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能源与环境

多寿多利——长寿命的塑料太阳能电池

现在可以免费阅览文章背后的原始科学成果!

由于实验表明其寿命极短,一种新型的塑料太阳能电池的开发曾一度搁浅,现在,最初提出这个概念的研究小组给与了其新的生命。

由于电极上使用的涂层在整个电池结构中不稳定且不断移动,由University of Alberta与Canadian National Institute for Nanotechnology的研究者最初研发的装置只能高负荷运转10小时左右。

将该涂层替换为他们新研发出来的基于PEDOT与P3PHT的材料后,该研究组制造了一个使用寿命可以按月计量的的原型,改善了该装置设计的前景。发表时,他们报告称它已高负荷运转了500个小时,然而,实际上,该电池继续使用了整整7个月,直到它 继续阅读”多寿多利——长寿命的塑料太阳能电池” »

材料 | 聚合物

激光炸弹探测

在先前已经证实了有机半导体激光可以被用作探测以硝基芳烃为基本成分的爆炸蒸汽(例如:三硝基甲苯)的化学传感器。但是目前尚无法确定的是,此种探测器对这些蒸汽进行响应所需的时间,而这是确定探测器适用性的关键因素。目前,Yang、Turnbull和Samuel正在开展一项新的研究,通过研究一种聚芴激光对出现爆炸蒸汽后进行响应的时变对该问题进行调查。

由于半导体和蒸汽之间将发生化学相互作用,因而这种有机半导体激光可以发挥对含硝基芳烃的蒸汽进行探测的功能。硝基芳烃分子是一种缺电子分子,因而在点在从半导体转移至爆炸蒸汽中时,激光的光发射将减少。之后,将观测到此种光发射的变化,因而可以用来推断出现了爆炸蒸汽。

在本研究中,将聚芴激光曝露于浓度为9.8 ppb的1,4-二硝基苯(DNB)中,并对激光的时变影响进行了监控。在曝露于DNB蒸汽中后,由于上述电子转移作用,激光发挥功能必须超过的输入能量阈值增加了1.8倍。此外还观测到激光输出能量与输入能量之比减少了1/3。在未来的探测系统中,这些作用均可以被用来对爆炸蒸汽进行探测。

但是,对探测器的响应和恢复时间进行测量是本研究的主要目的。在曝露于蒸汽中后,激光的光发射一开始迅速减少,这使得可在曝露后数十秒内实现蒸汽的探测。但是,之后光发射的减少放缓并且在约4-5分钟后达到平衡。作者认为最初的快速减少是由于DNB分子与聚芴半导体表面相互作用而产生的,而之后衰退放缓是由于DNB扩散至半导体更深部位的速度放缓。此外,还对恢复时间进行了测量,因为这同样是决定传感器适用性的一项重要因素。激光在留在于空气中后3.5小时完全恢复,使用氦气冲洗激光后3分钟完全恢复,但是当在真空中清洗激光后,仅20秒就完全恢复了。

此外,作者还根据DNB蒸汽扩散进入半导体的情形,形成了一种简单的理论模型;这一模型为实验结果提供了支持并使得可以对扩散深度进行计算。

所有这些结果表明,聚芴激光在曝露后几秒钟内,可探测出微量的爆炸蒸汽。这使得聚芴激光可以被用作探测爆炸装置的理想工具。并且,毫无疑问开发此类装置用于实际用途只是迟早的问题。

图片来源:http://www.flickr.com/photos/hellochris/ / CC BY 2.0

Y. Yang et al., Adv. Funct. Mater. ; DOI: 10.1002/adfm.200901904

材料 | 纳米

屈曲变形

碳纳米管泡沫、森林和草皮日益受到重视,因为它们看起来在能源减少薄膜、冷阴极阵列、低反射涂层、热交换转换等方面,非常有前景。为了确保操作时这些物质的适当运作,对于其生命周期(即耐机械降解性能)的评估,是至关重要的。

现在,在本月发表的新作中,Caltech的Julia Greer及其同僚,通过光刻催化剂的化学气相沉积,对成千上万的50微米直径的、表面垂直、缠绕在一起碳纳米管的生长,进行了单轴压缩研究。通过这些实验结果,作者发现,第一次在表面上成核,典型的从底部到顶部连续屈曲变形结果,通过捆绑而横向传播,最终逐渐压毁了整个结构。这一机制说明了所有重大变形适应性。研究人员还研究了非均匀微结构,这些结构显示密度和管方向梯度,研究人员认为这些机构对独特的定期屈曲变形机制起了作用。

J. Greer et al., Adv. Funct. Mater. ; DOI: 10.1002/adfm.201000305

材料

沟渠中的爆炸物探测

爆炸物检测一直以来都是动物王国统领的范围:大多数人都对嗅探犬比较熟悉(但大家对嗅探蜜蜂的了解就知之甚少了)。但就在最近,技术替代品已经开始派上用场了,像气相色谱分析、离子迁移光谱和X射线等技术现在都已经成为了机场安检设备中的标准配备了。

但是对于各大领域中的爆炸物探测而言,这些技术并非真正实用。地雷清除(影响了全世界76个国家的事件)需要一个可靠、便携式的探测方法,就好像在军事冲突和反恐行动中的简易爆炸装置(IED)的清除方法一样。可是说的总比做的简单。从化学的观点来看,研发TNT 这样的硝基化合物探测器并非易事,因为这种化合物的蒸汽压力都较低,也就是说:它们在室温下的空气浓度为大约6ppb(而且当材料封装在装置内部时这个指标会更低)。从技术角度而言,现在机场中在用的机器也不具备可延展性,虽然我们在制造较小、较敏锐的以微型悬臂为基础的系统方面已经取得了一些进展,但是对激光源(和大型动力源)以及零部件的光学检测的高精度定位需求仍然限制了它们的现场工作潜力。 继续阅读”沟渠中的爆炸物探测” »

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