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首個固態電化學熱晶體管問世

日本科學家開發出首個固態電化學熱晶體管，其能用電來管理熱。新問世的固態熱晶體管的效率可與目前廣泛使用的液態熱晶體管相媲美，且更穩定。相關研究刊發于2023 年2 月21 日出版的《先進功能材料》雜志。

現代電子設備在使用過程中會產生大量廢熱。過去10 年，使用電來管理熱量的概念得到驗證，催生了電化學熱晶體管器件，這種器件可通過電信號控制熱流，但目前廣泛使用的液態熱晶體管存在一個嚴重的缺陷：任何泄漏都會導致設備停止工作。

在最新研究中，北海道大學電子科學研究所的科學家小組開發出首個固態電化學熱晶體管，比液態熱晶體管更穩定，也同樣有效。

研究人員解釋稱，熱晶體管大致由活性材料和開關材料組成，活性材料的導熱性會發生變化；而開關材料可控制活性材料的導熱性。研究人員在氧化釔穩定的氧化鋯基底上制造出了最新的固態熱晶體管。該基底也用作開關材料，氧化鍶鈷用作活性材料，而鉑電極提供控制晶體管所需的電力。

研究發現，活性材料在“開”狀態下的導熱性與一些液態熱晶體管相當。而且，活性材料在“開”狀態下的導熱性比“關”狀態下高4 倍。此外，該晶體管使用10個周期后仍保持穩定，優于一些目前使用的液態熱晶體管。團隊在20 多個單獨制造的固態熱晶體管上進行了測試，確保了結果的可重復性。

這一最新研究表明，固態電化學熱晶體管具有與液態電化學熱晶體管一樣有效的潛力。但目前開發實用熱晶體管的主要障礙是開關材料的工作溫度較高，約為300 ℃，降低其工作溫度將成為未來研究的重點。

（來源：科技日報）

可長時間連續監測的隱汗傳感器面世

人體出汗是正常的生理現象，常見的方式是分泌可見的汗液，但它也以蒸汽的形式從人體排出，這稱之為“隱汗”。當核心體溫逾過閾值時，人體便會通過隱汗方式將熱量傳遞給周圍環境。

隱汗流失率能有效評估人體皮膚屏障功能（皮炎和傷口愈合等）和神經系統活動（交感神經興奮帶來的情緒刺激和心理變化等）。現有隱汗監測方法不適合患者長時間佩戴使用，且無法長時間連續測量，開發新型皮膚貼合類隱汗傳感器勢在必行。

記者2023 年2 月13 日從湘潭大學獲悉，該校材料科學與工程學院教授王秀鋒課題組采用聚丙烯酸鈉復合二維過渡金屬碳化合物構筑了傳感層，結合聚二甲基硅氧烷包覆納米氧化物的超疏水織物，開發了高靈敏度、快速響應、可連續監測且具有超疏水性的隱汗傳感器。

該隱汗傳感器和相機內存卡一般大小，相比傳統隱汗監測器小巧而便攜，其鏤空基底賦予了器件良好的柔性與透氣性，織物能讓隱汗蒸氣滲透，同時避免外部液滴和內部顯汗干擾。它與無線通信和供電模塊集成后，形成一個隱汗檢測平臺，可以持續監測人體體熱狀態與皮膚屏障功能，并評估用戶心理活動和環境舒適度。

王秀鋒長期從事與“可穿戴微流控與傳感器”相關的軟物質表界面力學和特殊浸潤性調控等研究，致力于開發水合環境中柔性傳感器、汗液定量收集與即時分析貼片等生理醫學指標無創檢測技術。據介紹，該項研究為汗液傳感器的個性化健康應用提供了新方案。

2023年2月6日，上述研究成果在線發表于《美國化學會—納米》（ACS Nano）。

（來源：中國科學報）

首個氣流調諧液滴激光器出現

科技日報2023 年2 月13 日報道，荷葉沾水珠而不濕，日本科學家借助這一“荷葉效應”，利用簡單的方法，制造出了一種新型離子液滴，這種微滴可用作靈活、持久而可調諧的激光器。與現有不能在大氣中工作的“液滴激光器”不同，最新進展有望使激光器在日常環境中使用，從而催生出更便宜的光纖通信設備。相關研究刊發于最近的《激光與光子學評論》雜志。

荷葉具有顯著的自潔特性，在荷葉表面，水滴不會變平，而是會形成近乎完美的球體并滾落，帶走灰塵。這種“荷葉效應”由葉片內的微小突起造成。

在最新研究中，筑波大學科學家利用人工“荷葉效應”，創造出了可以像激光一樣工作的液滴，而且，這種液滴激光器可在長達一個月的時間里保持穩定，而目前的“液滴激光器”不能在開放環境條件下使用，只能將其封閉在容器內，否則它們會蒸發。

在新研究中，科學家將名為“1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽”（EMIBF4）的離子液體與一種染料混合，使其成為激光介質。之所以選擇這種液體，是因為它蒸發得非常緩慢，并且具有相對較大的表面張力。然后研究團隊在石英襯底上涂上微小的氟化二氧化硅納米顆粒，使其表面排斥液體。當EMIBF4沉積其上時，液滴幾乎能完美地保持球形，持續時間長達30天。

研究人員表示，數學計算顯示，即使暴露在氣流中，這種新液滴的理想形態和光學性質也會保持不變。據目前所知，這是第一個可通過氣流調諧的液體激光振蕩器。

此外，研究人員利用3D 打印方法，打印出了這種液滴激光器，且打印出來的液滴陣列無須進一步處理即可工作。

研究團隊指出，這種產品具有高度的可擴展性和易用性，很容易用于制造廉價的傳感器或光通信設備，有望催生更靈敏的氣流探測器或更便宜的光纖通信設備。

（來源：科技日報）

新一代金屬支撐固體氧化物燃料電池問世

科技日報2023 年2 月18 日報道，全球首款大功率金屬支撐商業化SOFC（固體氧化物燃料電池）產品在山東濟南發布。該產品的熱電聯產效率高達92.55%，創造了大功率SOFC 熱電聯產系統效率全球最高紀錄。該技術由國際權威檢測機構TüV南德的歐盟CE認證，由濰柴集團研發。

中國工程院院士、山東省科協主席凌文和中國工程院院士蘇萬華、中國科學院院士劉維民、中國科學技術大學黨委書記舒歌群等專家現場見證發布。

SOFC 屬于第三代燃料電池，據專家介紹，SOFC 是目前全球范圍內發電效率最高的新能源技術路線，又分為電解質支撐、陽極支撐、金屬支撐3種技術路線，而以金屬支撐技術路線最為先進。金屬支撐SOFC 技術采用金屬板作為支撐體，機械強度高，抗熱沖擊能力強，具有可靠性高、啟動迅速、可啟停次數多等優勢，能夠使用天然氣、氫氣、煤制氣、生物質氣、甲醇等多種燃料，使用天然氣的SOFC相比傳統天然氣發電機組可減碳30%以上。

據了解，濰柴從2018 年開始布局SOFC 業務，已累計投入20 億元，以百名博士為主的研發團隊經過5 年努力最終實現了SOFC 技術的工程化突破，并掌控了新一代SOFC關鍵核心技術。

本次發布的SOFC 產品系統功率達到120 kW，支持模塊化安裝，可將功率擴展至兆瓦級，其技術特點為：熱電聯產效率達到92.55%，在大功率SOFC系統中是全球最高的；全球率先使用最先進的新一代金屬支撐SOFC 技術，相比于傳統的電解質支撐和陽極支撐技術，具有運行溫度低、抗熱沖擊能力強的突出優勢，特別是實現了從高溫800 ℃到600 ℃的技術突破，系統可啟停次數和啟動速度均大幅度領先于現有國際主流產品，實現了技術超越。

上述SOFC產品已在濰柴燃料電池產業園和山東省濰坊市能源集團落地，累計運行超過3萬小時。濰坊市能源集團濱投分布式能源有限公司副總經理尹波表示，在實際使用中，這款產品運行穩定，凈發電效率超過60%，1 m3天然氣可以發6 kW·h 電，并可根據峰谷電價進行調整、削峰填谷，經濟效益好。

（來源：科技日報）

新型“觸發器”量子比特問世

科技日報2023 年2 月14 日報道，澳大利亞研究人員最近展示了一種新型量子比特的操作，稱為“觸發器”量子比特，它結合了單個原子的精巧量子特性和普通電腦芯片電信號的易控性。研究成果發表在《科學進展》上。

新南威爾士大學研究團隊在世界上率先證明，電子的自旋以及硅中單個磷原子的核自旋可用作量子比特。雖然兩個量子比特本身都表現得非常好，但它們的運行需要振蕩磁場。而磁場很難在單個量子計算機組件的典型納米尺度上定位。

團隊意識到，將量子比特定義為電子和原子核的上/下組合方向，將允許僅使用電場來控制這樣的量子位。這個新的量子比特被稱為“觸發器”，因為它由屬于同一原子的兩個自旋（電子自旋和核自旋）組成，條件是它們總是指向相反的方向。

該理論預測，通過相對于原子核置換電子，可對觸發器量子比特的任意量子態進行編程。新研究以完美的準確性證實了這一預測。

最重要的是，這種電子位移是通過向小金屬電極施加電壓而不是用振蕩磁場照射芯片來獲得的。其更類似于傳統硅計算機中通常路由的電信號類型芯片。

通過從原子核中置換電子來對觸發器量子比特進行電氣控制，會伴隨一個非常重要的現象：當負電荷（電子）遠離正電荷（原子核）時，會形成電偶極子；將兩個（或更多）電偶極子彼此靠近放置會在它們之間產生強電耦合。這就可調制執行多量子比特邏輯運算。

這些電偶極子不需要相互接觸但又相互影響。理論研究表明，200 nm是快速和高保真量子操作的最佳距離。研究人員稱，這可能是一個改變游戲規則的進展，其足以允許在量子比特間插入各種控制和讀出設備，使處理器更容易連接和操作。

（來源：科技日報）

利用柔順機構的可重構天線問世

科技日報2023 年2 月13 日報道，可重構天線是未來通信網絡系統（如6G）不可或缺的一部分。但目前的許多可重構天線設計存在不足：它們在高溫或低溫下無法正常工作，存在功率限制，或者需要定期維修。為了克服這些缺點，美國賓夕法尼亞州立大學研究人員將電磁鐵與柔順機構相結合，推出了其概念驗證可重構貼片天線。研究成果發表在《自然·通訊》雜志上。

符合柔順機制的物體可被設計成向某個方向反復彎曲，并能經受住惡劣環境。當應用于可重構天線時，柔順機構使天線臂能以可預測的方式彎曲，這反過來又在不使用鉸鏈或軸承的情況下改變了它的工作頻率。

研究人員介紹說，就像變色龍觸發皮膚上的微小隆起移動，從而改變它的顏色一樣，一個可重構天線可改變它的頻率，從低到高再回到原來的頻率，只需配置它的機械特性，就能在柔順機構的作用下實現。受折紙藝術啟發，利用柔順機構理論設計的“折紙天線”雖可重構，但其在堅固性、長期可靠性和高功率處理能力方面表現較差。如果不精心設計，這些類型的設備在現場將受到環境和操作壽命的限制。

此次，研究團隊使用商業電磁模擬軟件繪制并設計了一個圓形虹膜貼片天線原型。然后，他們對其進行3D 打印，并在電波暗室中測試了它的疲勞故障以及頻率和輻射模式保真度。

該原型只比人類手掌略大一點，其設計目標是演示特定的頻率。對于高頻應用，這項技術可擴展到集成電路級別；對于低頻應用，則可擴大尺寸。

研究人員表示，該成果將柔順機構作為整個電磁學領域的一種新設計范式，這可能是一個全新的設計領域分支，將會帶來令人興奮的應用。

（來源：科技日報）

全球首個十萬噸級綠色甲醇項目在安陽投產

2023 年2 月21 日上午，由世界500 強企業吉利控股集團和河南順成集團共同投資的全球首個十萬噸級綠色低碳甲醇項目在安陽正式投產。

據了解，該項目總投資8 億元，每年可綜合利用焦爐煤氣3.6×108m3（標準狀態下），生產甲醇1.1×105t，聯產液化天然氣7×104t，預計可實現年銷售收入5.6億元。項目通過合成甲醇，直接減排二氧化碳1.6×105t，相當于增加森林面積106.67 km2，對我國減少碳排放、增加清潔能源具有重要示范意義。

當天上午，在安陽市殷都區河南順成集團廠區，站在密密麻麻的管道和高聳的儲醇罐前，工作人員介紹了該項目的運行原理。該項目綜合利用順成集團富氫富甲烷的焦爐氣和從工業尾氣中捕集的二氧化碳，合成生產甲醇并聯產液化天然氣。該項目多項技術達到國際先進水平，包括消化吸收冰島CRI 公司的二氧化碳加氫制甲醇（ETL）技術，以及采用中國具有完全自主知識產權的二氧化碳捕集凈化工藝，從工業尾氣中回收二氧化碳。

“這是一個大規模成功利用二氧化碳變廢為寶的里程碑項目。”出席投產儀式的工業和信息化部節能與綜合利用司副司長尤勇認為，此項目的投產是我國企業推動產業綠色低碳轉型升級的創新實踐，對推動全國煤化工等行業碳減排具有重要的示范意義。

我國石油自給率不足30%，而甲醇是低碳、含氧燃料，具有燃燒高效、排放清潔、儲運方便等特點，且未來利用風能和太陽能加碳合成綠色甲醇也有廣闊的發展空間。前來安陽出席投產儀式的吉利控股集團董事長李書福說，吉利不僅投資新能源，而且在甲醇汽車領域已經深耕了18 年，攻克了一系列難題，并在歐洲進行了示范運營，未來如果更多的商用車使用甲醇燃料，既可降低運費，又能回收二氧化碳，可謂一舉多得。

項目投產當天，順成集團采購的300 臺吉利遠程重卡作為物流車投入使用。車輛所使用的燃料來自安陽甲醇工廠生產的綠色低碳甲醇，預計每年可節省燃料費3 000 萬元左右，同時將減少柴油消耗1.5×104t、減少碳排放4.5×104t。

吉利控股集團和河南順成集團還簽署了綠色低碳甲醇制備安陽二期框架協議。河南順成集團負責人表示，“十四五”期間公司計劃再投資50 億元，努力打造安陽醇氫產業示范基地。

（來源：河南日報）

我國首個甲醇制氫加氫一體站投用

2023年2月15日，記者從中國石化新聞辦獲悉，我國首個甲醇制氫加氫一體站投入使用。該站是由中石化燃料油公司大連盛港油氣氫電服“五位一體”綜合加能站升級而來，每天可產出1 000 kg 99.999%高純度氫氣。該制氫裝置占地面積小、項目建設周期短，生產過程綠色環保，綜合考慮制、儲、運成本，相比加氫站傳統用氫方式成本可降低20%以上，將成為我國低成本加氫站的示范樣本，引領我國氫能產業發展。

甲醇制氫是制氫的一種技術路線。我國是世界最大的甲醇生產國，占全球甲醇產能的60%，甲醇來源豐富、成本低廉，常溫常壓下作為液體便于儲存和運輸。與工業制氫等其他制氫方式相比，甲醇制氫能耗低且成本低。

當前，氫氣的儲存和運輸是制約氫能產業發展的關鍵環節。我國加氫站主要依靠長管拖車進行運輸，受設備影響導致氫氣運輸能力低、成本高、裝卸時間長且綜合能效低。對此，中國石化甲醇現場制氫項目提供了一個可行的“解題之策”。

該座站內甲醇制氫加氫裝置產氫能力為每小時500標準立方米，建設采用“撬塊化建站模式”，場地利用率為全國最高，主體裝置占地僅64 m2，而同等制氫規模的傳統設備占地面積超500 m2。項目布局方便且建設周期短，有利于推廣復制。

大連盛港綜合加能站處于大連自貿片區，中國石化燃料油公司已在大連自貿片區建成兩座油氣氫電服“五位一體”綜合加能站，并有6 座啟動開工建設。大連自貿片區已全面布局氫氣制、儲、運、加、用等環節，構建起包括氫氣制取、氫能裝備制造、氫燃料電池及其配套零部件、氫燃料電池整車、氫能分布式電源及氫能技術研發檢測等在內的氫能產業生態鏈。該項目的成功投用將有力帶動片區氫能裝備制造產業進一步發展，也為在全國范圍內加快構建安全、穩定、高效的氫能供應網絡提供了可復制、可推廣經驗。

項目采用中國石化自主研發的分布式甲醇制氫系統，包含甲醇重整、催化氧化、過程強化、系統集成等多項自主創新成果。系統制氫效率達到全國領先水平，利用中國石化石油化工科學研究院配套研發的RSR-501 新型甲醇重整催化劑和CCC-101/102 催化氧化催化劑，可以有效解決傳統催化劑金屬團簇晶粒尺寸與穩定性的矛盾，大幅提升原料的利用效率。

該系統自動化、智能化水平同樣達到國內領先，通過石科院自主研發的工藝和技術，可實現一鍵開停車、云端監控等智能化操作。同時，該系統環保性能優異，生產過程中無固廢影響、無廢水外排、無尾氣污染。在滿足加氫站內安全和運營控制要求的前提下，與國內同類運行裝置相比能耗更低、甲醇消耗更少，節能及經濟效益顯著。

（來源：中國科學報）