【材料日报】摩擦纳米发电机、世纪最大锂离子储能设施、声音成形超材料

美国乔治亚理工学院研发摩擦纳米发电机，可大大优化高精度检测设备的性能

2017年2月27日，美国乔治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）官网公布消息称，研发的摩擦纳米发电机（TENG），可大大优化高精度检测设备的性能。TENG装置将从环境中获取的机械能转换为电能，可用于为小型设备（如传感器）供电或为消费电子产品充电。研发人员利用此项技术显著提高了化学分析设备的灵敏度。美国乔治亚理工学院的研发人员表示，利用TENG装置替代常规电源可以将质谱仪的灵敏度提高到前所未有的水平。

▲研发人员及质谱仪

质谱仪通过测量离子的质荷比，从而可以识别和量化简单及复杂混合物中的分子。此技术在科学领域中得到了广泛应用，可检测的分子范围既包括小药物化合物也包括大生物分子。质谱仪可广泛应用于生物医学、食品科学、国土安全、系统生物学、药物研发等领域。

传统的电喷雾质谱技术在电离过程中，会浪费掉99%的样品。这是因为在传统系统中，质量分析过程是脉冲式，而样品电离是连续的。研发人员利用新型TENG装置，可以根据质谱仪内部的原理匹配电离过程。新技术除了可以优化检测灵敏度和提高分析小样品的能力以外，还允许离子沉积在表面，即使是非导体。质谱仪在测量每个分子的质荷比时，需要大量电力创造必需的真空环境。虽然目前TENG装置仅用于电离样品，但未来TENG装置预计可为整个微型质谱仪供电。

此项研究得到了美国国家科学基金会（National Science Foundation）、NASA天体生物学计划（NASA Astrobiology Program）以及能源部的支持。研发成果已于2月27日发表在“Nature Nanotechnology”杂志。

 

         美国SDG&E公司开发世纪最大锂离子储能设施

 2017年2月24日，SDG＆E公司与AES Energy Storage公司合作，展示了世界上最大的锂离子电池储能设施，这将提高区域能源的可靠性，同时最大限度地利用可再生能源。30兆瓦的能量存储设施能够存储高达120兆瓦小时的能量，相当于为20,000个客户服务4万个小时。

       去年，加州公共事业委员会（CPUC）指示南加州投资人员所拥有的电力公司快速追踪额外的能源储存选项，以提高区域能源可靠性。作为回应，SDG＆E公司加快了其正在进行的谈判，并与AESEnergyStorage公司签订合同，总计37.5兆瓦的两项锂离子电池储能建造项目。除了在加利福尼亚埃斯孔迪多建成的30兆瓦设施之外，在埃尔卡洪也建造了一个较小的7.5兆瓦的设施。

40万个电池，类似于电动汽车，安装在近2万个模块中，并置于24个集装箱内。电池将像海绵一样起作用，当能源充足的时候，阳光明媚、微风阵阵以及耗能量低的时候吸收并储存能量，并在能源需求量很高的时候释放能量。这将为客户在最需要的时候提供可靠的能源，并最大限度地利用可再生资源，如太阳能和风能。

AESEnergy Storage公司总裁JohnZahurancik表示：“SDG＆E是一家为客户提供清洁、可靠电力的领导者，我们很荣幸SDG＆E选择Advancion能量存储方案来满足其需求。”这两个项目，包括世界上最大的先进能源存储站点在内，是能源存储能力最有力的证明，可在短期内解决最紧迫的电网问题。

能源储存——在SDG＆E致力于提供清洁、安全和可靠能源方面发挥着关键作用。到2030年，公司希望在系统上开发或互连超过330兆瓦的能量存储。

英国萨塞克斯大学发明了一种声音成形（sound-shaping）超材料

2017年2月27日，英国萨塞克斯大学宣布发明了一种超级材料可以让穿越它的声波弯曲（bend）、成形（shape）并且聚焦。这一创造扩大了超材料涵盖的范围。

超材料一般在光学控制方面具有卓越的性能，例如可以让科学家们创造出现实版的哈利波特隐身衣。但是萨塞克斯大学和布里斯托大学合作进行的这项研究表明，超材料也可以对声波起作用，这可以引起医学成像和个人音频设备的变革。

微细声场（Finely shaped sound fields）可用于医学成像和治疗以及多种消费产品，例如音频聚光灯和超声波触觉（audio spotlights and ultrasonic haptics）。该研究给出了一个简单而廉价的方法用声学超材料制造这些成形声波（shaped sound waves）。

合作研究团队组装了一个超材料层，该层由大量小砖块组成，每个小砖块都具有卷曲空间（coil up space）。空间卷曲砖块的作用是减慢声音，这意味着输入的声波可以转换成任何所需的声场。

这种新型超材料层可以用于多种应用中。其大型版可以用于将声音定向或聚焦到特定位置并形成音频热点。而非常小的版本可以用于聚焦高强度超声以破坏体内深处的肿瘤。这里，超材料层可以进行定制以适合患者的身体并且可以做出调整以便将超声波聚焦在最需要它们的地方。在这两种情况下，此种超材料层都能融入到现有的扬声器技术中并快速廉价地制造出来。

萨塞克斯大学的Gianluca Memoli博士、Sriram Subramanian教授以及布里斯托大学的Bruce Drinkwater教授都参与了此项研究。主导此项研究的Gianluca Memoli博士说：“我们的超材料砖块可以被3D打印出来并且组装起来形成任何你能想象得到的声场。我们还展示了如何只用少量不同的砖来实现这一点。你可以把一盒我们的超材料砖块当做一个DIY声学套件。”

▲英国萨塞克斯大学