前瞻技術脈動：先進材料與技術（202428）

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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8月16日

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202428）

利用石墨烯替代砂礫，製造更輕、更堅固的混凝土
目前砂礫的開採速度超過了其自然補充速度，使全球適用於混凝土的砂礫的短缺極有可能發生。從冶金焦煤提煉出的石墨烯，透過一種稱為焦耳熱閃蒸法的技術進行生產，完全替代混凝土中的砂礫。由Rice University研究團隊發表於《ACS Applied Materials》期刊的研究成果指出，該團隊開發了一種用石墨烯替代混凝土中的砂礫的方法，使混凝土更輕、更堅固，更環保。該團隊使用從冶金焦煤提煉出的石墨烯(metallurgical coke-derived grapheme)，透過一種稱為焦耳熱閃蒸法(flash Joule heating)的技術進行生產，完全替代混凝土中的砂礫。研究結果顯示，與傳統混凝土相比，該混凝土重量減輕了25％，韌性增加了32％，峰值應變增加了33％，抗壓強度增加了21％。儘管目前石墨烯的成本過高，無法大規模商業化使用，但該研究指出了替代混凝土中的砂礫的可能性。
參考資料：Graphene replaces sand to make lighter, stronger concrete, New Atlas. 2024/01/28.

研究人員正在尋找系外行星大氣中生命跡象
在未來幾十年中，系外行星科學的主要目標之一是在宇宙中搜索宜居行星和外星生命跡象。研究即將問世的望遠鏡在探測10顆岩石系外行星上的氧氣、二氧化碳、甲烷和水的化學痕跡方面的能力。以Ohio State University研究團隊發表於《The Astronomical Journal》期刊的研究成果指出，該團隊研究了即將問世的望遠鏡在探測10顆岩石系外行星上的氧氣、二氧化碳、甲烷和水的化學痕跡方面的能力，發現對於比鄰星b(Proxima Centauri b)，這些望遠鏡非常擅長探測其潛在的生命跡象。研究團隊還評估了像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和其他極大望遠鏡(ELTs)等專業成像儀器在直接成像系外行星方面的效果，結果會因儀器和行星不同而有差異。該研究是由National Science Foundation資助。
參考資料：Researchers spying for signs of life among exoplanet atmospheres, Science Daily. 2024/01/29.

研究人員概述鋰離子電池矽基負極材料的最新進展與挑戰
矽基陽極面臨一些困難，包括體積大幅增加、ICE較低和麵積容量有限，開發低成本、簡單製造的鋰離子電池矽基負極材料對於解決鋰離子電池體積膨脹大、電導率低、動力學反應不一致和ICE相對低的問題。多種化學改質（黏合劑、複合材料和電解質）可提供優異的穩定性並增強鋰離子電池(LIB)矽基陽極的電化學性能。迄今為止，已經嘗試了幾種不同的矽基陽極材料結構改變的化學相互作用，以增強整個脫鋰/鋰化過程中的Li +動力學、結構穩定性和體積發展控制。矽基陽極面臨一些困難，包括體積大幅增加、ICE較低和麵積容量有限。材料工程、表面/界面工程和黏合劑/電解質優化等方法可用於解決這些缺點，楊建平表示：「開發低成本、簡單製造的鋰離子電池矽基負極材料對於解決鋰離子電池體積膨脹大、電導率低、動力學反應不一致和ICE相對低的問題至關重要。」混合複合材料同時用其他材料摻雜矽可能是一種可行的選擇，它可以增強導電性，確保足夠的結構完整性，提高振實密度和麵積容量，最後穩定SEI的形成。在混合複合材料製備形態、顆粒尺寸和塗層期間可以考慮達到達標要求。
參考資料：Researchers overview recent progress and challenges in silicon-based anode materials for lithium-ion batteries, TechXplore. 2024/01/31.

土衛六神秘的「魔法島」—土星最大衛星上的蜂窩狀碳氫冰山
土衛六湖泊上有一個神秘特徵，即所謂的「魔法島」，為雷達觀測到的暫時出現的亮斑。觀察到土衛六表面湖泊和海洋上的神秘「魔法島」可能是多孔、凍結的有機固體浮塊，挑戰了先前它們是氣泡的假設。以University of Texas at San Antonio、University of California Santa Cruz和Johns Hopkins University研究團隊發表於《Geophysical Research Letters》期刊的研究成果指出，該團隊觀察到土星最大的衛星土衛六表面上由液態碳氫化合物組成的湖泊和海洋上的神秘「魔法島」可能是多孔、凍結的有機固體浮塊，挑戰了先前它們是氣泡的假設。土衛六的大氣中富含甲烷和有機分子，經由乙烷、甲烷和複雜有機化合物的降水，形成其表面的湖泊和海洋，進而促使這些島嶼的形成。研究團隊探討了土衛六的大氣、液態湖泊和固態物質間的關係，提出魔法島可能是帶有適當多孔性的凍結有機團塊，使其能在湖泊表面暫時漂浮。研究發現也為解釋土衛六海洋和湖泊異常平滑的原因提供新見解，解決了關於土衛六表面特徵長期存在的謎團。(1560字；圖1)
參考資料：Titan' s Mysterious "Magic Islands"– Honeycombed Hydrocarbon Icebergs on Saturn's Largest Moon, SciTechDaily. 2024/01/31.

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