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材料控的立方时空
  1. 2015-08-19 10:56
  2. 2014-09-09 09:48
    美研发“石榴电极”:可让电池容量增10倍
    受石榴启发,美国科学家开发出一种硅 纳米颗 粒和碳制成的新型电极,成功破解了此前锂离子电池中的硅电极容易破裂的难题。相关研究发表在《自然·纳米技术》杂志上。 电极是电池的关键部件,有阳极和阴极之分。此前就有研究表明,硅阳极具有极好的性能,用其制成的锂离子电池能比目前广泛使用的石墨阳极多存储10倍以上的 电能。

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    “石榴”电极可让电池容量增10倍
     
    但其最大的缺点是不可持续性:这种电极在充电过程中极易发生膨胀甚至破裂,硅在脱落后还会与电池中的电解质发生化学反应形成一种泥状物质,降低电池性能和使用寿命。
     
    新 研究中,美国斯坦福大学和美国能源部下属SLAC国家加速器实验室副教授崔毅(音译)和他的研究小组,利用硅纳米线和纳米颗粒成功解决了这个问题。通过一 种在石油、油漆以及化妆品生产中常用的微乳液技术,研究人员把硅纳米颗粒像石榴子一样用碳包裹了起来,不但为每个硅纳米颗粒穿上了一件“碳衣”,还为每一 组硅纳米颗粒盖上了一层“碳被”。
     
    物 理学家组织网报道称,硅纳米粒子的使用,缩小了硅的体积,降低了发生破裂的概率;“碳衣”和“碳被”不但大幅减少了硅暴露在电解质中的面积,还为 电流的传导提供了一条坚固的高速公路。此外,考虑到充电时硅纳米颗粒会发生膨胀,研究人员还在“碳衣”“碳被”里为它们留下了富余的空间。通过精确控制生 产过程,他们已经能够为所需要的电极生产出特定大小的硅纳米颗粒。
     
    这些具有石榴结构的硅纳米颗粒肉眼看上去就像一堆黑色粉末。用其制造电极时只需在外面包裹上一层金属箔片即可。
     
    实验测试显示,这种石榴结构的阳极具有优良的性能,用它制造的电池在完成1000次充放电后还有97%的电量,完全能够满足实用要求。
     
    崔 毅说,为了使这项技术能够更快商业化,还需要解决两个问题:一是简化制造流程,二是找到更便宜的硅纳米颗粒来源。目前他们发现稻壳或许会成为一个很好的原 材料。这种农作物副产品来源稳定,产量极高,按重量计算,20%能被制成二氧化硅。而二氧化硅可以非常容易的被转化为制造电极所需的纯硅纳米颗粒。
  3. 2014-09-09 09:47
    上海科学家发明新型耐火纸 可耐1000度高温
    自古以来,火就是纸的“天敌”,大火曾无数次“吞噬”人类宝贵的纸质文物,顷刻间将其化为灰烬。然而,这一切或 将很快迎来新的“变革”。记者13日从中科院上海硅酸盐研究所获悉,该所最近已成功合成出一种高柔韧性、可耐1000℃以上高温的新型无机材料纸张——羟 基磷灰石“耐火纸”。相关研究成果已在国际权威性 学术期刊《欧洲化学》上发表。
     
    谁说纸包不住火?上海科学家发明高柔韧性“耐火纸”
     

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    中科院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员展示“耐火纸”。新华社记者 裴鑫摄
     
    据介绍,高柔韧性“耐火纸”表面呈柔和的乳白色,与普通纸张相比,“耐火纸”的制作原理相似,只是制作材料有所不同。它不仅可以作为永久和安全的信息存储介质将重要文字、文件及 档案等长期保存,还可作为从废水中有效去除有机污染物的可再生吸附剂、药物控释载体、骨缺损修复材料、医用纸、阻燃材料和耐高温材料等。
     
    易变色、易燃烧是传统纸张的致命“软肋”。为了能够制造出“360度无死角”的完美纸张,由中科院上海硅酸盐研究所研究员朱英杰带领的科研团队经过6年时间的不懈努力,终于找到了理想的制备材料——具有可控构造的羟基磷灰石 纳米材料。
     
    传 统纸张通常是采用树木或草等植物纤维作为原料,再加入一些添加剂和漂白剂制造出来。由于木材纸浆制成的传统纸张含有较高比例的木质素,因此在空气和光照的 作用下传统纸张会逐渐变黄。此外,这种植物纤维素还会产生一些酸性物质,容易使纸张腐蚀、降解。为解决这一问题,朱英杰科研团队选取羟基磷灰石作为纸张的 构建材料。
     
    “羟基磷灰石是一种天然矿物质,它是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成分,具有优良的生物相容性和环境友好性,本身呈现优质的白色,具有长久保存不易变色的优良特性,有利于纸质文件的长久保存。”朱英杰说。
     
    虽然在解决变色问题上,羟基磷灰石很“奏效”,但它的弊端也非常明显——脆性很高、韧性很低,因此一个巨大的挑战就是如何提高羟基磷灰石材料的柔韧性。
     
    通过反复实验,朱英杰科研团队最终找到了一种新的制备方法:以油酸钙为前驱体,制备出可精确调控的羟基磷灰石超长纳米线,并以此作为新型纸张的构建材料,采用简单的真空抽滤技术,制备出羟基磷灰石“耐火纸。”
     
    朱 英杰介绍,目前,这种高柔韧性羟基磷灰石耐火纸还仅限于实验室规模的制备。科研团队正考虑进一步改进和优化羟基磷灰石超长纳米线的合成方法,使其进一步向 低成本和批量化方向推进,期望为未来可能的规模化生产提供技术支撑。可以预期,在不久的将来,如果高柔韧性羟基磷灰石“耐火纸”能够实现大规模生产和使 用,它不仅能够大幅度减少人类对传统植物纤维素纸的依赖,使大规模森林等宝贵的自然资源得以保全,还能从一定程度上减少环境污染,从而对未来人类社会和环 境产生重要而深远的影响。
  4. 2014-09-09 09:46
    加研发"微裂纹"技术 可使玻璃强度增加200倍
    加拿大科学家在《自然》科学期刊发表 论文,提出可采用微裂纹系统使玻璃强度提高约200倍。
     
    为验证这一猜想,科学家首先使用激光系统在普通玻璃上打出直径为几微米的孔,然后用聚氨酯将其填充。科学家称,普通玻璃上的裂纹会导致玻璃破碎,然而这种裂纹会产生微裂纹导向作用,从而增强玻璃强度,最高可增强约200倍。
     

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    研究人员还指出,这种定向破坏使得裂缝边缘彼此紧靠,却不会进一步打破玻璃。科学家解释称,这种合成方式类似于动物牙齿和贝壳的构成。此外,虽然目前玻璃上的微裂纹可以明显看到,但裂纹的尺寸可以减小。
     
    2013年2月,耶鲁大学的物理学家也曾创立不可打碎的软玻璃塑性理论,并解释称,该材料的机械性能是由其冷却速率决定的。
  5. 2014-09-09 09:45
    新型材料将使电子同时兼具柔软、导电及透明性
    过去几年,可弯曲电子已经慢慢成为一种流行趋势。听起来有点像科幻电影一样,手机可以卷起来放进口袋里;用户可 以将电视机折叠起来并带到朋友的家中等。现在,休斯顿大学(University of Houston)科学家团队的新发现,增加了可弯曲电子大众化的可能性。他们称使用金 纳米网材料可以为电子 创建出一种完美的表面,具有完美表面的电子将同时兼具柔软性、导电性及透明性。
     

     

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    尽管之前已经有可弯曲的智能手机,甚至可弯曲电池传出,但是目前尚未有人能够创建一种针对弹性电子的材料。这些弹性电子应该具备伸展、折叠和便携等特性。实际上,到目前为止,尚未有人能创建一款拥有柔软性、导电性和透明性这三种理想特征的设备。
     
    休 斯顿大学的团队使用金纳米线材料创建了一种网状材料。他们将网状材料镶嵌到一种透明的聚合物中。他们选择金的理由是,它比银和铜这些已经被测试过的材料都 要更理想。它不会轻易被氧化,因此能够保持更长久的导电性。要测试创建的网状材料,科学家们将它拉伸长达 160%。当拉伸到它的极限时,纳米网材料的导电性变弱一些,但是当它恢复到原来的形状时,它的导电性也恢复至未拉伸之前的一样。
     
    我 们所知的是智能手机制造商在研究柔软机型时,这些机型并非是完全柔软的,而且它们不能被拉伸。这项新发现意味着将来的智能手机可能是完全柔软且能够被拉伸 的,更重要的是它们可能还是透明的。现在智能手机的尺寸慢慢接近平板的尺寸,因此能够卷起来或者折叠放进口袋的智能手机将可能非常受欢迎。
  6. 2014-09-09 09:42
    苹果通过离子注入强化蓝宝石屏幕专利 使其更耐压

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    最近,苹果公司被曝通过了一项强化蓝宝石屏幕的专利,使其更耐压。
     
    美国专利和商标局周三通过了一项无需化学处理而强化蓝宝石的专利。这项专利名为“通过离子注入修改蓝宝石玻璃属性”,正是由苹果公司申请的。

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    在这项专利中,苹果提出尽管蓝宝石可能比玻璃硬,但玻璃屏幕中使用的传统化学强化方法并不适用于蓝宝石玻璃。因此,苹果提出了一种全新的强化方法,将离子注入蓝宝石的晶格结构, 创建增强稳定性的压缩应力层,以此抵抗压力。在专利中,苹果提出了数种强化蓝宝石的方法,包括使用氩离子、氮离子、钛离子以及铁离子轰击蓝宝石。
     
    当初,生产康宁玻璃的康宁公司就以蓝宝石易碎责难这种即将应用于手机屏幕材料。而现在,苹果通过的这项专利或许可以解决蓝宝石不抗压的问题。
     
    除了强化蓝宝石玻璃之外,苹果这项专利技术还可以在屏幕边缘着色,例如目前iphone斜垫面所使用的黑色与白色。
     
    目前尚不清楚使用该专利制作的蓝宝石是否会使用在4.7英寸的iphone6以及5.5英寸的iphone 6L上。
     
    此外,苹果在欧洲也提交了相似的专利,在今年8月获得通过。
  7. 2014-09-09 09:41
    什么是3D打印呢?

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    3D打印技术是一种通过计算机控制,可以打印从鞋子到珠宝、枪支和航空航天部件的生产方法。其基本规则是用一种堆叠累积的制造技术,不像加工、车削、铣削和锯切是将不要的部分切除掉,保留需要的部分。
     
    尽管有各种不同3D打印技术,但是所有的3D物品通常都是通过逐层打印得到的。从最下面的一层开始,等物品干燥或者固化后就可以工作了。而分层过程的差异取决于打印机和使用的材料(金属、聚合物、树脂石膏),同时也取决于是一个工业的还是商业的3D打印机。
     
    工业VS商业
     
    虽然面向于个人和小型 企业的 3D打印机才刚刚起步,但是由于MakerBot和RepReps这两家公司,3D打印在工业上的使用已有30年的历史。尽管工业上的3D打印机一般都很 大而且很昂贵,但是对比与商业3D打印机,打印的速度要快上很多。而且,有些工业3D打印机可以多个喷嘴一同工作,甚至可以使用金属(后期会有更多材 料)。虽然大多数情况下,工业3D打印机基本上用于快速原型设计(通常建筑师,汽车制造商使用较多),但是有时候,特别是用金属材料制造的3D打印器件, 会被用在最终的产品上。
     
    相 比于工业使用的3D打印机,面向个人的3D打印机则显得便宜,小巧、低速而且低分辨率。虽然个人消费级别的3D打印机依然被用于快速模型设计,但是也同样 被那些就喜欢用3D打印机打印东西的人使用着。通常,个人消费级别的3D打印机使用的是挤出的热塑性塑料,即使用熔化的塑料微小液滴来进行3D打印。
     
    不同打印技术
     
    根据所使用的的材料、需要颜色的种类、需要的分辨率、你所希望掏钱的数目, 有至少五种流行的3D打印方法可供选择。有些是非常相似,但有些是非常的疯狂(或杰出)。

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    熔 融沉积成型——最常见的3D打印方法是熔融沉积成型(FDM)。此过程的原材料是塑料或金属丝卷筒,其被打印机喷嘴融化并放置。它很快变硬,接着可以放第 二层。就商业印刷商(如MakerBot)而言,FDM总是使用塑料线(丝),通常被外行人用术语称为“热塑性沉积”。
     
    喷墨打印——使用特殊油墨(树脂和粘合剂),用家庭或办公室中喷墨打印机相似的设备,可能建立一个3D模型。树脂和粘合剂一层一层叠加直到创造好对象 。这是仅有的允许自定义颜色3D打印过程。
     
    选 择性激光烧结——烧结是从粉末制成固体物体的过程,在选择性激光烧结(SLS)的情况下,粉末可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃。 基本上,SLS用的脉冲激光来“画”出所需的横截面。 粉末融化,用激光在顶上形成另一层。这是用的非常多的工业方法,因为它需要一个相当强的激光。
     
    数字光处理——采用DLP(是的,在DLP投影机后面相同的技术),在光线下曝光,液体聚合物转变成非常坚硬的固体。通过这个技术可以获得 非常高的精确度/分辨率——再者这是一个工业化的方法。立体类似于DLP制造,但贵了不少。
     
    其他——最后有少量的3D打印技术没有广泛应用,但在未来有可能会。树脂可以使用LEDs(类似于DLP方式)来加工, 双光子光聚合反应可以被用来创建超小型3D打印功能,分层实体制造使用大量的纸或者卡片粘在一起的,然后再使用激光切开。
     
    3D打印的未来
     
    我们已经提到了3D打印技术的几个用途——原型制作,在家里制作东西。但3D打印技术目前能够做到的更为疯狂的事情还是值得深入探讨的,并且其在将来能够实现哪些突破也同样值得期待。

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    3D打印机可以被用来制造钛飞机零件,人骨,复杂的 纳米尺 度的机器等等。在未来,我们就可以用3D打印机制造几乎所有的东西应该是一个非常靠谱的假设——尽管有些东西(服装,纺织)我们还不能用打印机制作,也不 能通过自动数控机床来制作,或者像它们一样的设备,但是这一点在将来还是会被考虑进去的。最终,3D打印机也可能是物质克隆的关键,就像《星际迷航》里讲 述的一样。需要特别注意的是我们已经有非常准确的工具来创建现有物件的3D模型;我们扫描了一个杯子,然后我们马上可以通过3D打印机制造一个精确的杯子 复制件出来,现在我们已经有了这样的能力。
     
    最 后,也许有一天,你会走到一个3D打印机旁边并且说道:“给我一台iPad,”然后它就会给你制作一台iPad。如果我们可以制造具有原子级别分辨率3D 打印机,也许将会迎来另一个星际迷航的小工具:传送器。还有一个事实(令人非常担心?)是,许多商用打印机记都贴上了“自我复制机”的标签,因为它们能够 打印自己的更换零件。换句话说,如果我们赋予3D打印机某种人工智能,没有人知道它会变成什么样子。
  8. 2014-09-09 09:40
    日本推进镁空气电池大容量化研究 能量密度达锂电池10倍
    据日媒报道,包括古河电池、尼康、日产汽车、日本东北大学、宫城县日向市等产业界、学界、政府方面的11个单位正在推进镁空气电池的大容量化研究。该计划的第一步是在年内生产出发 电量为300瓦的应急电源,用于给手机等充电,争取在5年后研发出能够支持家庭用电的发电量为3千瓦的电源,在10年后构建可以作为1千千瓦规模的小型发电站使用的发电系统。

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    镁空气电池是金属空气电池的一种,也叫镁 燃料电池,其工作原理为通过空气中的氧气和金属镁发生化学反应产生电能,所以只要注入淡水或海水等电解液便可开始发电。这种空气电池的正 极制造工艺简单,而且负极镁释放出的电子数量多。据东北大学介绍,该电池的优点是电池能量密度可达重量相等的锂电池的10倍。
     
    值得一提的是,该计划的重要参与单位古河电池早在今年2月份“第五届国际充电电池展”展出了应急镁空气电池。该电池电池容量约为300Wh,注上水即开始发电,最多可连续工作5天,可为智能手机充电30次。据古河电池介绍,这种应急镁空气电池在干燥状态下可保存10年。
  9. 2014-09-09 09:39
    光伏组件全球供应出现短缺迹象 国内厂商业绩喜人

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    在连续两年出现了全球饱和而处于低潮之后,光伏产业终于露出光伏组件出现短缺的迹象。
     
    光伏产品过剩导致其价格跌到低谷,让大量生产商的破产,同时也减缓了资本投资,但同时也让产品价格具有竞争性,增加了需求。据外媒报道,光伏面板需求今年将增加29%左右,这是自2006年以来全球第一次出现的光伏面板短缺问题。
     
    据 彭博社估计,光伏能源在这两年将会飞速增长。2013年,全球光伏能量大约40GW。而到2014年和2015年,这个数字将是52GW、61GW。虽然 目前光伏产业大约有70GW的产能,但其中包括很多落后需淘汰的产能。如果刨除这些产能,全球光伏产能大约59亿GW。
     
    对 于光伏产业将出现短缺这一判断,获得国外很多光伏厂商的赞同。挪威光伏生产商REC Solar ASA的副总裁Luc Grare也表示,如果只考虑那些仍在开工且产品合格的厂商的产能,目前供需大致相等。加拿大太阳能CEO也表示,太阳能产业的发展处在一个即将短缺的转 折点。而美国太阳能生产商San Jose在7月份宣布将开建预计2017年完工,设计产能700MW的工厂。
     
    国内光伏 企业同 样迎来了转机。多家上市公司财报显示出口组件发货量较去年大涨,利润大增。季度公司太阳能组件发货量646MW,超过600-630MW的目标,较去年同 期455MW有所提高,比今年一季度的500MW明显增加。实现净利润5580万美元,而去年同期净亏损1260万美元。晶澳太阳能、晶科能源也均实现利 润大增。英利绿色能源净亏损有所收窄。
     
    而 根据工信部数据显示,今年上半年,我国多晶硅产量6.2万吨,同比增长100%。硅片产量18GW,同比增长20%。电池组件产量15.5GW,同比增长 34.8%。上半年我国光伏制造业总产值超过1500亿元。截至2014年6月底,多晶硅均价同比上涨29.3%,组件均价上涨7.3%。在产多晶硅企业 由去年初的7家增至16家,多家骨干电池企业扭亏为盈。
  10. 2014-09-09 09:39
    新型回收方法:塑料也有“指纹”
    近日,慕尼黑大学研究人员开发出了一种新的技术,这项技术将大大简化回收厂分拣塑料的过程。并能够自动识别聚合物,促进塑料迅速分离,以便重新使用。

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    这项技术包括对塑料微粒进行短暂的曝光处理,以引发其自身的荧光效应。然后利用光电传感器去测量由诱导光激发产生的发射光的强度,并用其确定其自身衰变动力学。该技术已申请专利。
     
    慕尼黑大学化学系 Heinz Langhals教授领导的研究人员在快速塑料回收领域跨出关键性的一步。他们开发出了一种能够对聚合物组分进行自动识别,从而提高回收和再利用各种类型塑料效率的技术。
     
    该 技术利用了光激发后诱导聚合物产生的固有荧光特性。 “经曝光处理后,塑料将发出荧光,并且在一个特定的模式下,发光强度随着时间的变化而衰减。因此,不同类型的聚合物的荧光寿命是他们自身的高度特性,即可 充当为‘指纹’。”Langhals这样解释。关于该方法的细节发表在最新一期《绿色与可持续化学》杂志。
     
    将塑料瓶变为风衣
     
    金 属在回收利用时,其自身质量往往会有损失,而聚合物则不然,塑料可以很有效地回收利用。“聚合物体现了技术材料的可持续循环的一个有趣基础。而最关键的一 点是可回收的材料应该是化学类纯净。在这种情况下,由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的瓶子可以相对容易地转化为合成纤维并用于制造防水风 衣,”Langhals说。
     
    绝大多数聚合物的加工是利用的热塑成型技术,就是说,将塑料高温融化,在熔融状态下注入到各种不同的模具中,以获得不同的工件。但是在对再生塑料进行二次加热时会严重影响材料性能,除非分类之后的塑料具有很高的纯度。当污染率达到5%,就足以显著降低整产品的质量。
     
    “降级利用”效应产生的原因是,作为普遍规律,聚合物彼此在化学上是不相容的,所以他们往往是不混溶的。对聚合物的混合物进行二次加热将形成被晶界分离的不同区域,进而对最终产品的质量产生影响。出于这个原因,制造高品质塑料总是利用原始材料 ——从不没有使用回收材料。
     
    但 是,由慕尼黑大学团队开发新的方法可以改变这种状况。Langhals表示 :“废物利用的问题只能通过化学手段来解决,并且我们的新技术可以对环保做出显著贡献,因为该技术可以实现废塑料的自动分拣”。的确,利用荧光寿命测量每 小时可以对高达1.5吨塑料进行的识别和分类。换句话说,现有的技术条件已经满足其在大规模工业应用上的不同需求。
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