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新型材料層出不窮

新型材料層出不窮

太陽能電池板使用久了,表面會覆上一層灰塵,阻礙光線照射。這就極大限制了光電轉換效率。想像一下,如果有一種材料能防止塵埃積澱,太陽能電板效率一定會更高。而就在最近,國外科學家發明的一種高分子塑膠可以將這個設想轉變為現實。

 最近埃因霍溫理工大學和柏林洪堡大學的研究人員在世界頂級科學雜誌《自然》上發表了一則論文,宣稱發明了一種能夠在太陽光照射下震動的薄膜材質,擁有這種特性的材質可以被用來覆蓋在太陽能電池板表面以達到除塵的目的。特別是在沙漠等多塵而陽光充足之地,這種材料將會發揮巨大的作用。

之所以具有如此特性,是因為它內含了一種名叫azo-dyes的光敏分子。研究人員對此解釋說,“這種光敏分子能夠在可見光的照射下自動的彎曲伸縮,如果可以利用這種分子製造高分子聚合物並覆蓋在物體表面,那麼它將具有防塵效果。”

 在此之前,也有不少材料能對光線具有反應,但是他們普遍需要高強度的紫外線光來啟動。作為對比,該材質只需要日光照射既可自發性的發生震顫。這對於防塵技術來說是一件突破性的科學發現。據外媒報導,美國西北太平洋國家實驗室(PNNL)的研究人員在無意間創造了一種富含碳的納米棒,並發現了該材質具有奇特的吸水性能。同時,該材質還為建設低功耗集水系統以及製造除濕纖維提供可能。

研究人員指出,隨著周圍濕度的升高,普通材質會從空氣中吸收更多的水分。但是這種納米棒在50%到80%的相對濕度下,不但不會吸收水分,相反還會排出水分,這種特性在其他材質上是從來沒有見過的。研究人員還發現,在低於這個範圍的濕度下,該材質又和常規材質一樣具有吸水的特性。這也就意味著,這種納米棒能夠迴圈不斷的將空氣中的水分凝結排出。

據悉,研究團隊本來是想製作磁性納米線,但是卻陰差陽錯的發明了另外一種材質。起初,科學家在發現該納米棒與眾不同的特性後以為是顯微濕度檢測儀壞了,但是當他們放大觀察後,才發現了它能在較高濕度揮發凝結於自身的水分的特性。

為了探究這種情況的成因,團隊查閱資料後發現,當水被限制在1.5納米的間距內時,水分能夠迅速的蒸發。而且上世紀90年代,科學家就發現了蛋白質結晶也具有類似的現象。當初的科學家指出,一定有某種原因導致了水分的快速蒸發,可這個問題卻遲遲沒有得到解決,直到PNNL發明該納米棒。PNNL提出假設,當水在納米棒上凝結時,會使得納米棒的分支相互聚攏,當他們的間距達到1.5納米時,水分就會迅速的蒸發。

“在意外和震驚之餘,我們現在正考慮該材料可以被運用於哪些領域來改善我們的生活品質,”David Heldebrant,該論文第二作者,表示該材料的應用場景可能有:在沙漠中吸收水分,當濕度達到一定比例後可排除水分;將它作為衣服表面的薄膜,可將汗水變成水汽向外排出。

“為了能夠讓該材質運用到實際,我們還需要控制它們的大小和形狀。我們的目標是將納米棒的集水效率提升10%到20%”,論文作者Nune說,”而且我們正在研究這款納米棒的化學和物理特性,試圖證明該材質還可以被運用在更多的液體,比如甲醇。”    在上世紀80、90年代,納米技術和虛擬現實技術被人認為是兩個特不靠譜的科技。但是現在,估計當初看低這兩個技術的人已經被打臉了。得益於Oculus Rift這樣的高科技頭盔,虛擬現實最終來到真實世界之中。現在,一家初創公司嘗試將納米科技與虛擬現實融合在一起,實現80年代網路朋克們的夢想。

Nanotronics Imaging公司總部位於俄亥俄州,該公司得到了PayPal創始人和Facebook初期投資人Peter Thiel的投資,製造原子級的顯微鏡。他們的設備可以讓研究人員和行業製造商用於納米材料生產。今天,在Tribeca顛覆創新頒獎大會上,該公司宣佈了一項新產品,可以使用像Rift這樣的虛擬現實頭盔,來查看顯微鏡下的顯示輸出。

這款新產品名叫nVisible,允許Nanotronics公司用戶在虛擬環境下探索納米結構。據該公司透露,此產品能以視覺化的方式,幫助用戶更好滴理解納米材料。但最重要的是,這款產品可以幫助製造商開發出更可靠的工藝,構建納米級別的產品。要知道在過去很長一段時間裏,科研人員一直無法讓納米材料發揮作用。

深入內部,找到問題原因

Nanotronics公司聯合創始人兼首席執行官Matthew Putman表示,最初想到利用虛擬現實來展現納米材料這一創意的人,是該公司創意主管Maria Kussman。Putman承認,自己一開始認為虛擬現實視覺化技術可能並不現實。“除非我自己親眼見到,否則我是不會相信的,”他說道。

最後,他們發現虛擬現實在展現納米材料的時候非常有幫助,因為納米材料和半導體很像,基本上都是平面結構。Joe Walker是Freudenberg Sealing Technologies公司高級材料開發部全球主管,他表示,在這種情況下,即便是在傳統平面平面上用3D圖像展示也很難處理。

Walker和他的團隊主要負責開發新材料,涉及的範圍包括工業閥門,防滲漏的汽車曲軸,等等。在測試滲漏時,他的團隊必須判斷材料是否已經破裂,以及材料和設備表面之間是否出現滲漏。Walker計畫在他們的測試過程中使用Nanotronics公司開發的顯微鏡,他相信nVisible產品具備的虛擬現實視覺化功能將會幫助他的團隊快速找出生產問題和故障。

 “虛擬現實技術可以幫助你深入到產品內部,然後找到問題的真正原因,”他說道,“你所看到的,不再是表面現象,利用虛擬現實技術可以讓你更清楚到底哪里出了問題。”

適用於需要近距離觀察的工業測試

2010年,Putman和他父親John Putman共同創立了Nanotronics公司。在此之前,他在工業系統軟體公司Tech Pro擔任高管,該公司也有由他父親創立的。值得一提的是,John Putman還是個哥倫比亞大學的材料科學教授。Putman深知納米工程在很多行業領域都能發揮巨大作用,包括製造小型醫療設備,開發更好的太陽能光伏,以及柔性電子。不過,雖然納米技術非常有前途,卻很少能夠實際應用。

“我去了生物系,又去了化學系,發現他們都在為同樣的問題苦惱,”他說道,“很多問題,在他們所處的行業裏是無法解決的,因為根本沒有可以適用的流程控制類型。”

Putman想到,可以將前沿科技和納米顯微鏡融合在一起,比如深度學習演算法,目前,Facebook和穀歌就在使用這一演算法幫助他們更加精確的識別圖像內容。最終的結果令人非常滿意,這種納米顯微鏡不僅可以用於觀察非常小的物體,而且還能自動化工業測試流程(通常是一些需要近距離觀察的工業測試)。

Putman希望自己開發的納米顯微鏡可以幫助科學家創建出一批納米技術初創公司。“我希望,通過材料科學創新,可以出現一家像Facebook那樣的納米科技巨頭,”他說道。

根據網易、騰訊等綜合採編

【文章觀點僅代表個人觀點】

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