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ASML公布最新一代EUV光刻機3600D 生產效率增加18%

ASML中國:現有技術搞定1nm晶片綽綽有餘

5月16日是聯合國教科文組織定義的「國際光日」,ASML中國官方在一篇中寫道「創新,讓摩爾定律重煥光彩」。 ASML中國強調,過去15年,摩爾定律依然生效且狀況良好,未來十年甚至更長時間內將繼續保持勢頭。 ASML自信滿滿地指出「在元件方面,目前的技術創新足夠將晶片的製程推進至至少1納米節點,包括gate-all-around FETs(環繞柵極電晶體),nanosheet FETs,forksheet FETs以及complementary FETs」。 此外,光刻系統解析度的改進(預計每6年左右縮小2倍)和邊緣放置誤差(EPE)對精度的衡量也將進一步推動晶片尺寸縮小的實現。 據了解,納米之後將進入埃米時代,台積電、Intel等都制定了雄心勃勃的埃米工藝早期路線圖。也許,技術創新之所以彌足珍貴,內核要義就在於不會被困難打倒。 來源:快科技

《翼星求生》納米防護服特點介紹

《翼星求生》中的納米防護服是遊戲里工作室能製作的防護服的一種,但是很多玩家都不太清楚納米防護服到底有什麼特點,其實納米防護服的特點就是防護能力強勁,有耐久度,屬於一次性用品,更多如下。 納米防護服特點介紹 納米防護服屬於一次性用品,有耐久度,耐久度清零就消失了,不過防護能力確實強勁,前期沒什麼用,後期不缺材料了,多弄點吧。 來源:3DMGAME

研究人員開發了新的納米線結構 提高了晶片小型化能力

EPFL研究員Valerio Piazza在半導體材料實驗室工作,主要研究納米級的半導體。他特別關注納米線和使用半導體材料構建的納米結構,研究的目標是將電晶體改進到超過當前的飽和點。電晶體是現代設備的關鍵部件,從汽車到智慧型手機和廚房電器,以及其他設備都廣泛運用。 ...

丹麥技術大學:二維納米材料新蝕刻工藝可實現超解析度光刻

丹麥技術大學(DTU)與 Graphene Flagship 研究團隊,剛剛介紹了一種可將納米材料製造工藝提升到新水平的新技術。據悉,2D 材料的精確「圖案化」,是利用其機型計算和存儲的一種方法。不過與當前的技術相比,新方案可為 10nm 以下的納米材料,帶來更高的性能、以及更低的功耗。 可蝕刻六方氮化硼材料晶體(圖 via SCI Tech Daily) 近年來,以石墨烯為代表的二維材料,已經成為了物理學和材料技術領域的重要發現之一。可知其具有較其它已知材料更堅固、光滑、輕量,且在導熱與導電性能上也更加優異。 基於此,DTU 研究人員設想,若能夠在這些材料身上實現可編程性,便可在 2D 層面上創造精緻的「圖案」,進而迎合不同的應用需求、顯著改變相關材料的特性。 十多年來,DTU 科學家們一直在 1500 平方米的潔淨室設施中使用先進光刻機,致力於改進二維材料圖案化的最新技術。 在丹麥國家研究基金會與 Graphene Flagship 的部分支持下,DTU 在納米結構石墨烯中心開展了長期深入的研究。 最新消息是,DTU Nanolab 的電子束光刻系統,已經能夠實現...

瑞薩討論未來發展的總體規劃:以40納米為界 分劃自產和外包代工

日經亞洲近日專訪了日本半導體供應商瑞薩的高管,談及了公司的未來發展的總體規劃。據日經亞洲評論10月13日報導,瑞薩高管Sailesh Chittipeddi向記者透露,雖然公司依然堅持晶片自主製造計劃,但先進工藝節點會選擇外包給台積電等代工廠。 他說:「從長遠來看,更先進的節點我們將不得不依賴第三方,對於任何比成熟工藝的40納米更高級的晶片,我們都必須依賴代工合作夥伴。」 Chittipeddi 負責公司的非汽車業務,該業務占瑞薩電子一半以上的收入和三分之二的利潤。該公司一直在積極向汽車晶片以外的領域多元化發展,四年內完成了三筆數十億美元的收購:2017 年收購了Intersil、2019年收購了Integrated Device Technology,今年則收購了Dialog Semiconductor。這些收購幫助瑞薩電子轉變為全球型的晶片製造商。 10年來瑞薩的銷售情況以及營業利潤 Chittipeddi說:「我們的全球競爭力比以往任何時候都更強,以前我們只專注於一個非常狹窄的細分市場。」不過該公司目前選擇避開對價格敏感的消費市場,而台灣和韓國公司往往把重心放在這些市場。 眾多半導體分析師似乎對該公司的戰略感到滿意,預計該公司今年的利潤將創下歷史新高。瑞薩的這種「fab-lite」方法也會有供應鏈中斷的風險,例如疫情在越南和馬來西亞傳播而導致的生產停工,以及在台灣出現的產能瓶頸。Chittipeddi說:「我們把晶片外包多元化,不會依賴一個地區或一個國家來供應我們的產品。」 多年來,瑞薩專注於汽車模擬晶片這一穩定但利潤率較低的市場,主要競爭對手是德州儀器、博通、 Analog Devices這些模擬晶片類的大型企業。 不過Chittipeddi 強調,瑞薩電子的目標並不是與市場的這些「大人物」正面競爭。 該公司依然還會專注於利基細分市場,可以遠離模擬晶片類型中爭奪激烈的主要戰場,例如通信處理器和數據轉換器。對於雲數據中心運營商來說,瑞薩專注電源管理晶片,以及協調處理器與內存的內存接口設備。對於電信設備製造商來說,它專注於濾波器的研發等等。(校對/小山)來源:cnBeta

新研究利用有機半導體納米管製造出高性能的電化學致動器

據媒體報導,休斯頓大學的研究人員報告稱,隨著一種使用專門有機半導體納米管(OSNTs)的電化學致動器的開發,他們在材料科學和工程領域取得了突破。目前處於開發的早期階段,該致動器將成為有助於未來機器人、生物電子和生物醫學科學研究的一個關鍵部分。 ...

國家納米中心在有機太陽能電池界面修飾研究方面取得新進展

近日,中國科學院國家納米科學中心研究員周惠瓊課題組與研究員裘曉輝、張勇課題組合作,在有機太陽能電池界面層的納米級表面能分布調控方面取得新進展。相關研究成果發表於Joule雜志(Joule, 2021, https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.09.001)。 在溶液法制備的有機太陽能電池中,表面能對體異質結薄膜形貌的形成起到關鍵作用。通過給體與受體的表面能差異可以預測有機本體異質結(BHJ)薄膜中兩相的混溶性,而底部界面層的表面能可以調節體異質結的垂直分布和分子堆積取向。薄膜的表面能常採用Owens-Wendt模型通過測量接觸角的方法得到,但這種測試方法無法反映納米尺寸范圍內的表面能分布,無法直接解釋體異質結結構中納米級的堆積和相分離變化。 周惠瓊課題組長期致力於溶液法太陽能電池的界面研究,針對界面層表面能的調控開展了一系列的研究。通過引入氧化鎢(WOx)納米顆粒提高了聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT:PSS)空穴傳輸層的表面能,並在有機非富勒烯太陽能電池中實現了80%的填充因子。而後進一步深入探究了活性層堆積取向、界面層表面能與器件性能之間的關系,並將此界面修飾策略應用於反型器件電子傳輸層研究之中。此外,該策略也能應用於鈣鈦礦太陽能電池,採用生物聚合物肝素鈉改善了電子傳輸層的表面能,鈍化了界面缺陷,同時提高器件的效率和穩定性。 在前期工作的基礎上,該研究團隊利用基於原子力顯微鏡的峰值力定量納米力學模式(PFQNM)技術,成功表徵了有機太陽能電池空穴傳輸層表面的納米級表面能分布。研究中發現,摻雜不同橫向尺寸的MoS2納米片,可以有效調控PEDOT:PSS層的表面能微觀分布,增強表面能分布的非均一性。這種非均一性的納米級表面能分布可以進一步調控活性層的分子排列和結晶取向,調控活性層給體和受體間的相分離。由於表面能分布調控策略對活性層形貌的優化,太陽能電池器件的性能和穩定性均得到提升,並實現了18.27%的光電轉換效率(經中國計量科學研究院認證的效率為17.80%)。當給受體之間表面能之差越大,該策略對其器件效率的提升率越高。 上述研究工作得到了其他合作者的支持,以及科技部、國家自然科學基金委和中科院相關項目等的資助。 PEDOT:PSS薄膜和MP-2薄膜的納米級表面能分布;非均一性的表面能分布與給受體間的表面能差異、器件效率提高之間的聯系來源:cnBeta

吸入式納米噴霧技術給呼吸道黏膜穿上「防護服」

近日,天津大學醫學工程與轉化醫學研究院(簡稱「天津大學醫工院」)研發了一種可激發呼吸道黏膜免疫保護的吸入式納米噴霧技術,以阻斷病毒通過呼吸道途徑侵入機體。實驗對比數據顯示,這種可吸入納米噴霧接種方式與肌肉注射相比,能誘導相同水平的免疫球蛋白(IgG)抗體產生,更加重要的是能特異性激活呼吸道黏膜免疫,產生更高滴度的分泌型免疫球蛋白(SIgA),使呼吸道黏膜具有更強的保護作用,有望為預防呼吸道病毒提供新的借鑒。上述研究成果近期刊登在《化學工程期刊》。 科技日報記者 陳曦 通訊員 趙暉 據了解,新冠病毒主要通過呼吸道進行傳播,而呼吸道黏膜是防止呼吸道病毒入侵的第一道屏障,激活黏膜免疫以保護機體免受病毒感染至關重要。但目前的疫苗均為注射接種式免疫,故必須去專門指定機構由專業醫務人員進行接種,此外還有疼痛和易感染的風險,給受試者帶來了諸多不適。 天津大學醫工院研發團隊通過構建仿新冠病毒納米顆粒開發了一種新型納米噴霧技術。該仿病毒顆粒由「衣殼」、「刺突蛋白」和「核酸」三部分組成。其中仿病毒顆粒的「衣殼」由仿生肺表面活性脂質體組成,當肺部本身存在的表面活性蛋白與仿生肺表面活性脂質體結合,仿病毒顆粒可被高效轉運進入肺巨噬細胞中,解決了常規呼吸道接種時疫苗難以進入機體的缺陷;「核酸」Poly(I:C)是一種免疫佐劑,作為免疫激活「幫手」,能夠高效活化Toll樣受體3(TLR3)通路,觸發多種免疫激活細胞因子的分泌,從而調動多種免疫細胞來提高疫苗的免疫應答效率;脂質體外層通過催化共價連接的新冠病毒抗原受體結合域(RBD)蛋白可作為仿病毒納米顆粒的「刺突蛋白」。 通過這種模仿新冠病毒結果的方式可以聚集和提供大量抗原,解決了新冠病毒抗原免疫原性低的缺點,增強了疫苗的免疫激活效果。該文的第一作者、天津大學醫工院副教授鄭斌表示,這一結構完全模擬了新冠病毒的尺寸、結構和感染方式,可更加高效的激活機體的呼吸道黏膜免疫,以獲得更好的抗新冠病毒感染效果。 動物實驗結果表明,吸入式接種相較於肌肉注射和皮下注射可特殊的激活呼吸道黏膜免疫,使呼吸道中T、B淋巴細胞被有效活化,並在呼吸道黏膜中檢測到高滴度的抗SARS-CoV-2的分泌型免疫球蛋白(SIgA),以高效中和通過呼吸道侵入的病毒,阻止其進入體內。由於其成分清晰、簡單,該技術具有較好的安全性和普適性。噴霧接種方式也更加安全舒適,易於被受試者接受。 這種可吸入的納米噴霧技術有望為預防呼吸道病毒提供新的途徑。據悉,目前該科研成果已與企業對接,開展合作研究,以期進行臨床試驗。 (受訪者供圖)來源:cnBeta

在納米尺度上捕獲和利用光的新的基本極限

來自南安普頓大學和蘇黎世聯邦理工學院的物理學家們在納米尺度上達到了光-物質耦合的一個新門檻。這項國際研究最近發表在《自然-光子學》上,它結合了理論和實驗發現,確定了我們限制和利用光的能力的一個基本限制。 合作的重點是在一個二維電子氣體的頂部以不斷縮小的尺寸製造的光子納米天線。該裝置通常被世界各地的實驗室用來探索強電磁耦合的效果,利用天線捕獲和聚焦靠近電子的光的能力。 南安普頓大學量子理論和技術小組主任西蒙娜`德`利伯拉圖教授說:"能夠在極小體積內聚焦光的光子諧振器的製造被證明是一項關鍵技術,目前正在使材料科學、光電子學、化學、量子技術等不同領域取得進展。特別是,聚焦後的光可以與物質發生極強的相互作用,使電磁學變得非微擾性。然後,光可以被用來改變與之相互作用的材料的特性,從而成為材料科學的一個強大工具。光可以有效地被編織成新型材料"。 科學家們發現,當實驗開始激發傳播的質子時,光不能再被限制在一個臨界尺寸以下的系統中,在所研究的樣品中為250納米左右。這導致電子波從共振器上移開,並使光子的能量溢出。 蘇黎世聯邦理工學院的Jérôme Faist和Giacomo Scalari教授小組進行的實驗獲得的結果無法用對光-物質耦合的最先進理解來解釋。物理學家們找到了南安普頓的物理和天文學學院,那裡的研究人員領導了理論分析,並建立了一個能夠定量再現這些結果的新理論。 德`利伯拉圖教授認為,新發現的極限還可能被未來的實驗所超越,從而釋放出取決於超封閉電磁場的巨大技術進步。來源:cnBeta

科學家首次用實驗揭示了單個催化劑納米粒子變活躍的情況

據媒體報導,一個由DESY領導的研究小組一直在使用高強度的X射線來觀察單個催化劑納米粒子的工作情況。該實驗首次揭示了單個納米粒子表面的化學成分如何在反應條件下發生變化從而使其變得更加活躍。由DESY的Andreas Stierle領導的團隊在《Science Advances》上介紹了他們的發現。 這項研究標志著向更好地理解真正的工業催化材料邁出了重要一步。 催化劑是促進化學反應而自身不被消耗的材料。現在,催化劑被用於許多工業過程,從化肥生產到塑料製造。正因為如此,催化劑具有巨大的經濟意義。一個非常著名的例子是安裝在汽車排氣系統中的催化器。這些催化器含有鉑、銠和鈀等貴金屬,可以使劇毒的一氧化碳(CO)轉化為二氧化碳(CO2)並減少有害的氮氧化物(NOx)的數量。 「盡管它們被廣泛使用並且非常重要,但我們仍對各種催化劑如何工作的許多重要細節一無所知,」DESY納米實驗室的負責人Stierle說道,「這就是為什麼我們長期以來一直想在運行中研究真正的催化劑」。然而這項工作並不容易,為了使活性表面盡可能大,催化劑通常以微小的納米顆粒形式使用,並且影響其活性的變化發生在其表面。 表面應變與化學成分有關 在歐盟納米科學鑄造和精細分析(NFFA)項目的框架內,來自DESY納米實驗室的團隊開發了一種技術用於標記單個納米粒子,這樣可以在樣品中識別出它們。「為了這項研究,我們在實驗室里的一個基底上培育出了鉑銠合金的納米顆粒,並對一個特定的顆粒進行了標記,」來自DESY納米實驗室的共同作者、負責DESY項目的Thomas Keller說道,「被標記的粒子的直徑約為100納米,它類似於汽車催化轉換器中使用的粒子。」 一納米為一毫米的百萬分之一。 通過利用來自法國格勒諾布爾歐洲同步輻射設施ESRF的X射線,該團隊不僅創建出納米粒子的詳細圖像還測量出其表面的機械應變。來自卡爾斯魯厄理工學院(KIT))的合著者Philipp Pleßow解釋稱:「表面應變跟表面成分有關,特別是鉑原子和銠原子的比例,」他的小組計算了應變跟表面成分的關系。通過比較觀察到的和計算出的與表面有關的應變,可以得出有關顆粒表面化學成分的結論。納米粒子的不同表面被稱為刻面,就像切割寶石的刻面一樣。 當納米粒子生長時,其表面主要由鉑原子組成,因為這種構型在能量上是有利的。然而,科學家們研究了粒子的形狀和它在不同條件下的表面應變,其中包括汽車催化轉換器的工作條件。為了做到這一點,他們將粒子加熱到約430攝氏度並允許一氧化碳和氧氣分子通過它。Pleßow指出:「在這些反應條件下,顆粒內的銠變得流動並遷移到表面,因為它跟氧氣的相互作用比鉑金更強。這也是理論所預測的。」 來自DESY的合著者Ivan Vartaniants其團隊將X射線衍射數據轉換成三維空間圖像。Vartaniants報告稱:「結果,表面應變和粒子的形狀發生了變化。一個依賴面的銠富集發生從而形成了額外的角落和邊緣」。表面的化學成分以及顆粒的形狀和大小對其功能和效率有著很大的影響。然而科學家們只是剛剛開始了解這些究竟是如何聯系的以及如何控制納米粒子的結構和組成。X射線使研究人員得以檢測到應變中低至千分之0.1的變化,在這個實驗中,這相當於大約0.0003納米(0.3皮米)的精度。 邁向分析工業催化劑材料的關鍵一步 DESY首席科學家、漢堡大學納米科學教授Stierle表示:「我們現在第一次可以觀察到這種催化劑納米粒子在運行時的結構變化細節。這是向前邁出的重要一步,另外還幫助我們了解利用合金納米粒子的整個反應類別。」 「我們的調查是分析工業催化材料的重要一步,」Stierle指出。據悉,到目前為止,科學家們不得不在實驗室中培育模型系統以進行此類調查。「在這項研究中,我們已經達到了可以做到的極限。利用DESY計劃中的X射線顯微鏡PETRA IV,我們將能在真正的催化劑中和反應條件下觀察小十倍的單個顆粒,」Stierle說道。來源:cnBeta

科學家為細菌注入銀納米粒子以提高燃料電池的功率效率

據媒體報導,一個由加州大學洛杉磯分校領導的工程師和化學家團隊在開發微生物燃料電池方面邁出了一大步--該技術利用天然細菌從廢水中的有機物中提取電子以產生電流。一項詳細說明這一突破的研究已發表在《科學》上。 這項研究的論文共同通訊作者、加州大學洛杉磯分校塞繆里工程學院材料科學與工程系教授兼主任Yu Huang表示:「利用廢水中發現的細菌的活體能量回收系統為環境可持續性努力提供了一記重拳。細菌的自然種群可以通過分解有害的化學物質來幫助消除地下水的污染。現在,我們的研究還展示了一種從這一過程中利用可再生能源的實用方法。」 該團隊專注於Shewanella屬細菌,這些細菌因其能源生成能力而被廣泛研究。它們可以在所有類型的環境中--包括土壤、廢水和海水--生長和繁殖,而不受氧氣水平的影響。 沙瓦氏菌物種自然地將有機廢物分解成更小的分子,電子是代謝過程的副產品。當這些細菌在電極上長成薄膜時,一些電子可以被捕獲並形成一個微生物燃料電池進而產生電力。 然而,由單胞沙瓦氏菌驅動的微生物燃料電池以前沒有從細菌中捕獲足夠的電流,進而以使該技術在工業上具有實用性。很少有電子能快速移動到足以逃離細菌的膜並進入電極以提供足夠的電流和功率。 為了解決這個問題,研究人員在由一種氧化石墨烯組成的電極上添加了銀的納米顆粒。這些納米顆粒釋放出銀離子,細菌利用其新陳代謝過程中產生的電子將其還原為銀納米顆粒,然後融入其細胞中。一旦進入細菌體內,銀顆粒就像微型傳輸線一樣捕捉細菌產生的更多電子。 該研究的論文另一位通訊作者、加州大學洛杉磯分校化學和生物化學教授Xiangfeng Duan指出:「將銀納米粒子加入細菌中就像為電子創造了一條專用快車道,這使得我們能以更快的速度提取更多的電子。」 隨著電子傳輸效率的大幅提高,所產生的銀浸泡的Shewanella薄膜向外部電路輸出了80%以上的代謝電子並產生了每平方厘米0.66毫瓦的功率--比以前微生物基燃料電池的最佳值高出一倍以上。 隨著電流的增加和效率的提高,這項由美海軍研究辦公室支持的研究表明,由銀-沙瓦氏菌混合細菌驅動的燃料電池可能為實際環境中的足夠功率輸出鋪平道路。來源:cnBeta

違反直覺的事實:溶解的鹽可以在納米尺度上重新組合

廚師們都知道,一丁點的鹽--主要由化合物氯化鈉組成--在掉入一鍋甚至是室溫的水中時就會溶解。但是,作為一個花了幾十年時間研究物質在被限制在無限小的空間里時如何表現的化學家,內布拉斯加大學林肯分校的曾曉成也知道,在宏觀尺度上發生的事情不一定在納米尺度上成立。 曾和他的同事最近進行了計算機模擬,以確定當氯化鈉和它的鹹味表親氯化鋰被淹沒在由兩面光滑的拒水牆接壤的納米級水流中時,它們會有什麼反應。 食鹽的主要成分氯化鈉(左)和氯化鋰(右)的原子級渲染圖。 曾曉成等人的新研究表明,當被限制在一個納米空間時,鈉(深藍色)和氯(淺藍色)原子在被溶解後可以重新組合。根據該團隊的模擬,鋰(粉紅色)和氯原子也能做到這一點。 這些模擬預測了一些非常反常的事情。根據模擬結果,在最初溶解在水中後,氯化鈉和氯化鋰的帶電、隨機分散的原子將自發地重新組合成二維層。在氯化鈉的情況下,該層將與它的固體、預溶解狀態相同:一個正方形的結晶圖案,每個鈉原子被四個氯原子包圍,或者反之。對於氯化鋰來說,該層將包括六邊形環--三個鋰原子,三個氯原子--或者人字形的原子鏈,或者兩者都是。 根據研究小組的計算,出現這種意想不到的行為,部分原因是納米級的限制降低了帶電原子--鈉、鋰或氯--與通常在其周圍形成殼的水分子之間的相互作用強度。研究人員發現,這種水化殼通常會使鈉和氯等帶相反電荷的粒子在溶解後不會重新組合--但當被限制在一個納米級空間時就不會。 曾和他的計算化學家同事希望他們的預測將鼓勵其他研究人員進行實驗,以驗證或挑戰他們的模擬結果。這些預測最終可能為設計運送帶電原子以重現神經元活動的納米流體裝置提供有用的信息。來源:cnBeta

物理學家解決了一個令人困惑的納米級之謎 可幫助防止電子產品過熱

科羅拉多大學博爾德分校的一個物理學家團隊已經解決了納米領域一個令人困惑的現象背後的奧秘:為什麼一些超小的熱源在你把它們擠得更近時冷卻的更快。這一發現將於本周發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上,有朝一日可以幫助科技行業設計出更快的電子設備的同時減少過熱。 這項研究始於一個無法解釋的觀察。2015年,由JILA的物理學家Margaret Murnane和Henry Kapteyn領導的研究人員在矽基上用比人的頭發寬度還要薄很多倍的金屬條進行實驗。當他們用雷射加熱這些金屬條時,發生了一些奇怪的事情。這些納米級的熱源通常不會有效地散去熱量。但是如果你把它們緊緊地包在一起,它們就會更快地冷卻下來。 現在,研究人員知道為什麼會發生這種情況。 在新的研究中,他們使用基於計算機的模擬來跟蹤熱量從他們的納米大小的條狀物中通過。他們發現,當他們把熱源放在一起時,它們產生的能量振動開始相互反彈,將熱量散射出去,使條狀物冷卻下來。 該小組的結果突出了設計下一代微小設備的一個主要挑戰,如微處理器或量子計算機晶片。當你縮小到非常小的尺度時,熱量並不總是像你認為的那樣表現出來。 研究人員補充說,設備中的熱量傳輸很重要。計算機晶片等電子產品的設計中,即使是微小的缺陷,也會使溫度升高,增加設備的磨損和撕裂。隨著科技公司努力生產越來越小的電子產品,他們將需要比以往更加關注聲子--在固體中攜帶熱量的原子的振動。熱流涉及非常復雜的過程,使其難以控制。但是,如果能夠理解聲子在小尺度上的行為,那麼我們就可以調整它們的傳輸,使我們能夠建造更有效的設備。 為了做到這一點,Murnane和Kapteyn以及他們的實驗物理學家團隊與Ann and H.J. Smead航空航天工程科學系教授Mahmoud Hussein領導的理論家小組聯合起來。他的小組專門研究模擬,或對聲子的運動進行建模。研究人員重現了他們幾年前的實驗,但這次完全是在計算機上進行的。他們建立了一系列矽條的模型,像火車軌道的板條一樣並排鋪設,並對它們進行加熱。 這些模擬是如此詳細,以至於該團隊可以從頭到尾跟蹤模型中每一個原子的行為--總共有幾百萬個原子,就如同在挑戰科羅拉多大學博爾德分校的Summit超級計算機的內存極限。 這項技術得到了回報。例如,研究人員發現,當他們將矽條間隔得足夠遠時,熱量往往會以一種可預測的方式從這些材料中散發出去。能量從矽條上泄漏到它們下面的材料中,向各個方向消散。 然而,當這些矽條靠得更近時,發生了另一種情況。隨著來自這些源頭的熱量散開,它有效地迫使能量更強烈地流向遠離源頭的統一方向,就像體育場里的一群人互相推搡並最終躍出出口。該小組將這種現象稱為"定向熱導流"。 這種現象增加了熱量向下進入基材並遠離熱源的傳輸。研究人員懷疑,工程師們有朝一日可以利用這種不尋常的行為來更好地掌握小型電子器件中的熱流--將能量引向所需的路徑,而不是讓它亂跑。目前,研究人員認為最新的研究是來自不同學科的科學家在一起工作時能夠做到的。來源:cnBeta

宇宙原始黑洞僅有原子大小:半徑大約只有0.23納米

9月22日消息,據媒體報導,自古以來,人類就想解釋宇宙中最難以預測、最令人不安的現象,盡管人類歷史所有文明都持續不斷地進行天文學研究,但是一些「不可預測」的天文事件,例如:彗星或者日食,被認為是「不幸的預兆」或者「神靈的暗示行為」。 1066年,諾曼公爵威廉推翻撒克遜國王哈羅德二世政權,當時這一重大歷史轉折點被歸因於一顆彗星(之後被命名為「哈雷彗星」)帶來的壞兆頭;公元939年,萊昂國王拉米羅二世率領軍隊與Caliph Ad al-Rahman在西曼卡斯(現今西班牙巴利亞多利德地區)作戰,突然出現的日全食引起了雙方軍隊的恐慌,使戰鬥推遲了數天。 那麼,人類祖先對宇宙中存在的天體會做出怎麼的反應呢?例如:黑洞會吞噬所有事物,包括光。雖然迄今科學家已經觀測到最大的黑洞,並拍攝到該黑洞的照片,同時,科學家在近期研究中還展示了微型黑洞——鉀原子大小的黑洞,半徑約0.23納米(相當於1米的2.3億分之一)。這些原子大小的黑洞形成於大爆炸初期,甚至可能構成宇宙中所有暗物質的總和。 拍攝黑洞 2019年,位於全球不同地區的8個射電望遠鏡拍攝到第一張巨大黑洞照片,該黑洞的質量相當於太陽的65億倍,位於梅西耶87星系中心,距離地球大約5500萬光年(相當於9.5萬億公里的距離)。 如果所拍攝的天體能捕獲光線,它就無法被相機記錄下來,畢竟相機是基於光線變化成像的,但是研究人員可以有其他的選擇,我們可能不觀察物體自身,而是觀察黑洞吞噬的恆星殘骸,從而證實黑洞的存在。 這些恆星物質以超快速度環繞黑洞周圍,當它的溫度達到100萬攝氏度時,其亮度就可以被探測到,環繞黑洞的物質盤被稱為「吸積盤」,被認為是黑洞邊緣,一旦吸積盤通過,任何事物都無法逃脫,我們將它稱為「黑洞視界」。 原始黑洞 宇宙中黑洞的重要部分是由恆星在其最後生命階段消耗所有燃料的引力坍塌所導致的,它們被稱為「恆星黑洞」,事實上,並不是所有恆星在生命末期都會演變成為黑洞,當恆星核心質量低於2-3倍太陽質量時,恆星黑洞就無法形成。 也就是說,存在一個恆星質量最小閾值,低於該質量,恆星就不會坍縮形成黑洞,舉個例子,太陽在生命末期無法演變成一個黑洞,但是其他大質量恆星,像紅色超巨星參宿四,將不可避免地變成黑洞。 同時,還有其他一些黑洞被稱為「原始黑洞」,正如它們的名稱所示,這些黑洞是在大爆炸最初時刻形成的,也就是宇宙誕生之初的時期,理論上原始黑洞可以擁有任何等級的質量,它們的大小從亞原子粒子至半徑數百公里不等。 至於黑洞,超大質量黑洞幾乎不釋放輻射,而最小質量黑洞釋放的輻射最多,但是該現象是如何實現的呢?超大質量黑洞幾乎不釋放輻射,卻能捕獲一切事物,甚至包括光。 上世紀70年代中期,著名物理學家史蒂芬·霍金給出了答案,他假設在黑洞視界附近的量子效應可能會產生從黑洞逃逸的粒子,也就是說,不通過任何其他方式增加質量的黑洞將逐漸失去質量,最終蒸發消失。同時,霍金於1974年提出了黑洞輻射的概念,該概念是指以量子效應理論推測出的一種由黑洞散發出來的熱輻射。該理論能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。 黑洞輻射理論對於低質量黑洞更為明顯:一個100萬倍太陽質量的超大質量黑洞的蒸發時間比宇宙當前的年齡更長,然而,質量僅1000噸重量的黑洞會在46秒內蒸發消失。在黑洞蒸發的最後階段,它們會爆炸並產生大量伽馬射線(一種比X射線更強的輻射)。 捕獲原子大小的原始黑洞 那麼,在原子大小的黑洞完全蒸發之前,如何證明它們的存在呢?在近期對原子大小黑洞的研究中,科學家提出一種天體物理學假設,即這些微型黑洞可能被某個超大質量黑洞捕獲,當原子大小的黑洞接近特大質量黑洞時,從地球角度可探測到的黑洞輻射比例逐漸減少,直到縮小至一束光大小。來源:cnBeta

科學家開發「智能服裝」 使用碳納米管纖維來保持對心臟的監測

據媒體報導,萊斯大學研究人員近日展示了一種帶有碳納米管線的服裝,該服裝可對穿著者的心臟進行持續監測。如果你舒適的服裝能做得更好,就沒有必要戴上不舒服的智能手錶或胸帶來監測你的心臟。這就是萊斯大學實驗室開發的"智能服裝"背後的想法,該實驗室採用其導電納米管線將功能編織到常規服裝中。 該校布朗工程學院化學和生物分子工程師Matteo Pasquali的實驗室在美國化學學會雜志《納米通訊》上報告說,它將納米管纖維縫入運動服,以監測心率並對穿著者進行持續的心電圖監測。 據研究人員說,這種纖維與金屬線一樣具有導電性,但可清洗、舒適,而且當身體處於運動狀態時,斷裂的可能性小得多。總的來說,他們加強的服裝在收集數據方面比在實驗中進行現場測量的標准胸帶式監測器更好。當與商業醫療電極監測器相匹配時,碳納米管服裝的心電圖效果略好。 "這件服裝必須緊貼胸部,"該研究的主要作者、萊斯大學研究生勞倫-泰勒說。"在未來的研究中,我們將專注於使用更密集的碳納米管線塊,以便有更多的表面積接觸皮膚。" 研究人員指出,納米管纖維柔軟而有彈性,加入了它們的衣服可以機洗。這些纖維可以像標准線一樣用機器縫在織物上。之字形的縫合模式允許織物拉伸而不破壞它們。 泰勒說,這些纖維不僅能與穿戴者的皮膚提供穩定的電接觸,還能作為電極連接藍牙發射器等電子設備,將數據轉發到智能手機上,或連接到可以放在用戶口袋裡的Holter監測器。 Pasquali的實驗室在2013年推出了碳納米管纖維。從那時起,每根含有數百億個納米管的纖維已被研究用於修復受損心臟的橋梁,作為大腦的電接口,用於人工耳蝸,作為柔性天線以及汽車和航空航天應用。它們的開發也是基於萊斯大學的碳中心的一部分,這是一個由萊斯大學領導的多大學研究倡議,於2019年啟動。 最初的納米管絲大約有22微米寬,太細了,縫紉機無法處理。泰勒說,使用了一個制繩機來製造可縫制的線,基本上是三束,每束七根細絲,織成與普通線大致相當的尺寸。 泰勒說:"我們與一個賣小機器的人合作,這個小機器是為模型船製作繩索而設計的,"泰勒說,他們起初試圖用手編織線,但成功率有限。"他能夠為我們製作一個中等規模的設備,可以做到這一點。" 她說,"之"字形圖案可以進行調整,以考慮到一件運動服或其他織物可能的拉伸程度。泰勒說,該團隊正在與Mehdi Razavi博士和他在德克薩斯心臟研究所的同事合作,以弄清如何最大限度地與皮膚接觸。 研究人員表示,織入織物的纖維還可以用來嵌入天線或LED。對纖維的幾何形狀和相關的電子器件稍作修改,最終可以讓衣服監測生命體征、用力或呼吸頻率。 泰勒指出,其他潛在用途可能包括汽車或軟體機器人的人機界面,或作為天線、健康監測器和軍服的防彈保護。她說:「我們幾年前與一個合作者證明了碳納米管纖維在單位重量上比凱夫拉爾纖維更好地消散能量,而且這還沒有我們後來在抗拉強度方面取得的一些進展。」 "我們看到,在全世界的實驗室中經過20年的發展,這種材料在越來越多的應用中發揮作用,"Pasquali說。"由於結合了導電性、與皮膚的良好接觸、生物相容性和柔軟性,碳納米管線是可穿戴設備的一個自然組成部分。" 他說,可穿戴設備市場雖然相對較小,但可以成為新一代可持續材料的一個切入點,這些材料可以通過直接分裂從碳氫化合物中提取,這一過程也可以產生清潔的氫氣。開發這種材料是碳中心的一個重點。 "我們現在的情況與幾十年前的太陽能電池一樣,"Pasquali說。「我們需要能夠為擴大生產規模和提高效率提供動力的應用領導者。」來源:cnBeta

俄科學家發明納米膠囊治療癌症

今年托木斯克的科學家發明了一種「納米包裝」,用於包裝治療癌症的放射性同位素錒-225。 納米膠囊將錒-225 牢牢地包裹在裡面,最大限度地降低釋放對活細胞有毒衰變副產品的風險。 錒-225 被認為是一種極有前景的放射性藥物,可用於治療各種晚期癌症。它會在衰變過程中釋放α粒子,在不傷害健康細胞的情況下「打擊」癌細胞。但該藥物有個嚴重缺點,衰變過程中會釋放有毒同位素,並積聚在肝髒、腎髒和脾髒中。據科學家介紹,這也是抑制其在臨床實踐中廣泛應用的原因。 發明人之一、托木斯克理工大學首席研究員亞歷山大·季明 (Alexander Timin) 說:「科學家和醫生密切關注錒的原因,還在於它被認為是一種通用同位素,也就是說,理論上它可用於治療各種類型的腫瘤疾病,但問題在於其毒性。這里有兩個任務,將錒快速送到癌細胞,同時保護患者免受α衰變的副作用。目前世界上還沒有能做到這兩點的完全成熟的技術。」此前已經為這種同位素製造過外殼,但所有試樣均非常不穩定且不可靠。 為了治療安全,同位素被裝在一個由生物降解聚合物製成的膠囊中,隨著時間的推移,聚合物在體內分解成無害元素。但這種設計並不十分可靠。托木斯克理工大學的研究人員想出了保護病人免受α衰變副產品影響的辦法。該校化學和生物醫學技術研究院首席研究員季明說:「我們採用化學方法,先將同位素與白蛋白分子結合,然後將結合物放進聚合物溶液中。白蛋白在溶液中與聚合物中形成牢固的共價鍵,也就是說蛋白結合同位素實際上被一個球體包裹。」 聖彼得堡俄羅斯格拉諾夫院士放射與外科技術科學中心的研究人員對小鼠進行了試驗。裝在膠囊中的錒-225 被送到黑色素瘤細胞附近。研究表明,特殊包裝使錒的療效提高到 40%。 動物實驗數據顯示,藥物在腎髒中的積累不超過總量的 5%, 模擬系統中積累為 30% 到 50%。 也就是說膠囊非常可靠地攔住了「有毒物」。本文刊載自《環球時報》「透視俄羅斯」專刊,內容由《俄羅斯報》提供。來源:cnBeta

科學家將銀納米顆粒添加到細菌 以獲得更高效的微生物燃料電池

據媒體報導,微生物燃料電池是一種頗具前景的發電新技術,但到目前為止,研究人員被它們的低效率所困擾。現在,加州大學洛杉磯分校的研究人員已經找到了從它們身上獲取更多能量的方法,即通過給細菌「餵食」銀來使它們更具導電性。 一些細菌通過其正常的新陳代謝過程產生電子,微生物燃料電池利用這一點來產生電力。在電極上的薄膜中培養它們,給它們餵食有機物,然後,研究人員就能獲得一個在幫助清理廢水的同時發電的設備。至少,這就是它在理想世界中的工作方式,但實際上很少有電子能夠以足夠快的速度逃離細菌膜並進入電極以提供足夠的電流和功率。。 因此,在新研究中,加州大學洛杉磯分校的團隊尋找到了提高發電量的方法。研究人員從名為Shewanella oneidensis的細菌開始,這是一種有前景的燃料電池微生物,在低氧環境中茁壯成長。事實證明,它的效率受到細菌膜的限制,電子很難通過它「逃逸」。 因此研究人員通過在細菌內部植入傳輸線來解決這個問題。研究小組在由氧化石墨烯製成的電極上培育出Shewanella oneidensis細菌,該電極中嵌入了銀離子。細菌將這些離子還原成納米顆粒,納入其細胞內,這有助於更多電子逃到其膜外。 該研究的通訊作者段向峰說:「將銀納米粒子加入細菌中,就像為電子創造了一條專用快車道,這使我們能夠提取更多的電子,而且速度更快。」 研究小組說,經過改進後,細菌現在將其產生的81%的電子送入電極。這產生了每平方厘米0.66毫瓦的功率,研究人員稱這是微生物燃料電池的最高功率密度,差距相當大。這一突破可能有助於使微生物燃料電池在現實世界中更加實用。 該研究發表在《科學》雜志上。來源:cnBeta

科學家設計出新型納米材料 從海水中產生清潔能源氫氣燃料

中佛羅里達大學(UCF)的研究人員首次設計出一種納米級材料,可以有效地從海水中獲取氧氣和清潔能源燃料--氫氣。這種材料提供了工業規模電解所需的高性能和穩定性,可以從海水中生產一種清潔能源燃料。 從海洋中提取的氫氣燃料可以成為化石燃料的豐富和可持續的替代品,但是這種潛在的動力源一直受到技術挑戰的限制,包括如何實際地採集它。 本月在《先進材料》雜志上發表的一項研究解釋了UCF團隊開發的用於催化反應的穩定且持久的納米級材料。 UCF納米科學技術中心的副教授和研究報告的共同作者楊陽說:「這一發展將為從海水中有效生產清潔氫燃料打開一扇新的窗口。」 據美國能源部稱,氫氣是一種可再生能源,如果更便宜和更容易生產,可以在應對氣候變化方面發揮重要作用。楊陽說,氫氣可以轉化為電力,用於燃料電池技術,產生水作為產品,並形成一個整體的可持續能源循環。 它是如何工作的 研究人員開發了一種薄膜材料,其表面的納米結構由添加了或"摻雜"鐵和磷的硒化鎳構成。這種組合提供了工業規模電解所需的高性能和穩定性,但由於系統內存在威脅效率的競爭性反應等問題而一直難以實現。 楊陽說,這種新材料以一種低成本和高性能的方式平衡了競爭性反應。利用他們的設計,研究人員實現了高效率和超過200小時的長期穩定性。 楊陽表示:「雙摻雜薄膜實現的海水電解性能遠遠超過了最近報導的最先進的電解催化劑的性能,並滿足了工業中實際應用所需的苛刻要求。」 研究人員稱,該團隊將努力繼續提高他們所開發的材料的電效率。他們還在尋找機會和資金,以加速和幫助這項工作的商業化。來源:cnBeta

新的納米材料可從海水中產生清潔能源氫氣燃料

來自海洋的氫氣燃料可以成為化石燃料的一種豐富和可持續的替代物,但是這種潛在的動力源一直受到技術挑戰的限制,包括如何實際收獲它。中佛羅里達大學的研究人員首次設計了一種納米級材料,可以有效地將海水分裂成氧氣和清潔能源燃料--氫氣。 將水分裂成氫氣和氧氣的過程被稱為電解,直到現在有效地完成這一過程一直是一個挑戰。 研究人員開發了一種穩定和持久的納米級材料來催化電解反應,如圖所示 本月在《先進材料》雜志上解釋了UCF團隊開發的用於催化反應的穩定且持久的納米級材料。這一發展將為從海水中有效地生產清潔的氫燃料打開一個新的窗口。氫氣是一種可再生能源,如果更便宜和更容易生產,可以在應對氣候變化方面發揮重要作用。 氫氣可以轉化為電力,用於燃料電池技術,產生水作為產品,並形成一個整體的可持續能源循環。研究人員開發了一種薄膜材料,其表面的納米結構由添加了或"摻入"鐵和磷的硒化鎳製成。這種組合提供了工業規模電解所需的高性能和穩定性,但由於系統內存在威脅效率的競爭性反應等問題而一直難以實現。 Yang是加州大學舊金山分校納米科學技術中心的副教授 這種新材料以一種低成本和高性能的方式平衡了競爭性反應。利用他們的設計,研究人員實現了高效率和超過200小時的長期穩定性。雙摻雜薄膜實現的海水電解性能遠遠超過了最近報導的最先進的電解催化劑的性能,並滿足了工業中實際應用所需的苛刻要求。該團隊將努力繼續提高他們所開發的材料的電效率。他們還在尋找機會和資金,以加速和幫助這項工作的商業化。來源:cnBeta

LED納米材料的關鍵發現:低成本、節能的新光源

據媒體報導,發光二極體(LED)是照明行業的無名英雄。它們運行效率高,散發的熱量少,持續時間長。現在,科學家們正在研究一種新材料以使LED在消費電子、醫藥和安全領域的應用變得更有效且壽命更長。 ...

科學家突破性地開發「納米多元素催化劑」 表現出”全能性和多功能性”

據媒體報導,日本的一個研究小組成功地開發了一種「納米多元素催化劑」,它含有14種元素,在原子水平上均勻地混合,並作為催化劑使用。由10種或更多元素組成的高熵合金可以作為催化劑,表現出"全能性和多功能性",能夠根據反應領域自由改變其形態並變得活躍。然而,到目前為止,生產由10種以上的元素組成的熵合金並不容易。原因是存在一些難以混合的元素的組合,如水和油。 由高知工科大學環境科學與工程學院的研究人員蔡澤興和Takeshi Fujita教授以及東京工業大學材料科學與工程學院的Masahiro Miyauchi 教授領導的聯合研究小組,通過一種被稱為去合金化的方法,通過合金中特定元素的選擇性腐蝕和洗脫,開發了一種"納米多元素催化劑"。製造方法很簡單:制備含有14種元素的鋁合金,通過使用鹼性溶液優先溶解鋁來製造納米多孔超級多元素催化劑。研究人員發現,通過使用這種方法,在製造出具有大比表面積(單位質量材料的表面積)、孔徑約為5納米的納米多孔結構的同時,鋁以外的其他元素在鹼性溶液中不溶解,以固溶體合金的形式累積聚集,其中14種元素在原子水平上均勻分布。 此外,由於多元素疊加效應(「雞尾酒效應」),納米多孔超級多元素催化劑被發現顯示出作為水電解電極材料的優良特性。由於這種催化劑含有多種不同的元素,因此有望在未來發展成為一種萬能的多功能催化劑。 這項研究是在日本科技振興機構(JST)的戰略基礎研究計劃CREST(團隊類型)下進行的,研究領域是:「利用多樣化天然碳資源的創新催化劑和創造技術」。 來源:cnBeta

野獸國 新品 極匠系列 電影 復聯4 鋼鐵俠 納米手套

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科學家開發可為LED燈供電的「納米發電機」木地板

據媒體報導,我們已經看到利用人體運動發電的想法已應用於許多領域,包括鞋類、道路,以及本周剛剛出現的用於治療受傷肌腱的植入式刺激器裝置。這些可能性之一是可以為電子設備提供能量的地板,蘇黎世聯邦理工學院的科學家們現在已經開發出了這種技術的高效形式,其足以為 LED 燈泡和小型電子設備供電。 多年來,科學家已經研究了一些能夠從人類運動中發電的創新地板解決方案,包括室內和室外使用的瓷磚,以及依靠壓電效應在機械壓力下產生電壓的海綿木材。這個新的例子與我們在2016年看到的另一個例子有一些相似之處,科學家將纖維素納米纖維嵌入木質地板中,通過所謂的摩擦電效應在振動時產生電荷。 摩擦電效應也構成了新的智能木地板的基礎,它由兩片經過處理的木材單板組成,下面有電極分層。但要使性能達到理想的水平,需要進行一些修補,以解決木材發電能力有限的問題。"木材基本上是中性的,"該研究的高級作者Guido Panzarasa說。「這意味著木材沒有獲得或失去電子的真正傾向。因此,挑戰是使木材能夠吸引和失去電子。」 該團隊的解決方案涉及在一塊木材上塗抹一種接觸後容易獲得電子的有機矽,並在另一塊木材上嵌入金屬離子和有機分子,使其具有更高的失去電子的傾向。這種處理方法在不同方向切割的不同種類的木材上進行了測試,然後該團隊找到了最有效的選擇,即徑向切割的雲杉。 據科學家們說,這種處理方法使他們的木材比天然木材的發電效率高80倍,並在長達1500次的穩定壓力下提供穩定的輸出。塑造成一塊大約A4紙大小的地板,這種材料可以產生足夠的電力為家用LED燈、計算器和其他小型電子產品供電。 Panzarasa說:「我們的重點是證明用相對環保的程序改造木材,使其具有產生摩擦電效應的可能性。雲杉很便宜,可以得到,而且具有良好的機械性能。這種功能化的方法相當簡單,而且可以在工業層面上進行擴展。這只是一個工程問題。」 科學家們現在正在努力改進他們對木材的處理,使其更加生態友好,並且在他們努力實現商業應用時更容易應用。對他們有利的是,「發電機」保持了木質地板的自然外觀和耐用性,這可能使它成為未來智能建築中注重風格的設計師的一個有吸引力的選擇。 Panzarasa說:「最終目標是了解木材的潛力,超越那些已經知道的潛力,並使木材具有新的特性,用於未來的可持續智能建築。」 這項研究發表在《Matter》雜志上。來源:cnBeta

萊斯大學研究人員利用導電碳納米管線研發出可以監測心臟活動的襯衫

許多人在鍛鍊時都喜歡關注自己的心率通常情況下,這意味著他們必須佩戴智能手錶或胸帶。萊斯大學的研究人員已經開發出一種智能襯衫,無需任何類型的可穿戴設備即可監測心率。研究人員利用編織在標准服裝上的導電碳納米管線開發了一件襯衫。 ...

研究人員用金屬納米結構重新安排光子分布以創造奇特的光源

幾十年來,學者們一直認為玻色子的量子統計特性在質子系統中得到了保留,因此不會產生不同形式的光。這個迅速發展的研究領域集中在光的量子特性和它與物質在納米級的相互作用。在光子和質子散射介導的光-物質相互作用中保留非經典關聯的可能性的實驗工作的刺激下,人們認為類似的動力學是定義光源性質的量子波動的保護基礎。 ...

[圖]科學家研發新型納米結構材料 防彈效果明顯優於Kevlar

來自加州理工學院、麻省理工學院和 ETH Zürich 的工程師近日開發出了一種由微小的碳支柱製成的納米結構材料,在防彈方面比目前主流的材料 Kevlar 更有效。 由加州理工學院材料科學家 Julia R. Greer 首創的納米結構材料具有在納米尺度上設計的結構,並表現出不尋常的、通常令人驚訝的特性——例如壓縮後,異常輕的陶瓷可以像海綿一樣彈回其原始形狀。 Greer 表示:「從這項工作中獲得的知識可以為超輕質抗沖擊材料提供設計原則,用於國防和太空應用所需的高效裝甲材料、保護塗層和防爆盾」。相關的研究發表在《Nature Materials》上。 這種材料比人的頭發還細,由相互連接的十四面體組成,這些四面體由在極熱條件下形成的碳支柱(稱為熱解碳)製成。四面體是具有 14 個面的結構:六個有四個邊,八個有八個邊。它們也被稱為「開爾文電池」(Kelvin cells),因為在 1887 年,開爾文勛爵(物理學家威廉湯姆森,第一代開爾文男爵,為了紀念他,我們以「開爾文」為單位聲明了絕對溫度)建議它們是填充空洞的最佳形狀具有相同大小物體的三維空間,使用最小的表面積。 為了制備這種包含層層堆疊的鏤空十四面體的三維納米結構碳材料,作者先使用雙光子光刻技術將預先設計好的交聯聚合物進行圖案化,然後在真空烘箱中加熱至 900 ℃,聚合物材料熱解碳化得到最終產品。 熱解碳材料通常是易碎的,但是十四面體的納米結構賦予了這種材料抵抗沖擊的性能。研究者制備了兩種不同密度的樣品,每種樣品各自由 13500 個十四面體單元組成,每個結構單元尺寸保持為 2.5±0.2 μ...

研究人員首次將一個玻璃納米粒子冷卻到量子系統

最近,由維也納大學和蘇黎世聯邦理工學院的研究人員共同進行的實驗首次將一個玻璃納米粒子冷卻到量子系統。為了做到這一點,研究人員讓粒子在雷射的幫助下被剝奪了動能。剩下的是運動,即所謂的量子波動,它不再遵循經典物理學的規律,而是量子物理學的規律。 實現這一目標的玻璃球比一粒沙子小得多,但仍由幾億個原子組成。與光子和原子的微觀世界相比,納米粒子讓人們了解到宏觀物體的量子性質。 與實驗物理學家馬庫斯·阿斯佩爾邁耶合作,由因斯布魯克大學和奧地利科學院量子光學和量子信息研究所的奧里奧爾·羅梅羅·伊薩特領導的理論物理學家團隊現在提出了一種利用納米粒子的量子特性進行各種應用的方法。 "雖然處於運動基態的原子在大於原子大小的距離上反彈,但處於基態的宏觀物體的運動卻非常非常小,"來自因斯布魯克團隊的塔利塔·魏斯和馬克·羅達·洛德斯解釋說。"納米粒子的量子波動比原子的直徑還要小"。 為了利用納米粒子的量子性質,粒子的波函數必須被大大擴展。在因斯布魯克量子物理學家的計劃中,納米粒子被困於光場中並被冷卻到基態。通過有節奏地改變這些場,粒子現在成功地在指數級大的距離上短暫地脫域。 即使是最小的擾動也可能破壞粒子的一致性,這就是為什麼通過改變光勢,只需要短暫地拉開粒子的波函數,然後立即再次壓縮它。通過反復改變電位,納米粒子的量子特性就可以被利用起來。 有了這項新技術,可以更詳細地研究宏觀的量子特性。事實也證明,這種狀態對靜態力非常敏感。因此,該方法可以實現高度敏感的儀器,可以用來非常精確地確定重力等力。使用這種方法同時膨脹和壓縮的兩個粒子,也有可能通過弱相互作用將它們糾纏在一起,並探索宏觀量子世界的全新領域。 與其他提案一起,這個新概念構成了歐洲研究理事會協同資助項目Q-Xtreme的基礎,該項目已於去年獲得批准。來源:cnBeta

科學家打造出能捕捉溶解在水中的二氧化碳的「納米罐」

據媒體報導,大氣中的二氧化碳在環境問題上備受關注,但其中大部分最終進入海洋並使海洋酸化。現在,科學家們創造了「納米罐」,它可以很容易地從水中捕獲這種污染物和其他污染物。這些納米罐是由銅離子、吡唑基團和氫氧根組成的重復單元分子,懸浮在有機溶劑中。 ...

山西大學在金納米粒子相干非線性效應研究中取得重要進展

8月21日,記者從山西大學獲悉,山西大學雷射光譜研究所肖連團教授團隊在金納米粒子相干非線性效應研究中取得重要進展。該成果在量子精密測量、光學傳感和生物醫學等方面有重要的應用前景。 ...

科學家開發特徵庫 更有效確認納米材料對環境的影響

科研人員近日開發了一名「特徵庫」,以幫助更快和更有成本效益地確定納米材料的環境影響。盡管納米材料已經使眾多行業受益,並徹底改變了日常生活,但人們仍然對潛在的不利影響感到擔憂,例如在不同器官中積累後的毒性影響以及共污染物質運輸的間接影響。 在歐盟 H2020 的資助下,NanoSolveIT 項目開發出了基於計算機的綜合測試和評估方法(IATA),用於檢測納米材料的環境健康和安全。在過去的兩年裡,伯明罕大學的研究人員與賽普勒斯尼科西亞的 NovaMechanics 公司的專家合作,以獨立的開放軟體和雲平台的形式開發決策支持系統。 該團隊開發了一個免費的雲庫,包含 69 種納米材料的全部物理化學特徵,加上計算出的分子描述符,以增加可用信息的價值,其細節發表在《納米影響》上。 伯明罕大學的 Iseult Lynch 教授評論說。"基於計算機的方法廣泛應用的限制之一是缺乏大型的組織良好的高質量數據集,或者缺乏具有足夠元數據的數據,這些數據將允許數據集的互操作性和它們的組合來創建更大的數據集。 來自NovaMechanics的Antreas Afantitis評論說:「在過去的兩年裡,這個項目已經提出了一些非常令人印象深刻的結果,發表了30多篇論文,使NanoSolveIT成為納米材料安全和信息學領域最活躍的項目之一」。來源:cnBeta

科學家開發納米粒子 在心臟病發作或中風前發出斑塊警報

據媒體New Atlas報導,心血管疾病是全球范圍造成死亡的最主要原因,但如果有更好的早期預警系統,這個數字可以減少。一項新研究概述了這樣一個系統,利用納米粒子使動脈粥樣硬化斑塊發出超聲波。 斑塊可以在人的一生中在動脈中積累,但潛在的最危險的斑塊被稱為「易損斑塊」(Vulnerable Plaque)。這些斑塊可能變得不穩定,並有更高的風險導致突然的健康問題,如心臟病發作或中風。 然而這些斑塊的不穩定性被認為主要是由試圖清除它們的免疫細胞造成的。被稱為單核細胞的炎症免疫細胞對動脈壁的刺激作出反應,然後轉變成巨噬細胞,其工作是「吞噬」有害的脂類。這些細胞的堆積可能會導致斑塊破裂,從而導致血塊堵塞血流。 因此在新研究中,密西根州立大學的研究人員利用這種免疫細胞的聚集來發揮其優勢。他們使用由碳納米管製成的納米粒子突出了免疫細胞--因此也突出了斑塊。 這項研究的作者Bryan Smith說:「我們新技術的力量在於其選擇性。如果你看一個正常的血管和一個有斑塊的血管,有斑塊的血管里有更多的巨噬細胞和單核細胞。而我們的方法實際上是在研究單核細胞和巨噬細胞。幾乎沒有其他細胞類型吸收納米粒子。」 一旦免疫細胞吸收了納米粒子,該團隊就可以用雷射照射動脈來尋找它們。納米粒子對光的反應是發出超聲波,然後可以被一個傳感器接收,提醒科學家們斑塊的存在。 Smith說:「我們將光照進動脈,在那裡我們投放了某些類型的顆粒,它們可以吸收光。作為這種能量釋放的產物,它們能夠以我們能夠檢測到的方式向我們『喊話』,並用於創建三維圖像。」 該團隊在小鼠身上測試了這一想法,並發現納米粒子使該團隊識別斑塊的能力比對照組強六倍。理想情況下,這可能會帶來一種新的方法,在斑塊引發心臟病發作或中風之前對其進行診斷,讓醫生有更多的時間進行干預。此前,同一個團隊的研究已經表明,這些納米粒子可以被用來直接輸送對抗斑塊的藥物。 該研究發表在《先進功能材料》雜志上。來源:cnBeta

研究:SARS-CoV-2納米體在對抗新冠變體中的突變時表現活躍

據媒體報導,根據匹茨堡大學和凱斯西儲大學的科學家們的新研究,SARS-CoV-2納米體--匹茲堡大學醫學院開發的用於中和動物體內病毒的微觀分子--在對包括德爾塔在內的變種中發現的突變的對抗反應表現非常活躍。 這項研究結果於2021年8月3日發表在《Nature Communications》上,其描述了納米體解除病毒、阻止其感染細胞和引發COVID-19的三種不同機制。 這種近原子水平的結構分析為未來可能對抗各種冠狀病毒的疫苗和治療方法的開發提供了指導。 匹茨堡大學細胞生物學助理教授、這項研究的論文資深作者Yi Shi博士表示:「這是第一次有人根據其結構系統地對超強納米體進行分類。通過這樣,我們不僅提供了納米體用於抗擊SARS-CoV-2的機制的細節,還揭示了如何設計未來的治療方法的方向。」 去年年底,Shi及其團隊宣布,他們從大羊駝中提取了微小但極其強大的SARS-CoV-2抗體片段,其可以被製成可吸入療法從而預防和治療COVID-19。自那時以來,臨床前研究已經證實,這種有效的納米體可以預防和治療倉鼠的重症COVID-19,跟安慰劑相比,可以將它們呼吸道中的病毒顆粒減少100萬倍。 在這項最新研究中,Shi和匹茨堡大學結構生物學家Cheng Zhang博士和James Conway博士及凱斯西儲大學的藥理學家、結構生物學家和生化學家合作,他們通過使用高解析度低溫電子顯微鏡觀察納米體與SARS-CoV-2病毒的相互作用來阻止其感染細胞,另外他們還發現了變異中發現的突變是如何影響納米體相互作用的。 「低溫電子顯微鏡已經被多次證明是一種非常有用的工具,它可以看到高解析度的結構信息,」研究論文資深作者、凱斯西儲醫學院藥理學研究科學家Wei Huang博士說道,「納米體是多功能和穩定的生物制劑,可以用於其他研究如癌症。」 據悉,研究團隊選擇了8個有效的納米體展開了進一步的研究。首先,他們通過觀察證實,一些納米體可以對抗阿爾法(跟英國有關的一種變體)、德爾塔(跟印度有關的一種變體)和其他幾個令人擔憂的SARS-CoV-2變體。 他們還根據納米體跟刺突蛋白的相互作用將其分為三大類: I類的競爭對手是刺突蛋白跟人類細胞結合的那部分,可阻止病毒進入細胞; II類在刺突蛋白上的一個區域結合,該區域在冠狀病毒的幾種排列中都存在,包括最初的SARS-CoV-1。這意味著它可以中和SARS-CoV-2及其變異,並且還可以中和其他冠狀病毒; III類附著在刺突蛋白的一個特定區域上,這是較大的抗體無法接觸到的。通過跟該區域結合,納米體可以阻止蛋白質以進入人體細胞所需的方式折疊。 Shi表示:「描述所有這些漏洞和阻止SARS-CoV-2和冠狀病毒的方法具有巨大的潛力。這不僅將幫助我們的團隊選擇和提煉納米體來治療和預防COVID-19,而且還可能帶來通用疫苗,這將不僅可以預防COVID-19還可以預防非典、中東呼吸綜合征和其他冠狀病毒引起的疾病。」來源:cnBeta

「納米分子飛彈」來了 癌細胞哪里逃

世間萬物皆有規律,哪怕是小到一個細胞,也有規律可循。一個細胞變為兩個細胞,兩個細胞變為4個細胞……人體內所有細胞都是經過這樣的分裂過程產生的。在正常情況下,人體能夠精準控制體內的細胞分裂過程——哪些細胞應該分裂,分裂什麼時候開始,什麼時候結束,分裂進行幾次,這些都需要遵循嚴格的秩序。 從左至右分別為論文共同通訊作者李洋、論文共同第一作者邵喜明、論文共同通訊作者李紅昌、論文共同通訊作者喻學鋒。 黑磷納米材料阻斷細胞有絲分裂的分子機制。中國科學院深圳先進院供圖 然而,當癌症發生時,少數細胞擺脫了這些規則的約束,開始無休止地分裂,最終在本不該發生細胞增殖的部位,產生大量細胞聚集,即表現為腫瘤。細胞分裂失控,是腫瘤不斷增殖的重要原因,因此減緩甚至抑制細胞分裂,被認為是腫瘤治療的最有效策略之一。 前不久,中國科學院深圳先進院的研究團隊發現,一種名為黑磷納米的材料,可以影響細胞分裂的進行,進而為腫瘤納米藥物的研發,提供了新思路。 8月5日,中國科學院深圳先進院李紅昌團隊、喻學鋒團隊和李洋團隊等合作完成的這項研究成果,發表於國際學術期刊《自然—納米技術》。李紅昌課題組副研究員邵喜明和研究助理丁智昊為論文並列第一作者,李紅昌、喻學鋒和李洋副3位研究員為論文共同通訊作者,中國科學院深圳先進技術研究院為第一作者單位和通訊作者單位。 李紅昌說,在過去幾十年,基於納米技術的藥物研發已經被廣泛開展。在抗腫瘤領域,納米藥物可以提供更好的靶向性和優異的藥學性質,因此被寄予厚望。但是,目前已有的納米藥物,大都屬於納米載體藥物,這種藥物只是對傳統藥物的改良,納米材料在其中僅僅充當了藥物載體的功能。 「如果把納米藥物整體比作一個膠囊,納米材料其實只發揮了『殼』的作用。納米材料能否上升到『核心藥物』的地位,關鍵在於能否發現具備詳細生物機制和明確成藥機理的納米材料。」李紅昌說。 在此次研究中,研究團隊選取黑磷納米材料為研究對象,通過精細的細胞生物學和分子生物學研究,發現納米材料在細胞內能夠精準靶向特定生物分子,並獲得獨特的生物效應,藉此提出了以分子細胞生物學機制為依託的納米精準分子靶向藥物概念,為納米藥物研發開辟新路徑。 邵喜明介紹,作為一種由單一磷元素構成的新型納米材料,黑磷具有獨特的分子結構和界面特性,在多個領域具有應用潛力。此前,研究團隊已經發現黑磷具有較高的生物活性和生物可降解特性,在腫瘤治療等生物醫學領域具備良好的應用潛能。 然而,黑磷作為一種無機納米材料,能否在分子細胞層面與生命系統產生相互作用尚不得知。在此次研究中,研究團隊發現,黑磷納米材料就像「納米飛彈」一樣,可以影響細胞分裂的進行,並以此為機制抑制腫瘤細胞增殖。 基於這項發現,團隊提出了腫瘤精準靶向「納米磷療」的新概念,為未來基於黑磷開發新型腫瘤治療藥物,奠定了科學基礎。 邵喜明說,研究團隊首先使用低濃度黑磷納米材料處理細胞,發現黑磷導致細胞周期停滯在有絲分裂期。隨後,團隊對這一現象背後的機理進行了深入挖掘,發現黑磷破壞了細胞有絲分裂核心機器——紡錘體的組裝。這一機制被最終確定為黑磷導致細胞分裂停滯的直接原因。 「同生物體內其他生命過程一樣,細胞分裂需要眾多生物分子的參與,其中PLK1激酶是非常關鍵的分子開關,其主要功能是控制紡錘體的組裝和運行。」李紅昌說。 據他介紹,黑磷進入細胞後,通過偽裝成PLK1的作用底物,吸引了大量PLK1蛋白與之結合,並使這些PLK1活性喪失,進一步造成紡錘體錯誤組裝,最終阻斷了細胞分裂的正常進行。 邵喜明說,基於這一機制,黑磷納米材料被賦予了基本的抗腫瘤藥物性質。在隨後的動物實驗中,研究團隊利用小鼠荷瘤模型,進一步證實了黑磷具備抗腫瘤效果。 磷是自然界中普遍存在的一種非金屬元素,也是地球上所有生命形式的重要組成成分。研究磷和生命系統之間的相互作用對理解生命規律以及生命進化都有重要意義,但是相關研究工作的開展需要橫跨「材料學」和「生物學」兩個一級學科,因此對研究團隊的學科背景提出了很高要求。 在此次研究過程中,研究團隊發揮了學科交叉的特色,自發組成了一支材料學與生物學交叉研究隊伍,成功讓「材料」與「生物」發生深度融合。 比如,研究團隊中的喻學鋒課題組,對黑磷納米材料進行了6年的系統研究,已經建立了完整的黑磷基納米材料的制備和應用體系,在研究過程中主要負責納米黑磷的制備和性能研究;李紅昌課題組,則精通細胞分裂機制和抗腫瘤藥物研發,在研究中主導納米黑磷的生物機制研究;李洋課題組具有豐富的納米生物學研究經驗,在研究過程中,提供符合研究方向和適用於交叉研究團隊的新思路,起著「思路潤滑」的作用。 「在實際研究過程中,單個課題組很難做到『既懂材料,又通生物』,因此對類似橫跨多個學科的課題,往往難以持續深入地進行,大多研究只能是『淺嘗輒止』。」李紅昌說。 他告訴記者,通過「材料人」和「生物人」之間不停地「思想碰撞」和持續地「互通有無」,項目組最終發現了無機單質納米磷材料影響細胞分裂的重要現象,並深入解析了背後的分子細胞機制,這也是中科院深圳先進院堅持「學科交叉」理念和秉承「面向世界科技前沿」導向而產生的又一個代表性科研成果。來源:cnBeta

科學家基於汞齊化發現了一種製造「金屬間納米晶體」的新方法

據媒體New Atlas報導,蘇黎世聯邦理工學院的工程師們開發了一種新的、令人驚訝的簡單方法,將兩種金屬製成一個納米晶體結構。該團隊表示,這幾乎可以讓任何兩種金屬結合起來,創造出全新類型的「金屬間納米晶體」,可用於一系列的應用。 長期以來,將金屬變成合金一直有助於微調特定的屬性,如導電性和強度,這取決於它們的需求。如果合金能夠被製成納米晶體,即以重復模式排列的原子小球,潛在的應用才會更廣泛。問題是,沒有製造這些「金屬間納米晶體」的標准方法,因此到目前為止,在潛在的數萬種組合中,只有少數組合被製成。 在這項新研究中,蘇黎世聯邦理工學院的工程師們發現了一種製造金屬間納米晶體的新方法。他們表示,這種方法非常直觀,以至於他們驚訝於之前沒有人嘗試過。它基於汞齊化,這是提取金、銀、鉑等貴金屬的一種方法--通常是像汞這樣的低熔點金屬。 在這項研究中,研究小組從一種金屬的納米晶體開始,加入含有第二種金屬的稱為醯胺的分子化合物,然後將混合物加熱到300℃。這導致醯胺中的化學鍵斷裂,第二種金屬以液體形式聚集在納米晶體的表面。很快它就滲入,形成一個新的晶格,兩種不同金屬的原子有規律地分散開來。一旦它冷卻下來,一個金屬間納米晶體就在等待著。 「我們驚訝於這種汞齊化在納米尺度上的效率,」該研究的主要作者Maksym Yarema說。「擁有一個液態金屬成分是每個納米晶體內快速和均勻合金化的關鍵。」 利用這種方法,研究小組設法使金屬間納米晶體混合幾對不同的金屬。鎵由於其30°C(86°F)的低熔點而受到歡迎,在這項研究中,它與金、銀、銅、鎳和鈀結合在一起。後者作為一種基礎也很有效,研究小組將其與銦和鋅混合。 重要的是,研究小組表示,幾乎任何金屬都可以用於這種技術,以不同的比例混合,並形成不同大小的納米晶體。總的來說,這為催化劑、電池、數據存儲設備和其他電子元件的應用開辟了一個巨大的范圍。 該研究發表在《科學進展》雜志上。來源:cnBeta

創新的納米材料可對水進行淨化處理

加拿大國家科學研究院(INRS)的教授Patrick Drogui和My Ali El Khakani以及蒙特婁大學的教授Sébastien Sauvé從加拿大經濟和創新部獲得了338688加元的資助,用於一個關於水淨化的創新項目。該多學科團隊希望利用納米材料的獨特性能來開發新的先進電催化工藝(ECA)。 該項目旨在創造創新的解決方案來淨化含有有害化學物質的水,如全氟烷基和多氟烷基物質(PFAS)。它們存在於化妝品、清潔產品、消防泡沫和阻燃劑中。超過一定的濃度,它們的存在可能對健康有害。 這個項目的原創性在於開發基於新型納米結構材料的電極,並將其整合到降解化學物質的ECA工藝中。"我們將利用我們在這一領域25年的經驗和知識,開發一種基於金屬氧化物的新型電極。這些將提供無與倫比的特定表面,同時保持優秀的導電性和化學穩定性,"INRS的Énergie Matériaux Télécommunications研究中心的El Khakani教授說。 INRS的Patrick Drogui教授,電工技術和廢水處理專家。 "這些ECA工藝通過去除持久性有機污染物(POPs),如PFAS,在淨化水體方面具有巨大潛力。這些POPs已經被加拿大、美國和歐洲的各種立法機構定為內分泌干擾物,對水生動物造成了許多後果,"INRS的Eau Terre環境研究中心的Drogui教授說。 "PFAS化合物的化學成分很復雜。"蒙特婁大學化學系的Sébastien Sauvé教授補充說:"需要高解析度的質譜工具來正確識別和測量該系列化合物可能採取的數百種化學形式,並正確評估去污過程的有效性。" 新的電極將由El Khakani實驗室的團隊製造,然後轉移到Drogui教授的實驗室,被整合到新一代ECA反應器中,以開發和優化PFAS降解過程。最後,對這些污染物及其降解的分析和監測將在蒙特婁大學的Sébastien Sauvé教授的指導下進行。 這項研究正在與兩個工業夥伴,即SANEXEN和Rio Tinto Fer et Titane(RTIT)緊密合作進行。SANEXEN是LOGISTEC家族的成員,是現場修復和管理受污染土壤和殘余材料的專家。"通過這個項目,我們不僅將對有關污染水的社會需求作出回應,而且還將對我們的工業夥伴的更具體利益作出回應。這完全符合INRS的基本使命,"Drogui教授說。 "SANEXEN在處理水中新出現的污染物方面處於創新的前沿,這部分歸功於其成熟的ALTRA解決方案技術。INRS在水淨化方面的工作與我們的戰略願景相一致,"SANEXEN的創新副總裁Martin Bureau說。 INRS教授My Ali El Khakani是納米結構材料方面的專家。 RTIT對這個項目的貢獻在鐵和鈦基材料方面至關重要,因為它們將被用於開發電極。該合作夥伴還將提供材料和專業知識,以監測電極的老化和最終的規模化生產。"位於Sorel-Tracy的RTIT技術中心二氧化鈦主任Yves Pépin補充說:"我們很高興為這個項目做出貢獻,它不僅需要我們在鐵和鈦材料領域的專業知識,而且還旨在解決社會關注的環境問題。來源:cnBeta

科學家實現對單個納米級量子物體的低功耗動態操控

在電氣工程系助理教授Justus Ndukaife的領導下,范德比爾特大學的研究人員首次推出了一種利用低功率雷射束誘捕和移動被稱為具有氮空穴中心的單一膠體納米金剛石的納米材料的方法。一根人類頭發的寬度約為90000納米;而納米鑽石則小於100納米。Ndukaife解釋說,這些碳基材料是少數能夠釋放所有光的基本單位--單光子--未來量子光子學應用的組成部分。 目前有可能利用聚焦在納米級金屬表面附近的光場來捕獲納米金剛石,但不可能以這種方式移動它們,因為雷射束的光斑實在太大了。使用原子力顯微鏡,科學家們需要花費數小時才能在發射增強環境附近將納米鑽石一個個推到合適的位置,形成一個有用的結構。此外,為了創造糾纏源和量子比特--提高量子計算機處理速度的關鍵要素--需要幾個納米金剛石發射器靠近,以便它們能夠相互作用,形成量子比特,Ndukaife說。"我們著手通過使用一種跨學科的方法使誘捕和操縱納米金剛石變得更加簡單。我們的鑷子,一個低頻電熱等離子體鑷子(LFET),將一小部分雷射束與低頻交變電流電場相結合。這是一種捕獲和移動納米鑽石的全新機制。一個繁瑣的、長達數小時的過程被縮短到幾秒鍾,LFET是同類技術中第一個可擴展的運輸和按需組裝技術。" Ndukaife的工作是量子計算的一個關鍵成分,這項技術將很快實現大量的應用,從高解析度成像到創建不可破解的系統和越來越小的設備和計算機晶片。2019年,美國能源部投入了6070萬美元的資金,以推進量子計算和網絡的發展。 "控制納米金剛石以製造可用於這類技術的高效單光子源將塑造未來,"Ndukaife說。"為了增強量子特性,必須將量子發射器(如帶有氮空穴中心的納米金剛石)與納米光子結構相耦合。" Ndukaife打算進一步探索納米金剛石,將它們排列到旨在提高其發射性能的納米光子結構上。有了它們,他的實驗室將探索在信息處理和成像的片上平台中實現超亮單光子源和糾纏的可能性。"我們有很多東西可以利用這項研究來建立。"他說,"這是第一項允許我們使用低功率雷射束在二維空間動態操縱單個納米級物體的技術。"來源:cnBeta

科學家將石墨烯納米墨水用於超級電容器的增材製造

據媒體報導,堪薩斯州立大學工業和製造系統工程副教授Suprem Das領導的研究團隊與大學物理學傑出教授Christopher Sorensen合作,展示了製造基於石墨烯的納米墨水的潛在方法,以柔性和可列印的電子產品的形式添加製造超級電容器。 超級電容器是一種可以在幾十秒內快速充電和放電的能源設備。隨著世界各地的研究人員研究超級電容器替代電池的可能性,Das領導的團隊提出了另一種預測。該團隊的工作可以將其整合,以克服電池的緩慢充電過程。此外,Das一直在開發小型超級電容器的增材製造--稱為微型超級電容器--以便有一天它們可以用於矽加工中的晶圓級集成。 Das說:「增材製造是令人著迷的,具有成本效益,並具有多功能的設計考慮。」 該團隊已經開發出了經過10000次充放電循環測試的超級電容器,這個數字對於評估這些設備的可靠性是很有希望的,Das表示該團隊還在研究這些微型超級電容器的多功能性,在機械柔性表面上列印。為此,他們使用了20微米厚的聚醯亞胺--塑料--基底,可靠性很高。Das對將新興材料轉化為設備十分感興趣。 「當你考慮最好的材料並希望製造最好的設備時,它並不簡單和直接,」Das說。「人們需要再了解器件所涉及的基礎物理學和化學。」 Das的發明的另一個優勢是他通過與Sorensen的建設性討論可視化的綠色研究方面。當Das遇到Sorensen 時,他意識到他可以利用他在增材製造方面的專業知識,將這些材料轉化為有用的東西;在這種情況下,製造微小的儲能裝置。 幾個月後,Das在開發出納米墨水技術後申請了美國專利,並將其用於展示列印的微型超級電容器。 Das 對與 Sorensen 形成這種協同合作特別感興趣,因為石墨烯生產過程和他自己研究小組的石墨烯油墨製造過程具有高能效、高度可擴展和無化學成分的特點。Das 說,這兩種工藝都是專利/正在申請專利的技術,在工業上具有相關性。 "我們通過在一個多升的室內引爆富含燃料的不飽和碳氫化合物(如乙炔)與氧氣的混合物來製造高質量的多層石墨烯,"Sorensen說。"我們的專利方法很簡單,只需要很少的能量,因此對生態環境是無害的;不需要有毒的化學品;並且已經擴大了規模,可以產生高質量、廉價的石墨烯。" 石墨烯被認為是一種具有很大潛力的神奇材料,因為它具有許多超強的物理特性,許多石墨烯製造方法已經在全球范圍內被開發出來,石墨烯的生產量也達到了噸級。然而,技術專家們很清楚,石墨烯還沒有進入市場,因為這些方法都沒有在經濟、生態和產品質量方面進行適當的組合,使石墨烯能夠發揮其潛力。但據Sorensen和Das說,堪薩斯州立大學追求的生產石墨烯和納米墨水的方法都在解決所有這些要求的目標上。 這項研究最近作為封面文章發表在《ACS應用能源材料雜志》上。來源:cnBeta

中國科學家開發出新型男性避孕法 用納米顆粒抑制精子生成

對於長效、可逆的避孕措施,女性有幾種選擇,但男性的大多數選擇要麼是一次性的,比如保險套,要麼是難以逆轉的,比如輸精管切除術。現在,在向安全、持久和可逆的男性避孕藥邁出的一步中,中國研究人員在ACS的《納米快報》(Nano Letters)上報告稱,他們已經開發出了磁性、可生物降解的納米材料,可以降低老鼠在至少30天內生育後代的可能性。 由於穿緊身褲或內衣而引起的溫度升高,會降低男性的精子數量。一些研究人員已經探索了將更強烈的加熱納米材料注射到睪丸中,作為男性生育控制的一種形式。然而,注射會很痛苦,加熱會損傷皮膚,而且迄今為止測試的大多數納米材料都是不可生物降解的。中國研究人員希望開發一種安全、有效的磁熱避孕方法,不需要直接注射到睪丸中。 研究人員測試了兩種形式的氧化鐵納米顆粒,它們是可生物降解的,可以通過磁場引導和加熱,作為男性避孕藥。一種納米粒子被聚乙二醇(PEG)包覆,另一種納米粒子被檸檬酸包覆。 因此,研究人員連續兩天將檸檬酸包覆的納米顆粒重復注射到小鼠的血液中,用磁鐵將納米材料引導到睪丸,然後在該區域施加交變磁場15分鍾。納米顆粒將睪丸加熱到104華氏度,使其收縮並抑制精子生成。 在這一操作7天後,這些老鼠失去了生育能力,但在60天後,它們又能讓雌鼠懷孕並誕下約12隻幼鼠。研究人員說,納米顆粒對細胞無毒,並逐漸從體內排出,這為男性避孕提供了新的可能性。來源:cnBeta

納米結構可以記錄超高強度雷射脈沖產生的高次諧波

據媒體報導,康奈爾大學的研究人員已經開發出能將雷射脈沖轉換為高次諧波頻譜的納米結構,這為高解析度成像和研究阿托秒尺度上的物理過程的新科學工具鋪平了道路。長期以來,高次諧波頻譜一直被用於將脈沖雷射中的光子合並成一個能量更高的超短光子並產生用於各種科學目的的極端紫外線和X射線。 傳統上,氣體被用作諧波源,但由工程學院應用和工程物理學教授Gennady Shvets領導的一個研究小組指出,工程納米結構在這方面有一個光明的前景。 相關研究報告已發表在《Nature Communications》上。 據了解,該研究團隊創造的納米結構構成了超薄共振磷化鎵超表面,其克服了氣體和其他固體中產生高次諧波的許多常見問題。磷化鎵材料允許所有階的諧波而不重新吸收它們,並且這種特殊的結構可以跟雷射脈沖的整個光譜相互作用。 Shcherbakov表示:「實現這一目標需要使用全波模擬技術對超表面結構進行工程設計。我們仔細選擇了磷化鎵顆粒的參數來滿足這一條件,然後採用了定製的納米製造流程來揭示它。」 得到的結果是納米結構能產生偶次諧波和奇次諧波--這是大多數其他諧波材料的極限--涵蓋了1.3到3電子伏之間的廣泛光子能量。這種破紀錄的轉換效率使得科學家們能夠通過一次雷射照射來觀察材料的分子和電子動力學從而幫助保存可能被多次高能照射降解的樣品。 這項研究是首次觀察由單一雷射脈沖產生的高次諧波輻射,這使得超表面能夠承受高功率--比以前在其他超表面顯示的高出5到10倍。 Shcherbakov指出:「這為在超高磁場中研究物質提供了新的機會,這在以前是不容易實現的。通過我們的方法,我們設想人們可以研究超表面以外的材料--包括但不限於晶體、2D材料、單原子、人工原子晶格和其他量子系統。」 現在,研究小組已經證明了使用納米結構產生高次諧波的優勢,他們希望通過將納米結構堆疊在一起來取代固態源如晶體,以此來改善高次諧波器件和設施。來源:cnBeta

新型納米粒子可對放射治療產生反應以從內部殺死癌症

據媒體報導,放射療法是目前我們對抗癌症的最佳療法之一,但它可能受益於更有針對性地保護健康細胞。現在,日本的研究人員已經開發出了一種納米粒子,它可以穿透腫瘤並在外部X射線激活後從內部殺死腫瘤。 通常情況下,放射治療通過破壞癌細胞的DNA起作用,然而這種療法一部分來自活性氧的產生。這意味著需要氧氣,而在腫瘤中心可能缺乏氧氣,這使得該種療法受到了限制。 因此在這項新研究中,來自京都大學的科學家和同事們研究了一種使用輻射殺死癌細胞的不同方式。他們設計了可以滲透腫瘤的納米顆粒,一旦進入腫瘤就可以被X射線激活,然後用另一種方法--光電效應(即一種材料對電磁輻射發出電子)--來摧毀細胞。 納米顆粒由有機矽製成並在其孔隙中攜帶碘。碘是那裡的活性成分,當輻射水平相對較低時會釋放電子。這些電子隨後會導致癌細胞核DNA的雙鏈斷裂進而引發細胞死亡。 為了驗證這一想法,研究小組將納米顆粒分散到健康細胞和癌細胞的3D模型中。他們發現納米粒子傾向於聚集在癌細胞的細胞核外,30分鍾的X射線輻射足以在三天內將它們消滅。在輻射水平為33.2 keV時取得了最好的結果。 「我們的研究代表了在癌細胞內運用量子物理現象的一個重要例子,」該研究的論文合著者Kotaro Matsumoto說道,「這似乎在DNA附近產生了低能電子雲並導致難以修復的雙鏈斷裂,最終導致了程序性細胞死亡。」 利用能被外界輻射激活的納米粒子來殺死癌症的基本概念並不新鮮,但它有多種形式。以前的研究已經能通過加熱、改變酸度釋放藥物或活性氧或讓它們缺乏營養的方式來使用納米顆粒從內部殺死癌症。現在看來,釋放電子可能是武器庫中的一種新武器。 目前這項研究還處於早期階段。這項技術只在實驗室培養的細胞中進行過測試,還沒有在動物身上進行過測試,更不用說在人類身上了。研究人員表示,他們接下來的工作是對老鼠進行測試。來源:cnBeta