《科学家研发真菌“皮革”替代材料》

  • 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:2020-09-16
  • 伦敦帝国理工学院的一项新研究可能会开创一个皮革替代品的时代,在不影响质量的前提下,更好地保护环境。研究人员称,与真正的皮革(由牛皮制成)和 "纯素皮革 "(由塑料制成)不同,新推出的类似皮革的材料是由蘑菇制成的--而且它比常见的人造革选项更加逼真。

    由于皮革的耐用性,它一直是一种受欢迎的材料,但由于其他原因,它是有争议的:它的来源是牛,带来的问题从残忍的问题到饲养牲畜的环境成本。所谓的 "纯素皮革 "因其成本低、无残忍而成为一种流行的替代品,但实际上它对环境并没有任何好处。

    新研究背后的研究人员指出, "纯素皮革 "是由聚氯乙烯(PVC)或聚氨酯(PU)制成的,这些塑料包括使用化石燃料,而且是不可生物降解的。牛皮皮革同样对环境有害--除了饲养牲畜的影响外,研究人员指出,用于鞣制皮革的化学物质是有害的,而且经常会进入环境。

    真菌可能掌握了解决这些问题的方法,为 "纯素皮革 "提供了一种更现实、危害更小的替代品,同时又不需要付出真正牛皮的环境代价。研究人员表示,这种类似皮革的材料具有与真实事物相同的耐用性和手感,但由于其生产方式更具有可持续性。

    为了制造真菌 "皮革",研究人员利用林业和农业产生的现有副产品,包括锯木屑,来培育被称为菌丝体的蘑菇 "根"。只需生长几周就可以收获菌落基质,此时主要用葡聚糖生物聚合物和可生物降解的甲壳素进行处理,以获得类似皮革的成品。

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    • 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:2020-09-09
    • 德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和中国长春吉林大学的研究人员研发了一种非常有发展前景的阳极材料——具有钙钛矿晶体结构的钛酸镧锂(LLTO),可制成高性能电池。该团队表示,LLTO可以提高电池的能量密度、功率密度、充电速率、安全性以及循环寿命,而且无需让材料颗粒的大小从微米降至纳米。 人们对电动汽车的需求在不断增长,伴随而来的是为确保能源的可持续供应,对智能电网需求的增加。而移动和静止的储能技术都需要合适的电池,锂离子电池(LIB)就是能在尽可能轻且小的空间中存储尽可能多能量的储能设备。该项研究的目的旨在提升此类电池的能量密度、功率密度、安全性以及循环寿命。为实现此类结果,电极材料就非常重要。锂离子电池的阳极通常由一个集电极和一种以化学键形式存储能量的活性材料组成,在大多数情况下,石墨就被用作活性材料。不过,由石墨制成的阳极导致电池的充电速率很低,还会产生安全问题。而钛酸锂氧化物(LTO)作为替代性活性材料,已经实现了商业化,具备LTO的阳极充电速率更高,且比石墨阳极更安全,缺点在于含有氧化钛酸锂的锂离子电池的能量密度较低。 因此,该研究小组研发了另一种极有发展前景的阳极材料——具有钙钛矿晶体结构的钛酸镧锂。据该项研究所显示,与商业化的LTO阳极相比,LLTO阳极的电极电位更低,可让电池拥有更高的电压和容量,而电池的电压和存储容量最终可以决定电池的能量密度。未来,LLTO阳极可能可以被用于打造具有长循环寿命的安全高性能电池。 除了能量密度、功率密度、安全性和循环寿命,电池充电速率也是决定电池是否适用于苛刻应用的重要因素。从原则上看,最大放电电流和最小充电时间取决于电池固体内部以及电极和电解质材料之间界面处的离子和电子运输情况。为了提升充电速率,通常的做法是将电极材料的粒径从微米减小到纳米。但在该项研究中,研究人员发现,与LTO纳米颗粒相比,尺寸为几微米的钙钛矿结构LLTO也具有更高的功率密度以及充电速率。该团队认为这要归功于LLTO的赝电容特性:不仅是单个电子可以附着在此种阳极材料上,还有被弱力束缚的带电离子也可以附着其上,并可以反过来将电荷转移到阳极上。研究人员解释说:“由于颗粒较大,LLTO还可以让电极制造更简单、更经济。”
  • 《科学家模拟出13种用于替代硅FinFET的材料》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2020-08-22
    • 瑞士科学家对像石墨烯这样的二维材料进行了计算研究,以确定哪种材料能制造出最好的晶体管。 从100种候选化合物中,有13种显示有机会,在某些情况下,比预期的硅FinFET的效果更好。 来自苏黎世ETH和EPFL的研究小组在Piz-Daint超级计算机上结合了密度泛函理论和量子输运理论,对栅极长度从5nm到15nm的器件进行了电流-电压特性建模。 这100种候选材料是2018年EPFL团队从2018年的工作中挑选出来的,当时Piz-Daint筛选了10万份材料,找到了1825份,从中可以获得二维材料层。 从1800种到100种的筛选是基于哪个单层原子最有可能形成FET。 Piz-Daint首先用密度泛函理论(DFT)确定了材料的原子结构。据Piz-Daint所在的瑞士国家计算机中心称:“他们将这些计算与所谓的量子传输求解器结合起来,模拟电子和空穴电流流过虚拟生成的晶体管。”。它使用了由苏黎世ETH的Mathieu Luisier和他的团队开发的量子传输模拟器,其基本方法在2019年获得了戈登·贝尔奖。 由于很薄(通常<1nm),二维材料可以通过一侧的单个表面栅极进行导电控制。 “虽然所有的二维材料都有这种特性,但并不是所有的材料都适合逻辑应用,只有那些在价带和导带之间有足够大的带隙才可以。” 如果没有足够大的带隙,隧道效应将导致较大的漏电流。 该项目标是寻找能够提供3mA/μm的2d材料,既可以作为n型晶体管(电子传输)也可以作为p型晶体管(空穴传输)使用,通道短至5nm,同时不会影响开关行为。 “只有在满足这些条件的情况下,基于二维材料的晶体管才能超越传统的硅Finfet,”Luisier说。 在符合标准的13种材料中,有些已经为人所知,比如“黑”磷和铪二硫化物。另一些则是全新的,根据Luisier的说法:例如Ag2N6或O6Sb4。 “由于我们的模拟,我们已经建立了最大的晶体管材料数据库之一。有了这些结果,我们希望能激励从事二维材料研究的实验人员去选择新材料,创造下一代逻辑开关。”Luisier说。 这项工作发表在ACS Nano杂志上,题为“超尺度场效应晶体管的材料:显微镜下的100个候选材料”。