研究人员开发出具有超常能量和功率密度的高电压微电池

研究人员开发出具有超常能量和功率密度的高电压微电池图像描述了在危险环境中工作的微型机器人材料科学与工程教授PaulBraun（Grainger杰出工程讲座教授，材料研究实验室主任）、SungbongKim博士（MatSE博士后，现任韩国军事学院助理教授，共同第一作者）和ArghyaPatra（MatSE研究生，MRL，共同第一作者）最近在CellReportsPhysicalScience上发表了一篇论文，详细介绍了他们的发现。该团队展示了密封（紧闭以防止暴露在环境空气中）、耐用、紧凑的锂电池，其在单层、双层和三层堆叠配置中的封装质量分数特别低，具有前所未有的工作电压、高功率密度和能量密度。Braun解释说："我们需要强大的微型电池，通过改进电极结构和提出创新的电池设计，释放出微尺度设备的全部潜力。问题是，随着电池变得更小，包装主导了电池的体积和质量，而电极面积变得更小。这导致电池的能量和功率急剧下降。"在他们独特的强大微型电池设计中，该团队开发了新颖的封装技术，将正负极电流收集器作为封装本身的一部分（而不是一个单独的实体）。这使得电池的体积紧凑（≤0.165立方厘米），包装质量分数低（10.2%）。此外，他们垂直地将电极电池串联起来（因此每个电池的电压都会增加），这使得电池的工作电压很高。这些微型电池的另一种改进方式是使用非常密集的电极，提供能量密度。正常的电极几乎40%的体积被聚合物和碳添加剂（不是活性材料）占据。Braun的研究小组通过中温直接电沉积技术培育了完全致密的电极，没有聚合物和碳添加剂。这些完全致密的电极提供了比其商业同类产品更多的体积能量密度。这项研究中的微型电池是使用XerionAdvancedBatteryCorporation（XABC，俄亥俄州代顿市）生产的致密电镀DirectPlateTMLiCoO2电极制造的，该公司是由Braun的研究衍生出来的。Patra提到："迄今为止，微纳尺度的电极架构和电池设计一直局限于以孔隙率和体积能量密度为代价的功率密集型设计。我们的工作已经成功地创造了一个微尺度的能源，同时表现出高功率密度和体积能量密度。"这些微型电池的一个重要应用空间包括为昆虫大小的微型机器人提供动力，以便在自然灾害、搜救任务以及人类无法直接进入的危险环境中获得有价值的信息。共同作者JamesPikul（宾夕法尼亚大学机械工程和应用力学系助理教授）指出，"高电压对于减少微型机器人需要携带的电子有效载荷非常重要。9伏电压可以直接为电机供电，并减少与将电压提升到某些执行器所需的数百或数千伏电压有关的能量损失。这意味着这些电池能够在其能量密度提升之外实现系统级的改进，从而使小型机器人能够走得更远，或向人类操作员发送更多关键信息"。Kim补充说："我们的工作弥补了材料化学、能量密集的平面微电池配置的独特材料制造要求以及需要高电压、机载型电源来驱动微执行器和微电机的应用纳米微电子学等方面的知识差距。"Braun是电池小型化领域的先驱，他总结说："我们目前的微电池设计非常适合于高能量、高功率、高电压、单次放电的应用。下一步是将该设计转化为所有固态微电池平台，这些电池将比液态电池的同类产品更安全，能量密度更高。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345281.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345281.htm

研究人员开发出一种能再现触感的超薄纹身

研究人员开发出一种能再现触感的超薄纹身触觉对于抓握和操纵物体、体验世界以及实现机器与人类之间的交流至关重要。通过可穿戴设备复制触觉有多种重要用途，例如为截肢者的机械臂提供反馈或为视障人士提供信息，以及在虚拟现实和游戏中使用。意大利技术研究所（IIT）的研究人员开发了一种超薄可穿戴电子纹身，能够通过热、电和机械刺激提供局部触觉。他们选择临时转印纹身纸作为制作设备的基底，因为这种纸能有效地转印到非平面表面，并能制作出与人体皮肤贴合良好的电极和电通路。在纹身纸上涂上一层1微米厚的对二甲苯以增强机械强度，然后直接在上面印上超薄导电银墨薄膜。然后再添加布线，接着是聚苯乙烯微粒，这种微粒能产生微小的空隙，用于吸附空气，最后在上面再涂一层聚对二甲苯。图片显示构成该装置的各层成分马佐塔和马托利/意大利技术研究所该装置的全部厚度只有几微米，通过电热气动刺激发挥作用。快速而局部的电加热会在两层聚对二甲苯之间产生少量空气。当空气膨胀时，接触装置的皮肤就能感受到空气产生的力量。在玻璃载玻片上测试完成的装置后，研究人员将电子纹身放在人的指尖上，以证明它能够引起触觉。在10次刺激中，受试者感觉到了9次，并且在测试过程中没有疼痛或温度升高。此外，该装置使用极小的电池供电，电压很低（低于300毫瓦），因此对佩戴者很安全。这项工作展示了单个taxel或TActile像素的功能，这是一种能识别与实物接触压力的传感器。研究人员正致力于开发更大型的触觉显示器，其中包含多个可相互独立激活的taxel，这样就能在皮肤上再现字母、数字和图案。研究人员说："在这项工作中，我们的重点是开发和表征单个分类单元。然而，这种方法、材料和制造技术可以扩展到实现更复杂的设备，如更大的可纹身触觉显示器。"他们认为，他们的方法有望用于开发轻便、便携的触觉显示器和设备。这项研究发表在《先进电子材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400233.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400233.htm

研究人员开发出可直接从空气中制取氢气的方法

研究人员开发出可直接从空气中制取氢气的方法澳大利亚研究人员已经开发并测试了一种在地球上任何地方可以直接从空气中电解氢气的方法。据悉，在这个过程中，并不需要任何其他淡水来源。直接空气电解器(DAE)吸收并转换大气中的水分--甚至低至“极干燥的”4%的湿度。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1316073.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1316073.htm

MIT研究人员开发出测量COVID免疫力的快速家用检测方法

MIT研究人员开发出测量COVID免疫力的快速家用检测方法麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了一种创新的检测方法，有望为人们提供快速、轻松地测量其COVID-19免疫力的能力。该测试跟踪一滴血中的中和抗体水平，帮助人们评估他们对SARS-CoV-2感染的易感性。在接种疫苗或感染SARS-CoV-2后，测量血样中的中和抗体水平已被证明是量化一个人的免疫力的有用方法。传统上，需要专门的实验室设备来测量特定血样中的抗体水平，但在大流行的早期，麻省理工学院的一个研究小组想知道是否可以开发一个简单的家庭检测方法来做同样的工作。研究人员将目光投向了侧向流动检测技术，与现在流行的家用快速COVID-19检测中使用的系统相同。与目前可用的快速抗原COVID检测不同，这种新的抗体检测需要一个微小的血样。在一项新的研究中提出的原型检测工具带有一个指刺装置，以获得一滴血，然后将其转移到一个含有特定试剂的滴管中。这些试剂含有SARS-CoV-2病毒蛋白，上面有微小的金颗粒标记。这个想法是，一个人的血样中的抗体将与这些金颗粒标记的病毒蛋白相互作用，因此当把混合样本滴在试纸上时，那些被抗体捕获的蛋白将亮出阳性线。比起简单地提供阳性或阴性信号，这种抗体检测还希望能让用户有能力量化其免疫反应。使用一个配套的智能手机应用程序，研究人员建议测量线的强度，允许在一个给定的样本中对抗体水平进行量化。当然，需要注意的一个关键点是，中和抗体只是对病毒感染的复杂和多方面的免疫系统反应的一部分。虽然过去几年的研究已经有效地发现抗体水平是保护免受感染的一个体面的相关因素，但这一指标并不能提供对保护免受严重疾病的洞察力。在接种疫苗或自然感染后的几个月内，抗体反应往往迅速下降，但这并不意味着一个人无法免受严重疾病的侵害。从这个角度来看，麻省理工学院的新检测方法只会在有限的情况下真正有用。该项目的主要研究者之一HojunLi说，主要的使用目标将是跟踪脆弱人群的免疫反应，例如那些正在接受化疗或患有自身免疫疾病的人。“......我认为这项检测可能产生最大的不同之处是，任何正在接受化疗的人，任何因风湿性疾病或自身免疫性疾病而服用免疫抑制药物的人，以及任何年老或一般没有良好免疫反应的人，”研究人员解释说。“这些人都是可能需要更早地增强免疫力或接受更多剂量以达到充分的保护。”识别那些抗体水平低的脆弱受试者可以允许实施额外的保护层，如戴口罩。该研究团队目前正在寻求与一家制造商合作，将该测试推向市场。这项新研究发表在《细胞报告方法》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302705.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302705.htm

研究人员开发出独立于身体保持大脑活力的系统

研究人员开发出独立于身体保持大脑活力的系统该装置的工作原理是通过一个泵重新引导大脑的血液供应，从而维持或调整一系列变量，包括血压、血容量、温度、含氧量和营养物质。UT西南医学中心的一个研究小组在一头被氯胺酮和其他化学物质麻醉的猪的大脑上测试了这种装置。在五个小时的时间里，该装置使动物的大脑活动和健康状况保持在正常水平。研究人员说，虽然这显然无法实现像"未来世界"那样让人头在罐子里活着的能力，但它可以带来不受其他身体机能影响的大脑研究方法。UT西南大学神经病学、儿科学和生理学教授胡安-帕斯夸尔博士说："这种新方法能让研究不受身体影响地关注大脑，让我们以一种从未有过的方式回答生理问题。"体外搏动性循环控制（EPCC）系统已被用于研究低血糖或低血糖对大脑的影响--这是糖尿病患者经常遇到的情况。这些研究通常需要限制动物的食物摄入量或给它们注射胰岛素，但人体会通过改变新陈代谢来进行补偿。这种装置可以让研究人员直接改变泵入大脑的血糖。帕斯夸尔说，这种首创的系统还可以改进心脏搭桥手术中使用的机器，复制流向大脑的血液。通过提供类似于人类心脏的自然脉动血流，这有可能避免与大脑有关的副作用。虽然EPCC在医学领域具有巨大潜力，但让大脑独立于身体而存活的想法也让人联想到颇具争议的头部移植问题。几年前，一位名叫塞尔吉奥-卡纳维罗的意大利神经外科医生曾准备尝试这样的手术，但患有肌肉萎缩症韦尔德尼格-霍夫曼病的瓦列里-斯皮里多诺夫在找到爱情并成为父亲后，决定不把自己的头融合到另一个身体上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397227.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397227.htm

中国研究人员设计出海浪起伏振荡装置 可利用水波的动力延长船舶航程

中国研究人员设计出海浪起伏振荡装置可利用水波的动力延长船舶航程目前正在开发的浮动波浪能发电机不计其数，但在船舶上使用的却不多，因为船舶的大部分工作时间都是在波浪中度过的。而船舶上的能源存储正在成为去碳化过程中最难克服的障碍之一，哪里比船上更适合发电呢？上海船舶运输科学研究所的研究人员提出了一种双体点吸收器系统，该系统将安装在货轮甲板下方，以保护货物空间，同时还将通过船体与海水隔离。该装置由一个框架组成，框架的顶部和底部牢牢地固定在船上，框架的导轨上有一个可以上下移动的振荡器体，一个用于悬挂振荡器的弹簧，以及一个连接到地板和振荡器底部的液压缸。发电机位于甲板下方当振荡器相对于船和固定框架上下滑动时，液压缸将通过液压动力输出装置泵油以产生能量。与此同时，振荡器中装满了水，但有一个可以加水和减水的系统来改变其重量。这在极端天气下尤其方便，因为此时可以减轻振荡器的重量，从而减少对船体结构的压力。研究人员说，这种设计能让振荡器"在船舶发生起伏、滚动或俯仰运动时沿着滑杆移动"--从而从三个不同的运动轴产生能量，而以前的设计只能从一个或两个运动轴产生能量。研究小组建立了一个系统模型进行模拟测试，并进行了一系列测试，以确定该系统在不同速度、波浪角度等情况下的性能。研究结果表明，在波束海中能量捕获效率最高，波浪以90度翻滚，直接冲击船舷。在这种情况下，该系统"在一定的波浪周期内可达到轴对称点吸收器理论最大吸收功率的90.71%"。研究小组计算了发电机对船体结构的作用力研究小组告诉《RechargeNews》，他们正计划下一步将系统原型用于波浪箱测试，同样的系统"很容易扩展"到其他海上结构。这项研究没有调查的一个问题是，该系统平均每次可提供多少电力--这一点以及空间方面的考虑将是此类系统能否得到广泛应用的关键。这项研究已在《可再生能源》杂志上公开发表。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402165.htm