新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃

新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃 在纳米尺度上控制和操纵光的能力为超材料在各个领域的应用开辟了广阔天地。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员创造出了一种新的光学超材料，它可能使真正的单向透光玻璃成为现实。磁电（ME）效应的最一般形式是指材料的磁性和电性之间的耦合。在光学频率下，磁化对传统材料的影响可以忽略不计，但使用超材料则可以增强这种影响，在超材料中，光的电分量可以诱导磁化，而磁分量可以产生偏振。以往的研究表明，微波频率的磁性很强，在这一频谱范围内会产生明显的超材料效应。尽管经过了二十年的理论研究，但直到现在，人们还很难实现在这一范围之外工作的超材料。全电磁频谱示意图这种新型超材料依赖于非互惠磁电效应（NME）。非互易磁电效应意味着材料的磁化和偏振特性与光或其他电磁波的不同成分相关联。"到目前为止，NME效应还没有实现现实的工业应用，"该研究的主要作者沙迪-萨法伊-贾兹（Shadi Safaei Jazi）说。"大多数提出的方法只能用于微波，而不能用于可见光，而且也无法用现有技术制造出来"。研究人员利用现有技术和纳米制造技术成功克服了这些问题，创造出一种三维光学 NME 超材料，其单个元原子由传统材料钴和硅制成，可自发磁化。这种新型超材料为那些原本需要强大外部磁场才能发挥作用的应用铺平了道路，例如真正的单向玻璃。目前所谓的"单向"玻璃实际上只是半透明的，光线可以从两个方向穿过。当两侧亮度不同时，它就像单向玻璃。然而，基于 NME 的单向玻璃不需要这种亮度差异，因为光线只能够从一个方向穿过。"想象一下，在你的房子、办公室或汽车里有一扇装有这种玻璃的窗户，"Safaei 说。"无论外面的光线如何，人们都无法看到里面的任何东西，而你却可以从窗户欣赏到完美的景色。"这种超材料还有可能阻挡现有太阳能电池向太阳辐射的热辐射，从而降低其捕获的能量，从而提高太阳能电池的效率。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：

突破性的全球研究发现21种新型激光材料

突破性的全球研究发现21种新型激光材料 尽管如此，生产有机固态激光器仍具有挑战性，要确定可行的新材料，可能需要进行 15 万次以上的实验，因此充分探索这一领域可能需要花费许多人的一生。事实上，在过去的几十年中，仅有 10-20 种新型 OSL 材料通过了测试。多伦多大学加速联盟的研究人员接受了这一挑战，并利用自驱动实验室（SDL）技术，在几个月内就合成并测试了 1000 多种潜在的 OSL 材料，并发现了至少 21 种性能最佳的 OSL 增益候选材料。SDL 使用人工智能和机器人合成等先进技术来简化新型材料的鉴定过程，这里指的是具有特殊发光特性的材料。迄今为止，SDL 通常局限于一个地理位置的一个物理实验室。发表在《科学》（Science）杂志上的这篇题为《有机激光发射器的异地异步闭环发现》（Delocalized Asynchronous Closed-Loop Discovery of Organic Laser Emitters）的论文，展示了研究团队如何利用分布式实验的概念，即在不同的研究地点分工合作，更快地实现共同目标。来自加拿大多伦多和温哥华、苏格兰格拉斯哥、美国伊利诺伊和日本福冈的实验室参与了这项研究。分布式实验的优势通过这种方法，每个实验室都能贡献自己独特的专业知识和资源这最终为项目的成功发挥了关键作用。这种由云平台管理的分散式工作流程不仅提高了效率，还能快速复制实验结果，最终实现了发现过程的民主化，并加速了下一代激光技术的开发。"这篇论文表明，闭环方法可以去局部化，研究人员可以从分子状态一直深入到设备，你可以加速发现商业化进程中非常早期的材料，"加速联合会主任Alán Aspuru-Guzik博士说。"该团队设计了一个从分子到设备的实验，最终设备在日本制造。这些装置在温哥华进行了放大，然后转移到日本进行表征。"这些新型材料的发现标志着分子光电子学领域的重大进展。它为增强 OSL 器件的性能和功能铺平了道路，并为未来材料科学和自动驾驶实验室领域的脱域发现活动开创了先例。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1126/science.adk9227 ... PC版： 手机版：

新型材料将钙钛矿太阳能电池效率提升到22%

新型材料将钙钛矿太阳能电池效率提升到22% 该方法由位于巴西包鲁的圣保罗州立大学（UNESP）的研究人员开发，涉及使用一类被称为 MXenes 的材料，这是一类具有类似石墨烯结构的二维材料，结合了过渡金属、碳和/或氮，以及氟化物、氧或羟基等表面官能团。它们的特性包括高导电性、良好的热稳定性和高透射率（与通过物质而不被反射或吸收的光量有关）。联合国教科文组织欧洲空间科学中心开发的方法涉及使用一类名为"MXenes"的材料。资料来源：CDMF在这项研究中，MXeneTi3C2Tx被添加到聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中以形成钝化涂层，并被旋涂在倒置太阳能电池的包晶层上。钝化涂层旨在减少多晶固体（本例中为钙钛矿）因与环境相互作用或其内部结构而可能产生的缺陷。过氧化物太阳能电池具有层状结构，层的顺序（结构）对其性能至关重要。在倒置太阳能电池中，设备的结构是相反的，以确保阳光照射到过氧化物层时具有较高的光学透明度。Ti3C2Tx的使用将电池的功率转换效率从 19% 提高到 22%。它还提高了电池的稳定性，与对照电池（无钝化层）相比，电池的寿命延长了三倍，且性能未受影响。对于文章的第一作者、联合国教科文组织材料科学与技术研究生项目的硕士研究生 João Pedro Ferreira Assunção来说，这些结果令人惊讶，因为该项目的最初目的仅仅是补救因添加绝缘钝化层而导致的性能下降。目前，有关过氧化物太阳能电池的研究主要集中在如何设计大规模工业生产系统，以制造稳定的高性能电池。"这篇文章表明，在大规模生产条件下添加 MXene 是可行的，并指出了实现这一目标的方法。文章还介绍了我们探索的几种电学、形态学和结构表征技术，以加深对这一类复杂设备的行为和功能的科学理解，"Assunção说。他补充说，这项研究是朝着生产清洁能源、减轻环境影响以及使巴西成为领先的太阳能电池工业生产国等可持续发展目标迈出的充满希望的一步。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家制备效率超25.6%稳定钙钛矿太阳能电池

中国科学家制备效率超25.6%稳定钙钛矿太阳能电池 目前钙钛矿太阳能电池（PSCs）因优异的光电性能等特点，在新一代光伏发电领域颇有应用前景，是当前光伏产业研究重点，已实现26%以上的光电转换效率。然而，有机-无机杂化钙钛矿的结晶过程较为复杂。中间相的参与，如混合溶剂相和δ相，使得制备出均匀和高结晶度的钙钛矿膜具有挑战性，晶格畸变等问题会影响性能和寿命。科学家研究发现，Hydantoin多种官能团对钙钛矿前驱体的协同作用，抑制了溶剂中间相及δ相钙钛矿的生成，形成了钙钛矿光学活性相具有高结晶度且集中out-of-plane取向的钙钛矿膜，并抑制了多种缺陷以及载流子非辐射复合。基于Hydantoin辅助结晶制备出的钙钛矿太阳能电池，不仅效率超过25.66%，而且具有良好的环境稳定性。在标准测量条件下的最大功率点输出1600小时，钙钛矿太阳能电池仍保持初始效率的96.8%。中科院表示，这项研究成果发表在期刊《先进材料》（Advanced Materials）上；研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等的支持。 ... PC版： 手机版：

日本化学家开发出自带发光特性的自愈材料

日本化学家开发出自带发光特性的自愈材料 理化学研究所 CSRS 研究人员开发的一种突破性自愈合荧光材料为更耐用的有机太阳能电池和更广泛的应用提供了潜力，符合可持续消费和生产的目标。2019 年，理化学研究所 CSRS 的侯兆民及其团队使用稀土金属催化剂成功共聚了乙烯和异丙烯。由此产生的二元共聚物具有显著的损伤自愈特性。这种共聚物的软组分（乙烯和异丙烯的交替单元）与乙烯-乙烯链的硬结晶单元结合在一起，成为物理交联点，形成了纳米相分离结构，这被证明是自愈合的关键。由乙烯、异丙烯和芘乙烯基取代苯乙烯组成的三元共聚物花纹薄膜的荧光和自愈特性。资料来源：理化学研究所在这一成功的基础上，他们在单体中加入了发光单元苯乙烯，然后形成了包括异丙烯和乙烯在内的聚合物。这一过程只需一个步骤，就能合成具有荧光特性的自愈材料。"荧光材料非常有用，可用于有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）和太阳能电池。然而，这些材料的主要问题之一是使用寿命短。我们的新材料有望延长产品的使用寿命并提高可靠性。"还有一个惊喜，事实证明，由此产生的共聚物不仅坚韧，而且还能在没有外部刺激或能量的情况下实现自我修复。它的拉伸强度在 24 小时内完全恢复，与二元共聚物相比，显示出很高的自愈速度。这种材料即使在水、酸性和碱性溶液中也能自我修复，因此可用于各种环境。这种共聚物的网络结构包括由苯乙烯-苯乙烯单元和结晶乙烯-乙烯纳米域形成的物理交联点，以及由交替单元组成的软段，从而促进了自我修复。这种材料还显示出一种附加特性。研究小组通过光刻技术成功地将二维图像转移到了荧光自修复薄膜上。虽然图像在自然光下仍不可见，但在紫外线下却可以辨认，这表明这种薄膜有可能用作信息存储设备。即使在图像的作用下，薄膜仍能保持良好的自愈合和弹性特性。"我们通过一步反应合成的这种材料，使我们能够通过调整单体的成分来控制其光学和机械性能。我们认为，它能为开发在各种实际环境中具有高度自愈能力的新型功能材料做出重大贡献，"侯说。"这项研究符合联合国的可持续发展目标（SDGs），尤其有助于实现"目标12：确保可持续的消费和生产模式"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

麻省理工学院在有毒气体检测技术方面取得了突破性进展

麻省理工学院在有毒气体检测技术方面取得了突破性进展 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 新系统结合了两种现有技术，既保留了各自的优点，又避免了它们的局限性。研究小组使用了一种被称为金属有机框架（MOF）的材料，这种材料对微量气体非常敏感，但其性能很快就会退化，研究小组将其与一种聚合物材料相结合，这种材料非常耐用，更易于加工，但敏感性要低得多。麻省理工学院教授 Aristide Gumyusenge、Mircea Dinca、Heather Kulik 和 Jesus del Alamo、研究生 Heejung Roh 以及博士后 Dong-Ha Kim、Yeongsu Cho 和 Young-Moo Jo 今天在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上发表了一篇论文，报告了这一研究成果。麻省理工学院的研究人员开发出一种探测器，可以低成本持续监测有毒气体的存在。研究小组使用了一种名为金属有机框架（MOF）的材料（图中为黑色晶格），这种材料对微量气体高度敏感，但其性能很快就会退化。他们将 MOF 与一种聚合物材料（如图中的茶色半透明链）相结合，这种材料非常耐用，但灵敏度要低得多。图片来源：研究人员提供MOFs多孔性强，表面积大，有多种成分。有些可能是绝缘体，但本研究中使用的 MOFs 具有很强的导电性。它们的形状像海绵，能有效捕捉各种气体分子，其孔隙的大小可以定制，使它们对特定种类的气体具有选择性。"论文的资深作者、材料科学与工程系 Merton C. Flemings 职业发展助理教授 Gumyusenge 说："如果把它们用作传感器，只要气体对 MOF 的电阻率有影响，就能识别出气体是否存在。这些材料用作气体检测器的缺点是容易饱和，无法再检测和量化新输入的气体。"这不是你想要的。你想要的是能够检测和重复使用，"Gumyusenge 说。"因此，我们决定使用聚合物复合材料来实现这种可逆性。"研究小组使用了一类导电聚合物，Gumyusenge 和他的同事们之前已经证明，这类聚合物可以对气体做出反应，而不会与气体永久结合。"他说："这种聚合物虽然没有 MOFs 那样的高表面积，但至少可以提供这种识别-释放型现象。研究人员在一个实验室规模的小型装置中展示了这种材料检测一氧化二氮（一种由多种燃烧产生的有毒气体）的能力。经过 100 次检测后，这种材料仍能保持其基线性能，误差在 5% 到 10% 之间，这证明了它具有长期使用的潜力。以下是传感装置的布局。图片来源：研究人员提供研究小组将液态溶液中的聚合物与粉末状的 MOF 材料结合在一起，然后将混合物沉积在基底上，干燥后形成一层均匀的薄涂层。他说："通过将具有快速检测能力的聚合物和灵敏度更高的 MOF 以一比一的比例结合在一起，我们突然得到了一种传感器，它既具有 MOF 带来的高灵敏度，又具有聚合物带来的可逆性。"当气体分子暂时滞留在材料中时，材料的电阻会发生变化。只需安装一个欧姆表来跟踪电阻随时间的变化，就能持续监测这些电阻变化。Gumyusenge 和他的学生们在一个实验室规模的小型装置中演示了这种复合材料检测二氧化氮的能力。经过 100 次检测后，该材料仍能保持其基线性能，误差在 5% 到 10% 之间，证明了其长期使用的潜力。此外，研究小组报告说，这种材料的灵敏度远远高于目前使用的大多数二氧化氮检测器。这种气体经常在使用炉灶后被检测到。而且，由于这种气体最近与美国的许多哮喘病例有关，因此对低浓度的可靠检测非常重要。研究小组证明，这种新型复合材料可以可逆地检测到浓度低至百万分之二的气体。虽然他们的演示是专门针对二氧化氮的，但 Gumyusenge 说："我们可以调整化学成分，使其针对其他挥发性分子，只要它们是小的极性分析物，这往往是大多数有毒气体"。除了与简单的手持式探测器或烟雾报警装置兼容之外，这种材料的一个优点是，聚合物使其能够沉积成极薄的均匀薄膜，而不像普通的 MOFs 通常是低效的粉末状。由于薄膜非常薄，因此所需的材料很少，生产材料成本可能很低；加工方法可以是典型的工业涂料加工方法。Gumyusenge说："因此，限制因素可能是聚合物合成规模的扩大，我们一直在少量合成聚合物。"他说："下一步将是在实际环境中对这些材料进行评估。例如，可以在烟囱或排气管上涂上这种材料，通过附带的电阻监测装置读取数据，对气体进行连续监测。在这种环境下，我们需要进行测试，以检查我们是否真正将其与实验室环境中可能忽略的其他潜在污染物区分开来。让我们把传感器放到真实世界的场景中，观察它们的效果如何"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：