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一周科技盘点:新材料助力伤口愈合、基于AI和机器人技术的自动实验室

已有 5592 次阅读 2019-1-14 15:13 |系统分类:博客资讯

增强玻纤隔膜助力高性能钠氧电池

随着人们对便携式电子设备的依赖增加,以及全球电动汽车市场的增长,高性能电池亟待被开发以满足低成本及环保需求。

在《Advanced Energy Materials》上的一项研究中,IBM的Younes Ansari博士、Young-Hye La博士及同事设计了一种新型增强玻璃微纤维膜(RGMF)来作为钠氧电池的隔膜材料

研究人员将钠离子导电陶瓷(β-RGMF)以及非导钠陶瓷(α-RGMF)粒子注入一层薄薄的玻璃微纤维框架中,并利用海藻酸钠作为粘结剂,制备得到RGMF膜。

测试过程中,研究人员将葡萄糖和亚甲基蓝碱液组装成器件,通过RGMF膜测试氧扩散率。当氧气通过器件的一侧时,未加氧的一侧保持无色,这说明隔膜具有不可穿透性

原位原子力显微镜研究表明,在钠氧电池内超干电解液条件下,阴极上形成的微米级过氧化钠颗粒结构保持完整,证明了放电产物的稳定性。

测试结果表明,含有β-RGMF隔膜的电池呈现出优异的循环稳定性,其性能显著优于含有α-RGMF隔膜以及非增强隔膜的电池

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201802603



基于AI和机器人技术的自动化实验室

Kebotix开启了材料科学的新革命。日前,该科技公司获得了500万美元融资,受到了大众的广泛关注。该项目由One Way Ventures领投,投资者还包括百度风投、波士顿Flybridge Capital Partner、洛杉矶Embark Ventures、挪威Propagator Ventures以及纽约World Quant Ventures。

Kebotix致力于开发世界上第一个由人工智能(AI)和机器人技术驱动的自动化实验室,以加速新分子和材料的探索、发现、应用和生产

“科学家开发新材料的方式自18世纪以来还没有发展,而我们正在建设属于21世纪的材料公司”首席执行. Jill S. Becker博士说,“如果开发新材料的方式依然停留在18世纪的话,那么我们无法应对气候变化、耐抗生素细菌、水污染以及当今世界面临的其他紧急问题的挑战。

这家新公司由来自哈佛大学的一批研究人员所创建,根据创始人在哈佛期间进行的研究,开发出了世界上第一个也是最大的化学和材料人工智能大脑。Kebotix的自动化实验室结合了人工智能和实验室机器人平台,可将研究周期从十年缩短到了几个月Kebotix系统可以快速有效地处理大量复杂的分子数据,发现新材料或生成具有所需目标特性产品的新配方

Becker说:“前五大原材料生产商的总销售额超过2100亿美元,并且拥有大规模生产条件以及成熟的供应链,但是他们的创新速度太慢。凭借世界上第一个也是唯一一个人工智能驱动的、完全集成的材料创新实验室系统,Kebotix旨在重塑8000亿美元的全球材料市场。”未来的结果我们拭目以待吧。


新型类石墨烯二维材料

自石墨烯问世以来,这种新兴材料在电子、化学和力学领域的应用得到了极大的发展。在过去的十年中,各种各样的石墨烯衍生物被提出,然而,最具应用前景的电子器件的发展却没有达到工业化的预期。尽管石墨烯具有许多优异的物理性能,包括高载流子迁移率和优异的机械强度,但它也有一个致命的缺点:带隙难以调控。解决这个问题的另一种方法是通过设计具有目标带隙的二维材料,将之作为电子设备的基本部件。

成均馆大学纳米材料研究实验室最近的研究表明,Nb3X8  (X=Cl, Br, or I),(1,2) 作为一种新的二维材料,其层平面上具有较强的共价键,在二维薄片层间具有较弱的范德华引力。值得一提的是,理论计算表明,单层Nb3X8 具有带隙,并且具有其他二维材料中尚未报道的铁磁特性。但是迄今为止,关于Nb3X8 的实验研究仅对块状材料的特性进行了报道,并没有直接探讨其分层结构和物理性质随层数的变化。

研究人员通过简单的化学气相转移方法合成了厘米级别的Nb3X8 晶体。并通过机械剥离(著名的“透明胶带”方法),成功地将少量的Nb3X8 薄片,甚至是Nb3I8单层,从大量的Nb3X8 单晶中分离出来。借助原子力显微镜和扫描探针显微镜,研究人员对Nb3X8 薄片的功函数随厚度的变化进行了观测。

Lee Jae-Hyun教授和Choi je - young教授说:“从这项研究开始,我们将不断探索潜在的二维层状材料以及0维和1维层状材料,以自下而上的方式来制备二维异质结构。”

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pssr.201800451


物联网与数据挖掘

在我们生活中,众多设备拥有通信和计算能力,智能手机是其中之一。从像冰箱这样的家用电器,到现代汽车和智能可穿戴设备,这些设备形成了我们所知的物联网——它们具有连接互联网与不同设备之间近距离通信的能力。这些“东西”产生的数据对我们的社会可能是至关重要的。

《Internet of Things and data mining: from applications to techniques and systems》一文综述了物联网所产生的数据的意义。这些数据可以支持医疗应用程序,例如对老年人和患有慢性疾病的人进行远程患者监控;还有能源管理,例如智能电网,有效地分配和储存能源;以及智能城市应用,包括在主要城市进行交通管理以减少拥堵。然而,大规模应用还是面临着一些障碍,包括计算和通信问题,以及数据隐私问题。本文还讨论了针对这些挑战提出的解决方案。

物联网应用的主要驱动因素是长期存在的数据挖掘和机器学习方法,它们从数据中提取有趣的模式并构建模型。这些模式和模型可以被物联网技术的用户使用,实现上述应用

此外,可以对这些方法进行分类,每个类别可以服务于示例中一个或多个潜在应用程序。这种分类考虑到了小型设备(事物)不断增长的能力,支持所谓的边缘计算/分析,其中计算密集型数据挖掘方法可以在小型设备上运行,比如用户的智能手机。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/widm.1292

新材料可助力身体伤口愈合

英国帝国理工学院发布的新研究中,一种特殊材料能通过与伤口周边组织的互动,激活身体内在修复系统,从而促进伤口愈合,有望带来更高效的伤口护理方案。

当前已有不少用于辅助伤口愈合的医用材料,而科学家希望找到能与身体周边组织互动的生物材料来加速辅助多种类型的伤口愈合。帝国理工学院团队开发了一种名为牵引力激活载荷(TrAPs)的全新分子,能激活身体的内在修复系统,促进伤口痊愈。相关成果已刊登在《Advanced Materials》期刊上

人体受伤后,细胞会像蜘蛛在蛛网上移动一样“爬过”伤口里的胶原蛋白“支架”。这种移动会拉动“支架”,“唤醒”里面隐藏的蛋白质,驱动受伤组织愈合。研究人员在实验中利用牵引力激活载荷分子来重现这种自然痊愈方法。

据团队介绍,人体细胞在“爬过”牵引力激活载荷分子时产生的拉力能使后者散开,从而更好地与伤口周边相应组织互动,激活具有愈合功能的蛋白,指挥痊愈细胞生长并繁殖,最终加速伤口修复。在实验室测试中,这一新技术展现了很好的效果。

由于这种载荷分子能与多种伤口周边组织互动,因此可应用于辅助多种伤口和受损组织愈合,例如骨折、心脏病造成的心肌瘢痕和神经损伤等,还有望被应用于辅助像糖尿病肢端坏疽等当前医疗干预无法治愈的受损组织愈合。

报告通讯作者、帝国理工学院生物工程系教授本·阿尔姆奎斯特博士说,从海洋生物到人类都会利用细胞的活动来激发伤口愈合的功能,这项新技术正是模仿这类天然机制,协调伤口中不同种类的细胞活动来加速组织愈合。(新华网)


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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201806380


2018年度国家科学技术奖在京揭晓

1月8日,2018年度国家科学技术奖在京揭晓,备受关注的国家最高科学技术奖,授予了两位“80后”科学家——哈尔滨工业大学刘永坦院士,中国人民解放军陆军工程大学钱七虎院士。

国家最高科学技术奖奖金额度上调60%,从500万提升至800万元,而且个人可自由支配。这是国家最高科技奖设立近20年来,奖金额度和结构的首次调整。

今年颁奖仪式还出现了一个新的变化,国家领导人在为国家最高科技奖获得者刘永坦院士、钱七虎院士颁发证书的同时,还授予两位“80”后科学家国家最高科学技术奖奖章。(科技日报)




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3 黄永义 杨金波 shenlu

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