前沿

世界上最細的電線

供稿/駐外記者 李青

眾所周知，原子是物質(zhì)組成的基本單位，原子非常非常小。那么，1個原子到底有多小呢？就好比一個人站在碩大無比的地球旁邊，顯得微乎其微。那你知道，人的一根頭發(fā)有多粗嗎？頭發(fā)的直徑約為0.08毫米，相當于100萬個原子排成一行。所以不難想象，一條只有3個原子直徑之和那么粗的電線該有多細！近日，美國斯坦福大學和美國能源部SLAC國家加速器實驗室的科研小組就研發(fā)出了這樣的電線，這是迄今為止世界上最細的電線，也叫納米電線。

納米電線是怎么造出來的呢？其實就像拼樂高積木一樣，把一塊塊小的樂高按照一定的規(guī)則，一步一步地拼接在一起，最后組裝成某個你想要的東西。納米電線的基本材料是金剛石（俗稱鉆石），組成它的最小分子是金剛烴（一種碳氫化合物），金剛烴分子間因范德華力的作用，而彼此有著很強的吸引力。科學家就是利用金剛烴的這個特性，把硫原子（圖中黃色的部分）和銅原子（圖中棕色的部分）結(jié)合起來的。就像先拼成一組樂高積木，然后再一組一組地逐漸自動延伸，組裝成特定的線狀結(jié)構(gòu)，形成導電性能很好的電芯，其周圍的金剛烴分子因為范德華力的引力作用，而把電芯緊緊地包裹起來，從而形成天然的絕緣層。

納米級的電線能夠幫助縮小電路，為微小的電子設備提供更強大的計算功能。這種新的方法還能讓科學家們以原子的精度來組裝和控制材料，探索和發(fā)現(xiàn)新的、具有獨特電子特性和物理特性的新型材料。目前，該科研小組已經(jīng)用金剛烴造出了一維的鎘基、鋅基、鐵基和銀基納米電線，這些材料在制造新型發(fā)電纖維、光電設備等方面具有廣泛的用途。

這張鈉通道結(jié)構(gòu)“3D照片”，科學界等了65年

1952年，英國科學家霍奇金和赫胥黎發(fā)現(xiàn)了“鈉離子通道”（以下簡稱“鈉通道”）。然而，兩位科學家不曾想到，人們直到今天才弄明白鈉通道的原子結(jié)構(gòu)。65年后，清華大學醫(yī)學院顏寧研究組，用名為冷凍電鏡的“照相機”，為鈉通道拍下第一張“3D照片”。

鈉通道是所有動物中電信號的主要啟動鍵，而電信號則是神經(jīng)活動和肌肉收縮等一系列生理過程的控制基礎(chǔ)。在人體中，一共有9種已知的電壓門控鈉離子通道亞型，在不同的器官和生理過程中發(fā)揮作用。鈉通道的異常會導致一系列與神經(jīng)、肌肉和心血管相關(guān)的疾病，特別是癲癇、心律失常和持續(xù)性疼痛或者無法感知痛覺等。迄今為止，已經(jīng)在人體的9種鈉通道蛋白中發(fā)現(xiàn)了1000多個與已知疾病相關(guān)的點突變。此外，鈉通道也是許多局部麻醉劑以及自然界中大量的神經(jīng)毒素的直接靶點，許多蛇毒、蝎毒、蜘蛛毒素等，都是通過作用于鈉離子通道而產(chǎn)生不良后果。

鈉通道是諸多國際制藥公司的研究靶點，有著巨大的制藥前景。獲取鈉通道的精細三維結(jié)構(gòu)，對于理解其工作機理以及制藥至關(guān)重要。

充電電池新突破：儲存容量可使用十多年不退化

充電電池的能源儲存容量退化，是許多用戶在日常使用中所必須忍受的一個嚴重問題。現(xiàn)在，來自哈佛大學的科研人員研發(fā)出了一種新型電池技術(shù)，它利用一個化學“魔術(shù)”，打造出能使用十多年且?guī)缀醪恍枰S護的充電電池。

新型電池用到的技術(shù)叫作“流體電池”，通過兩種液體的離子交換獲得電流。雖然這種電池能使系統(tǒng)變得更靈活、更耐用，但它極易出現(xiàn)退化，這意味著需要進行定期維護。對此，哈佛的科研人員找到了解決辦法，他們對該種電池中的電解液進行了結(jié)構(gòu)調(diào)整，成功地讓它們都具備了水溶性能力。也就是說，它們可以使用中性水來獲取電流，而不再使用有毒或具有腐蝕性的液體，因此，這種技術(shù)使用起來不僅更加安全，而且維護成本也非常低。

更重要的是，這種電池還非常耐用。據(jù)團隊介紹，他們在對電池進行了1000次完全充電之后，電池的能源儲存容量僅丟失了1個百分點。該數(shù)值相對于大部分鋰離子電池來說，是非常非常低的。