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一大波新材料横空出世,改变世界超出你想象(第206期)

新材料将锂离子电池容量增加3倍

俄罗斯国立研究型工艺技术大学科研人员合成了一种新的纳米材料,可以取代目前在锂离子电池中使用的低效石墨,从而提高了锂离子电池的容量,延长了使用寿命。相关研究结果发表在《合金与化合物》杂志上。

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国立研究型工艺技术大学功能纳米系统与高温材料系研究人员叶夫根尼·科列斯尼科夫说:“我们获得的化合物Cu0.4Zn0.6Fe2O4多孔纳米微球作为阳极材料,其容量是市场上现有电池的3倍,同时,与其他有前途的替代品相比,其充放电循环次数增加了4倍。这种改进依靠的是特殊的纳米结构和所用元素之间的协同效应。”

由于使用喷雾热解法,最终材料的合成可以一步完成,没有中间步骤。为此,科学家解释说,借助于超声波将含有所需金属离子的水溶液转化为雾,然后在高达1200℃的温度下蒸发溶剂和分解原始金属盐。结果获得具有在锂离子系统中工作所需孔隙率的微米或亚微米球。

科学家开发出轻量化电池包外壳

德国弗劳恩霍夫结构耐久性和系统可靠性研究所的科学家们开发了一种仅使用纤维塑料复合材料的轻量化电池包外壳。 在生产电池外壳的过程中,将预制件插入专门为此开发的注塑模具中,然后注入泡沫芯。 纤维复合材料外壳的加工在两分钟内就 可以完成。

由位于德国达姆斯塔特的弗劳恩霍夫结构耐久性和系统可靠性研究所开发的轻量化电池包外壳使用了纤维塑料复合材料。据LBF研究所的专家介绍,与铝制的电池包外壳相比,纤维塑料复合材料的电池包外壳重量减少了40%。这种设计不仅减少了电动汽车的移动质量,而且由于增加了集成功能,还增加了电动汽车的续航能力和动态性能。由于电池包外壳是采用专门开发的高效工艺制造的,并且有特定的结构设计,所以可以用很低的成本实现生产。

除了开发基于纤维复合材料夹层结构进行电池包外壳的高效生产的工艺外,LBF研究所的研究人员还开发了基于模拟的方法。得益于此,在生产开始之前可以预测生产质量,从而大大简化了初步设计和生产。

受结冰启发的基于有机离子晶体的高强度可逆胶粘剂

胶粘剂已经成为材料加工、可拉伸电子产品等许多领域不可或缺的核心组件之一。然而,常规的固化胶粘剂难以被分离回收,一定程度上限制了材料的循环再应用。可逆胶粘剂,由于可以促进胶粘剂和基材的循环利用,近年来备受大家的关注。然而,现有的可逆胶粘剂大多存在粘合强度低或制造工艺复杂的缺陷,限制了其实际应用。

受自然界结冰/熔融所形成的可逆粘附现象的启发,苏州大学严锋教授与南京大学王晓亮教授合作,制备了一种基于有机离子晶体/聚合物凝胶的可逆胶粘剂。通过将单体N,N-二甲基丙烯酰胺 (DMAA) 与熔融态的离子晶体 (IC) 原位光聚合,制备了基于离子晶体凝胶 (IC gel) 的可逆胶粘剂。

当所制备的离子晶体凝胶冷却到IC相变 (结晶) 温度以下时,胶粘剂会在凝胶/基底之间形成了一层薄且硬的离子晶体,从而赋予其较高的粘附性;在高于离子晶体的相变温度下,IC 凝胶逐渐变成软弹性,粘附力降低并消失,并表现出优异的粘附可逆性。该方法合成的胶粘剂能够在不同的材料表面实现高强度、持久的粘附 (最大粘接强度达到5.8 MPa)。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的共同第一作者是苏州大学硕士研究生刘利利、刘子央和博士研究生任勇源,通讯作者为苏州大学的严锋教授和南京大学的王晓亮教授。

自修复混凝土

混凝土是使用最广泛的建筑材料,但它有一个严重的缺陷:受力时容易开裂。如果这些裂纹变得太大,将导致钢筋被腐蚀,不仅会导致建筑物不美观,而且还会损害建筑的结构和质量。

自修复混凝土由荷兰代尔夫特大学的土木工程师Schlangen博士发明,其自修复过程需要加热。为了将这种材料用于道路建设,Schlagen博士团队设计了一种特殊的车辆,车辆在道路上通过感应线圈来提供热量。Schlagen估计,该车辆若每四年在道路上运行一次,其修复道路的能力每年可为国家节省9000万美元。

此外,研究人员TU Delft在研究将细菌包埋在混凝土混合物中,以制造出具有自愈能力的混凝土。细菌混凝土是建造用于危险废弃物的地下固定架的理想选择,不需要人力来进行干预修复,这意味着在设计混凝土结构时,可以以一种更经济的方式解决耐久性问题。但是对于住宅建筑而言,传统的裂缝修补仍然是目前更具经济吸引力的解决方案。

科学家改造石墨烯打造最小微芯片 是传统微芯片的1/100

近日来自苏塞克斯大学的科学团队对石墨烯的底层结构进行了改变,打造出了迄今为止最小的微芯片。作为厚度只有一个原子的二维碳片,石墨烯是一种用途极其广泛的材料,在许多领域都有巨大的潜力。团队正在实验如何通过物理变形这些二维片材来改变它们的电子和机械特性。

基于“应变电子学”,团队使用了将纳米材料作为一种释放设备内部空间的方法,以便为更多的芯片腾出空间。研究作者艾伦·道尔顿(Alan Dalton)说:“使用这些纳米材料将使我们的计算机芯片变得更小更快,这绝对是至关重要的,因为计算机制造商现在已经达到了传统半导体技术的极限。最终,这将使我们的电脑和手机在未来的速度提高数千倍”。

该团队的实验涉及在一个被比喻为 "纳米原形 "的过程中加入折叠和折叠的皱纹以及其他改变,该团队发现,在石墨烯条上加入结构上的扭结,使它们表现得像晶体管,进而成为微小的微芯片。据说这种装置比传统的微芯片小100倍左右。

研究人员表示,除了不需要任何额外的材料外,这种工艺比目前的芯片制造技术更环保、更可持续,因为它们可以在室温下进行,这意味着需要更少的能源。

来源:科技日报、轻量化技术网、X-MOL资讯、TU Delft官网、TechEdge


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