技术

一组研究人员合成了具有四层和五层的多层钙钛矿，这在过去是难以合成的。对这些材料的分析揭示了一个独特的功能，即它们根据层数是奇数还是偶数切换其铁电性表达机制。这种特性扩大了材料在新电子设备开发中的使用。 日本名古屋大学的一组研究人员合成了重要电气材料钙钛矿的四层和五层版本。分析材料中铁电机制后，他们发现它具有一个独特的功能：材料根据层数是奇数还是偶数切换其铁电机制。研究人员预计这些多样的特性将大大扩展新电子设备的发展。美国化学学会杂志发表了这项研究。 钙钛矿是一类材料，具有特定的晶体结构，由钛酸钙构成。电子设备常常使用钙钛矿，因为它们表现出一种称为铁电性的特性。铁电性允许通过外部电场对电极化进行控制和反转。这一特性使得钙钛矿在电子设备中，例如存储器、电容器、执行器和传感器设备，具有重要的应用，这些设备使用开关状态。 为了提高功能性并减少这些产品对环境的影响，研究人员正在开发新的成分、结构和无铅铁电材料。钙钛矿，特别是Dion-Jacobson (DJ)…

工程师们创造了一种新的创新砖石，这种砖石是可重构的，采用3D打印的回收玻璃构建。这些砖块可以多次重复使用于外立面和内部结构。 想象一下，如果建筑材料可以像乐高积木一样轻松组装和拆卸？这种可重构的砖石概念涉及在建筑寿命结束时拆解建筑，并重新利用其组件建造新建筑，促进可持续循环，为几代人提供相同的建筑单位。 这一概念是循环建筑的一部分，强调重复使用和再利用建筑材料，以限制对新材料的需求，并减少“内含碳”，即与建筑过程相关的所有温室气体排放，从创造到拆除。 受循环建筑潜力的启发，麻省理工学院的工程师们正在研发一种由3D打印回收玻璃制成的新型可重构砖石。借助Evenline，这是一家专注于定制3D玻璃打印技术的麻省理工学院衍生公司，团队生产了坚固的多层玻璃砖，形状像数字8，这些砖设计成可以互锁，类似于乐高积木。 在机械测试中，一块玻璃砖能够承受与混凝土块相当的压力。作为一个实际示例，团队使用这些互锁的玻璃砖建造了一堵墙。他们相信这种可3D打印的玻璃砖石可以重复用于建筑外立面和内部墙壁。…

电子设备和电动车的需求不断上升，显著增加了对二次离子电池的依赖。尽管锂离子电池（LIB）多年以来一直广受欢迎，但钠离子电池（SIB）正作为一种有前景的替代品崭露头角。然而，由于离子动力学较慢影响其性能，SIB们在获得更广泛的认可方面面临挑战。最近一种名为PMAI的基于聚合物的粘合剂的开发，创造了功能化的固体电解质界面。研究表明，作为阳极粘合剂使用时，PMAI可以显著提升SIB的性能和循环稳定性。 全球对电子设备和电动车的需求预计将继续扩大，这需要更多功率强大的电池，提供更高的效率、性能和安全存储。超过30年来，锂离子电池在二次离子电池市场中占主导地位。然而，由于不可持续的开采实践、高成本和不均匀的地理分布，对锂资源减少的担忧推动了寻找替代品的研究。 这种情况促使研究人员和行业领导者寻求LIB的替代品。钠离子电池（SIB）由于钠资源丰富、成本低且具有高电化学潜力，成为一个吸引人的选择。然而，在它们能够商业化之前，必须克服几个挑战。一个挑战是，与锂相比，钠的离子半径更大，导致离子动力学缓慢以及相和界面形成的稳定性问题。此外，开发与LIB和SIB均有效且兼容的电极至关重要。虽然碳基材料对两种电池都有前景，但也存在局限性。 为了提高电极的性能和稳定性，日本先进科学技术研究所（JAIST）的松见教教授及其博士生阿马尔希·帕特拉将研究重点转向SIB电极的聚合物粘合剂。他们最近的研究于2024年9月12日在《先进能源材料》上发表，介绍了一种新的水溶性聚（离子液体）粘合剂，称为聚（氧羰基亚甲基1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓）（PMAI）。他们的研究结果显示，作为阳极粘合剂的PMAI展现了卓越的电化学性能和循环稳定性。松见教授说：“全球对促进快速充放电速率并解决钠离子电池中缓慢离子扩散问题的材料需求日益增长。这种基于聚合物的粘合剂，凭借其稠密的离子液体功能团，是开发高性能SIB电极系统的关键。” 为了评估PMAI的有效性，研究人员将其作为LIB中的石墨阳极和SIB中的硬碳阳极的粘合剂进行了测试。他们的电化学评估表明，基于PMAI的阳极表现出良好的性能，在LIB中以1C记录高达297…

Lasso肽是由细菌产生的生物活性化合物。它们独特的套索状结构赋予它们卓越的稳定性，使其在恶劣环境中具有韧性。最近一项发表于《自然化学生物学》的研究，开发并测试了理论模型，以理解这些肽的生物合成，并探讨这一知识如何促进基于套索肽的药物开发。 Lasso肽是由细菌产生的生物活性化合物。它们独特的套索状结构赋予它们卓越的稳定性，使其在恶劣环境中具有韧性。最近一项发表于《自然化学生物学》的研究，开发并测试了理论模型，以理解这些肽的生物合成，并探讨这一知识如何促进基于套索肽的药物开发。 “Lasso肽是令人着迷的，因为它们是线性分子，复杂地缠绕成滑结形状。”米切尔实验室（MMG）的研究生苏珊娜·巴雷特解释道。“由于它们出色的稳定性和潜在的修饰可能性，它们是作为治疗剂的有前途的候选者。它们已被证明具有抗菌、抗病毒和抗癌作用。” Lasso肽是由核糖体合成，并经历翻译后修饰。肽序列是通过连接氨基酸形成的，这一过程由核糖体促进。在这之后，两种酶——肽酶和环化酶——协同工作，将线性肽转变为独特的结缠套索形式。自从三十多年前发现以来，研究人员一直在研究环化酶如何折叠这些套索肽的机制。 “这项研究中一个重大障碍是，与这些酶的工作困难，因为它们在纯化过程中往往是不可溶或不活跃的。”巴雷特分享道。…

自旋电子设备利用由量子物理相互作用生成的自旋纹理。西班牙和德国研究人员之间的合作最近利用BESSY II设施研究了石墨烯-钴-铱异质结构。他们的发现揭示，两个有益的量子物理效应可以在这些异质结构中相互增强，为使用这些材料开发新型自旋电子设备铺平道路。 自旋电子设备依赖于由量子物理相互作用创建的自旋纹理。西班牙和德国研究人员的合作在BESSY II考察了石墨烯-钴-铱异质结构。研究结果表明，这些异质结构中可以相互支持和增强两个有利的量子物理效应，这可能导致从这些材料衍生出的创新自旋电子设备。 自旋电子学利用电子自旋来执行逻辑操作或存储数据。理想情况下，自旋电子设备的运作速度可能比传统半导体设备更快，能耗更低。然而，在材料中生成和管理自旋纹理仍然是一项挑战。…

在自行车的世界中，“登顶珠峰”意味着反复攀登和下降同一座山，直到总高度达到珠穆朗玛峰的高度，即8848米。几年前，针对这一挑战的一个记录被确立，但引发了关于骑自行车时在攀爬过程中所受强大顺风的讨论。顺风在爬坡时能给骑车手提供多大优势？是否应该对允许的风速进行限制？ 在自行车运动中，“登顶珠峰”是指上山下山的挑战，直到累积的高度与珠穆朗玛峰的高度相匹配——8848米。 几年前，在确立新的“登顶珠峰”记录后，社交媒体上关于伴随骑车手的每秒5.5米（相当于每小时20公里或12英里）强劲顺风的讨论热烈展开。这种顺风有多少好处？在这样的尝试中，是否应该对风速设定规定？ 北卡罗来纳州东卡罗来纳大学的物理学教授马丁·比尔对此讨论产生了兴趣，并决定深入探讨其中的物理学，从而展开了一项小型研究项目。他在AIP出版的《美国物理学杂志》上发表了他的研究结果，揭示了风的影响实际上是微不足道的。 提供一些背景：在物理学中，自行车运动的分析比跑步更简单。比尔解释道：“在跑步中，腿部不断加速和减速，跑步者的重心在垂直方向上振荡。另一方面，自行车依赖于‘滚动’，这更流动、更快、更高效；你主要是在与重力和摩擦力作斗争。”…

研究人员开发了一个全面的数学模型，表明到2060年，英国和欧洲的建筑行业有潜力几乎消除碳排放。通过实施先进的能源效率技术来升级现有建筑并建造新建筑，这个目标可以实现。 一项新的研究表明，通过利用先进的能源效率技术对现有房产进行翻新和建造新房，欧洲的建筑行业可以在2060年之前几乎消灭其碳排放。 该研究发表在期刊《可再生和可持续能源评论》上，是首个全面评估英国及所有欧盟国家建筑行业潜在能源需求减少的研究。 研究表明，约75%的欧洲建筑存量被认为是能源效率低下的，预计在未来三十年，总建筑面积将增长超过20%。 尽管如此，包括在住宅和商业建筑中使用太阳能和热泵等多种技术的实施，可能会将供暖和制冷的整体能源消耗减少多达97%。…

化学家们创建了一种生成性人工智能模型，简化了识别粉末晶体材料结构的过程。该模型可以帮助研究人员表征适合各种应用的材料，包括电池和磁铁。 一个多世纪以来，科学家们利用X射线晶体学来确定金属、岩石和陶瓷等晶体材料的结构。 当处理完整晶体时，这种技术最为有效；然而，科学家们往往只能获得这些材料的粉末版本，这些粉末中包含随机的晶体碎片。这种随机性使得重构整体结构变得复杂。 麻省理工学院的研究人员现在推出了一种新的生成性人工智能模型，旨在促进对粉末晶体的分析。这个预测模型有望使研究人员受益，帮助他们表征用于电池和磁铁等各种用途的材料。 “了解结构是任何材料的基础。这对超导性、磁铁和光伏材料相关的应用至关重要。它在任何以材料为中心的应用中都发挥着重要作用，”麻省理工学院化学系弗雷德里克·乔治·凯斯教授丹娜·弗里德曼说。…

科学家创造了一种可持续的方法，将金属提取、合金化和加工结合成一步环保操作。 来自马克斯·普朗克研究所的研究人员开发了一种整体方法，将金属提取、合金制造和加工整合在一起，所有这些都是在一次环保操作中完成的。他们的创新工作已在《自然》杂志上发表。 金属制造占全球二氧化碳排放的10%。具体而言，从铁中生产一吨金属会产生两吨二氧化碳，而镍的生产每吨会排放惊人的14吨二氧化碳，视矿石类型而定，高于这一排放量的情况也可能存在。这些金属对于制造被称为“因瓦”（Invar）的合金至关重要，这些合金具有较低的热膨胀特性，并在航空航天、低温运输、能源和精密仪器等多个领域发挥重要作用。为了减轻环境影响，马克斯·普朗克可持续材料研究所（MPI-SusMat）的科学家成功研发了一种新方法生产因瓦合金，该方法不排放二氧化碳并节省大量能源。这是通过一种单步工艺实现的，该工艺将金属提取、合金化和热机械处理结合在一个反应器中。 他们的开创性方法挑战了传统的提取冶金和物理冶金之间的区别，使得可以在一次高效的固态操作中直接将氧化物转化为可用产品。他们的研究成果已发布在《自然》杂志上。 一步法金属生产降低能源使用和二氧化碳排放…

一组研究人员创建了一种创新的有机热电装置，该装置可以从周围的环境温度中生成电力。虽然现有的热电设备有各种应用，但依然存在障碍妨碍其最佳使用。通过利用有机材料的独特特性，研究人员构建了一个在室温下进行热电能量生成的框架，无需温度梯度。他们的研究结果发表在期刊《自然通讯》上。 热电设备，通常被称为热电发电机，是被设计用于将热量转化为电能的材料，只要装置的两侧之间存在温差——一侧被加热而另一侧较冷。由于这些设备能够捕捉各种能源生产过程中产生的废热，因此对它们的研究和开发一直受到重视。 热电发电机的一个显著例子出现在太空探索中。像火星好奇号探测器和旅行者探测器等机器使用放射性同位素热电发电机。在这里，由放射性同位素产生的热量为热电组件的运行提供所需的温度梯度，以供给机上仪器所需的电力。然而，高生产成本、使用有毒材料、低能量效率以及对高温的需求等挑战使得热电设备在现代应用中未能得到充分利用。 "我们的团队正在探索设计一种能够从环境温度中获取能量的热电设备的方法。我们的实验室专注于有机化合物，其中许多具有允许高效能量传递的独特特性，"九州大学有机光电子研究中心（OPERA）主任，稻田知也教授指出，"有机化合物的有效性在OLED和有机太阳能电池中得到了显著体现。" 挑战在于确定适合电荷转移接口的化合物——这些化合物能够轻松地相互传递电子。通过测试各种材料，团队确定了两个有效的化合物：铜酞菁（CuPc）和十六氟酞菁铜（F16CuPc）。…

一种开创性的氨生产方法，利用液态金属的独特特性，可能大大减少与这种重要化学品的生产相关的碳排放。氨在肥料中发挥着关键作用，有助于种植我们大部分的食物，同时也作为安全运输氢的清洁能源资源。 采用液态金属独特特性的氨生产革命性方法，有潜力显著减少与这种化学品广泛制造相关的碳排放。 氨在农业肥料中至关重要，同时通过作为氢的安全运输媒介，它也有助于清洁能源。 然而，全球氨生产过程对于环境的影响极为恶劣，消耗超过全球能源的2%，并导致全球碳排放的高达2%。 根据研究的主要作者、研究员Karma…

通过研究木星卫星欧罗巴极端的环境，天文学家在康奈尔大学获得了对行星形成和发展的一个关键过程的重要认识：潮汐加热。 “潮汐加热对天体的热演化和轨道演化至关重要，”天文学教授亚历克斯·海斯解释道。“它提供了必要的热量来创造和维持像木星和土星这样的巨大行星周围的卫星的地下海洋。” “探索欧罗巴火山的恶劣地形实际上推动了对生命可能性的科学探究，”首席作者、天文学博士生马德琳·佩蒂娜说道。 通过调查美国国家航空航天局（NASA）朱诺号宇宙飞船在飞越期间收集的数据，天文学家发现欧罗巴的极地区域有活跃的火山，这可能在管理潮汐加热方面发挥作用，从而在其熔化的内部产生摩擦。 这项研究发表在《地球物理研究快报》上。…