科学家运用纳米级二氧化硅3D打印技术制作出世界上最小的酒杯

科学家运用纳米级二氧化硅3D打印技术制作出世界上最小的酒杯这种3D打印酒杯只能够在扫描电子显微镜下才能看到，只有几十微米高。而且，在这个小小的舞台上，它并不孤单--该团队还创造了螺旋、悬臂、针阵列、光学谐振器和项目背后的大学KTH皇家理工学院的标志等迷你模型。过去也有类似的微小艺术品被3D打印出来，包括一艘船和一系列令人难以置信的详细的纳米雕塑，它们都小到可以放人的头发上。但是这批新作品全部由二氧化硅玻璃制成，这是对微小玻璃结构的新打印技术的展示。这个过程从一小群被称为氢硅氧烷（HSQ）的材料开始，其中含有形成硅玻璃（二氧化硅）所需的成分。为此，该液体被激光脉冲击中，每个脉冲仅持续万亿分之一秒，这使得HSQ在激光的焦点处交联成硅玻璃。这个过程能够创建小至65x260纳米的体素（3D像素），使系统能够在HSQ中直接打印物体。该团队表示，这种技术比现有的玻璃3D打印方法要有效得多，后者通常需要长时间的高温，不仅如此，以这种方式制造的物体在使用过程中仍能承受高温。然而，这并不只是一种令人印象深刻的新艺术形式的曙光。研究人员说，它可以用来为光学系统制造更小、更精确的玻璃部件，如镜片或谐振器。事实上，这些部件可以直接在光缆的顶端进行3D打印。该研究的共同作者KristinnGylfason说："互联网的主干是基于玻璃制成的光纤。在这些系统中，需要各种过滤器和耦合器，现在可以通过我们的技术进行3D打印。这开启了许多新的可能性"。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366649.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366649.htm

科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器

科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器据报道，目前，美国麻省理工学院最新研制3D打印精准等离子体传感器，该设备成本较低，且易于制造，这些数字化设备可以帮助科学家预测天气或者研究气候变化。该等离子体传感器也被称为“延迟电位分析仪(RPAs)”,被人造卫星等轨道航天器用于确定大气化学成分和离子能量分布。3D打印、激光切割流程制造的半导体等离子体传感器，由于该过程需要无尘环境，导致半导体等离子体传感器成本昂贵，且需要几个星期的复杂制造过程。相比之下，麻省理工学院最新研制的等离子体传感器仅需几天时间制造，成本几十美元。由于成本较低、生产速度快，这种新型传感器是立方体卫星的理想选择，立方体卫星成本低廉、低功率且重量轻，经常用于地球上层大气的通信和环境监测。该研究团队使用比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更有弹性的玻璃陶瓷材料研制了新型等离子体传感器，通过在塑料3D打印过程中使用玻璃陶瓷，能够制造出形状复杂的传感器，它们能够承受航天器在近地轨道可能遇到的巨大温度波动。研究报告资深作者、麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)首席科学家路易斯·费尔南多·委拉斯奎兹-加西亚(LuisFernandoVelasquez-Garcia)说：“增材制造会在未来太空硬件领域产生重大影响，一些人认为，当3D打印一些物体时，必须认可其性能较低，但我们现已证明，情况并非总是这样。”目前这项最新研究报告发表在近期出版的《增材制造杂志》上。多功能传感器等离子体传感器首次用于太空任务是1959年，它能探测到漂浮在等离子体中的离子或者带电粒子的能量，等离子体是存在于地球上层大气中的过热分子混合物。在立方体卫星这样的轨道航天器上，等离子体传感器可以测量能量变化，并进行化学分析，从而有助于科学家预测天气或者监测气候变化。该传感器包含一系列布满小孔的带电网格，当等离子体通过小孔时，电子和其他粒子将被剥离，直到仅剩下离子，当这些离子产生电流，传感器将对其进行测量和分析。等离子体传感器应用成功的关键是对齐网格的孔状结构，它必须具有电绝缘性，同时能够承受温度的剧烈波动，研究人员使用一种可3D打印的玻璃陶瓷材料——Vitrolite，它满足以上特性。据悉，Vitrolite材料最早出现于20世纪初，常应用于彩色瓷砖设计中，成为装饰艺术建筑中最常见的材料。持续耐用的Vitrolite材料可承受高达800摄氏度的高温而不分解，而集成电路结构的等离子体传感器中的高分子材料会在400摄氏度时开始熔化。加西亚说：“当工作人员在无尘室中制造这种传感器时，他们不会有相同的自由度来定义材料和结构，以及它们是如何相互作用，但这可能促成增材制造的最新发展。”重新认识等离子体传感器的3D打印过程陶瓷材料3D打印过程通常涉及到激光轰击陶瓷粉末，使其融合成为各种形状结构，然而，由于激光释放的高热量，该制造过程往往会使材料变得粗糙，并产生瑕疵点。然而，麻省理工学院的科学家在该制造进程中使...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307479.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307479.htm

无需电池的传感器能对特定声波做出反应

无需电池的传感器能对特定声波做出反应声敏传感器无需外接电源，由特定噪音产生的声波激活从智能手机和玩具到遥控器和手电筒，我们日常使用的许多物品都依赖电池供电。因此，全世界每年有150亿个电池被丢弃，其中许多最终被填埋。苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）的研究人员开发出了一种传感器，这种传感器除了声音之外不需要任何电源，对于某些设备来说，扔掉电池可能很快就会成为过去。这项研究的合著者之一约翰-罗伯逊（JohanRobertsson）说："传感器纯粹以机械方式工作，不需要外部能源。它只需利用声波中包含的振动能量即可。"但仅限于特定的声波。研究人员开发的传感器具有被动语音识别功能，每当说出某个单词或产生某种特定的音调或噪音时，传感器就会被激活。发出的声波（而不是其他声波）会使传感器产生足够的振动，从而产生一个微小的电脉冲，打开一个电子设备。传感器原型可以区分"three"和"four"这两个口语单词。由于"four"比"three"产生更多的声能，因此它能引起传感器振动，从而打开一个设备或触发一个后续过程，而说"three"则没有任何影响。由棒材连接的超材料晶格的振动板对声波做出选择性响应这种传感器是一种超材料，是一种经过设计具有自然界中罕见特性的材料。共同通讯作者马克-塞拉-加西亚（MarcSerra-Garcia）说："我们的传感器纯粹由硅组成，既不像传统电子传感器那样含有有毒重金属，也不含任何稀土。"但是，这种传感器的语音识别特性来自于它的结构，而不是它的材质。利用计算机建模和算法，研究人员设计出了传感器的结构，它由相同的硅板（谐振器）组成，硅板之间由像弹簧一样的细条连接。这些弹簧决定了特定的声音是否会使传感器启动。研究人员发现，这种无需电池、由声音供电的传感器有许多潜在应用。例如，它可以用来监测地震和建筑物，记录建筑物地基开裂时发出的特殊声音。或者，它还能检测到气体泄漏时发出的嘶嘶声，并触发警报。他们说，这种传感器还可以应用于医疗领域，比如为耳聋或听力损失患者植入人工耳蜗。目前，每个植入体需要两到三块电池，具体取决于所使用的声音处理器类型。一次性电池可使用30到60小时，但需要经常更换。这种新型传感器也可用于持续测量眼压。眼睛里没有足够的空间容纳带电池的传感器。工业界对零能耗传感器也非常感兴趣。研究人员的目标是在2027年之前推出可靠的传感器原型。较新的迭代产品应能区分多达12个不同的单词，包括"开"、"关"、"上"和"下"等标准指令。而且，与手掌大小的原型相比，研究人员计划让更新版本的传感器只有拇指甲大小或更小。塞拉-加西亚说："如果到那时我们还没有吸引到任何人的兴趣，我们可能会成立自己的新公司。"这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415063.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415063.htm

MIT研究人员为卫星打造了首个纯数字化制造的等离子体传感器

MIT研究人员为卫星打造了首个纯数字化制造的等离子体传感器麻省理工学院(MIT)的科学家们为卫星创造了第一个完全数字化制造的等离子体传感器。这些等离子体传感器也被称为迟钝电位分析器(RPA)，被在轨航天器用来确定大气层的化学成分和离子能量分布。3D打印和激光切割的硬件的性能表现跟最先进的半导体等离子体传感器一样好。由于制造过程需要一个洁净室，所以半导体等离子体传感器非常昂贵且需要数周的复杂制造。相比之下，这些3D打印的传感器可以在几天内以几十美元的价格生产。由于其低成本和快速生产，新传感器是CubeSats的理想选择。这些廉价、低功耗和轻量级的卫星通常用于地球高层大气的通信和环境监测。研究小组使用一种玻璃陶瓷材料开发了RPA，这种材料比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更就有弹性。通过在为塑料3D打印而开发的制造工艺中使用玻璃陶瓷，他们能建造具有复杂形状的传感器，进而能够承受航天器在低地球轨道上遇到的巨大温度波动。“增材制造可以为未来的太空硬件带来巨大的变化。有些人认为，当你3D打印东西时，你必须让步于较低的性能。但我们已经证明，情况并非总是如此，”MIT微系统技术实验室MTL()的首席科学家LuisFernandoVelásquez-García指出。他是一篇介绍等离子体传感器的论文的第一作者。跟Velásquez-García一起撰写论文的还有MTL博士后JavierIzquierdo-Reyes、研究生ZoeyBigelow及博士后NicholasK.Lubinsky。该研究已发表在《AdditiveManufacturing》上。多用途传感器早在1959年，RPA就被首次用于太空任务中。传感器检测漂浮在等离子体中的离子或带电粒子的能量，等离子体则是存在于地球高层大气中的分子的过热混合物。在像CubeSat这样的轨道航天器上，这些多功能的仪器测量能量并进行化学分析，这可以帮助科学家预测天气或监测气候变化。这些传感器包含一系列带电的网状物，上面点缀着小孔。当等离子体通过这些孔时，电子和其他粒子被剥离，直到只剩下离子。这些离子产生电流，传感器对其进行测量和分析。RPA成功的关键是对准网格的外壳结构。它必须是电绝缘的，与此同时也能承受温度的突然剧烈波动。研究人员使用了一种被称为Vitrolite的可打印的玻璃陶瓷材料，它具有这些特性。Vitrolite在20世纪初开创了先河，经常被用于彩色瓷砖，从而成为装饰艺术建筑中常见的景观。这种耐用的材料还可以承受高达800摄氏度的温度而不破裂，而用于半导体RPA的聚合物在400摄氏度时就开始融化。“当你在洁净室中制作这种传感器时，你没有同样的自由度来定义材料和结构及它们如何相互作用，”Velásquez-García说道，“使这成为可能的是增材制造的最新发展。”重新思考制造陶瓷的3D打印过程通常涉及陶瓷粉末--用激光将其熔化成形状。然而由于激光的高热，这一过程通常会使材料变得粗糙并产生薄弱点。相反，MIT的科学家们使用了大桶聚合，这是几十年前引入的用于聚合物或树脂的增材制造的工艺。在大桶聚合法中，通过将三维结构反复浸入液体材料的大桶中--在...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307137.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307137.htm

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器揉成一团也能用在最近发表于《先进材料》（AdvancedMaterials）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）的研究人员在一种超薄柔性薄片上开发出了一种光学传感器，这种传感器可以弯曲而不会断裂。事实上，这种传感器非常灵活，即使被揉成一团也能正常工作。在照相机中，光学传感器是感应穿过镜头的光线的装置，类似于人眼的视网膜。传感器设计的创新"传统的光学传感器是使用无机半导体和铁电材料制造的，"该研究的主要作者ReiKawabata说。"这使得传感器变得僵硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了另一种探测光的方法。"与传统的光传感器不同，研究人员使用的是印在超薄聚合物基底（小于5微米）上的微小碳纳米管光电探测器阵列。当暴露在光线下时，碳纳米管会发热，形成热梯度，然后产生电压信号。在印刷过程中掺入化学载体可进一步提高纳米管的灵敏度。利用这些纳米管，可以测量可见光以及与热或分子有关的红外光。用于宽带红外热分析的集成有机电路的超灵活无线成像仪利用片状光学传感器对光、热和分子进行探测和成像。无线技术集成除了碳纳米管传感器，聚合物基板上还印有有机晶体管，将电压信号组织成图像信号。要读取这种信号，计算机不需要通过电线与传感器进行物理连接。取而代之的是一个无线蓝牙模块。该研究的资深作者荒木祯平说："有了这套无线系统，我们的成像仪就能附着在柔软和弯曲的物体上，对其表面或内部进行分析，而不会损坏它们。"集成了碳纳米管光电探测器和有机晶体管的片式光学传感器研究人员制作了薄片型光学传感器的原型，并测试了其感应人体手指或电线等物体的热量以及流经管道的葡萄糖的能力。他们发现，这种光学传感器在很宽的波长范围内都具有很高的灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使被揉皱也能正常工作。这种无线测量系统和薄片型光学传感器的独特优势将为执行许多任务（如无需采样即可评估液体质量）带来更简单的新方法。研究人员认为，它在无损成像、可穿戴设备和软机器人等许多应用领域都大有可为。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419657.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419657.htm

新的石墨烯传感器可实现更好的脑机界面

新的石墨烯传感器可实现更好的脑机界面一个BMI通常由三个模块组成：一个外部感官刺激、一个传感接口和一个处理神经信号的单元。在这三个模块中，传感接口至关重要，因为它能检测到大脑最外层--大脑皮层产生的电活动，而大脑皮层负责更高层次的过程，包括运动功能。但视觉皮层才是大脑皮层中接收和处理从眼睛发出的信息的部分，它是依赖视觉刺激的BMI的关键。视觉皮层位于大脑的最后面的枕叶。脑电波是通过可植入或可穿戴的传感器获取的，如脑电图（EEG）电极。在后脑勺使用EEG电极和其他非侵入性生物传感器的问题是，这是一个通常被头发覆盖的区域。湿式传感器依靠在头皮和头发上使用导电凝胶，但这可能会导致传感器在个人行动时移动。干式传感器可以作为一种替代方法，但它们也有挑战；它们的导电性比湿式传感器差，而且，鉴于头部的圆形，它们可能会遇到保持充分接触的困难。悉尼科技大学（UTS）的研究人员通过开发一种含有石墨烯的干式生物传感器来解决这些问题，石墨烯是一种一原子厚的碳原子层，以六边形晶格排列，比人的头发薄1000倍，比钢强200倍。鉴于石墨烯的薄度和高导电性，它是创建干式生物传感器的最佳材料。它还能抗腐蚀和抗汗水的影响，使其非常适合在头部使用。研究人员发现，将石墨烯与硅结合在一起产生了一种更坚固的干式传感器。他们开发的传感器上的石墨烯层的厚度不到一纳米。该研究的通讯作者FrancescaIacopi说："通过使用尖端的石墨烯材料，结合硅，我们能够克服腐蚀、耐久性和皮肤接触阻力等问题，开发出可穿戴的干式传感器。"研究人员对不同的传感器图案进行了实验，包括正方形、六边形、柱子和圆点，并发现六边形图案的传感器产生了最低的皮肤阻抗。然后他们用BMI测试了他们的新传感器。六角形图案的传感器被放置在后脑勺的头皮上，以检测来自视觉皮层的脑电波，用户戴上显示白色方块的增强现实（AR）镜片。通过专注于一个特定的方块，产生的脑电波被生物传感器接收到。然后一个解码器将该信号翻译成命令。"我们的技术可以在两秒钟内发出至少九个指令，"该研究的共同作者Chin-TengLin说。"这意味着我们有九种不同的命令，操作者可以在该时间段内从这九种命令中选择一种。"澳大利亚陆军士兵对石墨烯传感器BMI进行了现实世界的测试，用它来控制一只四条腿的机器人狗。该设备允许免提指挥机器人，准确率高达94%。Iacopi说："这种免提、无声技术在实验室环境之外，随时随地都可以使用。它使控制台、键盘、触摸屏和手势识别等界面变得多余。"然而，研究人员不认为这是他们设计的最终迭代。还需要进一步的研究和测试，以便在总的可用石墨烯面积、适应头发存在的能力以及保持传感器与头皮接触的能力之间取得平衡。但这是朝着开发技术迈出的有希望的一步，该技术可能对残疾人操作轮椅或假肢大有好处，并在先进制造业、国防和航空航天领域有更广泛的应用。该研究发表在ACS应用纳米材料杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350637.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350637.htm