新型自供電系統可即時收集和儲存能量；新的鈣鈦礦製備工藝助力薄膜太陽能電池研發

摘要：來自柏林亥姆霍茲中心的科研團隊成功使用共蒸發技術在中等溫度下製備了鈣鈦礦薄膜，該工藝使得依賴這種材料生產薄膜太陽能電池變得更加容易，與傳統的金屬-有機雜化鈣鈦礦相比，通過這種工藝製得的無機鈣鈦礦不再需要高溫回火，具有更加優異的熱穩定性。該研究將金屬配位與輕元素的共價化學反應相結合，將吡啶-4-硼酸反應結合到構成MOF的金屬配位反應中，使MOF具有整合的共價有機骨架結構（COF），分區配體暴露的硼路易斯酸位點表現出顯著的NH3吸附性能，而且這種分區增加了MOF材料的穩定性。

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新型自供電系統可即時收集和儲存能量

便攜式和可穿戴式智能電子產品激發了科學家對微型電池的興趣。近日，來自印度理工學院材料科學中心的團隊發明了一種即時收穫和儲存能量的自供電系統。相關文章發表在ACS Applied Materials＆Interfaces上。

該團隊推出了一種獨特的自充電和自我修復的非對稱超級電容器電池，從而將能量收集和能量存儲這兩個不同功能集成到單個器件中。通過簡單地應用機械應力，可以持續地爲便攜式電子設備供電。這種電池最大的吸引力在於它可以以雙重方式有效地充電，即通過傳統的充電過程或通過施加機械變形。因此，這種電池有望實現日常使用的普通智能電子產品的不間斷運行。在那些電力非常短缺的地方，這種電池將非常有前景。

自供電系統的可行應用領域（來源：美國化學學會）

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新的鈣鈦礦製備工藝助力薄膜太陽能電池研發

來自柏林亥姆霍茲中心的科研團隊成功使用共蒸發技術在中等溫度下製備了鈣鈦礦薄膜，該工藝使得依賴這種材料生產薄膜太陽能電池變得更加容易，與傳統的金屬-有機雜化鈣鈦礦相比，通過這種工藝製得的無機鈣鈦礦不再需要高溫回火，具有更加優異的熱穩定性。相關成果發表在Advanced Energy Materials上。

科學家們對碘化銫和碘化鉛進行共蒸發，產生薄的CsPbI3層。測量結果表明，薄層材料的結構和關鍵的光電特性對銫與鉛的比例敏感。過量的銫促進了穩定的鈣鈦礦相生成，使其具有良好的電子遷移率和電荷載體的壽命。這些優化過的CsPbI3層初始效率超過12％，穩定性能接近11％，穩定時間超過1200小時。這項新技術降低了鈣鈦礦半導體的製備溫度，使將其集成到不能承受高溫的薄膜太陽能電池中成爲了可能。

通過共蒸發碘化銫和碘化鉛，即使在中等溫度下也可以生產薄層CsPbI 3（來源：J.Marquez-Prieto / HZB）

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研究人員用MOF協同COF製成新型多孔分區材料

MOF（金屬有機骨架）因其孔隙率高而被用於吸附分離氣體和污染物。現美國加利福尼亞大學的研究人員採用二合一的快速、多功能合成方法，將這種多孔材料的孔隙進一步分區，提高了其吸附能力。相關文章已發表至AngewandteChemie。該研究將金屬配位與輕元素的共價化學反應相結合，將吡啶-4-硼酸反應結合到構成MOF的金屬配位反應中，使MOF具有整合的共價有機骨架結構（COF），分區配體暴露的硼路易斯酸位點表現出顯著的NH3吸附性能，而且這種分區增加了MOF材料的穩定性。據此，科學家們又合成了幾種新的MOF，其均顯示出比未分區MOF更好的氣體吸收性能。

COF-MOF組裝的新型多孔材料（來源：University of California）

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研究人員通過網絡模擬運算分析材料成分

網絡科學是專門研究複雜網絡系統的定性和定量規律的一門嶄新的交叉科學,其得益於圖論和拓撲學等應用數學的發展，研究涉及到科學和工程領域。近日，佛羅里達州立大學研究人員現發現，網絡科學可用於分析不同材料的成分。運用圖論，將遠程原子力映射到一個非常複雜的圖形並模擬宏觀材料的行爲。據此發明了一種算法方法，且可擴展應用於其他材料，該研究已發表在PLOS ONE。該算法簡化了原子之間的作用力，刪除了某些原子力，並重新佈線，保留了重要信息，使模擬計算運行更快。這種網絡模型有助於我們快速分析材料成分，設計進程，使材料更有效更快速地傳輸能量。

William Oates，佛羅里達州立大學機械工程系教授（來源:Florida State University）

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碳纖維複合材料助力電動汽車部件應用

SGL Carbon公司宣佈，它已與中國汽車製造商NIO合作，爲電動汽車開發碳纖維增強塑料（CFRP）原型電池外殼。據稱，新型電池盒比傳統的鋁製或鋼製電池盒輕40％，並且與鋁相比，具有高剛性和約200倍的導熱性。此外，這種新材料在水氣密性以及耐腐蝕性方面均有優異的表現。

SGL Carbon公司預計，隨着電動汽車的增加，汽車行業電池箱輕量化解決方案的需求將在未來幾年內急劇增加。輕量化結構是電動汽車技術路線圖的核心要素之一。採用複合材料，特別是在電池盒系統中使用高性能碳纖維，將使汽車擁有非常高的能量密度電池組的同時，兼備更好的動態驅動性能和更長的續航里程。

NIO的電動汽車用碳纖維增強塑料製成的原型電池盒（來源：SGL Carbon）

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一種可用於自動化學合成的新型3D打印全液體裝置

近日，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員開發了一種新型3D打印全液體裝置，可以實現電池和藥物配方的自動化學合成。科研人員將含納米級粘土和聚合物顆粒的液體印刷玻璃基板上，進行界面聚合，形成極薄通道。將催化劑放置在通道中，3D打印以連接通道，當化學物質流過通道時，會按特定順序遇到催化劑，從而引發化學反應，產生特定的化合物。科研人員利用編程可以作爲人工循環系統，以調控反應的發生，從而高效精確地組合分子，形成有機電池材料等。未來有望製備全液體電路，電池，應用前景廣泛，相關研究內容發表在雜誌Nature Communications上。

一種新的3D打印全液體裝置的方法，可以實現電池和藥物配方的自動化學合（來源：勞倫斯伯克利國家實驗室）

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工程師通過3D打印優化鈦合金刀體的設計

切削刀具和刀具系統專家SandvikCoromant開發了一種採用增材製造生產的鈦合金刀體CoroMill 390型號。該工具較輕的整體重量可以幫助減少振動，並提高加工過程中的長期懸伸安全性。在製作中，增材製造可以生成金屬切割所不具備的形狀和特徵，通過拓撲優化，創造最佳的刀具設計。這種方法可以使刀具比傳統版本更緊湊，重量更輕，從而有助於提高其長懸銑削操作的生產率。同時，適配器中的阻尼器與切削刃之間的距離更短，從而提高了性能和工藝安全性。

SandvikCoromant開發了CoroMill 390版本，採用增材製造生產的鈦合金刀體

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研究人員合成的納米過氧化物酶有望取代天然酶

來自韓國科學技術院（KAIST）的研究小組將氮和硼摻雜到石墨烯中，選擇性地提高過氧化物酶樣活性，成功地合成了一種模擬納米酶的過氧化物酶，具有低成本和高催化活性。研究人員表示，納米酶有可能取代現有的酶。這項技術可有效地檢測乙酰膽鹼，快速診斷阿爾茨海默病。

本實驗的難點在於由蛋白質組成的天然酶對溫度和酸鹼度不穩定，難合成且成本高；不由蛋白質組成的納米酶具備穩定和易生產，但沒有選擇性。該研究小組將氮硼共摻雜到石墨烯中，石墨烯的類過氧化物酶活性可忽略不計，選擇性地提高了類過氧化物酶的活性，而無需藉助類氧化酶的活性來精確模擬自然界中的過氧化物酶。將氮硼共摻石墨烯用於乙酰膽鹼的比色檢測，比天然過氧化物酶更能成功地檢測乙酰膽鹼。