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《纳米颗粒肥料有助于新的“绿色革命”》

  • 来源专题：化肥农药减施增效
  • 编译者： 金慧敏
  • 发布时间：2017-02-15

  • 20世纪60-70年代的绿色革命被认为是有助于全球数十亿的人口，化肥是刺激农业繁荣的关键因素之一。但是在发展中国家，肥料的成本仍然相对较高，限制了粮食生产。今天，研究人员报道了一种简单的方法生产良性的、更加高效的肥料，有助于第二次粮食革命。相关研究发表在了《ACS Nano》期刊上。

    农民经常使用尿素，一种富含氮素的肥料。它的缺陷是在潮湿土壤中迅速分解，形成氨。氨被冲走后，产生了主要的环境问题，导致水体富营养化；以二氧化氮的形态进入大气，是农业中的主要温室气体。快速扩散导致植物利用率低。因此，研究人员研发了一种简单、可升级的方法用羟磷灰石（HA）纳米颗粒为尿素包膜。羟磷灰石是一种矿物质，存在人类和动物的组织中，被认为是环境友好的材料。水中，包膜的尿素缓慢释放氮素，比尿素慢12倍。在水稻田的初步测试中表明HA纳米颗粒尿素可以降低一半肥料施用。

    论文信息：Urea-Hydroxyapatite Nanohybrids for Slow Release of Nitrogen. ACS Nano, 2017;

    DOI: 10.1021/acsnano.6b07781

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相关报告

  • 《新的方法有助于评估金属纳米颗粒的化学成分和结构》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-12-30
    • 由于分析方法的最新进展，微小材料可以在化学、生物医学和电子等领域得到开发和应用。 创新材料的分析和发展带来了无穷无尽的技术创新，在从生物工程、医学到最先进的电子技术等诸多科学领域都发挥着至关重要的作用。 在纳米尺度上对新材料的实际设计和分析有助于克服早期方法和设备的局限性，实现新的功能和无与伦比的效率水平。 金属纳米粒子也是如此，由于其广泛的应用前景，目前在当代研究中引起了广泛的关注。 一项新开发的合成技术以树状分子为模板，使科学家能够制造直径在0.5到2纳米之间的金属纳米晶体，即十亿分之一米。 这些非常微小的粒子被称为“亚纳米团簇”(subnano clusters, SNCs)，它们具有非常独特的特征，比如表现出不同寻常的量子现象，这些现象极易受到团簇组成原子数量变化的影响，并且是(电)化学反应的特殊催化剂。 遗憾的是，目前在纳米尺度上用于分析粒子和材料结构的分析技术并不适用于检测SNCs。 拉曼光谱是这样一种技术，其中一个样品被激光照射和由此产生的散射光谱进行分析，以实现材料的潜在成分的分子轮廓或指纹。 传统的拉曼光谱及其变体为科学家提供了有用的工具，但它们往往灵敏度较低，因此不能用于snc。 因此，一组来自东京理工大学的研究人员，包括Kuzume博士、山本公久教授和合作者，分析了一种改进拉曼光谱测量的方法，使其能够用于SNC分析。 表面增强拉曼光谱法是一种特殊类型的拉曼光谱法，它还有另外一种细化的变体，在这种变体中，金和/或银的纳米粒子被包裹在一个薄的惰性硅胶壳中，与样品混合，以增加光学信号，从而增加方法的灵敏度。 研究人员最初从理论上确定了纳米粒子的最佳组成和尺寸，其中100纳米的银光放大器(几乎是通常所用尺寸的两倍)可以显著增加附着在多孔硅外壳上的snc信号。 这种光谱技术选择性地产生离光放大器表面很近的物质的拉曼信号。 山本公久，东京工业大学教授 为了验证这些发现，研究人员对氧化锡snc的拉曼光谱进行了量化，以检验是否可以在其结构或化学成分中找到对其在特定化学反应中神秘的高催化活性的解释。 当研究人员将他们的拉曼测量结果与理论分析和结构模拟进行比较时，他们对氧化锡SNCs的结构组成有了新的认识，从而解释了氧化锡SNCs的特异性、原子依赖的催化活性的来源。 本研究使用的方法对发展更好的亚纳米尺度科学和分析方法具有重要意义。 对物质的物理和化学性质的详细了解有助于实际应用的亚纳米材料的合理设计。高灵敏度的光谱方法将加速材料的创新，促进亚纳米科学作为一个跨学科的研究领域。 山本公久，东京工业大学教授 研究人员所展示的创新将有助于扩大亚纳米材料在催化剂、电子和生物传感器等诸多领域的应用范围。
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  • 《纳米颗粒有助于实现自旋电子器件》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-03-07
    • 研究人员首次展示了一种新方法，可以比目前的商业设备快3个数量级，实现对未来计算至关重要的功能。由副教授大叶信部(Shinobu Ohya)领导的研究小组发明了一种纳米级自旋电子半导体器件，这种器件可以在特定的磁态之间以每秒数万亿次(太赫兹——THz)的速度进行部分切换，远远超过目前器件的频率。 你很有可能在这十年的某个时候买了一台电脑或智能手机。当你看描述时，你可能已经注意到这样的设备的速度通常是用千兆赫(GHz)来测量的。目前大多数设备的频率都在几吉赫兹左右。但是进步在加速，人们正在寻找新的方法来提高我们设备的频率和性能。为此，来自东京大学工程研究生院和前沿科学研究生院的研究人员探索了自旋电子学这一新兴领域。 “我希望我们的研究能带来基于自旋神经元的逻辑和记忆设备，”Ohya说。几十年内，人们应该会看到自旋电子智能手机和数据中心。我们将在人工智能等领域实现令人难以置信的性能提升。 自旋电子学，又称“自旋电子学”，利用电子的一种称为自旋的固有特性来执行功能。例如，计算依赖于物理材料的可切换状态作为传递信息的一种方式。众所周知，组成二进制代码的1和0是由通信线路中的电压水平或硬盘中磁性金属的磁性状态来表示的。状态间的切换越快，设备的性能就越好。在自旋电子器件中，离散自旋磁化状态表示二进制数字。 研究人员创造这一特性的一种方法是用一种特殊的磁性材料，用一种短而高频的太赫兹脉冲辐射，类似于机场的人体扫描仪。辐射翻转这种材料中的电子自旋——铁磁砷化锰(MnAs)——从而使其磁化速度在1皮秒内比微芯片中的晶体管开关快3个数量级。其他研究人员以前也尝试过，但是磁场对脉冲的响应只有1%，太小了，没有实际用途。 然而，现在Ohya和他的团队成功地证明了在太赫兹脉冲作用下，MnAs纳米颗粒的磁化强度发生了更大的变化。20%的高反应意味着它在研究中更有用，并暗示了未来可能的应用。他们的技巧是利用太赫兹电磁辐射的电分量而不是磁分量。 “到目前为止，该领域的研究人员使用铁磁金属薄膜来研究太赫兹的磁化调制，但这些薄膜阻碍了辐射的能量，”Ohya说。“相反，我们将铁磁纳米颗粒嵌入100纳米厚的半导体薄膜中。这大大减少了辐射的阻碍，使得太赫兹电场均匀地到达并翻转纳米粒子的自旋，从而使其磁化。 ——文章发布于2019年3月5日
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