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《日本北海道大学用二氧化铈薄膜制造热开关，提供了一种高效且低成本的替代方案》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-01-08

  • 转自全球技术地图

    据Tech Xplore 1月2日消息，日本北海道大学研究人员使用二氧化铈（CeO2）薄膜作为热开关中的活性材料，提供了一种高效且低成本的替代方案。基于CeO2的热开关热导率比为5.8，热导率(k)切换宽度为10.3 W/m·K，为电化学热开关树立了新的基准。其在关闭状态下的导热系数为2.2 W/m·K，但在开启状态下，其导热系数上升至12.5 W/m·K，这些性能指标在经过100次开关循环后仍保持一致，显示出卓越耐用性和可靠性。该技术可用用于电子、能源和废热回收领域。相关研究成果发表在《Science Advances》期刊。

  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2025-01-high-cerium-oxide-thermal.html
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  • 《科学家用二氧化碳低成本制造“黑色黄金”碳纳米管》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-07-27
    • 潜在的有毒的二氧化碳现在可以转化为无价的 碳纳米管 。 在《科学指导》(Science Direct)杂志的一篇文章中，来自田纳西州的研究人员报告说，他们发明了一种能够从空气中吸收二氧化碳并将其转化为“黑色黄金”的原型装置。 碳纳米管具有超过钢的强度和高于常用的铜的导电性能。 这些特性使它们在许多领域非常有用，如电子、环境清理和医疗保健。 然而，碳纳米管很难在合适的尺寸下制造，这使得它们变得不常见，而且成本昂贵。 范德比尔特大学(Vanderbilt)的研究小组发现了一种生产超级材料的不同方法。 他们利用从空气中提取的二氧化碳作为原材料，展示了如何以比现有方法低得多的成本制造碳纳米管。 他们的技术不仅消除了二氧化碳排放的有害影响，而且还展示了如何有效利用空气污染，为空气净化过程买单。 碳纳米管材料能从水中除去99%的重金属。 此前，一套创新的过滤器被发现能去除污染水中99%的重金属。 这些过滤器是由赖斯大学实验室生产的，由碳纳米管材料制成，在化学环氧化石英纤维上生长。 实验室的发现表明，过滤器能够从被镉、钴、铜等重金属污染的水样中吸收99%以上的金属，还能吸收汞、镍和铅。 科学家称，一克这种物质可以处理8.3万升水，以满足世界卫生组织(WHO)的标准。这足够为11000人每天提供干净的水。 研究小组还指出，放大版的过滤器可以在一分钟内处理多达五升水，90秒内更新。 此外，在每100克处理70升水后，过滤器能够保持100%的容量。 研究人员补充说，一旦过滤器达到饱和，就可以用醋之类的温和的家庭化学物质清洗，然后再利用。 二氧化碳空气污染可以转化为宝贵的碳纳米管。 范德比尔特机械工程系的助理教授卡里˙平特(Cary Pint)解释说，她的研究小组使用电化学方法将二氧化碳分解成碳和氧分子。 然后，碳被收集并组装成纳米精度的碳纳米管。 “这打开了能够产生真正有价值的碳纳米管产品的大门，”研究论文的共同作者之一平特(Pint)说。 “这些可以彻底改变世界。” 她在科学期刊《ACS应用材料与界面》上发表了她的研究成果。 他们的论文解释了他们如何将收集在不锈钢表面的二氧化碳涂层转化为纳米颗粒，然后合成为碳纳米管。 他们的方法比目前生产碳纳米管所需的能量要少得多，例如碳电弧放电法和激光法。 范德比尔特大学的学生和研究合著者安娜·道格拉斯(Anna Douglas)报告称，商用碳纳米管的价格从每公斤100多美元起。 相比之下，他们最近开发的方法可以以更低的成本生产出更高质量的超级材料，特别是因为它使用的是从空气中提取的二氧化碳，而不是通常的来源。 新工艺确保了足够小的纳米颗粒的形成。 考虑到制造小型纳米管的困难，他们的成就令人印象深刻。 德熟化过程使纳米碳颗粒增大。 更大的纳米颗粒意味着更大的纳米管，这些纳米管没有它们的小版本有用，因此是一种浪费。 范德比尔特团队通过设置电化学参数来降低大的纳米颗粒形成的可能性，从而使德熟化的效果最小化。 这些参数鼓励形成更小的纳米颗粒，可以用来制造尺寸合适的纳米管。 平特和道格拉斯共同创立了初创公司SkyNano LLC，以改进他们的碳纳米管生产工艺，使其能够大规模应用于商业用途。 使用碳纳米管的潜在产品包括高效的阳极、阴极和用于电容和电池的电极、能够去除油并净化饮用水的吸收材料，以及用于构建人工肌肉和微型传感器的轻质柔性材料。 平特谈到他们的碳纳米管生产过程时说:“我们学到的是一门科学，它为我们现在制造世界上一些最有价值的材料打开了大门，比如钻石和 单壁碳纳米管 ，这些材料是我们从空气中捕获的二氧化碳。”
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  • 《一种制造燃料电池催化剂的新材料可节省99%的成本》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-01-29
    • 利用嵌入活性纳米颗粒的人造碳纤维( 上图) 可以制成轻质柔软的结构材料( 下图) 。图片来源：加州大学河滨分校 燃料电池本有可能成为汽车、电脑和发电站的一种清洁高效的动力来源，但是高昂的生产成本却限制了它们的应用。这是因为常见燃料电池的关键组成部分——催化剂，是由贵金属铂制成的。 在今天发表于 Small 上的一篇文章中，加州大学河滨分校的研究人员描述了一种廉价高效的用于制造聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC ）的催化剂材料。聚合物电解质膜燃料电池是目前最有前途的燃料电池之一，它能将氢的化学能转化为电能来驱动汽车和电子产品。 这种由加州大学河滨分校开发的催化剂是由多孔碳纳米纤维制成的，而这种纳米碳纤维一般又是由储量相对丰富的金属（比如钴，它的价格比铂便宜100倍）制成的。这项研究是由加州大学河滨分校能源创新中心兼罗斯玛丽伯恩工程学院的温斯顿讲席教授David Kisailus领导的。 相比于传统的燃烧技术，燃料电池具有效率高、噪音小和排放低的优点，也因此受到了一些汽车制造商的青睐。而其中氢燃料电池的排放物更是只有水而已。 和普通电池一样，燃料电池也是一种将电解质夹在阴极和阳极之间的电化学装置。将氢燃料注入阳极后会被催化剂分解成两种粒子，分别为带正电荷的质子和带负电荷的电子。在带正电荷的氢离子和阳离子相结合形成水之前，这些通过外部电路传导的电子会在传导过程中为一些工作提供能量，比如给电动马达供电。 限制燃料电池应用的一个关键因素就是铂高昂的成本，而这种催化剂的替代材料的开发将成为燃料电池实现大规模应用的关键环节。 加州大学河滨分校的研究人员使用 “ 电纺” 的技术制造了一层薄如纸的碳纳米纤维，里面含有钴铁镍等金属离子。在加热过程中，这些离子形成了超细金属纳米粒子，将碳催化转化为高性能石墨碳。随后，金属纳米粒子和残余的非石墨碳被氧化，从而形成了一个多孔的、有用的金属氧化物纳米颗粒网络，而金属氧化纳米粒子就分散在多孔的石墨网络中。 Kisailus和他的团队通过与斯坦福大学科学家合作，确定了这种新材料与工业标准铂碳系统的表现平分秋色，但它的成本却比铂碳系统的成本要低得多。 加州大学河滨分校的研究人员开发了一种低成本、高效的催化剂材料，用于制造聚合物电解质膜(PEM) 燃料电池，这种燃料电池是最具潜力的燃料电池类型，可以为汽车和电子产品提供动力。 Kisailus说:“ 化学和纤维加工条件的结合是使这些材料具有高性能的关键。它们卓越的电化学特性主要归功于协同效应，而协同效应则来源于暴露活性位点的金属氧化物工程和三维分层多孔石墨结构。” Kisailus还补充说到，催化纳米复合材料的另一个好处是，它的石墨纤维特性使它还具有一定的强度和耐用性，这将它不仅可以作为燃料电池催化剂，还可以作为一种结构部件。 他最后说到说:“ 制造高性能汽车的一个重大挑战是在不影响性能和安全性的前提下减轻汽车重量，这里所说的汽车重量既包括汽车车身的重量，还包括电池或燃料电池的额外重量。而我们制造的材料可以帮助汽车制造商将汽车发动机罩或底盘等结构部件转变为有助于提高汽车动力的功能部件。”
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