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首个固态电化学热晶体管问世

日本科学家开发出首个固态电化学热晶体管，其能用电来管理热。新问世的固态热晶体管的效率可与目前广泛使用的液态热晶体管相媲美，且更稳定。相关研究刊发于2023 年2 月21 日出版的《先进功能材料》杂志。

现代电子设备在使用过程中会产生大量废热。过去10 年，使用电来管理热量的概念得到验证，催生了电化学热晶体管器件，这种器件可通过电信号控制热流，但目前广泛使用的液态热晶体管存在一个严重的缺陷：任何泄漏都会导致设备停止工作。

在最新研究中，北海道大学电子科学研究所的科学家小组开发出首个固态电化学热晶体管，比液态热晶体管更稳定，也同样有效。

研究人员解释称，热晶体管大致由活性材料和开关材料组成，活性材料的导热性会发生变化；而开关材料可控制活性材料的导热性。研究人员在氧化钇稳定的氧化锆基底上制造出了最新的固态热晶体管。该基底也用作开关材料，氧化锶钴用作活性材料，而铂电极提供控制晶体管所需的电力。

研究发现，活性材料在“开”状态下的导热性与一些液态热晶体管相当。而且，活性材料在“开”状态下的导热性比“关”状态下高4 倍。此外，该晶体管使用10个周期后仍保持稳定，优于一些目前使用的液态热晶体管。团队在20 多个单独制造的固态热晶体管上进行了测试，确保了结果的可重复性。

这一最新研究表明，固态电化学热晶体管具有与液态电化学热晶体管一样有效的潜力。但目前开发实用热晶体管的主要障碍是开关材料的工作温度较高，约为300 ℃，降低其工作温度将成为未来研究的重点。

（来源：科技日报）

可长时间连续监测的隐汗传感器面世

人体出汗是正常的生理现象，常见的方式是分泌可见的汗液，但它也以蒸汽的形式从人体排出，这称之为“隐汗”。当核心体温逾过阈值时，人体便会通过隐汗方式将热量传递给周围环境。

隐汗流失率能有效评估人体皮肤屏障功能（皮炎和伤口愈合等）和神经系统活动（交感神经兴奋带来的情绪刺激和心理变化等）。现有隐汗监测方法不适合患者长时间佩戴使用，且无法长时间连续测量，开发新型皮肤贴合类隐汗传感器势在必行。

记者2023 年2 月13 日从湘潭大学获悉，该校材料科学与工程学院教授王秀锋课题组采用聚丙烯酸钠复合二维过渡金属碳化合物构筑了传感层，结合聚二甲基硅氧烷包覆纳米氧化物的超疏水织物，开发了高灵敏度、快速响应、可连续监测且具有超疏水性的隐汗传感器。

该隐汗传感器和相机内存卡一般大小，相比传统隐汗监测器小巧而便携，其镂空基底赋予了器件良好的柔性与透气性，织物能让隐汗蒸气渗透，同时避免外部液滴和内部显汗干扰。它与无线通信和供电模块集成后，形成一个隐汗检测平台，可以持续监测人体体热状态与皮肤屏障功能，并评估用户心理活动和环境舒适度。

王秀锋长期从事与“可穿戴微流控与传感器”相关的软物质表界面力学和特殊浸润性调控等研究，致力于开发水合环境中柔性传感器、汗液定量收集与即时分析贴片等生理医学指标无创检测技术。据介绍，该项研究为汗液传感器的个性化健康应用提供了新方案。

2023年2月6日，上述研究成果在线发表于《美国化学会—纳米》（ACS Nano）。

（来源：中国科学报）

首个气流调谐液滴激光器出现

科技日报2023 年2 月13 日报道，荷叶沾水珠而不湿，日本科学家借助这一“荷叶效应”，利用简单的方法，制造出了一种新型离子液滴，这种微滴可用作灵活、持久而可调谐的激光器。与现有不能在大气中工作的“液滴激光器”不同，最新进展有望使激光器在日常环境中使用，从而催生出更便宜的光纤通信设备。相关研究刊发于最近的《激光与光子学评论》杂志。

荷叶具有显著的自洁特性，在荷叶表面，水滴不会变平，而是会形成近乎完美的球体并滚落，带走灰尘。这种“荷叶效应”由叶片内的微小突起造成。

在最新研究中，筑波大学科学家利用人工“荷叶效应”，创造出了可以像激光一样工作的液滴，而且，这种液滴激光器可在长达一个月的时间里保持稳定，而目前的“液滴激光器”不能在开放环境条件下使用，只能将其封闭在容器内，否则它们会蒸发。

在新研究中，科学家将名为“1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐”（EMIBF4）的离子液体与一种染料混合，使其成为激光介质。之所以选择这种液体，是因为它蒸发得非常缓慢，并且具有相对较大的表面张力。然后研究团队在石英衬底上涂上微小的氟化二氧化硅纳米颗粒，使其表面排斥液体。当EMIBF4沉积其上时，液滴几乎能完美地保持球形，持续时间长达30天。

研究人员表示，数学计算显示，即使暴露在气流中，这种新液滴的理想形态和光学性质也会保持不变。据目前所知，这是第一个可通过气流调谐的液体激光振荡器。

此外，研究人员利用3D 打印方法，打印出了这种液滴激光器，且打印出来的液滴阵列无须进一步处理即可工作。

研究团队指出，这种产品具有高度的可扩展性和易用性，很容易用于制造廉价的传感器或光通信设备，有望催生更灵敏的气流探测器或更便宜的光纤通信设备。

（来源：科技日报）

新一代金属支撑固体氧化物燃料电池问世

科技日报2023 年2 月18 日报道，全球首款大功率金属支撑商业化SOFC（固体氧化物燃料电池）产品在山东济南发布。该产品的热电联产效率高达92.55%，创造了大功率SOFC 热电联产系统效率全球最高纪录。该技术由国际权威检测机构TüV南德的欧盟CE认证，由潍柴集团研发。

中国工程院院士、山东省科协主席凌文和中国工程院院士苏万华、中国科学院院士刘维民、中国科学技术大学党委书记舒歌群等专家现场见证发布。

SOFC 属于第三代燃料电池，据专家介绍，SOFC 是目前全球范围内发电效率最高的新能源技术路线，又分为电解质支撑、阳极支撑、金属支撑3种技术路线，而以金属支撑技术路线最为先进。金属支撑SOFC 技术采用金属板作为支撑体，机械强度高，抗热冲击能力强，具有可靠性高、启动迅速、可启停次数多等优势，能够使用天然气、氢气、煤制气、生物质气、甲醇等多种燃料，使用天然气的SOFC相比传统天然气发电机组可减碳30%以上。

据了解，潍柴从2018 年开始布局SOFC 业务，已累计投入20 亿元，以百名博士为主的研发团队经过5 年努力最终实现了SOFC 技术的工程化突破，并掌控了新一代SOFC关键核心技术。

本次发布的SOFC 产品系统功率达到120 kW，支持模块化安装，可将功率扩展至兆瓦级，其技术特点为：热电联产效率达到92.55%，在大功率SOFC系统中是全球最高的；全球率先使用最先进的新一代金属支撑SOFC 技术，相比于传统的电解质支撑和阳极支撑技术，具有运行温度低、抗热冲击能力强的突出优势，特别是实现了从高温800 ℃到600 ℃的技术突破，系统可启停次数和启动速度均大幅度领先于现有国际主流产品，实现了技术超越。

上述SOFC产品已在潍柴燃料电池产业园和山东省潍坊市能源集团落地，累计运行超过3万小时。潍坊市能源集团滨投分布式能源有限公司副总经理尹波表示，在实际使用中，这款产品运行稳定，净发电效率超过60%，1 m3天然气可以发6 kW·h 电，并可根据峰谷电价进行调整、削峰填谷，经济效益好。

（来源：科技日报）

新型“触发器”量子比特问世

科技日报2023 年2 月14 日报道，澳大利亚研究人员最近展示了一种新型量子比特的操作，称为“触发器”量子比特，它结合了单个原子的精巧量子特性和普通电脑芯片电信号的易控性。研究成果发表在《科学进展》上。

新南威尔士大学研究团队在世界上率先证明，电子的自旋以及硅中单个磷原子的核自旋可用作量子比特。虽然两个量子比特本身都表现得非常好，但它们的运行需要振荡磁场。而磁场很难在单个量子计算机组件的典型纳米尺度上定位。

团队意识到，将量子比特定义为电子和原子核的上/下组合方向，将允许仅使用电场来控制这样的量子位。这个新的量子比特被称为“触发器”，因为它由属于同一原子的两个自旋（电子自旋和核自旋）组成，条件是它们总是指向相反的方向。

该理论预测，通过相对于原子核置换电子，可对触发器量子比特的任意量子态进行编程。新研究以完美的准确性证实了这一预测。

最重要的是，这种电子位移是通过向小金属电极施加电压而不是用振荡磁场照射芯片来获得的。其更类似于传统硅计算机中通常路由的电信号类型芯片。

通过从原子核中置换电子来对触发器量子比特进行电气控制，会伴随一个非常重要的现象：当负电荷（电子）远离正电荷（原子核）时，会形成电偶极子；将两个（或更多）电偶极子彼此靠近放置会在它们之间产生强电耦合。这就可调制执行多量子比特逻辑运算。

这些电偶极子不需要相互接触但又相互影响。理论研究表明，200 nm是快速和高保真量子操作的最佳距离。研究人员称，这可能是一个改变游戏规则的进展，其足以允许在量子比特间插入各种控制和读出设备，使处理器更容易连接和操作。

（来源：科技日报）

利用柔顺机构的可重构天线问世

科技日报2023 年2 月13 日报道，可重构天线是未来通信网络系统（如6G）不可或缺的一部分。但目前的许多可重构天线设计存在不足：它们在高温或低温下无法正常工作，存在功率限制，或者需要定期维修。为了克服这些缺点，美国宾夕法尼亚州立大学研究人员将电磁铁与柔顺机构相结合，推出了其概念验证可重构贴片天线。研究成果发表在《自然·通讯》杂志上。

符合柔顺机制的物体可被设计成向某个方向反复弯曲，并能经受住恶劣环境。当应用于可重构天线时，柔顺机构使天线臂能以可预测的方式弯曲，这反过来又在不使用铰链或轴承的情况下改变了它的工作频率。

研究人员介绍说，就像变色龙触发皮肤上的微小隆起移动，从而改变它的颜色一样，一个可重构天线可改变它的频率，从低到高再回到原来的频率，只需配置它的机械特性，就能在柔顺机构的作用下实现。受折纸艺术启发，利用柔顺机构理论设计的“折纸天线”虽可重构，但其在坚固性、长期可靠性和高功率处理能力方面表现较差。如果不精心设计，这些类型的设备在现场将受到环境和操作寿命的限制。

此次，研究团队使用商业电磁模拟软件绘制并设计了一个圆形虹膜贴片天线原型。然后，他们对其进行3D 打印，并在电波暗室中测试了它的疲劳故障以及频率和辐射模式保真度。

该原型只比人类手掌略大一点，其设计目标是演示特定的频率。对于高频应用，这项技术可扩展到集成电路级别；对于低频应用，则可扩大尺寸。

研究人员表示，该成果将柔顺机构作为整个电磁学领域的一种新设计范式，这可能是一个全新的设计领域分支，将会带来令人兴奋的应用。

（来源：科技日报）

全球首个十万吨级绿色甲醇项目在安阳投产

2023 年2 月21 日上午，由世界500 强企业吉利控股集团和河南顺成集团共同投资的全球首个十万吨级绿色低碳甲醇项目在安阳正式投产。

据了解，该项目总投资8 亿元，每年可综合利用焦炉煤气3.6×108m3（标准状态下），生产甲醇1.1×105t，联产液化天然气7×104t，预计可实现年销售收入5.6亿元。项目通过合成甲醇，直接减排二氧化碳1.6×105t，相当于增加森林面积106.67 km2，对我国减少碳排放、增加清洁能源具有重要示范意义。

当天上午，在安阳市殷都区河南顺成集团厂区，站在密密麻麻的管道和高耸的储醇罐前，工作人员介绍了该项目的运行原理。该项目综合利用顺成集团富氢富甲烷的焦炉气和从工业尾气中捕集的二氧化碳，合成生产甲醇并联产液化天然气。该项目多项技术达到国际先进水平，包括消化吸收冰岛CRI 公司的二氧化碳加氢制甲醇（ETL）技术，以及采用中国具有完全自主知识产权的二氧化碳捕集净化工艺，从工业尾气中回收二氧化碳。

“这是一个大规模成功利用二氧化碳变废为宝的里程碑项目。”出席投产仪式的工业和信息化部节能与综合利用司副司长尤勇认为，此项目的投产是我国企业推动产业绿色低碳转型升级的创新实践，对推动全国煤化工等行业碳减排具有重要的示范意义。

我国石油自给率不足30%，而甲醇是低碳、含氧燃料，具有燃烧高效、排放清洁、储运方便等特点，且未来利用风能和太阳能加碳合成绿色甲醇也有广阔的发展空间。前来安阳出席投产仪式的吉利控股集团董事长李书福说，吉利不仅投资新能源，而且在甲醇汽车领域已经深耕了18 年，攻克了一系列难题，并在欧洲进行了示范运营，未来如果更多的商用车使用甲醇燃料，既可降低运费，又能回收二氧化碳，可谓一举多得。

项目投产当天，顺成集团采购的300 台吉利远程重卡作为物流车投入使用。车辆所使用的燃料来自安阳甲醇工厂生产的绿色低碳甲醇，预计每年可节省燃料费3 000 万元左右，同时将减少柴油消耗1.5×104t、减少碳排放4.5×104t。

吉利控股集团和河南顺成集团还签署了绿色低碳甲醇制备安阳二期框架协议。河南顺成集团负责人表示，“十四五”期间公司计划再投资50 亿元，努力打造安阳醇氢产业示范基地。

（来源：河南日报）

我国首个甲醇制氢加氢一体站投用

2023年2月15日，记者从中国石化新闻办获悉，我国首个甲醇制氢加氢一体站投入使用。该站是由中石化燃料油公司大连盛港油气氢电服“五位一体”综合加能站升级而来，每天可产出1 000 kg 99.999%高纯度氢气。该制氢装置占地面积小、项目建设周期短，生产过程绿色环保，综合考虑制、储、运成本，相比加氢站传统用氢方式成本可降低20%以上，将成为我国低成本加氢站的示范样本，引领我国氢能产业发展。

甲醇制氢是制氢的一种技术路线。我国是世界最大的甲醇生产国，占全球甲醇产能的60%，甲醇来源丰富、成本低廉，常温常压下作为液体便于储存和运输。与工业制氢等其他制氢方式相比，甲醇制氢能耗低且成本低。

当前，氢气的储存和运输是制约氢能产业发展的关键环节。我国加氢站主要依靠长管拖车进行运输，受设备影响导致氢气运输能力低、成本高、装卸时间长且综合能效低。对此，中国石化甲醇现场制氢项目提供了一个可行的“解题之策”。

该座站内甲醇制氢加氢装置产氢能力为每小时500标准立方米，建设采用“撬块化建站模式”，场地利用率为全国最高，主体装置占地仅64 m2，而同等制氢规模的传统设备占地面积超500 m2。项目布局方便且建设周期短，有利于推广复制。

大连盛港综合加能站处于大连自贸片区，中国石化燃料油公司已在大连自贸片区建成两座油气氢电服“五位一体”综合加能站，并有6 座启动开工建设。大连自贸片区已全面布局氢气制、储、运、加、用等环节，构建起包括氢气制取、氢能装备制造、氢燃料电池及其配套零部件、氢燃料电池整车、氢能分布式电源及氢能技术研发检测等在内的氢能产业生态链。该项目的成功投用将有力带动片区氢能装备制造产业进一步发展，也为在全国范围内加快构建安全、稳定、高效的氢能供应网络提供了可复制、可推广经验。

项目采用中国石化自主研发的分布式甲醇制氢系统，包含甲醇重整、催化氧化、过程强化、系统集成等多项自主创新成果。系统制氢效率达到全国领先水平，利用中国石化石油化工科学研究院配套研发的RSR-501 新型甲醇重整催化剂和CCC-101/102 催化氧化催化剂，可以有效解决传统催化剂金属团簇晶粒尺寸与稳定性的矛盾，大幅提升原料的利用效率。

该系统自动化、智能化水平同样达到国内领先，通过石科院自主研发的工艺和技术，可实现一键开停车、云端监控等智能化操作。同时，该系统环保性能优异，生产过程中无固废影响、无废水外排、无尾气污染。在满足加氢站内安全和运营控制要求的前提下，与国内同类运行装置相比能耗更低、甲醇消耗更少，节能及经济效益显著。

（来源：中国科学报）