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前瞻技術脈動:先進材料與技術(202403)

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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年2月2日
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圖、前瞻技術脈動:先進材料與技術(202403)

單原子厚的磷/砷合金帶可以改善電池、太陽能電池和感測器
磷奈米帶是被用於延長鋰離子電池壽命和太陽能電池效率的材料,然而,純磷材料的導電性不佳,阻礙了它們在某些應用中的使用。

倫敦大學學院研究人員在《美國化學學會雜誌》上發表這項研究,研究人員創造了由磷和微量砷製成的奈米帶,他們發現這種奈米帶能夠在高於-140°C 的溫度下導電,同時保留非常有用的特性純磷帶材。研究表明磷奈米帶與砷合金化是控制這種不斷增長的奈米材料家族的特性以及應用和潛力的強大工具,同樣的技術可用來製造將磷與硒或鍺等其他元素結合在一起的合金。為用作鋰離子或鈉離子電池的陽極材料,磷奈米帶目前需要與碳等導電材料混合,透過添加砷。研究團隊製造的砷磷帶通常有幾層高、幾微米長、數十奈米寬。它們是透過將磷和砷片形成的晶體與溶解在-50°C液氨中的鋰混合製成的。片材的原子結構意味著鋰離子只能沿著一個方向移動,而不是橫向移動,導致裂紋,進而形成帶材。

奈米帶的一個關鍵特性是它們還具有極高的「電洞遷移率」,並有助於電流更有效地移動,其可在液體中大規模生產,以低成本大量用於不同的應用之中。
參考資料:One-atom-thick phosphorus/arsenic alloy ribbons could improve batteries, solar cells and sensors. PHYS ORG, 2023/09/21.


透過擠壓絲瓜海綿產生少量電力
北京航空航天大學、北京大學和休士頓大學的研究團隊,發現透過反覆擠壓經處理的絲瓜海綿,能產生少量電力。首先對絲瓜海綿進行化學處理,以去除半纖維素和木質素,只留下纖維素晶體外殼,與電路連結並動手擠壓,最後能產生高達8nA的電力。雖然這種方法生成極少量電力,尚未產生太多實用價值,但未來可由改進人工絲瓜海綿以產生可用電力,相關研究已發表於《美國國家科學院院刊》期刊中。
資料來源:Generating small amounts of electricity by squeezing luffa sponges. TechXplore, 2023/09/26.


光活化酸可高效、按需釋放捕獲的二氧化碳
美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員利用光代替熱,找到了一種新方法,可以用於直接空氣捕獲(DAC)的溶劑中釋放二氧化碳(CO2),進而捕獲溫室氣體。

這DAC技術每年可從大氣中去除數十億噸CO2,​​有助於將全球平均氣溫上升限制在攝氏2度以內。然而,與吸附劑再生和緩解氣候變遷規模的CO2釋放相關的密集能源成本使得如此大規模的部署成為一項巨大的挑戰,需要開發新的DAC製程。ORNL主導的方法提供了在環境條件下使用紫外線照射而不是加熱溶液來釋放CO2的概念證明並使吸附劑再生。
參考資料:Light-activated acid drives energy-efficient, on-demand release of captured carbon dioxide. TechXplore, 2023/09/28.


仿生科技創造出具有自我癒合能力的人造皮膚
人類的皮膚可以感知溫度、壓力和觸感,它能反覆地伸展和恢復彈性,也是人類避開細菌、病毒、毒素、紫外線輻射等的屏障。皮膚由「層」組成,它具有免疫機制,透過分子識別和信號傳導的複雜過程重建原始層狀結構的組織,讓皮膚各層應該自然、自主地重新排列。

科學家參考這種模式而開發出多層合成皮膚,每層都是單獨的功能層,厚度僅有一奈米,一層可能會感受到壓力,另一層可能會感受到溫度,還有另一層會感受到張力等等,不同層的材料可以被設計為感測熱、機械或電的變化,透過多層薄膜感測器,讓各層在癒合過程中會自動重新排列,而且柔軟可伸縮,一旦被刺穿或切割,每一層都會自行癒合,恢復整體功能。這項發明將用於更擬人的義肢或是更真實的人形機器人。(1032字;圖1)
參考資料:Layers of self-healing electronic skin realign autonomously when cut. NSF, 2023/07/13.


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