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Nature Letter直击最新技术突破:智能纳米阀门薄膜、智能窗户、智能自清洁纳米材料……
2016-05-10 16:50:32 作者:本网整理 来源:网络

  (一)Nature Letter:韩澳两国学者共同研制出自控保水型纳米阀门薄膜

 

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  来自韩国和澳大利亚的研究团队开发了一种可用于燃料电池等领域的薄膜。一般来说,随着气温的升高或者湿度的下降,普通薄膜的性能一般会受到影响,但该薄膜却能在优良状态下继续服役。


  该薄膜涂层是一层很薄的含氟材料防水膜,在低、中湿度环境条件下, 材料会出现纳米裂纹,以便让空气中的水通过。但是,随着气温的升高和湿度的下降,材料收紧,关闭裂缝,从而防止膜中的水蒸发。类似于仙人掌的针孔,晚上高湿度时气孔开放吸收二氧化碳,白天湿度下降时再关闭。


  现实生活中薄膜也是机器设备的关键组成部分,如净水器、燃料电池的能源生产、液流电池以及反向电渗析等。虽然薄膜的使用大有裨益,但却十分脆弱,因而修理、替换费用昂贵,性能也大打折扣。但该团队现已实验证明,他们开发的涂层能够在苛刻的环境中使用, 从而能够扩大应用范围。


 
(二)MIT研发新型聚合物材料 或可用于智能窗户

 

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  MIT的研究人员研发了一种橡胶材料和对应的公式,根据其拉伸和厚度来预测穿透的光线。这种材料或许有助于研发自动调节进入的光线的智能窗户。


  他们着手制作了一种非常柔软、彩色的材料。这种材料会根据诸如电、热、机械力等外界刺激而改变颜色和透明度。首先,研究者制作了一种薄而透明的PDMS布。然后在其中加入了容易被机械变形的黑色微粒。在没有变形的时候,材料呈不透明状。当被拉伸或者膨胀的时候,材料变得透明。


  最终,研究者们根据比尔-朗伯定律和实验观测,得到一个非常简单的公式来预测PDMS结构变形后穿透的光线量。


  这个研究成果最主要的应用是可以调整透明度并自动调节透过光线量的智能窗户。智能窗户概念已经嚷嚷了很多年了,但他们是用非常昂贵的材料制作而成,所以用户很难承受得起。如果铺上这种新型聚合物,造价将会便宜得多,而且设计者可以根据MIT给出的公式决定窗口透明到哪种程度。


  目前,研究者正在设想整个建筑物都配备了这种全新的改进的窗户,可以隔热,并降低能量损失。


 
(三)智能自清洁纳米材料--在未来,我们清理衣服仅需依靠光线

 

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  想象一下,在你的衣柜里仅仅依靠一束光线就可以使你的衬衫变得干净,生活就是这么简单。漫步在一个阳光灿烂的日子里,回到家立即就能穿上如此完美洁净的衬衫该是一种多么美妙的体验啊。借助于墨尔本理工大学的这项新技术--在面料上生长出具有纳米结构的银和铜,以上这两种场景或将成为可能。


  当细微的金属结构暴露在光线下 - 无论是从人造光源或是自然光源 - 它们会释放出"热电子",相应地能量便得到释放,足以溶解掉有机物。这就好比是,当你踢足球时踢坏了草坪,但可能不会因此改变打印机墨盒中的墨水。


  为了使织物上生长这层特殊的自洁的纳米金属金钩,墨尔本理工大学的研究小组将织物浸渍在不同的溶剂中,该过程耗时约30分钟。此后,研究人员对织物进行染色,并见证了这种织物的自洁在短短六分钟内就能完成。该小组表示这项技术价格非常低廉并且高效,并能很容易地进行规模化工业应用,这是它超越类似自洁织物技术的优点。


  (四) ACS Nano:北京大学成功研制出能够自供电的高分辨率智能皮肤

 

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  近日,在北京大学张海霞教授研究团队利用单电极摩擦起电效应和二维静电感应原理,成功研制出一种能够自供电的模拟信号智能皮肤,能够感知与之接触物体的位置和速度。


  作者主要利用具有微结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜作为表层,银纳米线(AgNW)为电极,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜为底层,制备出了透明、柔韧、轻薄的智能皮肤,这种二维的模拟智能皮肤,采用模拟信号定位方式,分辨率能够达到1.9毫米;其灵敏度也很高,甚至能够捕捉到到蜜蜂的扰动。二维智能皮肤仅仅使用四个外接端子,显著降低了智能皮肤使用的端子数;同时,它利用摩擦起电进行自供电不需要额外的供电设备,完美解决了智能皮肤电池和连接导线的问题。


 
(五)新型智能皮肤

 

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  但最近这项停滞不前的技术似乎有了进一步发展突破的曙光。科学家在ACS Nano杂志报道了一种能够自供电的,透明智能皮肤,它比目前已经研发出来的其它种类皮肤都更为简单,成本也更加低廉。


  让机器人和假肢拥有与人一样的感知和意识,可以反过来大大推动这些技术(机器人和假肢)的进步。朝着这一目标,科学家们想出了各种能够用到这些设备上的智能皮肤。但提高它们的灵敏度涉及到增加皮肤中电极数目的问题,而这又取决于皮肤的尺寸,相应地也导致成本的攀升。而其它部件则需要外部电源或者电线来支撑,这增加了它们的体积。为此,张海霞和他的同事们希望找到一个更为实际可行的解决方案。


  研究人员从超薄塑料薄膜中制造出了一种新型智能皮肤,从银纳米线中制成了所需的四个电极。而其它原型则拥有高达36个电极。此外,某些组成部分也能够收集机械能。例如从一个假肢手指的运动中收集能量并将其转换成电流。因此,这种皮肤不需要额外的电源。测试表明,这种皮肤有着极高的灵敏度,它可以像蜜蜂震动翅膀一样来"感知"事物,同时也显出电性稳定的特点,能够在超过30000个循环中保持输出电流的稳定。

 

 

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