金刚石纳米膜可使电子设备的温度降低10倍 充电速度提高5倍

金刚石纳米膜可使电子设备的温度降低10倍 充电速度提高5倍 热量通常是电的一种不幸的副作用，过多的热量会损坏元件和设备，有时甚至会造成危险。因此，管理和消除热量是电子设计的一个主要考虑因素，散热器通常由铜或铝制成。问题是，这些金属也是良好的导电体，因此通常还需要另一个绝缘层。因此，在这项新研究中，弗劳恩霍夫研究小组转向了金刚石，因为金刚石是热的优良导体，但却是电的绝缘体。该项目的科学家马蒂亚斯-米勒（Matthias Mühle）说："我们希望用我们的金刚石纳米膜取代中间层，因为金刚石可以被加工成导电路径，所以它能非常有效地将热量传递到铜上。由于我们的膜是柔性的、独立的，它可以放置在元件或铜的任何位置，也可以直接集成到冷却电路中。"研究小组的钻石纳米膜样品 弗劳恩霍夫美国中西部中心 CMW金刚石散热器早已经开始投入使用，但其厚度通常超过 2 毫米，很难粘贴到元件上。而纳米膜只有一微米厚，柔韧性好，只要轻轻加热到80 °C（176 °F），就能粘合到电子元件上。研究小组通过在硅晶片上生长多晶金刚石，然后分离和蚀刻金刚石层来制造纳米散热膜。研究人员估计，金刚石纳米膜可将电子元件的热负荷降低 10 倍，这当然会提高这些元件和整个设备的能效和使用寿命。研究小组表示，如果将其应用到充电系统中，这种薄膜可将电动汽车的充电速度提高五倍。也许最重要的是，由于金刚石纳米膜可以在硅晶片上制造，因此制造工艺应该比较容易扩大到工业用途。该团队已经为这项技术申请了专利，并计划于今年晚些时候开始在电动汽车和电信领域的逆变器和变压器中进行测试。 ... PC版： 手机版：

研究人员实现在10分钟内用有毒"赤泥"制造出绿色钢材

研究人员实现在10分钟内用有毒"赤泥"制造出绿色钢材 铝工业每年产生约 1.98 亿吨（约合 1.8 亿吨）铝土矿残渣"赤泥"，由于其碱度高且富含有毒重金属，因此腐蚀性极强。在澳大利亚、中国和巴西等国，剩下的赤泥通常被丢弃在巨大的垃圾填埋场，处理成本高昂。钢铁工业对环境的破坏同样严重，其二氧化碳排放量占全球总量的 8%。然而，预计到 2050 年，钢铁和铝的需求量将增长高达 60%。不过，德国马克斯-普朗克铁研究中心（Max-Planck-Institut für Eisenforschung）的科学家们可能有办法将铝生产过程中产生的有毒赤泥副产品变成绿色钢铁。"我们的工艺可以同时解决铝生产中的废料问题，并改善钢铁行业的碳足迹，"该研究的主要作者马蒂奇-约维切维奇-克鲁格说，"同时解决铝生产中的废料问题，并改善钢铁行业的碳足迹。"赤泥含有高达 60% 的氧化铁。使用含氢 10% 的等离子体在电弧炉中熔化赤泥，可将其还原成液态铁和液态氧化物，从而轻松提取铁。研究人员说，等离子体还原技术只需 10 分钟，生产出的铁非常纯净，可以直接加工成钢。不再具有腐蚀性的金属氧化物在冷却后会凝固，因此可以转化成类似玻璃的材料，可用作建筑业的填充材料。其他研究人员使用类似的方法从赤泥中生产铁，但使用的是焦炭；不过，这种方法会导致铁受到严重污染，并产生大量二氧化碳。新研究中采用的方法使用绿色氢气作为还原剂，避免了这些温室气体的排放。该研究的通讯作者 Isnaldi Souza Filho 说："如果使用绿色氢气从迄今为止全球铝生产过程中产生的 40 亿吨赤泥中提炼出铁，那么钢铁行业可以节约近 15 亿吨二氧化碳。"通过这种工艺，原本存在于赤泥中的有毒重金属被"几乎中和"。任何残留的重金属都被牢牢地结合在金属氧化物中，不会像留在垃圾填埋场的赤泥那样被水冲走。Jovičević-Klug 说："还原后，我们在铁中检测到了铬。其他重金属和贵金属也可能进入铁中或进入一个单独的区域。我们将在进一步的研究中对此进行调查。有价值的金属可以分离出来并重新利用"。研究人员说，直接使用绿色氢气从赤泥中生产铁，不仅对环境"双倍有益"，而且经济效益也很高。根据他们的计算，如果赤泥中含有 35% 的氧化铁，就足以使这一工艺变得经济。以目前的价格计算绿色氢气和电弧炉的电力成本，再加上填埋赤泥的成本，赤泥中氧化铁的比例需要达到 30% 至 40%，这样生产出的铁才能在市场上具有竞争力。这些都是保守估计，因为处理赤泥的费用可能计算得相当低。此外，电弧炉在金属工业（包括铝冶炼厂）中得到广泛应用，这些行业只需进行有限的投资，就能实现更高的可持续性。研究报告的共同作者 Dierk Raabe 说："在我们的研究中，考虑经济因素也很重要。现在要由工业界来决定是否利用等离子体还原赤泥中的铁"。这项研究发表在《自然》杂志上。 ... PC版： 手机版：

研究人员破解垂枝桃树枝条向下生长的独特生长习性

研究人员破解垂枝桃树枝条向下生长的独特生长习性 植物生长的一个基本前提是芽向上生长，根向下生长。美国植物生物学家学会出版的国际权威期刊《植物生理学》上发表的一项新研究揭示了一个引人入胜的问题的答案：为什么垂枝品种违背了这种自然生长模式？研究人员发现了一种名为 WEEP 的蛋白质，这种蛋白质在垂枝桃树中缺失。他们的研究结果表明，只需删除一个基因的DNA，就能彻底改变荷尔蒙辅酶的定位，从而导致嫩枝有意向下生长，就像根一样。这项研究的通讯作者考特尼-霍兰德博士指出："它为如何形成辅助素梯度的谜题带来了新的线索。我们很兴奋也很惊讶地发现了一些新的东西，涉及到一个所有植物中都有的基因，但却没有从拟南芥研究中发现"。与普通桃枝相比，垂枝桃枝的嫩梢上的辅助素分布发生了翻转。垂枝嫩梢上部组织而非下部组织中的辅助素响应基因表达量更大，这意味着垂枝的向下生长是由于嫩梢上部组织中的辅助素浓度更高。霍兰德说："通过确定与树木如何预先确定和调节枝条方向相关的机制，我希望能够开发出新的育种策略和栽培方法，使果树能够轻松、经济地靠近和窄行种植，我们的研究突显了植物的微小变化如何能产生如此巨大的影响"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

清华大学研究人员利用仿生学技术开发出FlexRAM液态金属内存

清华大学研究人员利用仿生学技术开发出FlexRAM液态金属内存 即使关闭电源，数据也能在惰性液体中保存 43200 秒（或 12 小时）。目前的 FlexRAM 原型由 8 个独立的 1 位存储单元组成，总共存储 1 个字节。它的写入循环次数已超过 3500 次，但还需要进一步提高耐用性才能投入实际使用。商用 RAM 的额定读写周期可达数百万次。毫米级金属液滴最终可达到纳米级尺寸，从而显著提高内存密度。FlexRAM 代表着可自由弯曲和挠曲的电路和电子元件领域的一个突破。研究人员设想的应用领域包括软机器人、医疗植入物和柔性可穿戴设备。与可拉伸基板的兼容性为新兴技术释放了巨大潜力。虽然 FlexRAM 仍处于早期概念阶段，但它证明了曾经被认为不可能或不切实际的计算和内存创新，可以通过不懈的科学创造力变为现实。它加入了柔性电子研究的先锋浪潮，实现了比刚性硅更高的灵活性。在 FlexRAM 和液态电子技术改变计算领域之前，仍有许多挑战需要解决。但是，通过证明液态存储器件是可能的，这项技术将为电子和计算带来截然不同的未来。下图是作为 FlexRAM 突破性技术的液态金属液滴。 ... PC版： 手机版：

超级计算机破解超级钻石合成密码

超级计算机破解超级钻石合成密码 超级计算机模拟预测了难以捉摸的 BC8"超级金刚石"的合成途径，其中涉及金刚石前驱体的冲击压缩，为正在 NIF 进行的"发现科学"实验提供了灵感。资料来源：Mark Meamber/LLNL钻石是已知最坚硬的材料。然而，据预测，另一种形式的碳甚至比钻石更坚硬。挑战在于如何在地球上制造它。八原子体心立方（BC8）晶体是一种独特的碳相：不是金刚石，但非常相似。据预测，BC8 是一种更坚固的材料，其抗压性能比金刚石高出 30%。据信，富碳系外行星的中心就有这种晶体。如果能在环境条件下回收 BC8，它就可以被归类为超级钻石。理论启示与实验挑战根据理论预测，在超过 1000 万个大气压的压力下，这种碳的结晶高压相是最稳定的碳相。南佛罗里达大学（USF）物理学教授、最近发表在《物理化学通讯》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上的一篇论文的资深作者伊万-奥利尼克（Ivan Oleynik）说："在环境条件下，碳的BC8相将是一种新的超硬材料，可能比金刚石更坚硬。"地外联系劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）科学家马里乌斯-米洛特（Marius Millot）说："尽管为合成这种难以捉摸的碳晶相做出了无数努力，包括之前的国家点火装置（NIF）活动，但至今仍未观测到这种碳晶相。"但我们相信，富碳系外行星中可能存在这种物质。"最近的天体物理观测表明，系外行星中可能存在富碳行星。这些天体具有相当大的质量，在其内部深处承受着高达数百万个大气压的巨大压力。了解 BC8 的独特性能Oleynik说："因此，这些富碳系外行星内部的极端条件可能会产生钻石和BC8等碳的结构形式。因此，深入了解BC8碳相的特性对于开发这些系外行星的精确内部模型至关重要。"BC8 是硅和锗的高压相，可在环境条件下恢复，理论表明 BC8 碳也应在环境条件下保持稳定。 LLNL 科学家兼合著者 Jon Eggert 说，钻石之所以如此坚硬，最重要的原因是钻石结构中四个最近邻原子的四面体形状与元素周期表中第 14 列元素（从碳开始，然后是硅和锗）中四个价电子的最佳配置完全吻合。合成 BC8 的途径埃格特说："BC8结构保持了这种完美的四面体近邻形状，但没有钻石结构中的裂隙面，"他同意奥莱尼克的观点，"在环境条件下，BC8碳相可能比钻石更坚硬"。通过在全球速度最快的超大规模超级计算机"Frontier"上进行数百万次原子分子动力学模拟，研究小组发现了金刚石在极高压下的极端陨变性，大大超出了其热力学稳定性范围。成功的关键在于开发出了非常精确的机器学习原子间势，它能在各种高压和高温条件下以前所未有的量子精度描述单个原子之间的相互作用。Oleynik说："通过在基于GPU（图形处理单元）的前沿技术上高效地实现这一潜能，我们现在可以在实验时间和长度尺度的极端条件下精确地模拟数十亿碳原子的时间演化。我们预测，只有在碳相图的一个狭窄的高压、高温区域内，才能通过实验获得后金刚石 BC8 相。"BC8 研究的未来前景其意义是双重的。首先，它阐明了以往实验无法合成和观察难以捉摸的 BC8 碳相的原因。这一限制源于 BC8 只能在非常狭窄的压力和温度范围内合成。此外，该研究还预测了可行的压缩途径，以进入这一高度受限的领域，从而实现 BC8 的合成。目前，Oleynik、Eggert、Millot 和其他人正在合作，利用 NIF 上的"发现科学"镜头分配来探索这些理论途径。该团队梦想着有一天能在实验室中培育出 BC8 超级金刚石，只要他们能合成这种相，然后将 BC8 种子晶体恢复到环境条件下。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品 首先，在 3D 打印介质中使用木材并不是一个新想法。我们以前还看到过用从木材中提取的纤维素打印出的木质物品，以及用锯末与生物环氧树脂混合制成的 3D 打印吉他。麻省理工学院的科学家甚至正在开发一种方法，将实验室培养的木材培育成预定的三维形状。然而，休斯顿莱斯大学的研究人员声称，他们是第一批用完全由木材天然成分组成的材料 3D 打印出真正木制物品的人。除了水之外，粘稠的墨水还包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和木质素后者是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。纤维素和木质素都可以从林业、建筑业和消费品行业产生的木材废料中获取。木墨是通过一种称为直接墨水写入（DIW）的 3D 打印工艺来连续分层构建物体的。这与常用的熔融沉积建模（FDM）技术类似，熔融材料从喷嘴中挤出，冷却后硬化。在 DIW 技术中，材料不是冷却，而是通过烧结工艺变成固体形式。对于木质油墨来说，烧结过程包括在 -85 ºC (-121 ºF) 温度下冷冻干燥印刷物体 48 小时，然后在 180 ºC (356 ºF) 温度下加热 20 至 30 分钟。加热步骤将木质素转化为一种"分子胶"，将纤维素纤维和晶体结合在一起。部分 3D 打印木制品，包括一张小桌子和一把小椅子据报道，用这种材料打印出来的小物件在外观、结构、质地、热稳定性甚至气味方面都与天然木材十分相似。它们在机械强度上也比天然轻木更强，天然轻木在研究中被用作基线。还有一个额外的好处，就是它们在废弃后可以生物降解。但更重要的是，用油墨打印物品时，只使用打印该物品所需的油墨量。相比之下，用天然木块雕刻或碾磨物品时，去掉的所有木料都会被浪费掉。首席科学家穆罕默德-拉赫曼（Muhammad Rahman）副教授说："直接利用自身天然成分创建木结构的能力为更加环保和创新的未来奠定了基础。它预示着一个可持续 3D 打印木结构的新时代。"科学家们承认，该过程中的冷冻干燥和加热步骤需要大量能源，因此他们正在探索替代方法。他们的研究论文最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。 ... PC版： 手机版：