困难又昂贵，其中一个主要挑战是作为电池关键的电解质薄膜的缺陷。薄膜中形成的微小气泡阻碍了离子在电极之间的移动，减缓了充电和一般操作。一种电解质薄膜是由反过氧化物（Li2OHCl）制成的，其中材料的颗粒被压制成片状。这些经常产生不良的缺陷，降低了效率。为了克服这个问题，橡树岭团队增加了加热压片的步骤，然后让电解质在压力下冷却。结果是一种没有气泡、表面氮富集度更高的薄膜，其导电性能也提高了近1000倍，临界电流密度提高了近50%，并且亲锂性更好，这是固态电池稳定性的一个关键因素。据研究人员称，新的调整不仅提高了性能，而且还为能够在工业规模上加工固体电解质打开了大门，因为工程师将对加工过程有更多的控制。首席研究员MarmDixit说："这是同样的材料--你只是改变了你的制造方式，同时在许多方面改善了电池的性能。"这项研究发表在《ACS能源通讯》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364983.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364983.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

研究人员创造出一种新型的量子材料 拥有戏剧性的鱼骨状扭曲

研究人员创造出一种新型的量子材料拥有戏剧性的鱼骨状扭曲这幅插图显示了一种新的量子材料的各层之间的电子拉锯战是如何将其原子晶格扭曲成一个戏剧性的鱼骨状图案的。创建这种材料的SLAC和斯坦福大学的科学家们刚刚开始探索这种"巨大"的扭曲是如何影响材料的特性的。"这是一个非常基本的结果，所以很难对它可能或不可能产生的东西作出预测，但可能性是令人兴奋的，"SLAC/斯坦福大学教授和SIMES主任HaroldHwang说。"根据我们团队成员的理论建模，看起来这种新材料具有耐人寻味的磁性、轨道和电荷秩序特性，我们计划进一步研究。这些正是科学家们认为赋予量子材料惊人特性的一些属性。该研究小组在《自然》杂志上发表的一篇论文中描述了他们的工作。在SLAC和斯坦福大学的实验中，研究人员改变了左图材料的原子结构，该材料由八面体和四面体层组成，被称为布朗米勒石，通过化学方法去除氧气层，就像玩Jenga的人小心翼翼地从一堆木块中去除一样。由此产生的材料（右图）被Jahn-Teller效应引起的层间电子拉锯战极大地扭曲成人字形图案。资料来源：WooJinKim/SIMES人字形图案的材料是首次在具有平坦的平面晶格的分层材料中展示了一种叫做Jahn-Teller（JT）效应的东西，就像一栋具有均匀间隔的楼层的高层建筑。JT效应解决了电子在接近离子时面临的困境--一个缺少一个或多个电子的原子。就像一个在地面上滚动的球会在一个低洼处停下并定居一样，电子会寻找并占据原子电子轨道中能量最低的空位。但有时会有两个能量同样低的空位。那怎么办呢？如果该离子在一个分子中或嵌入一个晶体中，JT效应会扭曲周围的原子晶格，从而只留下一个最低能量状态的空位，解决电子的问题。而当整个晶格由JT离子组成时，在某些情况下，整个晶体结构会发生扭曲，因此电子的困境在所有离子中得到了合作解决。这就是这项研究中发生的情况。插图显示了一种新的量子材料的扭曲，这种扭曲是由带负电的钴离子和带正电的钙离子之间的电子拉锯战产生的。在所谓的Jahn-Teller效应中，每个钴离子试图将钙离子从它上面和下面的层中拉出来，使原子晶格按照箭头的方向扭曲，这是以前没有见过的方式。资料来源：WooJinKim/SIMES"Jahn-Teller效应在电子之间以及电子和晶格之间产生了强烈的相互作用，"Hwang说。"这被认为在一些量子材料的物理学中起着关键作用。"JT效应已经被证明适用于单分子和由八面体或四面体结构排列的离子组成的三维晶体材料。事实上，基于锰或铜的JT氧化物表现出巨大的磁阻和高温超导性--导致科学家们想知道在基于其他元素或具有不同结构的材料中会发生什么。在这项研究中，SIMES的研究人员将一种由钴、钙和氧（CaCoO2.5）组成的材料（它具有不同的八面体和四面体层的堆叠，被称为布朗米勒石）变成了一种层状材料（CaCoO2），在这种材料中可以产生JT效应。他们用几年前在SIMES开发的化学技巧做到了这一点，制成了第一个氧化镍超导体。Kim合成了一层棕米勒石薄膜，并通过化学方法从其晶格中移除单层氧原子，就像玩家小心翼翼地从Jenga塔中移除积木一样。晶格坍塌并沉淀为一个平坦的平面结构，其中交替含有带负电荷的钴离子（JT离子）和带正电荷的钙离子。每个钴离子都试图从它上面和下面的层中拉出钙离子。他说："相邻层之间的这种拉锯战导致了一种美丽的扭曲模式，它反映了发挥作用的力量之间的最佳和最和谐的妥协。而且与其他材料相比，所产生的晶格扭曲是巨大的--相当于晶格中离子之间距离的25%。"Hwang说，研究小组将用SLAC和其他地方现有的X射线工具来探索这种显著的新电子配置。他说："我们也想知道，如果我们能给这种材料掺入兴奋剂--用其他原子替换一些原子，以改变可自由移动的电子数量，会发生什么。这有许多令人兴奋的可能性"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352353.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352353.htm

研究人员开发出防止玻璃起雾的纳米薄金涂层

研究人员开发出防止玻璃起雾的纳米薄金涂层这类似于汽车后窗上的防雾系统的工作方式，但不需要通过电线使用电加热。该团队早在2019年就发表了他们关于该主题的第一篇研究论文。他们修订后的涂层明显比他们之前分享的薄，使其更加透明且是可弯曲的，从而增强了它的功能性。金是一种昂贵的材料，但涂层所需的金很少，不会使应用成本过高。根据该团队的说法，三层涂层的厚度仅为10纳米。作为比较，典型的金叶子或金箔的厚度大约是12倍。该涂层是在洁净室中使用化学气相沉积法制造的。在氧化钛夹层中间的金簇相互接触，但只是最小程度的接触。这意味着，在没有阳光的情况下，如果需要，可以用电来加热涂层。氧化钛作为一种绝缘材料，位于顶层保护金簇免受磨损。新技术在未来的应用包括眼镜和汽车挡风玻璃，但其他的用例可以包括像窗户、镜子和光学传感器。值得注意的是，虽然涂层表面会发热，但该材料可以防止辐射到达内部（例如汽车或建筑物），因此它们的传递的热量甚至比没有涂层的情况下更低。苏黎世联邦理工学院已经为这种材料申请了专利。更多的实验将帮助研究人员确定其他金属是否也能像黄金一样表现良好或更好。他们的最新发现已经发表在《自然纳米技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335075.htm

由昆虫翅膀启发的涂层可以制造出更好的骨和关节植入物

由昆虫翅膀启发的涂层可以制造出更好的骨和关节植入物受蜻蜓和蝉翼的启发，研究人员开发了一种用于骨科植入物的新涂层。它不仅能杀灭有害细菌，还能监测系统的压力，这意味着它可以警告即将发生的植入物故障。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UI）的研究人员再次向大自然寻求涂层解决方案，他们从蜻蜓和蝉的对抗细菌的翅膀中找到了解决骨科植入物产生的一个顽固问题：感染。据这项研究的负责人、UI的材料科学和工程教授QingCao说，一直以来都没有足够的方法来处理影响多达10%的植入物患者在植入物层面的感染。他说，目前使用重金属离子来对抗细菌的努力也会对附近的组织造成损害，而且涂有抗生素药物的植入物最终会在化学品耗尽时失效。它们也不能有效地对抗抗生素耐药菌，这在医学界是一个日益严重的问题。因此，Cao和他的团队创造了一种用于植入物的薄箔涂层，其一面由纳米柱组成，如昆虫翅膀上的那些。当细菌细胞接触到这些柱子时，它们会被刺穿并失去活力。该研究的合著者、病理生物学教授GeeLau说："使用机械方法来杀死细菌，使我们能够绕过化学方法的很多问题，同时仍然给予我们将涂层应用于植入物表面所需的灵活性。"一举两得研究人员不满足于只解决骨科植入物的一个问题，他们意识到他们的涂层可以解决另一个问题：设备故障。Cao说，这个问题也影响到所有接受植入物的患者中的10%。因此，在薄膜的另一面，研究人员嵌入了灵活的微传感器，能够测量应用了涂层的植入物的机械应力。研究人员说，这不仅可以让医生知道身体在植入物周围的愈合情况，而且可以在人工关节的压力过大时发出警报。在动物试验中，这种涂层表现良好，可以抵御小鼠身上的细菌，并从绵羊的脊柱植入物中发送压力信号。虽然目前的涂层需要一个外部电源，但研究人员说他们现在正在研究一个无线解决方案。该涂层被应用于绵羊的标准脊柱植入物，在那里它成功地测量了机械应力Cao说："这些类型的抗菌涂层有很多潜在的应用，由于我们的涂层使用的是机械机制，它有可能用于化学品或重金属离子--如现在商业抗菌涂层中使用的--会造成损害的地方。"这项研究已经发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358833.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358833.htm

贻贝蛋白涂层可使植入体免受感染

贻贝蛋白涂层可使植入体免受感染即使在粗糙的潮间带，贻贝也能牢牢地附着在岩石上，这要归功于一种名为DOPA的氨基酸一些研究小组已经开发出了用于植入物的抗生素涂层--使植入物摆脱最初的易感染状态--不过，其中一些物质会持续释放抗生素有效成分，而不管植入部位处于何种状态。这种滥用药物的做法会导致细菌产生抗药性，从而降低抗生素的效果。为了寻找一种选择性更强、更持久的替代品，韩国科学家团队研究了贻贝用来粘附在岩石上的蛋白质。研究人员创造了一种生物工程MAP（贻贝粘合蛋白），它能大量表达一种名为DOPA的天然氨基酸。此外，这种生物工程MAP还添加了庆大霉素（一种常用抗生素）和铁离子。在健康的植入部位条件下，DOPA与离子形成牢固的结合，将离子和庆大霉素牢牢地包裹在由MAP制成的耐用水凝胶涂层中。然而，当有害细菌侵入时，它们会增加该部位的酸度。由于pH值降低，DOPA和铁离子之间的结合力减弱，导致铁离子和庆大霉素释放出来。这样，抗生素就能释放出来，杀死该区域的所有细菌。但重要的是，涂层释放的庆大霉素只与感染程度成正比--如pH值所示。在动物试验中，涂层在金黄色葡萄球菌感染后8小时内释放出70%的抗生素有效成分，有效消灭了所有微生物。即使在机械应力作用下，它也能牢牢地粘附在钛植入物上，并在整个骨再生阶段（约四周）保持有效。首席科学家、浦项科技大学（POSTECH）的HyungJoonCha教授说："粘性植入涂层材料的即时和持续抗菌效果有望显著提高植入手术的成功率。"有关这项研究的论文最近发表在《生物材料》杂志上，庆北大学校的科学家也参与了这项研究。相关文章:科学家开发新型粘合剂结合贻贝的粘性和蜘蛛丝的强度科学家开发基于贻贝黏附蛋白的生物粘合剂用于无疤痕皮肤移植技术受贻贝启发的粘合剂可在植入物和骨骼之间建立粘合关系科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422548.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422548.htm