前瞻技術脈動：先進材料與技術（202433）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2024年9月13日

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202433）

化學家發現了新形式的碳
碳是地球上所有有機生命的主要組成部分，因此科學家對於碳的物質形式投入許多研究。像是1996 年的諾貝爾化學獎得主就是發現富勒烯(fullerene)，2010 年的諾貝爾物理學獎得主則是發明石墨烯(graphene)。最近有科學家發現了一種介於富勒烯和石墨烯之間的二維形式新型碳：graphullerene。這種碳由連接的富勒烯層組成，從較大的石墨烯晶體中剝離成超薄薄片。因為富勒烯中有60個碳原子，理論上可以透過數種不同的方式組合在一起，每種組合方式都可以產生不同的電子、磁性和光學特性。科學家計劃微調各種組合的特性並嘗試當石墨烯片與不同種類的二維材料結合時會有甚麼變化，以積極探索其在電子、能源應用等領域的潛在用途。
參考資料：Chemists discover new form of carbon, graphullerene, graphene's 'superatomic' cousin, NSF. 2023/03/15.

由食物製成的可充電電池
食用電子是一個新興領域，對胃腸道疾病的診斷和治療以及食品質量監測都有很大的影響，並且有助於實現可食用電源。Istituto Italiano di Tecnologia（IIT-意大利理工學院）的一組研究人員從我們日常飲食中通常消耗的材料開始，創造了一種完全可食用和可充電的電池。研究小組從所有生物體內發生的生化氧化還原反應中汲取靈感，開發了一種電池，該電池利用核黃素（維生素 B2，例如在杏仁中發現）作為陽極和槲皮素（一種食品補充劑和成分，存在於酸豆中），等等）作為陰極。活性炭（一種廣泛使用的非處方藥）用於提高導電性，而電解質是水基的。每個電池都需要用於避免短路的隔板，它是由紫菜海藻製成的，這種海藻可以在壽司中找到。然後，電極被封裝在蜂蠟中，兩個食品級金觸點（糕點師使用的箔）在纖維素衍生的支持物上出現。電池單元的工作電壓為 0.65 V，該電壓足夠低，不會在人體攝入時產生問題。它可以提供12分鐘48μA的電流，或一個多小時的幾微安電流，足以為小功率LED等小型電子設備提供有限時間的電力。
參考資料：A rechargeable battery made from food, TechXplore. 2023/04/13.

石墨烯在室溫下顯示出破紀錄的磁性
石墨烯的新特性可能會改變我們未來存儲數據的方式。通過利用電場調整瑕疵石墨烯的結構來研究其更為純正的狀態，因為結構中的瑕疵會影響其磁阻。英國曼徹斯特大學的研究人員發現，石墨烯是已知最具磁阻材料，其是一種由碳原子排列成蜂窩狀結構的二維材料。磁阻是一種對磁場產生的電阻變化能力的材料。石墨烯已經因其強度、導電性和靈活性而聞名，這一新發現可能對數據存儲等領域產生影響。研究團隊利用電場調整瑕疵石墨烯的結構，以研究其更為純正的狀態，因為結構中的瑕疵會影響其磁阻。這些發現可能會導致石墨烯在自旋電子學等領域的新應用。該研究發表在Nature期刊上。
參考資料：Graphene shows record-breaking magnetic properties at room temperature, New Scientist. 2023/04/12.

研究生幫助設計你可以扔進堆肥箱的「人造肌肉」
傳統機器人使用的人造肌肉通常不使用生物可分解材料，這使得它們難以應用在食品處理或醫療領域。相比之下，某些人造肌肉的外部由生物可分解的聚酯混紡材料製成，內部充滿了絕緣液體，通電後會像真實肌肉一樣收縮，實現動作。科羅拉多大學博德分校的研究人員開發了一種生物可分解人造肌肉，係以生物可分解的聚脂混紡材料製成，裡面裝滿油類液體，透過施加電壓能做出類似肌肉的動作。這種電動人造肌肉被稱為HASEL，係使用一次性材料，可以彎曲 100,000 次或更多次而不會斷裂。本研究計畫獲得馬克斯·普朗克學會的支持，研究成果已發表在Science Advances期刊。(1257字；圖1)
參考資料：Grad student helps design 'artificial muscles' you can toss in the compost bin, Tech Xplore. 2023/04/23.

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