技术

水的地方就有波浪。但是，如果你可以让水波随你的意志弯曲来移动漂浮的物体呢？科学家们现在开发出一种技术，能够在水槽中合并波浪，产生复杂的图样，如扭曲的环和旋转的涡旋。有些图样像镊子或“牵引波束”一样固定漂浮的球体在原地不动。其他图样则使球体旋转并沿着圆形路径精确移动。未来，这项技术可以缩小到精确移动细胞大小的粒子进行实验，或者放大以引导船只沿着水面上的预定路径航行。 一个由新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）共同领导的国际科学家团队发现了一种操控水波的方法，使他们能够捕捉并精确移动漂浮的物体——几乎就像是有无形的力量在指引它们。 该方法涉及生成和合并水波，以创建复杂的表面图案，例如扭曲的环和旋转的涡旋。 实验室实验表明，这些图案能够吸引附近的漂浮物体，如小型泡沫球，其大小与米粒相当，并将其捕捉在图案之内。…

成本、技术性能和环境影响——这三者是新型 LED 技术在社会中具有广泛商业影响的三个最重要方面。这一点已被林雪平大学的研究人员在发表在《自然可持续性》上的研究中证明。 “钙钛矿 LED…

科学家们正在利用人工智能更好地捕捉肿瘤周围健康细胞如何影响癌细胞行为，以及这些相互作用如何为治疗提供信息。 即使细胞也会经历同伴压力。 科学家们长期以来一直研究癌细胞的种种细节，以便更深入地了解这种疾病，但他们越来越发现，癌细胞附近的非癌细胞对肿瘤的进程产生了强大的影响。 “肿瘤中的所有细胞并不是癌细胞——它们甚至并不总是最占主导地位的细胞类型，”斯坦福大学医学院生物医学数据科学系主席西尔维娅·普列夫里蒂斯博士说。“还有许多其他细胞类型支持肿瘤。” 为了更好地捕捉细胞的位置和相互作用的全貌，普列夫里蒂斯和一组研究人员开发了一种他们称之为“共定位组”（colocatome，发音为co-locate-ome）的模型。它是根据描述其他分子类别和人类生物学多个方面的命名法而建模的（关于基因的集体信息称为基因组；蛋白质称为蛋白质组；代谢物称为代谢组，等等），共定位组记录了恶性细胞对邻近细胞的详细情况——这些细胞是什么，以及它们的数量。…

微塑料几乎在科学家们寻找的每一个地方都被发现。现在，根据发表在ACS合作期刊《环境与健康》上的研究，这些长达1到62微米的塑料颗粒在用于医疗静脉输液（IV）过滤溶液中被发现。研究人员估计，从一袋8.4盎司（250毫升）的输液中，数千个塑料颗粒可以直接进入一个人的血液循环。 在临床环境中，IV输液被包装在单独的塑料袋中，为患者提供水、电解质、营养物质或药物。这些输液的基础是一种含有过滤水和足够盐分以匹配人类血液成分的生理盐水。1970年代的研究表明，IV液体袋中可能含有固体颗粒，但很少有科学家对这些颗粒的成分进行后续研究。李五张、文茨斯拉夫·科列夫·瓦列夫及其同事怀疑，这些颗粒可能是微塑料，在输注时会进入接收者的血液循环，并可能造成负面健康影响。因此，他们着手分析商业IV液体袋中的颗粒类型和数量。 研究团队购买了两种不同品牌的8.4盎司生理盐水袋。在每个袋子的内容物滴入单独的玻璃容器后，液体被过滤以捕捉微观颗粒。然后，研究人员计算了一部分单独的塑料碎片数量，并利用该数量估算整袋IV液体中的微塑料总数，并分析颗粒的成分。 研究人员发现两种品牌的生理盐水中都含有由聚丙烯制成的微塑料颗粒——与袋子相同的材料——这表明袋子向溶液中释放微塑料。他们估计每袋输液可能会直接向血液循环输送大约7,500个微塑料颗粒。这个数字在治疗脱水时上升至大约25,000个颗粒，而用于腹部手术则可能需要52,500个颗粒，这可能需要多个IV袋。 研究人员建议将IV输液袋远离紫外线光和热，以减少微塑料的释放，并表示可以使用微米级过滤系统在输注过程中去除颗粒。…

研究人员发现了一种利用小塑料珠子发电的新方法。通过将这些珠子紧密放置并接触，它们产生的电力比通常情况下更多。这一过程被称为摩擦电效应，类似于用气球摩擦头发产生的静电。 来自布鲁塞尔自由大学化工系、里加技术大学、皇家墨尔本理工学院和特温特大学MESA+研究所的国际研究团队发现了一种利用小塑料珠子发电的新方法。通过将这些珠子紧密放置并接触，它们产生的电力比通常情况更多。这一过程被称为摩擦电效应，类似于用气球摩擦头发产生的静电。 摩擦电纳米发电机（TENGs）通过不同材料之间的摩擦产生电力。通常，这发生在两种不同材料相互摩擦时。研究现在表明，当由紧密排列的小珠子构成的表面与包含相同珠子的另一个表面接触时，某些珠子会获得正电荷，而其他珠子则变为负电荷。电荷转移越高效，产生的电力就越多。 对不同类型珠子的测试显示，珠子的大小和材料起着关键作用。较大的珠子倾向于获得负电荷，而较小的珠子则更可能获得正电荷。最显著的效果发生在三聚氰胺-甲醛（MF）珠子上。这种材料具有低弹性，意味着它更不灵活但更能保持和转移电荷。此外，使用珠子为通常用于提升TENG性能的昂贵技术提供了经济有效的替代方案。颗粒的干燥制造过程也通过消除对溶剂的需求使这一过程更加可持续。 摩擦电效应的进展可能使无电池或电源插座的新型能量收集应用成为可能。从运动中产生能量的智能服装或无需充电自己供电的小设备变得越来越现实。可穿戴技术和可持续能源解决方案有望从这一原理中受益。…

一项国际合作显示增材制造提供了一种现实的方法来构建用于粒子物理实验的大规模塑料闪烁探测器。 在2024年，T2K合作组开始收集新的中微子数据，经过对实验的几次升级，包括新类型的探测器。其中一个叫做SuperFGD，具有约2吨的敏感体积，由大约两百万个立方体组成。每个立方体由塑料闪烁体（PS）材料制成，当带电粒子通过时会发出光。中微子不带电，如其名称所示，但它们有时会与其他粒子相互作用，然后产生可以被探测的电子、质子、μ子或π子。每个PS立方体由三根正交光纤穿过，收集闪烁光并引导到56,000个光电探测器。数据揭示了三维（3D）粒子轨迹，从而使研究人员能够了解更多关于中微子的信息。 这种探测器的升级对于推动大粒子物理实验的发现能力至关重要，但提出一个公平的问题：逐个立方体和逐层将200万个PS立方体组装成一个工作粒子探测器需要什么？高能物理中的大规模探测器是否可以以不同的方式构建？这些就是激励粒子物理与天体物理研究所的达维德·斯加拉贝尔纳教授和安德烈·鲁比亚教授的一项工作的原因。斯加拉贝尔纳和鲁比亚与苏黎世联邦理工大学、欧洲核子研究组织、瑞士高等专业学校、慧根科技和乌克兰闪烁材料研究所的同事们刚刚在《工程通讯》期刊上发表了一篇研究论文，介绍了一种完全采用增材制造的基本粒子塑料闪烁探测器。作者们都属于3D打印探测器（3DET）合作组，由斯加拉贝尔纳领导，乌穆特·科塞博士负责技术协调。团队认为他们的示范在以更省时和更省钱的方式构建未来的大规模粒子探测器方面是一个重要的步骤。 一个工程问题 PS探测器使得能够以快速的时间响应跟踪通过闪烁材料的带电粒子的路径并测量其能量损失。这些特性自1950年代提出以来，决定了它们的日益成功。在PS中，称为荧光体的荧光发射体被引入固体聚合物基质中。一个带电的粒子通过材料传播，使聚合物基质激发：非辐射偶极-偶极相互作用将激发能量转移给荧光体，荧光体在几纳秒内通过发出近紫外光而去激发。通常会在聚合物中添加第二种类型的荧光体，以便改变发光的波长，避免在闪烁材料中吸收。光纤收集PS产生的光，并将其波长转换为可见光谱的绿色部分，使得捕捉发出的光并增加其衰减长度成为可能。…

一种新的废弃锂离子电池回收策略基于中性溶液中的湿法冶金工艺。这种方法以环保、高效、低成本的方式提取锂和其他有价值的金属。通过一种称为电池效应的固-固还原机制以及氨基酸甘氨酸的添加，浸出效率得到了提高。 锂离子电池不仅为我们的手机、平板电脑和电动车提供动力，随着可再生能源的波动性储存需求日益增加，它们的重要性也在不断上升。随着使用越来越广泛，废弃电池的数量也在不断增加。电池的回收前景广阔，能够在提取锂、钴、镍和锰等原材料以生产新的可充电电池的同时减少对环境的影响。目前，废弃锂离子电池的湿法冶金再处理方法主要基于酸或氨浸出工艺。然而，酸和碱的过量和重复使用增加了环境影响和安全隐患。因此，pH中性工艺将更加安全和环保。 为了找到一种中性的方法，来自长沙中南大学的雷鸣和邢鸥团队、贵州师范大学的姚震和国家工程研究中心的黄杰希不得不深入挖掘他们的技巧，因为传统浸出工艺所需的强腐蚀性试剂并不容易替代。 第一个技巧是：他们在现场构建了“微电池”。这些微电池有助于分解废弃的阴极材料——锂涂层镍钴锰氧化物（NCM）。NCM颗粒与铁(II)盐、草酸钠和氨基酸甘氨酸混合在中性液体中。这导致在颗粒上沉积出一层薄薄的固体铁(II)草酸盐。这层“外壳”充当阳极，而NCM核心则充当阴极（电池效应）。这种直接接触使电子转移变得简单。涂层还阻止了不希望的副产品在颗粒上的沉积。电池效应驱动一种电化学反应，其中铁(II)离子被氧化为铁(III)离子，而氧化NCM颗粒中的氧离子被还原为OH-离子与水结合。这会分解NCM层，释放出它们所含的锂、镍、钴和锰离子到溶液中。在第二个技巧中，这些离子被甘氨酸“捕获”在络合物中。甘氨酸还承担着额外的任务：缓冲溶液的pH值，保持中性范围。15分钟内，能够从废弃的阴极中浸出99.99%的锂、96.8%的镍、92.35%的钴和90.59%的锰。 这种中性溶液中的高效浸出可能为实现大规模、环保的废弃电池回收开辟新的途径。几乎没有有害气体产生，甘氨酸的废水可以作为肥料使用。这一过程使用的能量显著减少，成本低于传统方法。

沸石，广泛应用于石油化工行业的结晶材料，作为精细化学品生产的关键催化剂，其中铝是沸石结构中活性位点的来源。香港理工大学的一个研究团队揭示了铝原子在沸石框架中的精确位置。这一发现可能有助于设计更高效和更稳定的催化剂，旨在提高石油化工产品的产量，实现高效的可再生能源储存，以及控制空气污染。此项进展将进一步促进沸石在相关领域的应用。研究结果已发表在国际期刊《科学》上。 该研究由香港理工大学应用生物与化学技术系的催化与材料讲座教授曾锡持教授领导。他的团队还包括副教授罗子煊教授，以及第一作者、研究助理教授李光潮博士，均来自同一系。该团队与牛津大学及中国科学院精密测量科学与技术创新研究院的研究人员合作。 沸石的独特性质，以其明确的微孔结构、高比表面积以及可调的酸碱性为特征，使其在石油化工精炼、环境催化和精细化学合成中不可或缺。沸石框架内铝原子的分布影响分子吸附体的几何形状、催化活性以及选择性和尺寸。然而，准确定位这些铝原子并理解其对沸石催化行为的影响，几十年来一直是科学界面临的挑战。 在研究中，团队专注于实验室合成的H-ZSM-5沸石和商业H-ZSM-5沸石，以填补基础研究与实际应用之间的空白，优化H-ZSM-5以适应先进的催化过程。值得注意的是，团队提出了一种创新的方法，将同步辐射共振软X射线衍射——一种研究原子结构的强大工具——与探针辅助的固态核磁共振（SSNMR）和分子吸附方法相结合。这种整合揭示了分子与铝原子活性位点的相互作用。最终，团队在定位商业H-ZSM-5沸石中的单个和成对铝原子方面取得了突破。 研究结果将有助于开发更高效和选择性的催化剂，其影响超越石油化工，可能对可再生能源和污染控制等行业带来潜在益处。降低能耗，进而促进可持续发展并最小化环境影响。关于石油化工精炼，这些催化剂可以提高燃料的产量和质量，特别是对于汽油和烯烃等产品，同时降低能量使用。在环境催化领域，它们有助于改善空气质量和减轻空气污染。对于可再生能源和生物燃料，这些创新推动了氢储存和利用过程，对于氢经济的发展至关重要。…

研究人员开发了一种经济有效的水分解催化剂，用于环保氢气生产。催化剂的性能令人惊讶地随着时间的推移而提高。 氢气在CO2中立能源生产方面是一个备受争议的选择。将水分解为其成分氧和可储存的氢的电解槽单元由可再生资源供电，主要是通过风能和太阳能产生。然而，催化剂是促进这一过程所必需的。迄今为止，贵金属氧化物如二氧化钌和二氧化铱被用作基准催化剂。然而，这些金属昂贵，稀有，并且在酸性和碱性环境中都不稳定。 来自美因茨约翰内斯·古腾堡大学（JGU）的初级组长段丹丹博士及其团队成功设计出一种使用钴和钨的替代催化剂，这些元素在低成本下易于获得。“我们催化剂独特之处在于，它实际上随着时间的推移而增强性能，而传统催化剂要么以一致的速度保持其性能，要么由于耐用性不足而降低一些性能，”段丹丹博士表示。“经过优化过程后，活性甚至高于基准催化剂。”段博士及其团队的研究结果最近发表在国际版的期刊《应用化学》（Angewandte Chemie）上。 自优化过程的原因是什么？…

研究人员将声学监测与神经网络结合，以声音识别珊瑚礁上的鱼类活动。他们训练了该网络以自动筛选大量声学数据，实时分析音频录音。他们的算法在解读珊瑚礁的声学趋势方面可以达到人类专家的准确性，但其速度超过25倍，这可能会改变海洋监测和研究的方式。 珊瑚礁是世界上最具多样性的生态系统之一。尽管它们仅占世界海洋的不到1%，但四分之一的海洋物种在珊瑚礁上度过了一部分生命。由于如此多的生命集中在一个地方，研究人员可能很难清楚了解哪种物种存在以及数量。 在《JASA》上，代表美国声学学会由AIP出版的研究人员从伍兹霍尔海洋研究所结合声学监测与神经网络，以声音识别珊瑚礁上的鱼类活动。 多年来，研究人员一直使用被动声学监测来跟踪珊瑚礁活动。通常，声学记录仪会被部署在水下，几个月来记录来自珊瑚礁的音频。现有的信号处理工具可以用来同时分析大量声学数据，但它们无法用于寻找特定的声音——为了做到这一点，科学家通常需要手动查看所有数据。 “但对于那些在做这项工作的人来说，说实话，这是一项可怕的工作，”作者塞思·麦卡蒙说道。“这是一项极其乏味的工作。令人痛苦。”…

当前的塑料回收方法通常使用昂贵的催化剂、苛刻的条件，并产生有毒副产品。新工艺将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料转化为单体构建块，这些块可以回收成新的PET产品或升级为更高价值的材料。在实验中，该方法在仅四小时内回收了94%的PET单体，且没有产生有害副产品。 利用空气中的水分，西北大学的化学家们开发了一种简单的新方法来分解塑料废物。 这种无毒、环保、无溶剂的工艺首先使用一种廉价的催化剂来断开聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）中的化学键，PET是聚酯家族中最常见的塑料。然后，研究人员仅需将破碎的片段暴露在环境空气中。利用空气中微量的水分，分解的PET转化为单体——塑料的关键构建块。从那里，研究人员设想这些单体可以回收成新的PET产品或其他更有价值的材料。 新技术比当前塑料回收方法更安全、更清洁、更便宜且更可持续，为创建塑料循环经济提供了有希望的途径。 该研究最近发表在《绿色化学》杂志上，这是由皇家化学会出版的一本期刊。…

科学家们发现了“伯克洛烯”，这是第一个被表征的有机金属分子，包含重元素伯克利元素。这一突破打破了长期以来关于周期表中铀元素后面的元素化学的理论。 由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）领导的研究小组发现了“伯克洛烯”，这是第一个被表征的有机金属分子，含有重元素伯克利元素。 有机金属分子是由金属离子被碳基框架包围而成，这种分子在铀（原子序数92）等早期锕系元素中相对常见，但在伯克利元素（原子序数97）等后期锕系元素中鲜有报道。 “这是首次获得关于伯克利元素与碳之间形成化学键的证据。这一发现为我们提供了关于伯克利元素及其他锕系元素相对于周期表中其它元素的行为的新理解，”伯克利实验室化学科学部的科学家斯特凡·米纳西亚（Stefan Minasian）表示，他是发表在《科学》杂志上的一项新研究的四位共同通讯作者之一。…