點燃奈米熱劑! Nanothermite combustion

奈米材料的很多不同物理性質都被注意到了, 不過除了物理性質以外, 奈米結構也可以幫助控制化學反應. 一般所謂的熱劑(thermite) 是把還原性高的金屬,例如鋁, 跟氧化劑混在一起, 當燃燒的時候就會放出大量的熱, 可以用來作為煙火的材料或是軍事用途. 奈米技術成熟之後, 裡面的顆粒也都奈米化來增加反應速率, 讓反應可以更快進行,也就是所謂的奈米熱劑(Nanothermite). 但是這樣一來也讓這樣的材料變的很不穩定, 容易被外力震動點燃, 增加危險. 這影片是研究奈米熱劑的燃燒影片, 大約直徑4mm的小片奈米熱劑錠被7W的二氧化碳雷射點燃的樣子. 用1000FPS 快速攝影機拍的. 特別的是這種材料中的氧化劑是被裝在奈米碳管類的容器裡. 所以可以增加平常時候的穩定性. 讓這類的熱劑更安全一點.
學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

多孔性金屬射出成型!Porous Metal

不同的材料有不同的特性,像是塑膠輕便容易製造, 金屬沉重, 但是強度跟導熱都很好. 其實除了材料本身的特性以外, 很多的材料的巨觀特性其實是來自於微觀的構造. 這影片介紹一種金屬的成型方式, 可以製造出各種形狀的多孔性金屬. 原理很簡單, 把金屬粉末跟一些接著材料混合的物質射出到要成型的模具上, 然後引發一些化學反產生微觀孔狀結構, 最後再高溫燒結, 把那些額外的接著劑跟化學反應物都排除. 這樣多孔性的金屬元件就做好了. 這種材料一方面有接近金屬的強度跟導熱性質, 一方便又比較輕. 更重要的是這些多孔性金屬可以容納其他的材料, 像是可以做香水的容器, 或是化學反應的表面, 其實有很多可以利用的特性. 或許漸漸這類的材料會越來越多喔!


分享到Facebook 分享到plurk

幫奈米溶液做透析! Green Nanotechnology

奈米材料漸漸的普及到各個領域, 尤其是奈米粒子, 不管適用於醫學的細胞標定還是用在材料上增加特定功能. 但是在製作的過程中, 常常會需要很多的有機溶劑來做反應或是回收純化產品. 這影片介紹一個比較綠色有效序的方式來完成這任務-利用血液透析的半透性膜來做奈米材料的回收純化. 透析機制是利用有選擇性的半透膜, 然後施壓讓不同大小的分子分離在膜的兩端. 這種方式用在醫藥上是可以幫助清除血液裡的代謝廢物或是毒物, 影片介紹的科學家想到同樣的技術可以用在分離純化奈米粒子. 因為這種分離方式跟膜的構造一直用在醫學, 都已經是成熟的技術, 所以利用這種技術只要很少量的溶劑就可以達到本來需要大量溶劑的效果. 希望這種技術有助於讓奈米粒子生產的過程更環保些!


分享到Facebook 分享到plurk

太陽能電池轉換極限在哪？

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/328/5985/1543
http://big5.ce.cn/cysc/ny/xny/201007/06/t20100706_20429069.shtml

《中國能源報》 孫崇泉人-類應如何逐步擺脫對化石燃料的依賴？這是世界各國政府和科學家一直致力於解決的問題。可再生能源無疑是替代化石燃料的首選，而太陽能作為一種易獲得、儲量豐富的可再生能源，是研究人員努力發掘的焦點。然而太陽能電池轉化效率低下卻始終是人類利用太陽能的攔路虎。目前，常規太陽能電池最高轉換效率僅為30%左右。但這一現狀馬上就會有革命性的突破。美國研究人員最近在太陽能電池技術上的新突破可能會讓太陽能電池的轉換效率連跳兩級，從現在的30%直接增加到66%！

　　近日，在《科學》雜誌上，來自美國德克薩斯大學奧斯汀分校的化學家朱曉陽（音譯）博士，通過對半導體奈米晶粒（又稱量子點）的最新研究後表明，常規太陽能電池的轉換效率可由現在的30%的極限效率提高到超過60%。

　　束縛太陽能電池發展原因

　　太陽能電池的轉換效率之所以會有如此飛越，是因為科學家發現了一種可以有效捕獲在常規太陽能電池中以熱能形式損耗掉的高能量太陽光的方法。目前使用中的大多硅太陽能電池最大轉換效率僅為約31%，那是因為太陽光照射在太陽能電池上時，太陽光線中有很多能量太大以致于不能轉換為可使用的電能，這些能量即以所謂的“熱電子”的形式、以熱能的方式損耗。

　　如果這些高能太陽光線，即熱電子能夠被捕獲，那麼太陽光向電能的轉換效率從理論上來說就可以提高到66%。德克薩斯大學材料化學中心的負責人、化學教授朱博士說，他們將轉換效率如此驚人的太陽能電池稱為“終極的太陽能電池”。而要製造出這樣的電池，需要幾個步驟。首先，熱電子的冷卻速度需要放緩；其次，在這些熱電子失去它們所有能量之前，要能夠將其俘獲並儘快地使用。

　　量子點解決難題

　　朱博士介紹說，半導體奈米晶粒或量子點恰好可以滿足上述利用“熱電子”的要求，因為首先量子點可以讓熱電子釋放熱量的速度變慢，這一點在許多研究機構中已經得到證明。在2008年度《科學》雜誌的一篇論文中，來自芝加哥大學的一個研究小組的研究成果表明，在膠狀半導體奈米晶粒中可以確信能夠達到熱電子冷卻速度減緩這一目的。而現在朱博士的研究小組已經解決了這個問題的關鍵第二步，即如何獲得並利用這些熱電子。

　　德州大學的研究發現，熱電子可以由光激勵硒化鉛奈米晶粒中轉移到二氧化鈦組成的電子導體上，而二氧化鈦電子導體目前已經被廣泛應用，十分容易獲取。

　　“如果我們能夠取出這些熱電子，那麼我們可以讓其為我所用。這種熱電子轉移方式的證明，表明瞭高效熱載流子太陽能電池不再僅僅是一個理論上的概念，而同時也具有實驗上的可能性。”朱博士介紹。儘管此次研究人員使用的是硒化鉛量子點，但朱博士表示，他們的方法對其他的量子點材料也同樣適用。

　　朱博士同時提醒人們，這僅僅是科學的一小步，人們還需要更多科學以及工程上的研究才能製造出一個轉換效率高達66%的太陽能電池。

　　另外值得一提的是，目前朱博士等人正致力於解決這一科學難題的第三個方面：將熱電子連接到電導線。

　　朱博士說：“即使我們能從太陽能電池中取出這些熱的、快速運動的電子，但是它們在連接導線上同樣會以熱能形式損失。因此我們下一步的目標就是調整連接到電導線的介面化學特性，以最大限度地減少這部分的額外能量損失。我們希望最大程度地獲得太陽光線中的能量，這就是終極太陽能電池。”整個研究項目由美國能源部提供資金支援。

　　外界反響熱烈

　　朱博士這一技術上的成就也讓整個能源領域眼前一亮。有專家表示，這一進步是十分振奮人心的。相對於化石燃料發電，目前硅太陽能電池的成本過高，在沒有大量的政府補貼情況下，利用太陽能發電的成本偏高。隨著太陽能電池效率的提高，以及與化石能源相對持平或更低的電池生產成本，人類即將提前進入太陽能時代。化石燃料讓人類付出了嚴重的環境代價，研究人員表示，隨著科技的進步，有理由相信50年之內將百分之百地全部利用太陽能。

　　除了可再生能源行業外，即使與可再生能源相對的化石燃料行業的工作人員也為朱博士的研究鼓掌。一位美國石油行業普通工作人員柯蒂斯表示：“作為一個在石油工業及傳統的下游工業時代的受益者，我為朱博士和他的合作夥伴而鼓掌！我們需要進行這種研究，先設置好一個實際的可再生能源目標，然後找出解決擋在前面的難題的辦法。”

分享到Facebook 分享到plurk

Laser-induced water condensation in air

http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/abs/nphoton.2010.115.html

新一期英國《自然‧光子學》雜志刊登報告說，瑞士等國研究人員發明了這種新技術。其原理是向空氣中發射一種高能量短脈衝激光，它會使照射路徑上的氮氣分子和氧氣分子離子化。這些離子化的空氣分子就成為天然的凝結核，促使水蒸氣凝結為水滴。
研究人員向含有水蒸氣的實驗裝置中發射這種激光，可以馬上觀察到直徑約５０微米的水滴形成，這些小水滴還會進一步合並為直徑約８０微米的大水滴。戶外實驗也顯示，在空氣濕度較高的情況下，發射這種激光可以促使空氣中水滴的形成。
瑞士日內瓦大學研究人員熱羅姆‧卡斯帕裏安介紹說，這一技術目前還處于初級階段，不能馬上用于人工降雨，因為一束激光只能促使其所照射的路徑上形成水滴。下一步研究將探索是否能通過用激光掃過天空的方式，促使水滴在更大面積的空氣中形成。

Facebook 討論串


分享到Facebook 分享到plurk

細胞的平行介電泳! Playing pong with cells

介電泳,dielectrophoresis, 是一種利用電場梯度對小粒子操作的技術, 現在這技術更上一層樓了! 利用可光控制開關的表面電極陣列, 只要簡單的打上光,控制明暗就可以控制局部的的電場梯度. 利用這樣的技術, 不僅可以大規模平行的操作細胞, 對細胞本身也不會造成傷害喔! 看看影片中展示出的驚人可能性吧!
Facebook專屬討論分享串
相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

超解析度螢光顯微術! Nature Methods 2008 STEM PALM STORM

螢光顯微鏡可以透露很多生物分子的訊息, 但是畢竟光的波長遠大於分子的大小, 所以在想到得到單分子的影像, 傳統的遠場光學設計常常行不通. 這影片介紹了主要兩種技巧去得到更好的遠場螢光顯微術解析度. 第一種技巧是利用兩道光去激發更小的激發區域, 其中一道普通光束的光負責激發分子, 另一道環型光束的光負責抑制在周圍分子. 利用兩道光就可以有效激發更小的螢光發光區域. 另一種技術是利用追蹤分子運動的重心, 只要讓同時發光的分子不多, 就可以利用追蹤重心的方式定出每個發光分子的位置, 這樣準確度比波長小很多. 累積了很多位置資訊就可以推出整體分子的分佈了. 兩種技術目前的都還出現沒多久, 也許過一陣子很多更詳細的分子螢光圖就會陸續在科學期刊上出現, 說著不同分子的故事!
Facebook專屬討論分享串

分享到Facebook 分享到plurk

玻璃包覆的的螢光量子點 ! fluorescent glass beads incorporating nanocrystals

半導體的螢光量子點 (quantum dots) 因為螢光強度穩定不會被光漂白, 在生物研究上有很多用途-目前主要用來追蹤螢光標定物在細胞內的分布. 但是常常這種螢光量子點的表面對細胞有毒性或是親水性不夠需要額外的化學修飾. 現在日本開發出一種利用玻璃包覆半導體螢光量子點的技術, 可以把這些螢光量子點包在小玻璃珠裡面. 這樣一方面降低可能的毒性或是增加表面化學修飾的空間, 但是相對的體積也就比傳統的量子點大些, 不過比起傳統的高分子螢光小珠珠來, 還是比較穩定. 這種東西一方面可能用在生物研究, 一方面也可能用在螢幕的表色或是光能轉換上. 類似這種新的複合材料目前有很多研究, 將來或許能替人類解決很多問題!
Facebook專屬討論分享串
相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

看著單個碳原子! Carbon atoms moving at the edge of a hole in graphene

現在的電子顯微鏡越來越好了, 現在已經有辦法看著單顆原子的運動了! 這影片是拍攝在石墨的邊緣上, 碳原子是怎麼樣的運動. 影片中格子狀東西就是單一的石墨層,由一個一個的碳原子所組成, 石墨中間有一個洞, 在邊緣的碳原子不停的結合又分離. 不同於SPM, TEM可以有更高的時間解析度並更不干擾原子的運動. 這樣個技術是這幾年才開始有的, 或許可以幫助研究人員解開更多原子層次的秘密喔!
Facebook專屬討論分享串

相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

磁珠墨水 變色! Magic ink takes on any colour

一般知道的顏色是利用光的吸收或是反射, 現在南韓開發出了一種新的可變顏色墨水. 這種墨水是把磁性奈米粒子加入樹酯中, 利用外加磁場後在墨水中的奈米子粒子會照磁場排列, 而不同強度的磁場會讓奈米粒子的間距有所差異. 這些有規則排列的小磁性奈米粒子就相當於光子晶體, 不同的間距的晶格會反射不同波長的光而有不同顏色. 這種新的動態產生顏色的方式應該會有商業上的應用的, 或許不久就看到了喔!

Facebook專屬討論分享串
相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

血球 我看到你了! imaging of individual blood cells

怎麼樣清楚的作血管造影一直是很重要的問題. 例如像是在糖尿病, 末端的血管病變監測對病人的病程提供了很重要的資訊. 現在利用附著螢光粒子到紅血球上再用紅外線加以激發, 利用紅外線比較容易穿透皮膚的特性, 就可以清楚看到一個一個血球在血管裡是怎麼樣流動的了. 以往只能看到很淺表的一層, 利用這種方式, 影片展示的可以看到比較內部的血管喔! (這影片是在兔子的眼球內側)
Facebook專屬討論分享串
相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk