研究人员开发出受撞击后会硬化的非牛顿流体[弹力导电材料

研究人员开发出受撞击后会硬化的非牛顿流体[弹力导电材料 该项目的主要研究人员王跃（Jessica）指出，当玉米淀粉和水慢慢搅拌在一起时，搅拌勺很容易在混合物中移动。当你移开勺子并试图用力将其重新插入时，却会得到不同的结果，这就是非牛顿流体的特性。王说："这就像在一个坚硬的表面上捅了一刀，勺子再也进不去了。"团队的目标是在固体导电材料中模拟这种奇特的性质。为了实现目标，研究小组必须确定共轭聚合物的正确组合，共轭聚合物是一种长条状导电分子，形状就像一串串意大利面条，大多数柔性聚合物在受到反复、快速或剧烈冲击时会断裂。研究人员首先使用由四种聚合物组成的水溶液：意大利面条状的聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）、较短的聚苯胺分子和称为聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的导电组合。 他们调整了配方以提高导电性和自适应耐久性。例如，在混合物中增加 10% 的 PEDOT:PSS 可提高导电性和自适应耐久性。研究小组还尝试在混合物中添加小分子，注意每种添加剂如何改变聚合物的特性。最终，带正电荷的纳米粒子添加剂最能改善适应性功能。实验室的博士后研究员吴迪说："在我们的材料中加入带正电荷的分子，使其在更高的拉伸速率下更加坚固。"实际应用可能包括用于智能手表的集成表带和背面传感器，可以轻松承受人类手腕上日常生活的恶劣环境。这种柔性材料还可以应用于医疗领域，也许可以集成到心血管传感器或血糖监测仪等可穿戴设备中。吴和团队甚至改良了适合 3D 打印的早期材料版本，并制作了一只人手的复制品，以展示其作为假肢使用的潜力。王说："它有许多潜在的应用领域，我们很高兴看到这一全新的、非传统的特性将把我们带向何方。" ... PC版： 手机版：

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性

科学家利用激光技术揭示了量子材料隐藏的特性 加州大学圣迭戈分校的研究人员利用一种先进的光学技术进一步了解了一种名为Ta2NiSe5（TNS）的量子材料。他们的研究成果发表在《自然-材料》（Nature Materials）杂志上。材料可以通过不同的外部刺激受到扰动，通常是温度或压力的变化；然而，由于光是宇宙中速度最快的东西，材料对光刺激的反应非常快，从而揭示出原本隐藏的特性。通过改进技术，研究小组获得了更广泛的频率范围，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。资料来源：Sheikh Rubaiat Ul Haque / 斯坦福大学量子材料中的先进光学技术"从本质上讲，我们用激光照射一种材料，这就像定格摄影，我们可以逐步跟踪该材料的某种特性，"领导这项研究的物理学教授理查德-阿维特说，他也是论文的作者之一。"通过观察组成粒子如何在该系统中移动，我们可以找出这些以其他方式很难发现的特性。"该实验由第一作者谢赫-鲁巴亚特-乌尔-哈克（Sheikh Rubaiat Ul Haque）完成，他于2023年从加州大学圣地亚哥分校毕业，现在是斯坦福大学的一名博士后学者。他与阿弗里特实验室的另一名研究生张远一起改进了一种名为太赫兹时域光谱学的技术。这项技术允许科学家在一定频率范围内测量材料的特性，而哈克的改进使他们能够获得更广泛的频率范围。量子态和光放大这项工作基于论文的另一位作者、苏黎世联邦理工学院教授尤金-德姆勒（Eugene Demler）提出的理论。Demler 和他的研究生马里奥斯-迈克尔（Marios Michael）提出了这样一个观点：当某些量子材料被光激发时，它们可能会变成一种能放大太赫兹频率光的介质。这促使哈克及其同事仔细研究 TNS 的光学特性。当电子被光子激发到更高的层次时，会留下一个空穴。如果电子和空穴结合在一起，就会产生激子。激子还可能形成凝聚态当粒子聚集在一起并表现为单一实体时会出现的一种状态。在 Demler 理论的支持下，利用马克斯-普朗克物质结构与动力学研究所 Angel Rubio 小组的密度泛函计算，研究小组得以观测到反常的太赫兹光放大现象，从而揭示了 TNS 激子凝聚态的一些隐藏特性。凝缩物是一种定义明确的量子态，使用这种光谱技术可以将它们的某些量子特性印刻到光上。这可能会对利用量子材料的纠缠光源（多个光源具有相互关联的特性）这一新兴领域产生影响。哈克说："我认为这是一个广阔的领域。Demler的理论可以应用于一系列具有非线性光学特性的其他材料。有了这项技术，我们就能发现以前从未探索过的新的光诱导现象。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《侏罗纪公园》剧情成真：麻省理工学院创造出用于储存 DNA 的合成琥珀

《侏罗纪公园》剧情成真：麻省理工学院创造出用于储存 DNA 的合成琥珀 DNA 保存技术的进步在电影《侏罗纪公园》中，科学家提取了在琥珀中保存了数百万年的 DNA，并用它创造了早已灭绝的恐龙种群。麻省理工学院的研究人员部分受这部电影的启发，开发出一种玻璃状、类似琥珀的聚合物，可用于长期存储 DNA，无论是整个人类基因组还是照片等数字文件。目前大多数储存 DNA 的方法都需要冷冻温度，因此需要消耗大量能源，在世界上许多地方都不可行。相比之下，新型琥珀状聚合物可以在室温下储存 DNA，同时保护分子不受热量或水的破坏。研究人员证明，他们可以用这种聚合物存储编码《侏罗纪公园》主题音乐的 DNA 序列以及整个人类基因组。他们还证明，DNA 可以很容易地从聚合物中取出，而不会对其造成损坏。简化 DNA 保存技术前麻省理工学院博士后詹姆斯-巴纳尔（James Banal）说："冷冻 DNA 是保存 DNA 的首要方法，但这种方法非常昂贵，而且无法扩展。我认为，我们的新保存方法将成为一种可能推动未来在 DNA 上存储数字信息的技术"。巴纳尔和麻省理工学院A. Thomas Geurtin化学教授杰里迈亚-约翰逊（Jeremiah Johnson）是这项研究的资深作者，他们的研究成果于6月12日发表在《美国化学学会学报》（Journal of the American Chemical Society）上。麻省理工学院前博士后 Elizabeth Prince 和麻省理工学院博士后 Ho Fung Cheng 是论文的主要作者。麻省理工学院的研究人员设计出了一种将 DNA 封装到一种名为交联聚苯乙烯的热固性聚合物中的方法。DNA 被嵌入聚合物后，可以通过用半胱胺处理聚合物再次释放出来。图片来源：研究人员提供探索新的 DNA 编码方法DNA 是一种非常稳定的分子，非常适合存储海量信息，包括数字数据。数字存储系统将文本、照片和其他类型的信息编码为一系列 0 和 1。同样的信息可以通过构成遗传密码的四种核苷酸编码到 DNA 中：例如，G 和 C 可用来表示 0，而 A 和 T 则表示 1。DNA 提供了一种高密度存储数字信息的方法：从理论上讲，一个装满 DNA 的咖啡杯就可以储存全世界的数据。DNA 还非常稳定，合成和排序也相对容易。2021 年，巴纳尔和他的博士后导师、麻省理工学院生物工程教授马克-巴特（Mark Bathe）开发出一种将 DNA 储存在二氧化硅颗粒中的方法，这些颗粒可以贴上标签，显示颗粒中的内容。这项工作促成了名为"Cache DNA"的衍生公司的诞生。这种储存系统的一个缺点是，将 DNA 嵌入二氧化硅颗粒需要几天的时间。此外，从颗粒中移除 DNA 需要氢氟酸，而氢氟酸会对处理 DNA 的工人造成危害。用于 DNA 存储的创新聚合物设计为了找到替代存储材料，巴纳尔开始与约翰逊及其实验室成员合作。他们的想法是使用一种被称为可降解热固性的聚合物，这种聚合物在加热时会形成固体。这种材料还包括易于断裂的可裂解链节，使聚合物能够以可控的方式降解。约翰逊说："有了这些可解构热固性塑料，根据我们在其中加入的可裂解键，我们可以选择如何降解它们。"在这个项目中，研究人员决定用苯乙烯和一种交联剂来制造热固性聚合物，它们共同形成了一种琥珀色的热固性聚合物交联聚苯乙烯。这种热固性聚合物还具有很强的疏水性，因此可以防止水分进入并破坏 DNA。为了使这种热固性物质可以降解，苯乙烯单体和交联剂与称为亚硫酰内酯的单体共聚。通过使用一种名为半胱胺的分子对其进行处理，可以切断这些连接。T-REX 方法：DNA 储存的新方法由于苯乙烯非常疏水，研究人员必须想出一种方法来诱导 DNA（一种亲水性、带负电荷的分子）进入苯乙烯。为此，他们找到了三种单体的组合，并将其转化为聚合物，通过帮助 DNA 与苯乙烯相互作用来溶解 DNA。每种单体都有不同的特性，它们通力合作，使 DNA 离开水进入苯乙烯。在那里，DNA 形成球形复合物，带电的 DNA 位于中心，疏水基团形成与苯乙烯相互作用的外层。加热后，这种溶液会变成玻璃状的固体块，其中嵌入 DNA 复合物。研究人员将他们的方法命名为 T-REX（热固性强化湿保存）。研究人员说，将DNA嵌入聚合物网络的过程需要几个小时，但随着进一步优化，这个时间可能会缩短。为了释放 DNA，研究人员首先加入半胱胺，半胱胺会裂解将聚苯乙烯热固性材料连接在一起的键，将其分解成小块。然后，再加入一种名为 SDS 的洗涤剂，这样就能在不损坏聚苯乙烯的情况下将 DNA 从聚苯乙烯中分离出来。DNA 存储技术的未来研究人员利用这些聚合物证明，他们可以封装不同长度的 DNA，从几十个核苷酸到整个人类基因组（超过 50000 个碱基对）。除了《侏罗纪公园》的主题音乐外，他们还能存储编码《解放奴隶宣言》和麻省理工学院徽标的 DNA。在对 DNA 进行存储和移除之后，研究人员对其进行了测序，发现没有引入任何错误，这是任何数字数据存储系统的关键特征。研究人员还发现，这种热固性聚合物可以在高达 75摄氏度（167华氏度）的温度下保护 DNA。目前，他们正在研究如何简化聚合物的制作过程，并将其制成胶囊，以便长期储存。对个性化医疗和未来研究的影响Cache DNA 是由 Banal 和 Bathe 创办的一家公司，Johnson 是该公司科学顾问委员会的成员。他们设想的最早应用是存储用于个性化医疗的基因组，他们还预计，随着未来更好技术的开发，这些存储的基因组可能会被进一步分析。"我们的想法是，为什么不永远保存生命的主记录呢？巴纳尔说。"10年或20年后，当科技的进步远远超出我们今天的想象时，我们可以了解到越来越多的东西。我们对基因组及其与疾病的关系的了解还处于起步阶段。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家开发出需要稀有材料更少的电池 充电更快、寿命更长

科学家开发出需要稀有材料更少的电池 充电更快、寿命更长 研究人员通过开发快速充电功能和使用有机材料增强负极，减少了对稀有非欧洲材料的依赖，从而推动了纳离子电池技术的发展。此外，他们还改进了阴极，创造出一种高能量、快速充电、无钴的材料，这种材料在使用过程中会逐渐发生结构变化，因此寿命更长。资料来源：代尔夫特理工大学这些电极可由有机材料制成，这减少了对并非来自欧洲的稀有材料的依赖，优点在于阴极也得到了改进。代尔夫特的研究人员还改进了另一面，并发表了相关文章。这项研究最近发表在《自然-可持续性》杂志上。《用于钠离子电池的快充高压分层阴极》详细介绍了一种新型正极的开发情况，其设计原理源自他们于 2020 年发表在《科学》杂志上的论文。根据这些设计原则，我们设计了一种材料，它结合了两种可能的最佳结构：高能量密度与快速充电。此外，这种材料在充电和放电过程中会逐渐改变其结构，从而延长其使用寿命。此外，这种材料不含钴，而钴在锂离子阴极中仍然很常见。由于对这些电池材料的了解不断加深，第三个增长基金项目"可持续电池技术"的下一步工作已经准备就绪。在该项目中，除了锂离子电池研究外，还将在全国范围内开展纳离子电池研究。电池研究将进一步扩大，使这项技术能够应用于各国市场。参考文献：DOI: 10.1038/s41893-024-01266-1编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家开发出无疲劳铁电材料登上Science 可实现存储芯片无限次擦写

中国科学家开发出无疲劳铁电材料登上Science 可实现存储芯片无限次擦写 研究团队基于二维滑移铁电机制，开发出一种新型的二维层状滑移铁电材料（3R-MoS2），该材料制备的存储芯片有望突破读写次数限制，实现无限次读写。该研究的核心在于利用"层间滑移"替代传统铁电材料的"离子移动"，通过AI辅助的跨尺度原子模拟分析，揭示了二维滑移铁电材料抗疲劳的微观物理机制。实验表明，采用该材料制备的铁电芯片器件在经历400万次循环电场翻转极化后，电学曲线测量显示铁电极化仍未出现衰减。此项技术不仅极大提升了存储芯片的可靠性和耐久性，还有助于降低成本，提升存储密度，未来有望在航空航天、深海探测等极端环境应用以及可穿戴设备、柔性电子技术等领域发挥重要作用。传统铁电材料和二维滑移铁电材料的疲劳特性3R-MoS2铁电器件的抗疲劳性能分析3R-MoS2铁电器件的疲劳特性 ... PC版： 手机版：

创新研究引入了一种实用的无模型方法探索材料的拓扑特性

创新研究引入了一种实用的无模型方法探索材料的拓扑特性 阿姆斯特丹大学（University of Amsterdam）和里昂高等师范学院（École Normale Supérieure of Lyon）的研究人员展示了一种识别拓扑结构的无模型方法，从而能够利用纯实验方法发现新型拓扑材料。拓扑学包含一个系统的属性，这些属性不会因任何"平滑变形"而改变。从这一相当正式和抽象的描述中，您或许可以看出，拓扑学最初是数学的一个分支。然而，在过去的几十年里，物理学家已经证明，拓扑学的数学基础可以产生非常真实的后果。从单个电子到大尺度洋流，拓扑效应可以在各种物理系统中找到。举个具体的例子：在量子物质领域，拓扑学因所谓的拓扑绝缘体而声名鹊起。这些材料不会通过其主体导电，但电子会沿着其表面或边缘自由移动。这种表面传导将持续存在，不受材料缺陷的阻碍，只要不做一些剧烈的事情，比如改变材料的整个原子结构。此外，拓扑绝缘体表面或边缘上的电流具有固定的方向（取决于电子自旋），这也是由电子结构的拓扑性质所决定的。确定机械超材料拓扑特性的全实验方法。超材料由转子（刚性旋转杆，红色）网络和弹性弹簧（蓝色）连接而成。通过探测单个转子并测量超材料中产生的运动，就有可能识别出行为类似于单个单元的"机械分子"。随后绘制出每个分子的"极化"图，就能轻松识别超材料的拓扑特征。右下角的图像通过摇晃整个超材料，证实了极化场所预测的软角模式的存在。资料来源：阿姆斯特丹大学。这些拓扑特征可以有非常有用的应用，拓扑学已成为材料科学的前沿领域之一。除了确定自然界中的拓扑材料，平行研究工作还侧重于从底向上设计合成拓扑材料。被称为"超材料"的机械结构的拓扑边缘状态为在导波、传感、计算和滤波方面实现可靠响应提供了无与伦比的机会。由于缺乏研究系统拓扑性质的实验方法，这一领域的研究进展缓慢。将数学模型与物理系统相匹配的必要性限制了我们对已有理论描述的材料的研究，并形成了识别和设计拓扑材料的瓶颈。为了解决这个问题，阿姆斯特丹大学机器材料实验室的郭晓飞和科伦坦-库莱斯与里昂高等师范学院的马塞洛-古斯曼、戴维-卡朋蒂埃和丹尼斯-巴托洛联手合作。郭晓飞说："到目前为止，大多数实验都是为了证明理论或在期刊上展示理论预测。我们找到了一种无需建模就能测量未知机械超材料中受拓扑保护的软点或脆点的方法。我们的方法允许对材料特性进行实际探索和表征，而无需深入研究复杂的理论框架。"研究人员用机械超材料展示了他们的方法，这种超材料由转子（可旋转的刚性杆）网络和弹性弹簧连接而成。这些系统中的拓扑结构可以使这种超材料的某些区域变得特别松软或坚硬。巴托洛解释说："我们意识到，对材料进行局部选择性探测可以为我们提供所有必要信息，揭示结构中的软点或脆点，甚至是远离我们探测的区域。利用这一点，我们开发出了适用于各种材料和超材料的高度实用的协议。"通过探测超材料中的单个转子并跟踪系统中由此产生的位移和伸长，研究人员确定了不同的"机械分子"：作为一个整体运动的转子和弹簧组。与静电系统类似，他们随后根据分子运动计算出了每个分子的有效"极化"。在存在拓扑特征的情况下，这种极化会突然改变方向，从而使固有拓扑结构易于识别。研究人员将他们的方法应用于各种机械超材料，其中一些是以前研究中已知的拓扑结构，而另一些则是没有相关数学模型的新结构。结果表明，实验确定的极化在指出拓扑特征方面非常有效。这种无模型方法不仅限于机械系统，同样的方法也可应用于光子或声学结构。它将使拓扑学为更广泛的物理学家和工程师所接受，并使构建超越实验室演示的功能材料变得更加容易。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：