同等地,当机械能 - κ𝑠𝑦𝑠2小于熵能,tΔ代时,没有物理上的混合是不可能的。因此,可以将其视为tΔ代的有限物理(明智)容器。当容器较大时,它可以容纳大量的tΔ代。当容器很小时,只能将少量的tΔ代保存在一个系统中,多余的不可挽回地溢出到宇宙中。图3B,与容器的大小变化的最大变化范围(图3B,栗色吧)。在这里,无法区分状态的方法(d变小)是连续的。当两个状态变得无限相似时,容器(测量,使用或反向tΔ代的能力变为无限的小(κ𝑠𝑦𝑠𝑠𝑦𝑠2变小),并且当D变为零时,立即没有容器,没有任何容器可容纳。
生物杂交微生物将生物执行器和传感器整合到合成机箱中,目的是提供下一代微型机器人技术的基础。主要挑战之一是开发具有一致行为的自组装系统,因此可以独立控制以执行复杂的任务。在这里,可以表明,使用轻驱动细菌作为螺旋桨,可以通过在不同的微型机构零件上不平衡光强度来指导3D打印的微型机器。设计了一个最佳反馈回路,其中中央计算机在每个微型机器上都会在其位置和方向上投射量身定制的光图案。以这种方式,可以通过一系列分布的检查点独立引导多个微型机器。通过利用自然光驱动的质子泵,这些生物杂交微型机器能够以如此高的效率从光中提取机械能,以至于这些系统原则上可以同时以几毫米的总光学功率同时控制这些系统。
当电中性相限制在纳米通道内流动时,由表面属性控制的电双层 (EDL) 中的电荷分布将屏蔽共离子,因此多余离子的迁移会导致纳米通道两端之间的电流或电压差异。人们做出了一些努力来优化纳米流体通道的几何形状和表面化学,以操纵分子或离子的传输行为。12 – 15 由于各种分子力引入了复杂的流体行为,较低的效率限制了稀电解质中废热的利用。8,9 从受限结构中的废热中回收机械能或电能的潜在机制已经得到了广泛的研究。16 – 18 Li 等人。通过分子动力学模拟研究了纳米通道中温度梯度驱动的流体输送机制,发现流体壁结合能对流动方向起着关键作用。19
能量收集是从环境中的不同来源(例如太阳能、热能、机械能和射频)收集能量的过程。能量收集被认为是传统电池的替代解决方案,因为传统电池具有一定的耐用性限制并且不环保[1]。由于传统电池占用很大面积并且不能定期更换,因此人体植入设备和卫星系统等某些应用都需要进行能量收集[2]。长寿命电池已成为所有便携式应用的需求。收集可再生能源的最佳来源之一是压电收集器。压电性是某些材料的一种特性,当对材料施加应力或振动时,其表面会感应出电荷。这些电荷产生电压差,用于为电子电路供电[3]。因此,人们在这个领域进行了大量研究。本文从文献综述开始,在第二部分,它讨论了以前发表的设计以及所提出的系统中的新颖之处。在第三部分,介绍了系统架构,其中
我们报告了一种绿色碳捕获和转换技术,可为CO 2排放提供可扩展性和经济可行性。该技术利用镀至液体金属的悬浮液将CO 2降低到碳质固体产品中,在近室温下将O 2减少到O 2中。液体镀和式易碎的性质允许固体产物即时去角质,从而使主动位点可访问。银色棒的固体共同构件可确保循环可持续过程。总体过程依赖于机械能作为输入,从而驱动了纳米尺寸的落下底润纤维化学反应。使用以7:1的质量比以7:1的质量比例来创建反应材料时,在230 kW h的低输入能量下获得了92%的效率,以捕获和转化一吨CO 2。这项绿色技术为CO 2排放提供了一种经济的解决方案。
电的基本原理 电是如何产生的 电的产生就是将其他形式的能量转换成电流。 发电机 1831 年,迈克尔·法拉第通过电和磁的实验,发明了第一台发电机。在发电机中,通过旋转线圈内的磁铁,机械能被转化为电能。磁铁的南北极之间的力线被线圈中的导线切割,从而在线圈本身中产生电流。 发电站使用的电磁铁由缠绕在铁芯上的多圈包覆铜线制成。磁铁称为转子,线圈称为定子。 需要某种形式的机械能(例如蒸汽、水、气体或风的运动)来保持磁铁转动。这是通过将移动的蒸汽、水、气体或风的机械力施加到连接到轴的涡轮叶轮上来实现的,而轴又连接到磁铁。 煤炭发电 在南非的大多数现代发电站中,煤炭被燃烧以加热水并将其转化为蒸汽。蒸汽被直接喷射到涡轮叶片上,使涡轮叶片旋转。这又使线圈内的磁转子旋转以产生电能。蒸汽通过涡轮后,必须进行冷却和冷凝。冷却过程将蒸汽重新变成水,以便将其泵送回锅炉重新加热。在锅炉中,蒸汽将再次变成蒸汽并重新开始循环。 Eskom 的许多燃煤发电站都建在煤矿旁边。煤炭通过陆上传送带从矿井运输到发电站。这节省了时间和金钱,并有助于降低电力成本。 来自原子的电能 在核电站中,水不是通过燃烧煤炭加热的,而是由核反应释放的热量加热的。通过控制铀原子分裂的速率可以增加或减少热量。这是通过所谓的“控制棒”来实现的,其功能类似于汽车油门使汽车加速或减速的方式。一种由高度纯化的水和硼组成的“慢化剂”在一次回路中循环,也有助于控制反应性。一次回路的热量被转移到单独的二次回路,水在这里被转化为蒸汽。二次回路中加热水产生的蒸汽用于以与燃煤发电站完全相同的方式旋转涡轮机。然后蒸汽被冷凝并返回再利用。
电力的基本原理如何产生电力是将其他形式的能量转化为电流。发电机在1831年,迈克尔·法拉迪(Michael Faraday)对电力和磁性的实验导致了第一个发电机。在发电机中,机械能通过在电线线圈内旋转磁铁而变为电能。磁铁的北极和南极之间的力线被线圈中的电线切割,这会在线圈本身中产生电流。电站中使用的电磁力是由许多覆盖的铜线缠绕在铁芯周围的。磁铁称为转子,线圈为定子。需要某种形式的机械能,例如蒸汽,水,气或风的运动才能保持磁铁的转动。这是通过将移动蒸汽,水,气或风的机械力应用到连接到轴的涡轮轮的机械力来完成的,后者又连接到磁铁。南非大多数现代电力站的煤炭电力,煤炭被燃烧以加热水并将其转化为蒸汽。蒸汽被定向到涡轮机的叶片上,使其旋转。又,这又旋转了线圈内的磁转子以产生电力。一旦蒸汽通过涡轮机,就必须冷却并冷凝。冷却过程将蒸汽转回水中,以便将其泵回锅炉进行加热。在锅炉中,它将再次变成蒸汽,并将重新启动周期。许多埃斯科姆的燃煤电站都建在煤矿旁边。将煤从矿山运到陆上传送带上的发电站。这节省了时间和金钱,并有助于降低电力成本。在核电站的情况下,原子的电力不是通过燃烧煤来加热水,而是通过核反应中释放的热量来加热水。通过控制铀原子的分裂速率可以增加或减少热量。这是通过所谓的“控制杆”来完成的,该功能与汽车的加速器的方式相似,这会导致汽车加速或减速。由高度纯化的水和硼组成的“主持人”,在初级电路中循环,也有助于控制反应性。主电路的热量被转移到单独的二级电路中,其中水变成蒸汽。使用第二电路中的水加热产生的蒸汽用于以与燃煤电站完全相同的方式旋转涡轮机。然后将蒸汽冷凝并返回以重复使用。
摘要可编程活动(PAM)结合了信息处理和能量转导。信息的物理实施例可以是磁性旋转的方向,一系列分子,离子的浓度或材料的形状。能量转导涉及化学,磁或电能转化为机械能。主要类PAM由具有许多交互单元的材料系统组成。这些单元可以是分子,胶体,微生物,液滴或机器人。由于单元之间的相互作用决定了PAM的属性和功能,因此PAM的可编程性在很大程度上是由于可编程相互作用所致。在这里,我们回顾了从超分子系统到宏观机器人群的PAM。我们专注于不同尺度上的相互作用,并描述这些(通常是局部)相互作用如何产生全局属性和功能。对PAM的研究将有助于追求广义晶体学以及对复杂性和出现的研究。最后,我们思考使用PAM建立软性大脑的机遇和挑战。
柔性和便携性。染谷隆雄教授团队在柔性太阳能电池领域做出了杰出贡献,近期他们提出了可弯曲超薄太阳能电池的概念,以透明聚酰亚胺(PI)为基底,厚度仅为1.3 mm,由于良好的适应性和抗拉能力,这类超薄有机太阳能电池显示出巨大的应用前景。13另一类重要的能源装置是柔性纳米发电机。王忠林教授课题组利用ZnO纳米线(ZnONWs)的压电特性和半导体耦合效应,首次将机械能成功地转化为电能,研制出世界上体积最小的发电机——压电纳米发电机。14–172012年,将具有不同摩擦特性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和PI薄膜组装成第一台摩擦型纳米发电机,有效提高了装置的机电转换效率和电能输出,14
小型能量收集设备是绿色能源革命的重要组成部分。尽管硅太阳能电池等大中型设备已经彻底改变了能源生产方式,但小型个人设备仍然不切实际。[1] 市场上缺乏小型能量收集设备的原因是,此类设备可捕获的能量相对较少,并且在从设备中提取能量以供使用(电源管理)时会产生损耗。事实上,室内光收集的可用能量比室外光收集低三个数量级(表 1)。[2] 虽然可以通过优化材料界面和电子电路来改善能量提取的损耗,但可供收集的能量是有限的。因此,为了提供更高的能量和功率输出,必须找到能够提高总可用环境能量利用率的小型能量收集器。传统的能量收集器主要集中于单一能量源,包括机械能(力[3,4]和摩擦能[5])、电磁能(光和磁体[6])或热能,并且在提高其效率方面取得了巨大进步。