  今日快讯 实时动态 材料侠带你一览天下   斯坦福大学研究团队开发低成本电池技术以存储可再生能源 2017年2月7日，美国斯坦福大学的研究团队通过使用化肥中常见的尿素，采用廉价的方法存储太阳能或者其他形式的可再生能源，以应对用电高峰期的能源消耗。 该项电池技术由斯坦福大学化学教授戴宏杰以及博士候选人Michael Angell开发，这种电池不易燃烧，电极材料采用铝和石墨制成，电解液主要成分则为尿素。戴宏杰教授表示：“本质上，这种电池是由地球上最常见的和最廉价的材料制成，并且可以具有非常优异的性能。” 与化石燃料产生的能量不同，太阳能仅在阳光明媚的白天才可被利用。太阳能电池板将太阳能转变为电力并在白天输送给电网。如果能量不能立刻被利用的话就会以热的形式浪费掉。随着可再生技术需求的增长，对廉价、高效电池技术的需求也逐渐增多。现今的电池技术，包括锂离子电池和铅酸电池具有昂贵和有限的使用寿命等缺点。 戴宏杰教授和Michael Angell开发的电池技术可以解决电网级储能的问题，据Michael Angell介绍，这种电池的库伦效率可高达99.7%。为了满足电网级储能，商品化电池需要至少持续10年的时间。通过研究电池内部的化学过程，Angell希望继续延长这种电池的使用寿命。 该项目受美国能源部支持。  韩国蔚山科学技术大学设计制造了只有单原子厚度的氧化物半导体 2017年2月6日，韩国蔚山科学技术大学（UNIST）提出了一个新的方法以制备世界上最薄的氧化物半导体，只有一层原子厚。这为开发超薄透明柔性电子器件（例如超微型传感器）带来了新的可能。 这种新型超薄氧化物半导体由UNIST材料科学与工程系教授Zonghoon Lee领导的科研团队制备出来。在该项研究中Lee教授已经成功实证了厚度只有一层原子的二维氧化锌（ZnO）半导体的形成。 这种材料通过直接在石墨烯上生长单原子层厚度的ZnO层而形成，使用了原子层沉积技术。它也同样是生长在石墨烯上的最薄的异质外延半导体氧化物层。Lee教授说：“对于常规的可穿戴电子产品来说，柔性高性能器件是必不可少的，此类产品最近引起了人们的关注。通过这种新材料，我们可以获得真正的高性能柔性器件。” 目前很多研究集中于寻找下一代半导体以取代目前最常用的硅基半导体。石墨烯具有极佳的电导率特性，但是它无法直接取代硅用于半导体电子器件中，这是因为它没有带隙。带隙使得材料可以对电子流产生开启和断开的效果。在石墨烯中，电子以一个恒定速度随机运动，这不受它们本身的能量影响，并且也无法停止。为了解决这一问题，研究团队决定在石墨烯上逐原子生长锌和氧形成ZnO单层。然后，他们实验确定了这种最薄的ZnO单层具有很宽的带隙（达到4.0eV）和高度的光学透明度。目前已有的具有相对宽带隙的氧化物半导体其带隙范围为2.9-3.5eV。 Lee教授说：“这种最薄的2D氧化物半导体在石墨烯上的异质外延堆垛很有潜力用于未来具有高度光学透明性和柔性的光电装置。该项研究可以产生一类新的2D异质结构，包括通过沉积路径，以高度可控外延生长方式形成的氧化物半导体。”  ▲有限元机械损伤模拟 美国EWI实验室研发能源管道完整性评估的新方法 2017年2月6日，美国EWI实验室官网公布消息称成功研发了一种能源管道完整性评估的新方法。管道的完整性评估是石油和天然气公司、能源和管道协会、政府管理机构所共同关注的焦点。其中量化管道机械损伤的严重性和优化断裂控制的预测方法是两个最受关注的领域。 管道机械损伤的数值模拟：众所周知机械损伤是威胁石油和天然气管道完整性的最大因素之一。机械损伤主要包括具有裂纹的凹痕、具有金属缺陷的凹痕以及焊接连接面的凹痕。损伤的形状、大小、位置以及方向均是非常重要的因素。尽管研发人员已经做了大量的研究，但是由于影响因素的复杂性，量化机械损伤的严重性仍然面临着巨大挑战。目前研发人员仍在努力研究失效机制，并正在开发一种通过在线检测筛选和表征损伤严重性的新方法。 优化断裂控制技术：断裂控制技术是设计大直径、高压气体输送管道所必不可少的。EWI实验室已经成功研发了一种现代断裂力学模型和一种新型的断裂距离模型，并且可以确定出现代气体管道发生断裂时所需要的最小冲击强度。通过与断裂距离算法进行耦合，优化后的双曲线模型可以有效地预测断裂韧性、断裂速度和断裂距离。研发人员利用高强度、高韧性的X80管线钢的爆破实验对新模型进行了实验验证。如下图所示为X80管线钢爆破实验模拟结果。通过对比，模拟结果的断裂韧性、断裂速度以及断裂距离与实验数据相一致。新的计算模型可以应用于现代管道设计和管道的完整性评定。  ▲实验模拟结果 |
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