可充电“纸电池”、透明导电材料、仿生眼、尾坐式超小型无人机、3D打印火箭发动机

admin

瑞典研制出可充电“纸电池”：能折叠能防水 瑞典科学家近日研制出了一种能作为电池的“纸”，其效率之高，所储存的电能可以和市场上最好的超级电容电池相媲美。 　　这种“纸电池”的蓄电能力可以和市场上最好的超级电容电池相媲美，一张直径15厘米的“纸电池”就可以储存1法拉的电容。 　　这是一种由纳米纤维素制成的材料，质地柔软。“纸电池”内的纤维只有20纳米厚，外围覆盖着带电聚合物。相比之下，人头发的厚度为100000纳米，是该纤维厚度的5000倍。 　　这种纸电池具有纸张一样的柔软特性，甚至能折叠成千纸鹤。我们或许很快就能在智能手机、智能手表、笔记本电脑和电视上看到这种纸电池的应用。 　　新浪科技讯 北京时间12月24日消息，据英国《每日邮报》报道，瑞典科学家近日研制出了一种能作为电池的“纸”，其效率之高，所储存的电能可以和市场上最好的超级电容电池相媲美。 　　这是一种由纳米纤维素——与应用在纸张中的纤维素类似——制成的材料。在高压水柱的作用下，这种“纸”的纤维能做到只有20纳米厚，相比之下，人的头发直径约为100000纳米，是该纤维厚度的5000倍。在纳米纤维的外层，覆盖着一层溶解在水溶液里的带电聚苯乙烯塑料。 　　当这些纳米纤维覆盖上带电塑料后，就成了厚度只有零点几毫米的“纸电池”。一张直径15厘米的“纸电池”能储存高达1法拉的电容，这已经可以和目前市场上见到的超级电容电池(又称法拉电池)相媲美。瑞典林雪平大学有机电子实验室的博士生Jesper Edberg解释道：“这些纤维缠结在一起，空隙中的液体则作为电解质。” 　　“具有电容器功能的薄膜已经存在了一段时间，”研究共同作者、有机电子学教授Xavier Crispin说，“现在我们能造出厚厚的纸片。”相关的研究成果发表在近期的《先进科学》(Advanced Science)杂志上。 　　这种“纸电池”具有纸张一样的柔软特性，甚至能折叠成千纸鹤，这使其在下一代超薄、易曲的电子设备中具有广阔的潜力。我们或许很快就能在智能手机、智能手表、笔记本电脑和电视上看到“纸电池”的应用。 　　与传统的电池和电容器不同，这种“纸电池”不含有任何有害化学物质或重金属，而且能够防水。据介绍，这种“纸电池”的性能已经创下了4个世界纪录，包括：最高的有机电子电荷与电容量(分别为1库伦和1法拉)；测得最高的有机电导体电流(1安培)；最高的同时进行的离子和电子能量；最高的晶体管跨导。 　　目前摆在研究人员面前的挑战是，如何在工业规模上制造这种“纸电池”。不久前，研究团队从瑞典战略研究基金会获得了3400万克朗(约合3700万欧元)的资助，以开发制造纸电池的机器。 　　“纸电池”是近期开发环境友好型能源的众多尝试之一。本月早些时候，电化学能源储存网络(Electrochemical Energy Storage Network)和法国国家科学研究中心(CNRS)的科学家开发出了一种以钠为原料的电池原型机。 　　比起目前常用的锂，钠不仅更加丰富(因而更加廉价)，而且能储存更多的电能，充电更快，使用寿命也更长。据报道，这些新电池的能量密度大约为90瓦时每千克，大约相当于现代电池的一半，可以和最早的锂离子电池相比，其能量潜力是铅酸汽车电池的两倍。 　　科学家称，这种新技术将带来“无可比拟的能量表现”，其能量密度将能与锂离子电池相媲美，但寿命延长了两倍。在测试中，这种新电池能够在至少2000次充、放电之后依然没有损耗。 (来源：新浪科技，作者：任天) 美国发现新透明导电材料 或大幅降低手机成本 近日，宾州州立大学的材料科学家发现了一种新的透明导电材料，可以使大屏幕显示器，智能窗，触摸屏和太阳能电池更加高效和廉价。 　　新浪科技讯，12月22日消息，来自宾州州立大学材料研究中心的消息显示，近日，宾州州立大学的材料科学家发现了一种新的透明导电材料，可以使大屏幕显示器，智能窗，触摸屏和太阳能电池更加高效和廉价。 图片来自： Credit ITO-coated glass by Adafruit Industries Flickr 　　近日一篇刊发于《自然-材料》的文章中，材料科学与工程专业助理教授，罗马?恩格尔-赫伯特和他的团队报道了一个新的材料设计策略。在这项工作中，他们没有使用传统宽禁带半导体，比如铟锡氧化物或者氧化锌，而是使用了两种不同寻常的金属薄膜，钒酸锶和钒酸钙（10纳米厚）。 　　这两种材料都属于强关联金属，电子在强关联金属中表现出类似于“液体”的性质。在常规金属，如铜，金，铝或者银中，电子大多表现出类似于“气体”的性质。常规金属一般表现出高反射和高吸收的特性。在文章中，作者解释为什么强关联金属在保持金属高导电性的同时，光学性质与常规金属相比有着极大的提升。 　　西北大学催化及表面科学研究中心主任肯尼斯?珀佩尔迈尔教授和西北大学理论材料学詹姆斯?龙迪内利教授高度评价了这项工作，他们认为张和恩格尔-赫伯特的文章成功地对自1977年由香农首次提出以掺杂半导体来设计透明导电材料的原理后被人们长期遵循的这种思路进行了挑战；并且从实验和理论上证明了本征强关联金属也可以被用作为透明导电材料。 　　“通过改变电子的有效质量，我们使金属变得更加透明，”恩格尔-赫伯特说。 “我们选择一种电子间相互作用大于其动能的材料。由于电子强关联作用，电子能“感觉”到彼此，从而使其性质类似于“液体”而不是没有相互作用的“气体”。这种电子“液体”仍然非常导电，但是可见光波段的反射却大大降低，从而提高了透明度。 　　张磊是这篇《自然-材料》的第一作者，同时也是恩格尔-赫伯特研究小组的博士研究生。张是第一个意识到这个发现的。 “在加入研究小组之前，我作为工艺整合工程师在硅谷工作过两年。许多公司甚至是初创公司，都在努力地优化铟锡氧化物，并寻找其潜在的替代品。然而通过在同类材料中做优化和改进得到的提升空间十分有限。”张说。“当我们做了相关电气测量后，我知道了强关联金属将材料将会是铟锡氧化物非常可能的替代品。” 　　目前铟售价大约是每公斤 750美元，而钒酸锶（钙）的组成元素在地壳中丰度大得多。钒的售价为大约是每公斤 25美元，而钙锶比钒更为廉价。“强关联金属薄膜与铟锡氧化物薄膜的结构相似。从我们的理解来看，钒酸锶（钙）完全可以使用相同的制造设备生产。”恩格尔 - 赫伯特说。如果按照这个价格计算，使用钒酸锶则可以将成本降低数十倍。 　　传统的透明导材料，铟锡氧化物，在过去几十年里一直占据市场主导地位，拥有百分之九十以上的显示器市场份额。然而过去十年中，铟价格急剧上升，显示器和触摸屏模块已经占据移动设备百分之四十的生产成本。 　　长期以来，内存芯片和中央处理器遵循摩尔定律，变得越来越便宜。然而，智能手机和平板显示器因为尺寸效应，变得越来越昂贵。制造商一直在寻找铟锡氧化物可能的替代材料，但到目前为止，没有任何材料可以在光学透明性，导电性和易于制造上与之娉美，而钒酸锶（钙）或许将成为一个很好的替代品。 (来源：新浪科技，作者：刘璨) 仿生眼将图像直接传到大脑：让盲人也能看见 摘要：明年，澳大利亚的一个盲人将接受第一个获得完全绕过大部分视觉系统的“仿生眼”。一个安装在眼镜上的摄像头会直接向大脑提供关于这个世界的信息。这一突破将帮助视网膜受损的人恢复视力。在维多利亚州莫纳什大学克莱顿校区开发仿生眼的亚瑟洛厄里说：“你根本不需要眼球了。” 该计划是向大脑处理视觉的区域植入11个小块，每个小块装有43个电极。当这些区域受到刺激时，人们将会看到闪烁的光点。洛厄里认为每个电极可以创建一个光点，类似于看到一个像素。总之，这些小块将提供大约500个像素点，足以创建一个简单的图像。虽然这个分辨率远远比正常眼睛产生的1到200万像素的图像粗糙得多，但它大致能够覆盖产生视力的基本要素。 使用者通过相机捕捉影像，发送到一个口袋大小的处理器里。该设备将处理图像的相关信息，并将其发送给小块。洛厄里说：“处理器像个漫画家，它以最小的信息反映复杂的内容，一张脸的重现可能只需要10个像素，这听起来好像没什么，但是聊胜于无啊。”他想起一个盲人的接待员，如果有人来了，永远不知道是否说你好或再见。（因为看不见呀）他说：“如果有一个点远离你，你就不再说话了。” 首批志愿者是最近因伤失去了视力的人，因为该设备可能不适合那些先天失明者。 如果一切顺利，志愿者醒来的时候将拥有粗糙的视觉，“就像1920年代约翰?洛基?贝尔德的电视机那样”（世界上第一台电视机） 洛厄里说。 （来源: cnbeta网站） 美研发尾坐式超小型无人机：可搭载武器任意着陆 　　这将是一架可在任意地形着陆的捕食者。诺斯洛普-格鲁曼公司最近亮相一架“尾坐式”超小型无人机，该无人机无需跑道，且仅用尾部就能降落。诺斯洛普公司的这个飞翼垂直起降无人机设计方案最早于20世纪50年代提出并接受试验，是美国国防部高级计划研究局“燕鸥”项目的一部分。作为诺斯洛普公司负责研究、技术和先进设计的高级副总裁，克里斯-赫尔南德兹表示，美国国防部高级计划研究局预定于2016年1月份授予合同，制造全尺寸原型机并在驳船或退役军舰上试飞。　　 　　诺斯洛普公司未公布“燕鸥”的概念照片或手绘图，但在12月11日的洛极矶媒体之旅上展出了该无人机的模型。赫尔南德兹表示，在公司的“尾坐式”设计中，一套大型反转螺旋桨是亮点，它覆盖了约9.14米翼展的三分之二，并在机翼下方搭载武器和传感器。项目负责人丹尼尔-帕特博士解释说：“为了满足高效的21世纪战争需求，我们必须拥有全天候进行航空情报、监视与侦察的能力，并能随时攻击任意地点的移动目标。然而，当前技术总有局限性。直升机的局限性在于飞行距离和时间相对较短，而无论是有人还是无人驾驶的固定翼飞机能飞得更远更久，但却需要有航母或跑道在1英里（约合1.6公里）以上的大型固定陆地基地。‘燕鸥’设计预想，利用小型舰只作为中空长续航无人机的移动发射与回收站点。‘燕鸥’项目得名于飞行耐力超强的海鸟家族——其中许多品种每年迁徙行程高达数千公里，旨在令国防部可在全球各地更快、更强、更低廉地布署持久性情报、监视与侦察以及打击能力。” 　　诺斯洛普公司的“燕鸥”无人机设计不禁令人回想起洛克希德公司在20世纪50年代早期推出的有人驾驶XFV-1飞机，该飞机也是尾坐式配置，机头处装有反转螺旋桨，可在垂直起飞和降落时提供垂直升力，在水平飞行时提供前进推力。然而，诺斯洛普公司在尾坐式设计中加入整合的引擎与纯飞翼设计，这是自上世纪30年代以来公司轰炸机与侦察机的标志。美国国防部高级计划研究局设想，打造一架能从导弹驱逐舰或更小舰只上起降的无人机，携带272公斤的有效载荷作战半径长达1670公里，并能在5级及以下海况时在颠簸的甲板上垂直降落。 　　近期，诺斯洛普-格鲁曼公司还公布了一架神秘的新型超级喷气式飞机设计图，该飞机能发射激光武器。据传，这架被誉为“第六代战斗机”的飞机拥有超音速时速，不过研发公司表示所有规格数据还暂时保密。 　　美国空军高层将领曾表示，在不久的将来战斗机将配备战斗激光，同时公布了正在建造的战斗机全尺寸原型。据猜测，该架神秘飞机将使用高级冷却系统，以掩盖激光武器系统。赫尔南德兹指出，第六代战斗机的作战距离更远，因为它不需要许多海外起降基地，能够搭载大量武器。他解释说：“抗毁性是关键。它看上去像是一架雏型B-2轰炸机，这正是我们所擅长的。”目前，诺斯洛普-格鲁曼公司投入了两个设计团队，致力于新型无人机的开发设计。 　　不过，公司目前不愿探讨无人机的时速，因为国防部五角大楼还没有更为明确的指示。该无人机预计使用激光武器，这一设计令热处理问题成为难点。公司的航空设计总裁汤姆-维斯表示，热量控制将是一大难题。赫尔南德兹解释说：“一旦我们增强飞机的动力和推力系统，就会面临巨大的热能挑战。” 　　该无人机预计于2030年投入使用。早在2012年4月，美国海军就提交过一份有关F/A-XX信息的正式申请，要求于2030年左右用多功能超级战斗机替换F/A-18E/F“超级大黄蜂”与EA-18G“咆哮者”。 　　目前，波音公司与诺斯洛普-格鲁曼公司都在致力于概念机的研发。洛克希德公司一直与美国武装部队合作，致力于下一代空中优势力量的研究，近期又与美国国防部高级计划研究局合作，研究如何在2035年后全球保持空中优势。2012年10月，美国国防部副部长弗兰克-肯德尔交给美国国防部高级计划研究局一项任务，要求其探索研发能保持空中优势的下一代概念飞机。通过设想将战斗空间分割为许多小块，美国国防部高级计划研究局在空中优势战斗空间中确立出不同重点区域，各区域需要不同战斗能力。 　　美国下一代空中优势项目负责人马克-杰弗逊指出：“这种分割可能不完美，需要长时间不断修正，但是它为我们研究未来战斗空间提供了一个逻辑结构。”之前有报道称，超级喷气式飞机甚至不需要驾驶员。国防部有消息称，该飞机将配备人工智能装置，美国海军与空军正计划研发下一代无人驾驶战斗机。未来喷气式战斗机可能会配备人工智能自动驾驶仪，与传感数据一同帮助飞机在飞机或航母上实现自主降落。美国海军研究所表示，在取代波音F/A-18E/F“超级大黄蜂”与洛克希德马丁F-22“猛禽”的下一代飞机上，人工智能将成为一大亮点。 　　目前，美国海军正致力于F/A-XX的研发，美国空军则致力于F-X的研发，二者均计划于2030年前尽早替换掉所有老机型。一位美国海军官员称：“人工智能将是一个大计划。”尽管目前还无从知晓飞机上人工智能的精确用途，但是据推测它可被用于自动驾驶与自主降落。 　　据《大众科学》报道，由于飞机难以在航母上降落，因此机器人自动驾驶将发挥重要作用。最近，海军的X-47B实验型无人机在一架飞机上自主降落，彰显了人工智能在该领域的作用。 　　此外，人工智能还将有助于高级传感器熔合，其中包括整合来自不同传感器的数据，以进一步精确解读当前环境与位置。在第六代战斗机设计上，美国海、空军还希望得到硅谷IT业界专家的帮助。 　　 　　MQ-1捕食者是美国通用原子技术公司设计制造的无人机，最早被美国空军和中央情报局使用。据预计，新型“尾坐式”超小型无人机将拥有类似捕食者的作战半径与有效载荷。 　　 　　据传，这架被誉为“第六代战斗机”的飞机拥有超音速时速，不过研发公司表示所有规格数据还暂时保密。 　　 　　波音公司与诺斯洛普-格鲁曼公司都在致力于概念机的研发。 　　 　　美国洛克希德公司的XFV飞机是一个实验型尾坐式飞机原型。 　　 　　地面上的XFV飞机样子非常普通。 　　 　　XFV尾部临时加载了一个着陆装置，被工作人员戏称“弹簧高跷”。 　　 　　然而，诺斯洛普公司在尾坐式设计中加入整合的引擎与纯飞翼设计，这是自上世纪30年代以来公司轰炸机与侦察机的标志。 （来源：新浪科技） NASA测试第一台3D打印火箭发动机 【据NASA官网2015年12月18日报道】NASA团队在制造完全采用3D打印的高性能火箭发动机的路上又迈进了一步：他们制造出复杂的发动机部件，并将它们组合在一起进行了低温液氢液氧点火测试，测试的发动机产生了2万磅的推力。 　　“增材制造”即3D打印，是可以提高宇宙飞船以及登陆器设计与制造的关键技术。未来计划包括进行液氧与液体甲烷的测试，它们是火星登陆器的关键推进剂——因为可在火星上生产它们。 　　NASA马歇尔太空飞行中心的项目主管伊丽莎白·罗宾逊称，他们生产和测试了一台3D火箭发动机所需的75%的部件，通过把涡轮泵、喷射器以及阀门一起测试，他们演示了能够建造适用于多种用途的3D打印发动机，比如用于登陆器、太空推进、或者火箭发动机的上面级。 　　在过去三年，马歇尔的团队和各分包商制造了3D部件，比如涡轮泵和喷射器，并分别进行了试验。现在将这些部件连接在一起测试，看它们能否和传统的发动机一样在极端的温度和压力情况下工作。测试中涡轮泵的转速是90000转/分（rpm），推力室产生的推力超过2万磅。这样的发动机动力，足够用于火箭的上面级或火星登陆器。 　　本次测试一共进行了7次试验，其中最长的一次持续10秒钟。该3D打印的演示发动机，经历了所有飞行中火箭发动机会经历的极端环境：发动机内部燃烧的温度超过3315摄氏度以产生推力；涡轮泵以低于零下240摄氏度的液氢形式输送燃料。 　　试验所用的液氢液氧是飞船推进系统的主流推进剂。虽然现已表明火星推进可能选择氧气和甲烷，但低温液氢和液氧混合推进剂可以测试3D打印硬件的极限，因为其会产生极端温度，而且部件会接触可能导致脆化的低温液氢。未来除了要进行甲烷推进剂测试外，该团队还打算给这台演示发动机增加一些关键部件，包括冷却燃烧室和喷嘴，以及液氧涡轮泵。 　　3D打印技术扩大了NASA与公司间的合作。制造3D打印部件时，3D打印计算机先导入设计图，然后打印机器一层层地添加金属粉，使用选择性激光熔化的方法将其熔化融合在一起。3D打印的涡轮泵比传统焊接集成技术的泵部件要少45%，3D打印的喷射器比传统制造的喷射器部件少200多个，复杂的结构例如阀门，以前制造时间需要一年多，采用3D技术制造则只需要几个月。 　　这些部件所有的材料特征和性能数据，获得许可的用户都可以在NASA的材料与加工技术信息系统获取。