磨削技術(shù)
受藍(lán)鳥啟發(fā)的材料可以延長(zhǎng)電池壽命 |
| 發(fā)布時(shí)間：2023/12/5 |
東部藍(lán)知更鳥不僅僅是外表美麗。它的羽毛還具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，可以徹底改變電池和水過(guò)濾等可持續(xù)應(yīng)用。 具體來(lái)說(shuō)，鳥翅膀的亮藍(lán)色并不是色素沉著的結(jié)果。相反，這是由于直徑為數(shù)百納米的通道網(wǎng)絡(luò)穿過(guò)羽毛。 這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)激發(fā)了蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制這種材料。他們現(xiàn)在開(kāi)發(fā)了一種合成材料，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與藍(lán)知更鳥的羽毛相同，有可能提供實(shí)際用例，例如延長(zhǎng)電池壽命。 研究人員試驗(yàn)了一種既可以拉伸又可以變形的透明硅橡膠。他們將其放入油性溶液中，并在60℃的烤箱中使其膨脹幾天。然后他們將其冷卻并提取。 研究小組觀察到橡膠的納米結(jié)構(gòu)在整個(gè)過(guò)程中發(fā)生了變化，他們發(fā)現(xiàn)了與藍(lán)知更鳥羽毛中類似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。唯一的本質(zhì)區(qū)別是形成的通道的厚度：合成材料的厚度為800納米，而羽毛的厚度為200納米。 藍(lán)鳥羽毛結(jié)構(gòu)和合成材料復(fù)制 這一成就是基于聚合物基質(zhì)和油性溶液相分離的新方法的結(jié)果。相分離是我們?cè)谌粘Ｉ钪心慷玫某Ｒ?jiàn)物理現(xiàn)象。例如，想象一下由油和醋制成的沙拉醬——除非劇烈搖晃，否則這些物質(zhì)會(huì)分離，而當(dāng)搖晃停止時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)再次分離。 但也可以通過(guò)加熱將這些物質(zhì)混合，然后通過(guò)冷卻將它們?cè)俅畏蛛x——而這正是科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室所做的。 “我們能夠控制和選擇條件，以便在相分離過(guò)程中形成通道。我們已經(jīng)成功地在兩個(gè)階段再次完全融合之前停止了這一過(guò)程，”該研究的主要作者Carla Fernández Rico說(shuō)。 這種方法的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是材料保持可擴(kuò)展性。“原則上你可以使用任何尺寸的橡膠塑料。然而，你還需要相應(yīng)大的容器和烤箱，”Rico補(bǔ)充道。 該技術(shù)可以通過(guò)取代液體電解質(zhì)在電池中發(fā)揮作用，液體電解質(zhì)促進(jìn)鋰離子在電極之間的轉(zhuǎn)移，但通常會(huì)與離子發(fā)生反應(yīng)，從而降低電池容量和健康狀況。研究人員開(kāi)發(fā)的具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)不僅可以解決這個(gè)問(wèn)題，而且可以實(shí)現(xiàn)良好的離子傳輸并延長(zhǎng)電池壽命。 由于網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性和大表面積，水過(guò)濾器是另一個(gè)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，可以去除污染物，包括細(xì)菌和其他有害的水顆粒。 Rico旨在進(jìn)一步發(fā)展她的研究，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性，并指出該團(tuán)隊(duì)的工作還遠(yuǎn)未結(jié)束。 “該產(chǎn)品距離上市還有很長(zhǎng)的路要走，”她說(shuō)。“雖然橡膠材料便宜且容易獲得，但油相卻相當(dāng)昂貴。這里需要一種更便宜的材料。” 也許DeepMind的深度學(xué)習(xí)工具可以派上用場(chǎng)。 完整的研究發(fā)表在《自然材料》雜志上。 |
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