德研究人员应用特殊纳米材料成功使太阳能转化为电能的效率达到80%
据报道,德国柏林的赫尔姆茨太阳能燃料研究所研究人员应用特殊纳米材料,日前发明了高效利用太阳能制氢新工艺。这种纳米材料可以使太阳能转化为电能的效率达到80%。
新工艺采用的是水电解原理。将2根电极插入水中,在电磁场作用下,水可以分解成氢气和氧气。氢是一种可以存储的能源,氢燃料电池可以应用在汽车等众多领域。通常电解水需要耗费大量电能,在产生氢能的同时又在消耗能源。这种能源转化并不经济,于是赫尔姆茨太阳能燃料研究所研究人员想到了利用太阳能,但是太阳能的能源转换效率通常比较低,不能满足电解水需要,为此他们研究出一种纳米材料电极。这种电极可以大大提高太阳能转换为电能的效率,从而提高电解水的制氢能力。
研发利用太阳能电解水的电极材料并不是件容易的事,因为电解水制氢过程最好是在酸性环境下进行,但这样的环境容易使太阳能电池生锈,而且采用传统电极需要昂贵的稀有金属铂或铂铱化合物。为此,研究人员想出一个解决办法,他们用黄铜制成用二氧化钛包覆的透明、轻质的薄膜材料。二氧化钛薄膜是多晶体,并含有铂纳米颗粒。这种新的金属复合材料可以在阳光照射下产生0.5V的光压,以及38mA/cm2的光电能,并能作为制氢的催化剂,也可防止电极生锈。
该项目负责人尼德利克称,采用这项新技术可以使阳光中可见光的80%转化成光电能并用于制氢。目前该项目还有许多试验要做,要达到实际应用效果,复合电极之间的电磁场至少要达到1.8V。尼德利克表示,“我们的实验证明,未来完全可以利用太阳能来生产氢燃料。我们已与一家公司合作使光制氢项目工业化”。(科技日报)
哥伦比亚大学打造出的单分子二极管比纳米二极管快50倍
据报道,哥伦比亚大学工程学院的研究人员们已经开发出了一种能够用于打造单层二极管的技术,而且这种分子二极管能够比当前的纳米二极管快上50倍。由应用物理学副教授Latha Venkataraman率领的这支团队,或许也是首个成功打造出了可投入实际应用的单分子二极管的团队。有关这项新发现的论文详情,已经发表在近期的《自然纳米技术》期刊上。
此前,已报道过不断缩小的主板、处理器新品、以及微电池等方面的发展,但是单分子二极管却是又一次巨大的飞跃。
要知道,早在1974年的时候,就已经有人提出了可将单分子当做单向电导体的理论。此前的分子二极管,采用了一种非对称的结构,以引入不对称的单向电流。不过,它们的“电流开关比率”实在太低,以至于被认为是无效的。
而Venkataraman的团队,却用“环境不对称”取代了“分子不对称”。也就是说,将分子二极管用电解质(离子溶液)和各种尺寸的金电极包裹起来,从而在分子环境的连结点形成一种非对称性。最终,这种分子二极管实现了0.1μA的电流——尽管这看似有些不起眼,但对于单个分子来说,其通过的电流已经相当之高了。
Venkataraman表示,这项研究很容易重现,未来有望应用到纳米装置上,比如石墨烯和碳纳米管。(SlashGear)
英国科学家发现石墨烯自旋编码优于硅芯片
据报道,英国查尔摩斯理工大学的纳米制造实验室表示,自旋电子组件能以个别电子自旋来编码信息,而不是透过成千上万的电荷,因此组件的尺寸可望进一步微缩、功耗也能比硅芯片来得更低。
目前市面有少数组件是采用自旋编码(spinencoding),包括一些先进的硬盘机以及磁阻式随机存取内存(MRAM);但这些组件仅能将自旋编码后的电子移动数纳米,所采用的铜与铝等金属的均匀度不足,无法让电子移动更长的距离,限制了自旋电子组件的性能。为此查尔摩斯理工大学的目标是让自旋编码后的电子移动距离拉长到微米等级,好让各种数字电路都能利用自旋电子。
查尔摩斯理工大学教授SarojDash的团队最近利用化学气相沉积(CVD)技术,将石墨烯沉积到铜基板上,再于室温下转移至绝缘上覆硅(SoI)晶圆片,成功实现了长距离的自旋电子通讯;结果显示自旋电子传输距离可扩展至16μm。
Dash的团队成员、博士候选人VenkataKamalakar Mutta表示:“石墨烯能以3种方式取得:一是从石墨块状晶体以机械剥离,这也是最被广泛使用的方式;二是磊晶方式,透过移除表层的硅原子,在碳化硅(SiC)晶圆片上长出石墨烯,是大面积应用的适合方案;此外则是在铜箔上以化学气相沉积石墨烯,再利用化学溶解铜,将之转移至任何一种基板上。”他指出,在这些方法中,化学气相沉积法是最可行的。
Mutta指出,他们在实验室的设置,是在石墨烯两端放置2个铁磁体(ferromagnetic)电极,完整的电路也有其他参考电极,但可能不是采用铁磁体;其中有两个电路,一是电流、一是电压,相互隔离以忠实量测自旋讯号。目前Dash的团队已经制作了几个简单的电路原型,下一步则是制作内存、处理器甚至更复杂的电路,并将进一步改善能完美制作单晶石墨烯晶圆片的化学气相沉积技术。(中国半导体行业协会)
芬兰成功开发纳米颗粒批量高效合成反应器
据报道,芬兰国家技术研究中心(VTT)成功开发了一种用于纳米颗粒批量生产的高效合成反应器,可以制备各种纯金属颗粒、各类合金颗粒和碳涂布颗粒,日产量能够达到数百克甚至几公斤。
利用气溶胶技术设计开发的这款反应器,使合成过程得以在常压和较低温度下进行,而且可以产生非常高的颗粒浓度,这意味着该设备可以用通常使用的工业材料建造而且具有能耗低、生产速度快的特性。此外,即使是不纯的金属盐也可以用作原材料,可大大降低生产成本。
VTT已经通过测试生产各种纳米金属、金属化合物和碳涂布材料显示了其反应器的实用功能,包括可以用于生产磁场传感器的坡莫合金(导磁合金)油墨、可以用做生物燃料炼制催化剂的碳涂布磁体以及可以用于提高锂电池容量的硅纳米粒子等。纳米颗粒可广泛应用在诸如导电和磁性油墨,医学诊断和药物剂量,聚合物电磁特性调节、3D打印以及热电和太阳能组件生产等领域。目前VTT正在积极寻求商业化合作伙伴。(科技部)
伊朗纳米技术中国中心正式落户苏州纳米城
据报道,近日,伊朗纳米技术中国中心正式落户苏州纳米城,该中心由苏州工业园区纳米科技发展有限公司与伊朗国家纳米技术振兴委员会共同推动成立,旨在推动中伊双方在纳米技术研发、成果转移、项目落户、资源交流和会议活动等方面的合作,促进中国和伊朗2国纳米技术产业的发展。
伊朗于2001年制定了国家纳米技术振兴计划,2011年作为国际标准化委员会成员之一,举办了第十二届国标大会,多年来走出了一条独具特色的纳米技术应用产业化之路。伊朗国家纳米技术振兴委员会不仅运用国家基金来支持研发、商业化、孵化中心、国家重点项目、外资投资以及合资公司等,还负责“将纳米带给社会”的国家计划,一方面在高中、大学设纳米普及课程,另一方面出版纳米技术月刊、在几十种不同的科技杂志中发表纳米技术文章,在电视与广播中推广纳米技术,提高纳米的社会关注度。
科技领域的国际合作通常采用“点对点”的形式,中外企业、科研机构就单一项目或课题进行合作交流,缺少产业集群的资源引进和合作。苏州纳米城突破了以上局限,采用“集群+平台+集群”的模式,强调国内外产业集群的互联互通,伊朗纳米技术中国中心就是该模式的成功实践。由伊朗国家纳米技术振兴委员会派驻专门人员在该中心工作,具体推进相关项目和事宜的落实,纳米公司则协助配合中心的日常工作和活动。
为推动纳米技术应用产业国际合作,纳米公司在“国际产业集群——平台——苏州产业集群”的国际产业资源合作模式指导下建成了苏州纳米城国际中心,中芬纳米创新中心、荷兰高科技中国中心、捷克技术中国中心和伊朗技术中国中心先后入驻,这些国际中心作为连接各国与苏州纳米技术创新资源和企业集群之间的桥梁,有效地促进了双方的产业对接、项目合作和技术转移。(苏州日报)
我国微纳米加工技术研究获新进展
据报道,中国科技大学科研团队在微纳加工技术研究方面获新进展,有望突破微纳米尺度仿生功能器件制备的瓶颈。
壁虎能够爬墙是因为脚掌上的微纤毛与墙壁接触时产生很强的黏附力,孔雀羽毛五彩斑斓是因为羽毛表面不同的微纤毛反射不同波长的自然光而成……然而,由于现有微纳米加工手段的缺陷,人类至今还很难有效制备出如此微小尺度的仿生功能结构和器件。不过,中国科技大学的一项最新研究成果则有望解决这一难题。
近日,该校工程科学学院微纳加工研究团队及其合作者,利用飞秒激光微纳米打印结合可控的毛细力驱动技术,实现了多种类型的微纳米尺度组装体的可控制备,并将其成功应用于微小物体的选择性捕获和释放。国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了这一成果。
中国科技大学研究团队提出一种激光打印结合毛细力驱动自组装的方法,在高分子材料中制备出一系列结构尺寸、力学常数和空间分布高度可控且一致性极高的微纤毛阵列,并通过人为控制液体与这些微纳结构之间的表面张力,可以高精度自由调控这些微纤毛阵列,从而实现制备大面积多级结构自组装的目的,同时实现对微物体进行选择性捕获或释放。
“这一技术为在微纳米尺度上制备仿生功能结构或器件提供了重要的途径,也为微纳米尺度下粒子的筛选、捕获和转移提供了一种新颖的技术手段。”相关负责人表示,这种制造方式过程简单易控,成品率高,且绿色环保,有望在分析化学、药物输运及释放、细胞生物学以及微流体工程等领域得到应用。(光明日报)
北京大学科学家模拟合成新型石墨烯
据报道,日前,北京大学应用物理与技术研究中心王前教授课题组与其他国际合作者模拟了一种称为五边形石墨烯的新型碳材料的合成。与由碳六元环所构成的石墨烯不同,这种碳的新同素异形体是以纯碳五元环为结构基元构成的二维结构,并具有可与石墨烯媲美的优异性质。该研究成果近日发表在《美国科学院院刊》上。
碳材料一直被认为是材料科学研究的前沿。此前已经发现的碳材料和碳纳米结构大多是以碳六元环作为主要结构基元而构成,除最小的富勒烯分子以外,仅以碳五元环为结构基元而构成的碳材料尚未发现。王前团队发现只用碳五元环也可以构成二维的碳结构,打破了碳材料中的“孤立五边形规则”,并用分子动力学模拟证明了五边形石墨烯是热稳定的,可以承受高达1 000K的温度。
五边形石墨烯具有新颖的结构,其投影类似于一种名为“开罗五边形瓷砖”的装饰图案。研究人员提出,五边形石墨烯可以使用化学剥离技术从一种称为T12相的碳同素异形体得到。
王前团队通过深入研究发现,五边形石墨烯具有罕见的负泊松比效应,即当一个方向受到拉伸应变时,其垂直方向具有扩张效应,这与普通材料具有收缩效应是不同的;在承受双轴拉伸应变时,它具有可与石墨烯媲美的超高力学强度。因此五边形石墨烯具有特殊的物理机械性能,如具有比石墨烯更好的抗断裂性能和回弹韧性,以及抗负荷能力等,可应用于隔音材料和缓冲材料。王前认为,这项研究极大地丰富了人们对碳结构的认识。五边形石墨烯可应用于轻质半导体薄膜器件,应变放大器等。一旦合成出来,可望在纳米尺度的电子和机械器件中找到广泛的用途。(科技日报)
国防科学技术大学研制出新型超轻纳米材料
据报道,近日,国防科学技术大学航天科学与工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室张长瑞教授团队成功研制出一种具有超强吸附能力的新型超轻纳米材料。该项研究成果内容被《自然》子刊《科学报告》录用。
“这种材料结构上由一维氮化硼纳米管和二维氮化硼纳米晶片复合而成,密度低至0.6mg/cm3,仅为空气的一半,水的1/1600,可以说整个材料内部充满了气孔。研究表明它可选择性吸附自重160倍以上的有机物。”主要完成人李斌副研究员介绍。该材料在航空航天高温热防护、高腐蚀环境下催化、有毒化学物质吸附和清除等领域有重要的应用前景。(科技日报)
我国成功制备纳米零价铁/石墨烯复合材料
据报道,近期,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所应用等离子体研究室科研人员采用氢气/氩气混合气体等离子体成功制备了纳米零价铁/石墨烯复合材料,并应用于变价态易溶性放射性元素和金属离子的吸附与还原。
纳米零价铁具有粒径小、反应活性高、还原能力强等优点。纳米零价铁对废水中难降解污染物如氯代有机物、重金属离子和放射性元素等的处理具有显著效果。在生态环境保护和污染控制中的作用与贡献越来越大。同时,作为在污染土壤和水体修复与治理方面可以提供具有成本-效益解决方案的一项新技术,将纳米零价铁应用于环境污染的治理和修复成为备受关注的新型污染控制技术。但纳米零价铁极易团聚和易被氧化,使其应用受到限制。
应用等离子体研究室科研人员采用氢气/氩气混合气体等离子体在石墨烯上负载纳米零价铁,制备成纳米零价铁/石墨烯复合物。不仅可以提高纳米零价铁的分散性和稳定性,石墨烯还可能强化电子转移和预浓缩污染物,将石墨烯和纳米零价铁的优势相耦合,提高其对于变价态水溶性很高的放射性元素和金属离子的吸附与还原的协同去除性能。放射性元素和金属离子从纳米零价铁/石墨烯复合物解吸以后,可以通过氢气/氩气混合气体等离子体还原再生纳米零价铁/石墨烯复合材料。(中国科学院合肥物质科学研究院)
科学家首次在类石墨烯材料中发现新型单光子源
据报道,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与华盛顿大学许晓栋、香港大学姚望合作,在国际上首次在类石墨烯单原子层半导体材料中发现非经典单光子发射器,连接了量子光学和二维材料这两个重要领域,打开了一条通往新型光量子器件的道路。该工作近日在线发表在《自然》杂志子刊《自然·纳米技术》上。
石墨烯不具备可直接发光的电子结构,限制了其在光电器件方面的应用。最近一类新型的类石墨烯材料单原子层二硒化钨由于其独特的光电性质受到广泛的关注。然而此前国际上所有关于单原子层二维材料的研究都集中于经典光学领域,还未在实验上观察到量子光学现象。
潘建伟、陆朝阳等领导的团队在国际上首次实验发现,二硒化钨二维单原子层中的原子缺陷能够成为发射单光子的器件,具有很好的单色性和偏振性质,并且可以通过外加磁场大幅调控发光波长。与其他的单光子系统相比,这种基于单原子层的单光子器件不仅利于光子的读取和控制,并且可方便地制备和实现与其他光电器件平台结合,例如微纳结构谐振腔,实现高效光量子信息处理线路。理论表明,通过电场控制,还可能实现对单电子多自由度的量子调控,在未来可应用于可容错量子计算研究。陆朝阳教授介绍说,由于基于单原子层的量子调控的潜在前景和新颖物理意义,该领域很快成为国际激烈竞争的焦点。(科技日报)
全球首个石墨烯指数在常州发布
据报道,5月18日,国家金融信息中心指数研究院在常州发布全球首个石墨烯指数。结果显示,全球石墨烯产业综合发展实力排名前3位的国家分别是美国、日本和中国,中国石墨烯产业竞争潜力居世界首位。
江苏省石墨烯产业技术创新战略联盟理事长、常州第六元素材料科技股份有限公司董事长瞿研表示,近年来各国在石墨烯领域布局力度持续加大,社会各界都迫切需要了解该产业发展现状与趋势。此时推出石墨烯指数,有助于完善我国石墨烯产业布局,推动石墨烯产业化进程。
《新华(常州)全球石墨烯指数报告》是由国家金融信息中心指数研究院编制,旨在客观公正地反映样本国家的石墨烯竞争力水平情况。首份报告选取的样本国家包括美国、英国,加拿大、德国、澳大利亚、日本、新加坡、韩国、巴西、中国等,基本涵盖了目前石墨烯产业发展较强的主要国家。
国家金融信息中心指数研究院常务副院长李伟说,本次报告根据客观性、全面性、科学性和权威性四大原则编制,既关注全球石墨烯产业的现状,也关注产业成长的潜力、发展的趋势和未来的方向。报告显示的中国石墨烯产业竞争潜力位居全球首位,是一大亮点,这与我国石墨烯相关的科研力量众多密不可分。不过报告中的数据也表明,我国目前对石墨烯产业的支持主要集中于研发方面,产业竞争绩效距离美国、日本和韩国等国家仍有一定差距。(新华日报)
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