技术

提高太阳能电池的效率以减少对化石燃料的依赖是当前太阳能研究的主要目标。由波茨坦大学的物理学家费利克斯·朗博士领导的一组研究人员，以及北京中国科学院的孟雷教授和李永芳教授，成功地将钙钛矿与有机吸收材料结合，创造出具有纪录效率的串联太阳能电池，详细信息见于科学期刊《自然》。 通过合并两种不同的材料，这些材料可以吸收短波和长波—具体来说，蓝/绿光和红/红外光—这一技术最大化了阳光的利用率，并且是一种已被验证的提高太阳能电池效率的方法。传统上，最有效的红/红外吸收元件通常由像硅或CIGS（铜铟镓硒化物）等常规材料制成。然而，这些材料需要高处理温度，导致显著的碳足迹。 在他们最近发表在《自然》上的出版物中，朗和他的团队成功整合了两种先进的太阳能电池技术：钙钛矿和有机太阳能电池，这两种材料都可以在较低温度下处理，从而产生更小的碳足迹。采用这种新组合实现令人印象深刻的25.7%效率是一项具有挑战性的成就，正如费利克斯·朗所表达的：“这一突破的实现得益于结合了两个重要的进展。”首先，孟和李开发了一种尖端的有机太阳能电池，能够更有效地吸收红/红外光。“然而，串联太阳能电池的效率仍受到钙钛矿层的限制，当其调谐为仅吸收蓝/绿光时会产生显著的效率损失，”他指出。“为了解决这个问题，我们在钙钛矿上引入了一层新的钝化层，最大限度地减少材料缺陷并增强电池的整体性能。”

一个显著的行星系统，拥有三颗已知的超低密度“超级蓬松”行星，现在根据来自宾州州立大学和大阪大学的专家组成的研究团队的最新发现，似乎至少有一颗额外的行星。研究团队原本打算使用NASA的詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）研究该系统中的第三颗行星开普勒-51d，但当该行星意外地在预计的时间提前两小时经过其恒星时，他们几乎感到措手不及。在分析了来自各种太空和地面望远镜的新旧数据后，研究人员得出结论：观测到的变化最可信的解释是第四颗行星通过其引力影响其他行星的轨道。 新识别的行星将在12月3日出版的《天文学杂志》论文中讨论。 “超级蓬松行星因其低质量和低密度而独特，”宾州州立大学的外星行星与宜居世界中心的博士后研究员及研究的共同第一作者杰西卡·利比-罗伯茨解释说。“开普勒-51的三颗已知行星的大小与土星相近，但质量只有地球的几倍，导致其密度像松软的棉花糖。人们相信它们拥有被氢和氦气的大气层包围的小型核心，但它们的形成过程以及如何抵御来自年轻恒星的强烈辐射仍然不清楚。我们的计划是利用JWST研究其中一颗行星，以更好地理解这些谜团；然而，现在我们需要解释系统中第四颗低质量行星的复杂性！” 当一颗行星经过其恒星时，从地球上看，它会遮挡部分恒星的光线，导致恒星亮度轻微减弱。这种减弱的持续时间和程度提供了关于行星特性的洞察，包括大小。尽管行星通常会按照可预测的时间表进行经过，但由于其他行星体的引力相互作用，可能会导致它们的经过时间稍早或稍晚于预期。这些微小的差异被称为过境时间变化，并被纳入天文学模型中，以提高过境预测的准确性。 研究人员对开普勒-51系统已有的三行星模型没有疑问，成功地利用该模型预测了开普勒-51b在2023年5月的过境时间，并随后在阿帕切点天文台（APO）进行了后续观测。…

研究正在为先进的基于钻石的电子和量子计算技术带来新的可能性。 想象一下，能够将一个物体放在显微镜下，并通过按下一个按钮，以原子级的精确度重新排列其表面的原子。过去听起来像科幻小说的事情，如今通过最近在《应用表面科学》上发表的开创性研究成为了现实。 "我们的激光技术使得在正常空气条件下对钻石表面进行原子级操控成为可能，"首席研究员梅赫特巴·莫什卡尼博士解释道。 "这种精确度通常只能通过大型复杂的真空系统实现。用简单的激光方法达成这一点令人惊讶。" 研究团队利用深紫外（UV）激光光，制定了一种用于钻石表面精细处理的技术。该方法允许选择性地去除仅1%的单原子层，从而对钻石的表面特性进行无与伦比的控制。…

一个研究团队受到了昆虫和动物的认知过程的启发，以提高机器人导航的能效。 昆士兰科技大学（QUT）的研究团队受到了昆虫和动物的认知过程的启发，以提高机器人导航的能效。 该项目由博士后研究员Somayeh Hussaini、QUT机器人中心的Michael Milford教授和Tobias…

新的视角可能会改变我们利用抗生素的方式。通过针对病原体特定且隐蔽的代谢“弱点”，研究人员正在为全球抗击抗生素耐药性和寻找其他医疗条件的类似联合疗法提供新的资源。 梅里奥伊病是一种导致发热、肺炎和脓毒症的细菌感染，对传染病专家提出了两个重大困难：它在感染者中的死亡率约为 50%，并且治疗极其困难，即使在医疗系统发达的国家也是如此。 梅里奥伊病是由一种高度毒性的细菌引起的，这种细菌在世界大战中甚至被用作生物武器。治疗需要昂贵且漫长的静脉注射和抗生素方案，这在东南亚和北澳大利亚的梅里奥伊病流行地区尤其难以实施。尽管这种疾病在美国较为罕见，但2022年这里首次记录了环境传播的病例。 普林斯顿大学化学系的Seyedsayamdost实验室提出了一种希望能治疗这种被忽视的热带疾病的方法，使用设计用于针对病原体而不损害肠道微生物组的低剂量抗生素组合。…

研究人员推出了一种新平台，旨在增强人工智能（AI）执行复杂任务的学习方式，以类似于人类的方式进行。这个名为“GUIDE”的平台使人类能够实时观察AI活动，并提供持续的、详细的反馈。与依赖于庞大的数据集不同，这种方法利用人类训练者的见解来推动逐步改进，并促进全面理解。在其首次研究中，GUIDE帮助AI掌握躲猫猫游戏。 回想一下你的第一次驾驶课程。你的教练可能坐在你旁边，对每一个转弯、停车和调整提供及时的反馈。如果是父母，他们甚至可能不时握住方向盘，喊“刹车！”这样的纠正和指导随着时间的推移培养了你的技能和直觉，使你变成一个自信、独立的司机。 尽管人工智能（AI）已取得令人瞩目的进展，包括自动驾驶车辆的出现，但AI的训练方法仍显著滞后于即使是最紧张的陪驾司机。目前，AI主要依靠庞大的数据集和全面的模拟学习，缺乏类似于人类所提供的微妙和即时反馈。 杜克大学的研究人员与陆军研究实验室合作开发了一种新平台，使AI能够以更人性化的方式吸收复杂任务。这个被称为GUIDE的AI框架，将在即将举行的2024年神经信息处理系统大会（NeurIPS 2024）上展示，会议定于12月9日至15日在加拿大温哥华举行。…

“地球的数字双胞胎”这个短语暗示着我们星球的一个精确虚拟版本的存在，使科学家能够预见复杂的气候变化和极端自然事件。实现这种对地球系统的现实投影是“目的地地球”项目的目标。 地球数字双胞胎的概念意味着可以访问我们星球的一个精确虚拟副本，便于预测复杂的气候变化和严重的自然事件。这种复制品或地球系统的模型反映与“目的地地球”项目的目标相一致，该项目获得欧盟的资金支持。该重大项目于2022年启动，是欧盟委员会“绿色协议”倡议的重要基石，并面临一些批评。来自美因茨大学的罗伯特·赖内克教授指出：“最近，我们遇到了许多对这一主题高度批评的研究和报告，我们正在加入这场重要的对话。” 在《社会环境系统建模》中的一篇刊物中，赖内克和共同作者强调了对“地球数字双胞胎”的定义模糊性，这可能会产生误导。赖内克解释道：“我们星球的任何数字表示都是一个模型。因此，它总将与现实分开——就像地图永远不能完全复制它所表示的地形一样。”作为地球系统建模的专家，这位来自美因茨的地质科学家将先进的模拟模型视为测试和分析有关世界理论的宝贵工具，能够以其他方式无法实现的方式进行。然而，他强调，需要新的方法和框架，以确保这些模型的准确应用和解释。 欧盟“目的地地球”倡议以帮助应对气候变化 目的地地球（DestinE）是欧盟委员会的一项重要倡议，致力于创建一个极其精确的地球数字模型——我们星球的数字双胞胎。该项目利用欧洲的高性能计算资源（EuroHPC），包括芬兰的LUMI超级计算机，以及人工智能能力。目前，DestinE正在生成代表地球系统不同方面的各种数字模型。到2030年，预计将生成地球的完整数字副本，这将提升对气候变化和自然灾害后果的监测和预测精度，并支持适应策略和减缓措施的发展。数字双胞胎的概念也已在其他领域得到应用：例如，德国联邦制图与测绘局正在制作德国的智能3D数字模型，而莱茵兰-普法尔茨州政府正在执行数字“水双胞胎”倡议。…

你伸手去拿一杯水，但它从你的手中滑落，撞到地面，碎片四散。如果这杯子是坚不可摧的就好了。幸运的是，研究人员在朝这个目标迈出了重要的一步，发现了玻璃如何变得更具抗裂性的关键信息。 你伸手去拿一杯水，但它从你的手中滑落，撞到地面，碎片四散。如果这杯子是坚不可摧的就好了。幸运的是，研究人员在朝这个目标迈出了重要的一步，发现了玻璃如何变得更具抗裂性的关键信息。 我们都感受过当玻璃从手中滑落，撞击地面时带来的肾上腺素飙升。想象一下，如果这样常见的事故可以被消除会怎样！ 最近，东北大学的研究人员取得了一项突破，阐明了玻璃如何抵御破裂，这可能导致高度耐用、抗碎材料的创造。这一发现可能会对依赖玻璃的各个行业产生重大影响。 这些发现详细记录在2024年12月2日的《材料学报》上。…

一项最新研究揭示了关于利用镍基催化剂进行CO2电催化还原的宝贵信息。这项研究标志着在开发可持续和有效的CO2转化技术方面向前迈出了重要一步，后者对于关闭人工碳循环至关重要。 在发表于Physical Review Letters的出版物中，弗里茨·哈伯研究所界面科学系的研究人员分享了关于镍基催化剂进行CO2电催化还原的新发现。由贾尼斯·季莫申科博士和贝亚特丽斯·罗尔丹·库埃尼亚教授领导的这项研究代表了在追求高效和可持续的CO2转化系统上取得了显著的进展，目标是关闭人工碳循环。 镍和氮共掺杂碳（Ni-N-C）催化剂在将CO2转化为一氧化碳（CO）方面展示了杰出的能力，一氧化碳是一种重要的化学前体。然而，这些催化剂的确切作用机制一直不清楚——直到现在。题为《在CO2电催化还原期间利用在线X射线吸收光谱、X射线发射光谱和机器学习揭示Ni单原子催化剂的吸附体构型》的论文提供了对在镍位点形成的吸附体（附着在催化剂表面的分子）本质以及CO2还原反应（CO2RR）过程中活性位点结构变化的直接实验洞见。…

自从20世纪70年代引入光纤电缆以来，它们已成为各种技术的重要组成部分，如医疗设备和高速互联网。令人惊讶的是，一种特定类型的海洋软体动物早在人类之前就已经利用了类似的机制。 自从20世纪70年代引入光纤电缆以来，它们已成为各种技术的重要组成部分，如医疗设备和高速互联网。令人惊讶的是，一种特定类型的海洋软体动物早在人类之前就已经利用了类似的机制。 最近的研究显示，心蛤，一个因其心形外壳而被认可的蛤蜊，拥有特殊的结构，这些结构在它们的外壳中充当光纤电缆的功能。它们能够将特定波长的光传输到蛤蜊的组织中。 来自杜克大学和斯坦福大学的研究人员利用电子和激光显微镜，以及计算机模拟，揭示心蛤的外壳中包含由极细的纤维束组成的透明部分，使光能够深入到双壳类动物内。 研究结果于11月19日在期刊自然通讯上发表。…

粘土矿物是地球表面的关键组成部分，主要存在于湖泊、河流和海洋的沉积物中。粘土和粘土石的特性在很大程度上受到其微小沉积颗粒排列的影响。一个研究团队最近实现了对这些过程的突破性观察。 粘土矿物是地球表面的关键组成部分，主要位于湖泊、河流和海洋的沉积物中。粘土和粘土石的特征在很大程度上受到其微小沉积颗粒的取向的影响。利用位于法国格勒诺布尔的先进欧洲同步辐射粒子加速器，来自马丁·路德大学哈雷-维滕贝格（MLU）的研究小组首次近距离观察这些过程是如何运作的。他们的研究结果发表在期刊通讯地球与环境中，为沉积物的结构和特性提供了宝贵的见解。 研究富粘土沉积物的形成面临挑战。“沉积作用通常发生在难以到达的海底，并且持续很长时间。此外，粘土颗粒微小，只有几微米或更小。商业显微技术无法在沉积过程中观察到这些粘土颗粒，”该研究的首席研究员、MLU的地球科学家丽贝卡·库恩博士解释说。为了应对这些问题，研究团队利用了尖端技术：位于格勒诺布尔的同步辐射粒子加速器。“这个设备使我们能够实时观察沉积过程，”来自MLU的地质学教授迈克尔·斯蒂普表示。研究人员将装有沉降粘土颗粒的水的气缸放入加速器的高能x射线束中，在淡水和盐水等各种条件下进行实验。他们对每种情况下颗粒的排列情况进行了时间测量。这些测量可以产生大量数据，但由于缺乏快速评估方法，共同作者、MLU的鲁迪格·基利安博士特别为这项新研究开发了一种方法。 结果表明，粘土颗粒在沉积的前几毫米内开始排列。“颗粒在水与沉积物的交界面位置相对较早便达到了某一取向。这种排列在沉积的前几毫米内会加强，”库恩表示。“这一发现是意外的，因为一个普遍的看法是，粘土颗粒的排列主要受到上面厚厚沉积层的影响，通常深达米数，”斯蒂普指出。哈雷研究小组的数据挑战了或至少拓宽了这一普遍假设。 深入了解粘土颗粒的排列对于多种应用至关重要。“这种排列影响粘土和粘土石的扩散和热特性，这对于地热能以及储存核废料的岩层至关重要，”库恩补充道。

一位研究人员在开发一种新型3D打印技术方面发挥了关键作用，该技术能够制造出能够改变形状的材料，这些材料与肌肉相比较。这一进展将增强机器人技术、医疗保健和能源系统的应用。 来自俄勒冈州立大学的研究人员为一种新的3D打印方法做出了贡献，该方法能够制造出像肌肉一样能够改变形状的材料，为机器人技术以及生物医学和能源技术的更好应用铺平了道路。 由俄勒冈州立大学工程学院的德文·罗奇及其合作者设计的液晶弹性体结构，可以在打印后爬行、折叠和弹跳。 “液晶弹性体本质上像软马达一样运作，”机械工程助理教授罗奇解释道。“它们的柔软性使它们在我们天然的柔软身体中表现良好。这使它们适合用于将药物输送至特定部位的医疗植入物，作为针对性程序中的支架，或作为解决失禁问题的尿道植入物。” 液晶弹性体是轻微交联的聚合物网络，当受到特定触发因素（如热量）的影响时可以发生显著的形状改变。它们能够将热能（来自阳光或电流等源）转换为可储存以备后用的机械能。此外，罗奇指出，液晶弹性体可能会对柔性机器人领域产生重大影响。…