“智能”睡衣可以监控并帮助改善睡眠；智能纳米粒子的仿酶活性；简单且可控方法合成复杂的纳米粒子| 每日材料前沿
摘要：研究人员对三种钴氧化物进行了深入研究，并通过镍和锌的取代来进行调整材料的带隙大小，传导电子的有效质量和自旋极化等特性，研究表明，当钴氧化物尖晶石被镍取代时，自旋极化效应显著增强，一旦确认了废热转换的最佳材料，研究人员希望能设计一种可以应用于车辆尾管的糊状材料，将废热转化为电能为汽车的电气系统供电，减少数亿吨的温室气体排放。针对这一问题，研究人员使用冰作为耦合介质，并使用纳米级粒子制造更接近金属特性的冰，使其更致密，机械强度更高，从而实现对零件的无损检测。
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研究人员使用超级计算机探索新型热电材料
在生活中，日用电器的使用总会伴随着发热现象，而这些热实际上会造成极大的能源浪费。对于汽车而言，只有约40%的能量被最终利用，而剩余部分都以热量的形式损失了。针对这一问题，来自德克萨斯大学帕米亚盆地分校的研究人员使用超级计算机来分析一系列的氧化钴与镍和锌组合后的性能，这些氧化钴显著提高了旋转霍尔效应，在热电发电方面有着广阔的前景。
研究人员对三种钴氧化物进行了深入研究，并通过镍和锌的取代来进行调整材料的带隙大小，传导电子的有效质量和自旋极化等特性，研究表明，当钴氧化物尖晶石被镍取代时，自旋极化效应显著增强，一旦确认了废热转换的最佳材料，研究人员希望能设计一种可以应用于车辆尾管的糊状材料，将废热转化为电能为汽车的电气系统供电，减少数亿吨的温室气体排放。
二价Zn和Ni阳离子对Co3O4自旋热电性质的取代效应（来源：NolanHines等）
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研发研究人员使用新技术对机械零件进行无损检验
近日，来自辛辛那提大学的研究人员开发了一种新颖的检查零件内部结构的方法，该方法基于超声波原理：将部件浸入水中并将其冻结在一个冰柱内。冰充当耦合介质，让超声波进入并反射部件的潜在缺陷。相关成果被发表在NDT&E International上。
长久以来，在机械零件的检测技术中，超声波都是绕不开的一个话题，但随着工艺的发展，增材制造等新技术对这种方法提出了挑战：声波需要从耦合介质才能传到零件内部，但当耦合介质和零件之间的机械性能差异很大时，就很少有声波能够进入了。针对这一问题，研究人员使用冰作为耦合介质，并使用纳米级粒子制造更接近金属特性的冰，使其更致密，机械强度更高，从而实现对零件的无损检测。
辛辛那提大学的研究人员将零件冻结在冰中，来对部件内部进行检测（来源：Corrie Stookey / CEAS Marketing）
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“智能”睡衣可以监控并帮助改善睡眠
近日，在第257届美国化学学会（ACS）全国会议和博览会上，Trisha L. Andrew博士 和她马萨诸塞大学的团队称，他们最近开发了一种智能睡衣Phyjama，其中嵌入了自供电传感器，可以用于监控睡眠期间的人类行为。
这款智能睡衣工作的关键是一种称为反应性气相沉积的过程。各组分在气相中反应并直接沉积在织物上以形成各种电子元件并最终形成集成传感器。该服装包括两种类型的自供电传感器，可以检测“弹道运动”或压力变化。该团队已经对志愿者进行了测试，并独立验证了传感器的读数。
该团队目前正在致力于将该技术扩展到可穿戴电子传感器，以检测步态并将反馈发送到监视器以帮助防止跌倒。该应用程序可用于养老院和退休中心等环境。
（图片来源：Ying Jia）
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Shrinky Dinks的新型热缩片玩具可应用于材料封装等
很多人都玩过ShrinkyDinks热缩片，这是由聚苯乙烯制成的，孩子们可以对它涂色、切割和加热，然后收缩成更厚的塑料片。研究人员使用喷墨打印机在聚苯乙烯板表面打上各种形状的黑色墨水，当红外光照射在被切割的形状上时，油墨区域比空白区域升温更快，导致聚苯乙烯就像六角螺栓一样缠绕在被抓握的物体周围。研究表明，针对墨水图案、几何结构和面板数量进行优化的抓取器可以在机械故障前将物体悬挂在其自身质量的24000倍以上几分钟，或者其自身质量的5000倍以上数月。这一发现发表在ACS Applied Polymer Materials上，其可应用于制造坚固耐用的夹持器，用于封装材料或柔性机器人等。
图片来源：美国化学会
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研究人员正在太空中探索智能纳米粒子的仿酶活性
微观水平下，纳米粒子具有意想不到的特性。意大利的研究团队花了数年时间定制纳米材料并分析其行为。其中利用二氧化铈纳米纳米粒子(Nanoceria, CeO2)模拟了生物体内酶的活性，该粒子标记为荧光绿色，细胞核标记为蓝色，细胞骨架标记为红色。Nanoceria作为一种抗氧化剂，成为对抗慢性疾病的关键，能保护生物不受氧化应激造成的损害。2017年的空间站实验中，Nanoceria抗氧化剂保持稳定且比任何药物的效果更持久。目前该纳米抗氧化项目准备搭乘SpaceX公司的Dragon 补给飞船，继续在太空中探索细胞恶化与Nanoceria对抗的过程机理，这也将为影响人类的许多疾病提供新的治疗方法。
Nanoceria纳米粒子模仿生物体内酶的生物活性（来源：Gianni Ciofani）
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06
美国NIST致力于激光焊接的数据收集和模拟
焊接是许多工业过程所必需的，从建造汽车、飞机到笔记本电脑和手机。传统焊接通常使用电弧来加热和熔化材料，相比之下，激光焊接的物理特性非常复杂。所以，在过去三年中，美国国家标准与技术研究院（NIST）的科学家们一直在收集与激光焊接有关的基本数据。计算机建模人员用这些数据来改进激光焊接的模拟过程。因为这些模拟过程可以帮助制造商预测他们可以焊接哪种类型的金属，简化流程并快速投入生产。
首先，他们发明了许多技术来收集基本数据。比如：①使用积分球装置解决焊接过程中激光功率测量问题。②使用气化材料云，测量焊接羽流。③使用激光诱导荧光（LIF）光谱的技术来感知焊缝中的微量元素，其灵敏度比传统方法高40,000倍。此外，科学家们与世界各地的研究所合作来扩展数据集。最后，引入一个称之为“软糖因素”的东西将收集到的数据混合到一起进行模拟。
在NIST的激光焊接室内，高功率激光熔化一块金属，形成字母“NIST”（来源：Paul Williams / NIST）
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研究人员用简单且可控方法合成复杂的纳米粒子
金属-金属氧化物纳米粒子具有一系列的光学和催化性能，但其简单有效的合成途径却难以精确控制尺寸、形貌和结构。西班牙加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所(ICN2) 等其他研究机构的研究人员用一锅法合成了具有不同厚度金纳米颗粒壳层的CeO2纳米颗粒。通过控制整合两种不混溶元素Au和CeO2，生产界限分明、稳定的胶体纳米结构，使其具备独特的结构特征和协同光学催化特性。该方法的新颖性和强大之处在于其控制不同组分的成核和生长过程的能力，且避免了合成后热处理过程中的聚集和烧结问题，成本低、可持续。研究员表示该方法适用与其他类似的体系。
精细调整合成的具有壳层的纳米颗粒（来源：Cordelia Sealy）
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