2018年9月30日 星期日

鈣鈦礦太陽能電池

香港新聞網9月30日電 據新華社報道,美國研究人員日前發現了一種新方法,可廉價製備能替代傳統矽晶體制造太陽能電池的新材料。這種材料能更高效地將陽光轉化為電能,有望成為下一代太陽能電池的製造材料。
  美國賓夕法尼亞州立大學研究團隊日前在美國《化學》雜誌上發表報告稱,有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料可使用類似於報紙印刷的卷軸式製造方法,從而實現大量、低成本生產。
  研究人員使用超快紅外成像技術對這種材料的結構與組成進行了觀察,發現它十分柔軟,即使原子發生大規模振動,也能保持晶體結構。而處理矽等材料時,需要將晶體硬化來抑制原子振動。
  論文作者、賓夕法尼亞州立大學化學副教授約翰·阿斯伯裏說,矽太陽能電池製備複雜,難以滿足大規模需求,研究人員一直在尋找新的替代材料。有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料具備良好的吸光性,可提高電能轉化效率。
  阿斯伯裏同時指出,目前有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料常含鉛等有毒物質,尚無法替代矽太陽能電池,但使用卷軸製備方法,將為開發下一代不含鉛且性質更加穩定的有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料奠定基礎。

每年,諾貝爾生理學或醫學獎、物理學獎和化學獎都會授予那些在科學上取得重大進步和發現的科學家們。在這裏,美國物理聯合會 Inside Science 專欄的編輯們總結了今年有望摘取這些著名科學獎桂冠的有力競爭者。
  諾貝爾生理學或醫學獎――將於2018年10月1日公佈
  威猛的微生物
  在幾十年前,研究人員很少會去關注人體內的微生物,除非它們“為非作歹”,引起了疾病。然而,由於細菌、病毒和真菌在保持人體身體健康方面發揮著許多關鍵的作用,它們不斷地憑藉自己的本事躋身到人體器官的行列。換句話說,它們完全可以被視同為人體的器官。
  近些年來,微生物領域的關鍵進展是來自聖路易斯市華盛頓大學的傑弗里。戈登(Jeffrey Gordon)實驗室。在1996年,戈登教授和他當時的研究生林恩。布里(Lynn Bry)曾證明,老鼠需要腸道內的微生物來產生某些對其健康非常重要的複雜碳水化合物。而在十年後,戈登教授的研究團隊發現骨瘦如柴的老鼠和大腹便便的老鼠的腸道微生物有著非常重要的區別。研究人員將肥胖老鼠腸道的微生物移植到無該微生物的瘦小老鼠體內後,他們發現瘦小的老鼠也會逐漸發胖;反之亦然,即將瘦小老鼠腸道里的微生物移植到肥胖老鼠體內之後,原先肥胖的老鼠也往往會苗條起來,而在這整個過程中,它們所攝入的食物量至始至終都保持相同。
  這些發現促進了人類醫學的進步,包括提高對使用抗生素的風險的認識,以及發展出能夠治癒破壞性胃腸道疾病的“糞便移植”技術。有時,戈登教授更是毫不誇張地被稱為“微生物之父”。至少自2015年起,他便一直是諾貝爾生理學或醫學獎的有力競爭者。
  尋找癌症病毒的獵手
  據估計,大約有15%~ 20%的人類癌症的病例是由病毒引起的,癌症病毒可以將自身的遺傳物質插入到宿主的基因組中。在1994年,來自匹茲堡大學的夫妻搭檔研究小組,張遠(Yuan Chang)和帕特里克。摩爾(Patrick Moore)通過使用一種獨特的創新技巧發現了一種重要的致癌病毒。在研究的過程中,他們並沒有去尋找病毒粒子,而是直接從癌細胞的基因組中減去正常人類的基因組,隨之剩下的基因便是一種被稱為“人類皰疹病毒8”的病毒基因組。
  通常情況下,“人體皰疹病毒8”會被免疫系統直接抑製。但是對於那些免疫功能受損的人群來說,該病毒就會引起細胞的變化,比如促進細胞的生長和關閉細胞的自然死亡,進而增加了被感染細胞逐漸癌變的風險。這種病毒通常會導致三種癌症,這其中就包括卡波西肉瘤,它是一種在愛滋病患者中最為常見的癌症。卡波西肉瘤在一些非洲國家相當普遍,甚至超過了前列腺癌在美國的普遍程度。
  在2008年,張教授和摩爾教授通過類似的方法鑒定了另一種會導致癌症的病毒――默克爾細胞多瘤病毒。他們的研究工作為其贏得了許多著名的獎項和數以萬次的文章引用,同時也引發了他們在未來將有可能獲得諾貝爾獎的猜測。
  抗癌藥物會關閉免疫系統的抑製機製
  原本,人類的免疫系統會自然而然地尋找並摧毀那些癌變的細胞。但是癌症往往會鬼鬼祟祟地尋找反擊的方法,直接躲避免疫細胞,甚至能夠“策反”免疫細胞來保護它們自己。
  許多類型的癌症都會提升機體的抑製機製,從而控製免疫細胞,猶如一個個關卡。這些關卡的確有助於防止免疫細胞,例如T細胞,直接攻擊人體自身,但同時也保護了腫瘤細胞,讓它們可以高枕無憂。
  近年來,一批新的抗癌藥物相繼問世,它們可以將機體對免疫細胞的控製作用完全關閉。這些“關卡抑製劑”包括針對CTLA-4的藥物和針對PD-1的藥物。CTLA-4是一種可以讓T細胞變得不活躍的關卡,而PD-1則會促使T細胞自我毀滅。
  這些“關卡抑製劑”具有很顯著的副作用,但它們被臨床證明是有效的,甚至對一些以前無法治療的晚期癌症也會有明顯的療效。該抑製劑的一位開發者是來自德克薩斯大學安德森癌症中心的詹姆斯。艾里遜(James Allison),他也因此獲得了十多個重要獎項。然而,鑒於2011年的諾貝爾生理學或醫學獎在一定程度上是表彰癌症疫苗的開發,今年或許諾貝爾獎評審團會不太願意將榮譽再次授予那些與免疫系統相關的癌症治療工作。
  諾貝爾物理學獎――將於2018年10月2日公佈
  幽靈般的超距作用
  一年前,來自中國的研究人員首次推出了量子加密的視頻通話技術,而該通話技術是基於一種名為量子糾纏的量子現象。今年的諾貝爾物理學獎將很有可能會頒發給那些在量子糾纏領域做出傑出貢獻的科學家們。
  當不同的粒子處於糾纏態時,它們的狀態是相互聯繫的,即使它們相隔“千山萬水”。這種粒子之間的糾纏關繫在量子世界里可能還會引發一些更為奇怪的現象。這是因為量子態並不是一成不變的,它會根據測量的時間不同而得到完全不同的結果。因此,測量量子糾纏中的某個粒子的特性會瞬間影響其配對粒子的狀態。這也是愛因斯坦曾提及的著名的 “幽靈般的超距作用”,他本人是很不喜歡這種相互作用的。
  1964年,物理學家約翰。貝爾(John Bell)曾提出了一種檢測該“幽靈行動”是否真實的方法。在隨後的幾十年里,科學家們對所謂的“貝爾不等式”進行著越來越嚴格的測試。
  在2010年,科學家阿蘭。派拉(Alain Aspect)、約翰。克勞澤爾(John Clauser)和安東。齊林格(Anton Zeilinger)因在這一領域的突出工作獲得了沃爾夫物理學獎。該獎項有時被認為是諾貝爾獎的一個預測指標。在2015年,科學家們又宣佈他們終於對“貝爾不等式”進行了一次“無漏洞”式的測試,再次證明量子糾纏系統的不可思議之處很可能的確存在。
  太陽能的利用
  太陽在地球上每小時散播的能量足以滿足人類一年的能源消耗。鈣鈦礦太陽能電池的出現,將有助於捕獲更多這樣的清潔能源。
  鈣鈦礦是19世紀發現於俄羅斯烏拉爾山脈的一種礦物,並以俄羅斯礦物學家Lev Perovski的名字來命名。鈣鈦礦材料是一類具有相同晶體結構的材料,其中有些是通過人工合成的材料。在太陽能電池中使用鈣鈦礦材料的想法,是由來自日本桐蔭橫濱大學的宮阪力(Tsutomu Miyasaka)教授和他的同事在2009年首次提出的。起初,其太陽能轉化效率只有可憐的3.8%。但很快,它的轉化性能就超過了20%,完全可以媲美傳統的矽太陽能電池。
  同時,鈣鈦礦太陽能電池有很多優點:它們的製造成本相對較低;可以吸收所有可見波段的陽光;可以噴塗到各式各樣的表面。
  然而,鈣鈦礦電池目前仍然面臨許多挑戰:鈣鈦礦太陽能電池單元較小,還需改進其生產工藝,製備出更大面積的太陽能電池;熱量和水分會損壞其電池的組成物質,電池的穩定性差;鈣鈦礦電池中往往會包含有毒金屬――鉛。但是,在未來如果研究人員能夠解決這些不利因素,這種新興的太陽能技術的前景還是很光明的。
  通常來說,諾貝爾獎委員會比較認可基礎物理領域的科學發現,而這些工程技術上的進步在評選中很可能會處於劣勢。然而,曾今的一項能源創新技術――藍光LED,就贏得了2014年的諾貝爾物理學獎。
  光的降速和停止
  光在真空中以每秒186000英里(300000 千米/秒)的速度傳播。但近幾十年來,科學家們一直在嚐試使用特殊材料來減緩光速,使其傳播速度可以低於普通人的行走速度,在某些情況下甚至可以完全停止。
  在1999年,由丹麥物理學家琳恩。豪(Lene Hau)領導的哈佛大學研究團隊,將光通過冷卻到僅比絕對零度高幾億分之一度的鈉原子氣體,使其速度減慢到每小時僅38英里(約61千米/小時)。在如此低的溫度下,這些冷原子會形成一種被稱為“玻色-愛因斯坦凝聚態”的奇特物質狀態。研究人員發現,處於“玻色愛因斯坦凝聚態”的物質的光學性質可以通過控製激光來直接操控。
  隨後的實驗進一步減慢了光的傳播速,在2001年,研究人員甚至讓光完全停止了大約一毫秒的時間。後來,在2013年,德國科學家在一個晶體中讓光整整靜止了一分鍾。這些實驗絕不僅僅是物理學家的小把戲,這種操縱光的方式在未來很可能會促進計算機和通信網絡的進步和發展。
  無疑,豪教授是光降速和停止實驗的先驅之一。如果今年她可以被授予諾貝物理學爾獎,這將打破近50多年來諾貝爾物理學獎只有男性得主的魔咒。
  諾貝爾化學獎――將於2018年10月3日公佈
  今年會是CRISPR年麼?
  近年來,基因編輯技術CRISPR的發明者一直都在諾貝爾化學獎的候選名單上,今年自然也是一樣。這項基因編輯技術是利用從細菌中提取的分子工具,將DNA片段剪切並黏貼到有機體的基因組中。其影響是非常巨大的:科學家們認為通過該基因編輯技術可以消滅像亨廷頓氏舞蹈症這樣的遺傳疾病,也可以增強脆弱作物對氣候變化的抵抗力,甚至還可以創造出產絨量極多的絨山羊。然而,有些人擔心,這項技術可能會導致一些倫理的困境,比如涉及到設計嬰兒和複活滅絕物種。
  而且,CRISPR並不能毫無爭議地切斷基因,幾位相互競爭的科學家聲稱已經開發出更新的基因編輯技術。來自伯克利加州大學的生物化學家詹妮弗。杜德納(Jennifer Doudna)和德國柏林的馬克斯。普朗克感染生物學研究所的生物學艾曼紐。卡彭特(Emmanuelle Charpentier),在最近一輪激烈的專利糾紛中落敗。其競爭者是來自馬薩諸塞州劍橋市的哈佛大學和麻省理工學院博德研究所的生物化學家張鋒(Feng Zhang)。
  便攜的電源:鋰離子電池
  今天,鋰離子電池為全世界提供著電力,然而,它並沒有為其發明者贏得諾貝爾獎。從智能手機到電動汽車,鋰離子電池已經無處不在,它為日益機動的世界掃平了障礙。
  在電池內部,帶電的原子,也被稱為離子,沿著兩個電極之間的路徑運動,並產生電流。在當前最常見的一種可反複充放電的鋰離子電池中,其富含鋰的陰極是由氧化鈷組成,而陽極是由碳組成。這一電極的組合在最初發現時就是完美的:電池緊湊且穩定,而且能比其他同等大小的電池存儲更多的能量。在1991年,第一個商用的鋰離子電池投放市場,並且在這隨後的每天里,科學家們都在測試和開發更為高效和安全的鋰離子電池。
  來自賓厄姆頓大學 (紐約州立大學)的斯坦利。惠廷漢姆(Stanley Whittingham)在紐約起草了鋰離子電池的初始設計方案,而隨後,鋰離子電池能夠更加安全和便攜地使用則在很大程度上歸功於來自德州大學奧斯丁分校的約翰。班尼斯特。古迪納夫(John b 。 Goodenough)和來自日本名古屋市的日本旭化成公司和名城大學的旭化成(Akira Yoshino)教授。如果這項技術最終得到認可,這三位科學家都有可能因此獲得諾貝爾獎。
  聚焦一位可能再次榮獲諾貝爾獎的科學家
  在2001年,斯克里普斯研究所的卡爾。巴里。Sharp萊斯(K。 Barry Sharpless)因其在“手性催化氧化反應”中的傑出工作獲得了該年的諾貝爾化學獎。作為該研究所唯一的科學作家,我責無旁貸地迅速撰寫了一篇新聞稿,向記者介紹了他在不對稱催化方面的獲獎作品。那天早上,從紐約到聖地亞哥,所有的電視、廣播和報紙的記者們都忙著想要採訪我,而我的老闆卻只給我安排了不到一個小時的新聞發佈會。
  幸運的是,一位來自Sharp萊斯教授實驗室的名叫瓦雷利。福金(Valery Fokin)的年輕研究員(他現在在南加州大學工作)給予了我很大的幫助。他巧妙地向我解釋了什麼是不對稱催化科學――一種選擇性合成化合物的方法,然後迅速地回顧並巧妙地糾正了我所寫的那篇關於這項研究突破的文章。不對稱催化作用最後生成的不是右旋分子和左旋分子的混合物(這可能是有害的,比如沙利度胺,其右旋構型有鎮靜功效,而左旋構型卻會導致嬰兒畸形),而是有選擇性地產生其中一種或是另一種構型。
  同年,Sharp萊斯教授創造了“點擊化學”這個詞彙,用來描述合成化學領域的另一項突破。該項突破是他與福金以及前斯克里普斯研究教授芬恩(M.G.Finn)(現在是喬治亞理工大學)共同開創的。在過去的幾年里,“點擊化學”一直是諾貝爾獎的有力競爭者,而Sharp萊斯、福金和芬恩也因此列入了諾貝爾化學家候選名單之列。
  “點擊化學”是材料合成夢想的組成部分。它是一種簡單的、快速的、在單個容器中進行不對稱催化反應以獲得高收率並使隨之產生的副產品是良性或易於純化的材料合成方法。這些都是藥物設計中所要重點考慮的因素,其中一個主要的挑戰是如何在工業規模上開發出合成工藝,以製造出小分子藥物。

會發電的細菌!

在電影《駭客任務》中,人類被機器人當成生物發電的原料使用,雖然人體內的電並不足以供應能源使用,但最近有一項研究發現,在我們體內有一種細菌能產生電能,甚至可能發展成另類的生物發電方式。
▲▼細菌、病毒示意圖。(圖/取自免費圖庫pixabay)
研究團隊針對厭氧糞腸球菌(Enterococcus faecalis)進行研究,這種在人體與動物體內都能找到的細菌,有可能會導致腦膜炎、尿道感染或其他的健康問題,但現在人們知道它還有一些特別的功能,那就是產生電流。
瑞士隆德大學的微生物學家Lars Hederstedt說:「乳酸菌和其他許多細菌可能具有電化學作用」,這種細菌在進行細胞外電子傳遞(ETT,類似人類的呼吸作用)時,能夠產生電流和能量。
而且研究還指出,細菌會跟其他微生物協同合作,進一步將自己的代謝能力與其他真菌結合在一起,彌補自己不足的能力,透過這個過程達到共生的效果。
除此之外,加州大學柏克萊分校的研究人員認為,細菌進化出ETT能力是為了在富含氧氣與缺氧的環境下都能生存,有點像是備用能源系統的概念。或許繼續研究下去,這種細菌會許能提供以生物發電為出發點的能源科技也說不定。


原文網址: 會發電的細菌!「糞腸球菌」自體產生能量 儲備電力如同生物電池 | 鍵盤大檸檬 | 

2018年9月27日 星期四

搭載「石墨烯」技術:這會成為撼動手機業界的下個震撼彈嗎?

【我們為什麼挑選這篇文章】近幾年來,一項稱為「石墨烯」的材料正被緊鑼密鼓的研究著,它的材料特性使得它可以 做為更好的電池 、更好的散熱體、更好的 太陽能發電輔助 ,甚至還可以 幫助染髮 。
而現在,來自中國華為的最新手機 Magic2,宣布將搭載「石墨烯技術」,雖然尚未說明是怎麼個應用法,但相信都將有機會震撼整個智慧型手機市場。(責任編輯:林厚勳)
隨著榮耀 Magic2 發佈會的臨近,有關這一未來旗艦的爆料也再度多了起來。
早在榮耀 Magic2 的消息出現後,就有猜測稱將搭載石墨烯技術,榮耀產品副總裁熊軍民在接受媒體採訪中證實了石墨烯技術的存在。對於充斥著各種「黑科技」的手機市場來說,倘若石墨烯的相關技術能夠正式商用,不亞於一場行業「地震」。
石墨烯應用的兩個猜測
自 2004 年問世以來,「石墨烯」就一直是科學界的寵兒,被無數科學家稱之為「神奇材料」:幾乎完全透明,只吸收 2.3% 的光,同時也是世界上電阻率最小的材料。

而榮耀手機將如何把石墨烯技術應用到手機上,相關的猜測有兩個:一個是石墨烯電池,另一個是石墨烯散熱。
石墨烯如此低的電阻率自然是動力電池的最好材料,也有數據顯示,石墨烯聚合材料電池的重量僅為傳統電池 50%,成本將比鋰電池低 77%,且石墨烯鋰電池充電一次,耗時也不超過 10 分鐘。不過有關石墨烯電池的說法已經流傳了很久,至今沒有實際的應用,榮耀手機不大可能會進行「技術大躍進」。
石墨烯散熱技術看起來更加靠譜一些,畢竟在看影片、玩遊戲等在用戶行為中更加頻繁,散熱能力直接影響了智慧型手機的用戶體驗。而且在榮耀 Note 10 上,THE NINE 散熱技術已經取得了不錯的成績,榮耀 Magic2 或將再次刷新紀錄。
榮耀 Magic2 石墨烯技術能為手機帶來什麼?
技術層面,除了電阻率和硬度上的優勢,石墨烯導熱係數高達 5300W/mK,是目前為止導熱係數最高的碳材料,遠高於當前智慧型手機上使用的石墨片導熱。那麼,伴隨著榮耀 Magic2 的到來,石墨烯技術究竟會為智慧型手機帶來哪些改變?在我們看來,主要有兩個方面:一個是電池壽命的提升,一個是讓手機性能充分發揮。
電池一直是智慧型手機的短板,很多用戶都經歷過手機使用一段時間後電池容量縮水的經歷,加之處理器性能越來越強勁,運行中產生的熱量也越來越多,如果不能有效散熱,勢必會加速電池老化。手機行業普遍的做法是儘可能提高鋰電池容量,優化系統的耗電情況,但都沒有在根本上解決續航問題。
石墨烯的散熱能力可以提高電池的耐高溫能力,進而提升鋰電池的使用壽命,無疑是當前技術條件下解決續航問題的最佳選擇,很符合榮耀手機一貫的風格。而且早在 2016 年華為中央研究院瓦特實驗室就實現了石墨烯技術在電池導熱上的應用。以石墨烯為基礎的新型耐高溫技術可以將鋰離子電池上限使用溫度提高 10℃,使用壽命是普通鋰離子電池的 2 倍。

另外,雖然如今智能手機處理器的性能越來越強,但是隨之而來也會導致更高的熱量產生,而處理器溫度過高則會影響處理器的發揮,讓處理器在手機使用過程中性能大打折扣。榮耀 Magic2 石墨烯技術的運用可以將處理器熱量更高效的導出去,如此便能讓處理器始終保持最佳狀態,使處理器的性能充分發揮,為遊戲、影音體驗加成。

不管怎樣,手機市場的競爭已經明顯轉向,拼營銷、比價格的市場策略不再奏效,手機廠商們需要拿出有水準的技術創新。就這個角度來看,連續推出 GPU Turbo、CPU Turbo、THE NINE 液 冷散熱、AIS 智慧防抖等「很嚇人技術」的榮耀,在 2018 年已經連續打破了多個銷量紀錄。作為「嚇人技術製造者」,榮耀 Magic2 應用石墨烯技術已成定局,而這或許是石墨烯電池時代正式來臨前的信號。

新型的鈣鈦礦太陽能電池

從中科院固體物理研究所獲悉,該所李新化、戴建明等科研人員近期開發出一種新型高效鈣鈦礦太陽能電池,光電轉換效率達18.1%,比目前金屬材料與鈣鈦礦層直接接觸器件的效率更高,為構築高效光伏能源提供了新思路。國際學術期刊《先進材料》子刊日前發表該成果。
簡單來說,光伏能源就是把太陽輻射能轉換為電能。太陽能電池是光伏能源發電系統的核心部件,其中鈣鈦礦結構的太陽能電池具有光吸收特性強、載流子壽命長、製備工藝簡單等優點,但也存在光電轉換效率不足、熱穩定性差、有機電子傳輸層成本昂貴等缺點,影響了應用前景。
為了解決存在的問題,近期科研人員利用金屬鈦取代有機電子傳輸層,設計出一種新型的鈣鈦礦太陽能電池結構。研究表明,這種新材料有助於保護器件結構的完整性和穩定性,利用鈦作為電子傳輸層製備的鈣鈦礦電池,光電轉換效率達到18.1%,這比目前金屬材料與鈣鈦礦層直接接觸器件10%左右的效率更高。
據介紹,相比傳統材料,這種新材料的製備更加簡單,成本也更為低廉,為構築高效光伏能源系統提供了新的思路。

2018年9月26日 星期三

鋰電池可能下馬,換鈉電池上場

鋰金屬的價格在過去五年幾乎翻了一倍,這是因為鋰離子(Li-ion)電池的需求量持續增加,你可以在手機、筆電、平板都用的的到它,當然還有電動車,這當然與環保意識有關,不會排放廢氣的電動車深受市場歡迎,然而不幸的是,鋰是一種稀有金屬, 2017年全球僅生產出4萬8千噸的鋰,僅比前一年略有增加,而這樣的數量無法滿足未來能源需求。
既然鋰的產量不足,那麼可不可以用化學性質相似的元素來替代?鋰屬於鹼金族元素(鋰、鈉、鉀、銣、銫、鍅),或許鈉就是不錯的替代方案,我們都知道,鹽就是氯化鈉,大海裡有著數不盡的鹽,可說是取之不盡、用之不竭。目前普度大學(Purdue University ) 研究員唐家樑(Jialiang Tang)的團隊就在進行相關的研究。
然而,鈉離子電池並不容易,問題在於鈉離子在開始充電時,會隨著電循環粘附到電池的陽極端(由硬碳,也就是石墨製成),而不會傳播到該去的陰極端。鈉離子會積聚成稱為「固體電解質界面」這會影響電池的壽命。
普度大學的唐家樑,利用特殊工藝改善了鈉擔任電極的特性。(圖/普度大學)
唐家樑團隊成員維拉斯.波(Vilas Pol)說:「通常固體電解質界面是好的,因為它可以保護碳顆粒免受電池的酸性電解質的影響,但是如果過多,也會消耗了我們為電池充電所需的鈉離子。」
為了使鈉離子較為穩定,研究團隊將鈉化為粉末狀,並由礦物油(己烷)來混合成為溶液,如此就能使鈉同時具有活性,又不會消耗鈉離子。
他們在實驗中發現,這種鈉溶液確實解決了原本鈉電池壽命不足的問題,充電和放電都變得更穩定,電容量可以更高,現在他們已經將該技術申請專利,或許5年之內,就有商用的鈉電池問世。
如果鈉電池可行,那麼充電電池就一定比現在要便宜許多,甚至廉價到只有百分之一,那麼大型化的充電電池就能更為普及,這就可以對於供電不穩定的太陽能、風能發電來儲存電力,這將是綠能電力的重要躍進。
(中時電子報)

2018年9月23日 星期日

從智能攪拌機到影像診斷設備,飛利浦背後有著怎樣的商業邏輯?

從智能攪拌機到影像診斷設備,飛利浦背後有著怎樣的商業邏輯?
  溫淑萍
  在近日舉辦的IFA2018柏林國際電子消費展上,飛利浦亮相了一款內置測重、可為用戶提供詳細營養成分分析的高速互聯攪拌機,與產品配套的NutriUApp還能實現日常營養攝入的智能管理。
  此外,5000LatteGO咖啡機、Sonicare遠程牙科諮詢服務、孕婦監護儀等多個新產品也悉數亮相。清點飛利浦產品類別不難發現,其已實現一系列智能化消費產品、健康解決方案的全球布局,從空氣凈化、口腔護理、飲食、美姿到睡眠等領域,產品涵蓋剃鬚刀、電動牙刷、咖啡機、空氣炸鍋、醫療設備等。儘管單看產品陣營,仍有此時的飛利浦還在以圍繞小家電為重點模式發展的錯覺。
  放眼全球,數字化已成為推動醫療健康行業的價值從設備向軟體服務轉移的關鍵。對外界聲稱已經從消費電子品牌轉型為健康科技公司的飛利浦,其背後有著怎樣的商業邏輯?
  飛利浦6.0
  作為德國最具規模電子產品博覽會之一,IFA國際消費電子展是世界各國消費類電子產品生產商和貿易商聚集和展示新產品、新技術最主要的場地,也是歐洲消費類電子產品的採購商、批發商、零售商、了解、採購該領域商品的重要市場,和CES、Computex並稱全球三大消費電子展。而透過展會足以窺視一家企業的戰略變化和發展形勢。
  IFA2018柏林國際電子消費展上,飛利浦以「健康關護全程」為引,亮相多款為生活場景定製的新產品,同步展示包括飛利浦5000LatteGO咖啡機、Pregnancy+應用程序、孕婦監護儀以及在睡眠、口腔護理、空氣凈化、營養和個人護理等領域在內的多項創新成果。
  飛利浦全球首席執行官萬豪敦稱,飛利浦發現消費者比以往任何時候都更加希望得到高度個性化的健康方案,以滿足個人的獨特需求與生活方式。飛利浦憑藉在物聯網、感測技術、雲解決方案和人工智慧等領域的積累,推出了新一代數字健康解決方案,連接消費者和專業醫護人員,幫助人們了解並管理自身健康狀況。
  在過去十年中,飛利浦逐步剝離日益處於同質化競爭的業務,如電視機、影音、電腦周邊產品等,業務組合更加符合公司戰略轉型的方向。2014年9月,飛利浦更是宣布聚焦健康科技和照明兩大領域,通過戰略性拆分,成立兩家獨立運營的公司。
  在2014年後的發展中,飛利浦利用互聯和數字化技術,逐步加強在數字和移動健康領域的戰略合作和投入,向數字化公司轉型。
  從全球健康大環境發展趨勢來看,過去醫療服務大權一直掌握在專業醫務人員手中,現有的診斷和治療辦法,均建立在臨床醫生所接受的訓練和經驗基礎之上。如今得益於數字化革命的發展和物聯網的興起,權力正在逐漸轉移到消費者手中。通過互聯設備,人們可以獲得更加個性化的循證醫療服務。
  對此,飛利浦大中華區品牌及市場營銷副總裁孟旭稱,全球短缺的醫療資源正推動行業向「以價值為基礎」的醫療保健轉型,降低成本的同時提高健康醫療服務的可及性和效果。
  而老齡化和慢性疾病的高發,也推動健康醫療關護向低成本的模式和家庭轉移。消費者越來越多地參與到自身健康管理中,這也為疾病預防領域帶來更多市場機會。數字化已成為推動醫療健康行業的價值,從設備向軟體和服務轉移的關鍵。
  眼下,秉承創新傳統開啟6.0新篇章,這在飛利浦內部意味著新發展戰略階段的開啟,這也成為飛利浦設置的未來商業路徑。
  孟旭稱,飛利浦將在新階段聚焦健康科技領域,憑藉以往臨床經驗、消費者洞察和數字化AI等技術,在「健康關護全程」不斷推出整合型的創新解決方案。
  記者發現,在飛利浦6.0商業邏輯中,心血管、腫瘤、呼吸、優生及母嬰護理四大領域事重點發力點。通過健康生活方式、預防、診斷、治療、家庭護理等方式切入,用互聯技術鏈接健康關護全程,為飛利浦積累數據流。
  飛利浦人士透露,在細分領域中,飛利浦的健康生活事業群,即小家電部分解決方案將逐步轉型聚焦於新戰略中「健康關護全程」的「健康生活」、「疾病預防」和「家庭護理」,直接面對消費者,幫助其建立健康的生活方式以預防疾病,加強健康管理意識,提高生活質量。
  例如,飛利浦中國研究院與北大第一醫院心內科合作,根據臨床實踐和相關數據統計分析,共同研發的「心血管慢病院后管理解決方案」,覆蓋病人出院管理、居家慢性病管理和隨訪院后管理等重要環節。
  該系統擁有患者和醫護人員兩個客戶端,從服藥提醒、生活方式、康復計劃、主要體征追蹤與評估等方面,病人和醫護人員可實時溝通。醫院與家庭的互聯可幫助心血管手術患者出院后嚴格遵照醫囑進行康復訓練,減少疾病復發,降低再入院率。
  配合醫療解決方案,飛利浦致力於幫助醫療健康行業實現「三大目標」——降低醫療成本、提供更好健康保障和醫療關護。
  彼時基於家電原型的飛利浦,正通過創新實現智能化,實現以全過程醫療健康為主線的產品延伸策略。
  商業邏輯
  醫療健康產業正成為黃金產業。有關醫療調研統計數字顯示,2010年僅美國健康產業支出總額已達2.6萬億美元,預計到2020年全球健康產業總產值將達13.39萬億美元。
  隨著全球科技高速發展、人類健康需求和消費需求升級,單一銷售產品模式受到時代摒棄。從企業競爭層面看,延伸產業鏈打造閉環也可以抵禦市場競爭侵襲,穩固自己的「江山」。
  在眾多醫療巨頭紛紛布局醫療健康領域時,飛利浦正試圖以「6.0新篇章」的產品閉環實現一家科技企業在健康領域的全球突圍。
  過去十年中,通過一系列業務剝離和兼并收購,飛利浦逐步跳脫產品同質化競爭的「紅海」,進入以價值為導向的藍海,持續加碼健康科技業務組合比重。
  2006年5月,飛利浦收購全球領先母嬰護理品牌新安怡,豐富了公司在母嬰健康和護理領域的產品組合。2007年12月,飛利浦收購為全球睡眠紊亂和呼吸系統醫療設備市場提供解決方案的偉康,這也成為飛利浦目前商業邏輯中重要的組成部分。2014年6月,飛利浦與全球CRM解決方案領域的領導者——Salesforce建立戰略聯盟,共同提供基於雲的健康關護信息技術和開放式的醫療信息服務平台。2014年12月,飛利浦再度收購美國醫療設備廠商Volcano,後者是全球領先動脈診斷用智能導管和血管成像系統供應商,進一步奠定飛利浦在「影像引導介入治療」領域的領導地位。
  通過不斷收購,飛利浦鋪就健康醫療領域的根基,並在此基礎上以小家電事業群為抓手,融合AI、數字化實現健康領域的產品延伸。
  以Airfryer空氣炸鍋為例,飛利浦方面覺得食物攝取量,可能是人們罹患如肥胖、糖尿病、心血管疾病等慢性疾病的重要影響因素。而實際生活中,人們無法輕易了解飲食的營養成分和攝取量,為幫助人們更有效實現健康目標,為此而推出了可除油脂的Airfryer空氣炸鍋。
  而為了幫助人們達到設定的健康飲食目標,如增加能量、減少糖分和卡路里的攝入量,飛利浦還推出了高速互聯攪拌機。攪拌機內置測重秤,減少預先稱重配料的繁瑣。此外,這款產品還能為用戶提供詳細的營養成分分析。與產品配套的NutriUApp可提供個性化飲食建議和數百種營養均衡的食譜。
  飛利浦調研顯示,25歲至54歲人群中近40%的人,每晚睡眠不足七小時最佳時長。研究表明,人類睡眠分為不同階段。其中深度睡眠(即「慢波睡眠」)對恢復大腦狀態、提高清醒度和專注度至關重要。深度睡眠質量高的人白天頭腦更清醒,活力更充沛。因此,飛利浦推出了SmartSleep助眠器解決方案。
  飛利浦通過在全球收集到的數據發現,許多消費者對科技進步持歡迎態度,希望這些進步能幫助他們追蹤自身健康狀況、與他們的醫療專家或健康指導人員開展更為頻繁的互動。如到2018年末,歐洲將成為全球最大的移動健康市場,總市值有望高達71億美元,年均增速達61.6%。目前,約有75%的英國人通過上網獲取健康信息。
  中國有句俗語說得好「管住嘴邁開腿」。而飛利浦的探索似乎正在印證這句話。飛利浦方面稱一定要讓消費者了解自我管理醫療服務,清楚其所獲得的醫療服務是否有效和有價值,而不是「被消費」。

2018年9月21日 星期五

下一代儲能技術備受關注,固態電池與鈉離子電池發展看好


目前市售鋰離子電池電解質多採用有機溶劑,能量密度高、充放電速度快,然而其具有不穩定以及起火燃燒風險,因此各國與研究機構正不停尋找兼具高能量密度與安全性的替代電池。
美國電池製造商 Solid Power 則致力於打造全固態電池,有別於傳統電池的液態電解質,Solid Power 採用固態電解質,公司認為該技術可為行動裝置與電動車帶來截然不同的未來。
為降低成本,Solid Power 固態電池購買市售電池陰極與鋰陽極,再搭配自製的鋰、硫與磷固態電解質,其電池原型充電循環可達 200 次,功率密度比傳統電池高出 20%、為每公斤 300 Wh。不過目前該固態電池在攝氏 150 溫度下才能有效運作,公司未來目標是讓電池可在室溫下正常運作,同時提升電池能量密度與降低成本。
Solid Power 2017 年已與德國車廠 BMW 聯手,近日又完成 2,000 萬美元 A 輪融資,包括日本汽車零件廠商三櫻工業(Sanoh Industrial)、現代汽車、Samsung、比利時化工集團 Solvay SA 的風險投資部門皆有參與融資。
該公司位於科羅拉多州的電池工廠也將在 2018 年完工,預計 2019 年開始投入電池製造,有望年生產 10MWh 電池,Solid Power 執行長 Doug Campbell 表示,這足以向潛在客戶證明公司的實力。

鈉離子電池異軍突起

下一代儲能技術也不是只有固態電池。由於鈉離子與鋰離子運作方式相似,地球上鈉含量也比鋰還要多,近年來不少研究機構開始關注鈉離子電池,像是英國伯明罕大學日前已在鈉離子電池電極有所突破;美國西北太平洋國家實驗室(PNNL)與賓州州立大學(PSU)更是研發出鈉離子固態電池原型,甚至可承受攝氏 400 度高溫。
法國國家科學研究中心(CNRS)的新創公司 Tiamat 2017 年 11 月也宣布其雄心勃勃目標,計劃在 2020 年前量產可充電的鈉離子電池。其中 Tiamat 電池採用常見的圓柱型鋰離子電池規格 18650,直徑 1.8 公分、長約 6.5 公分,號稱使用壽命、充放電速率都比鋰電池還要好,電池表現有望超越如今的鋰離子電池。
彭博能源財經(BNEF)數據顯示,隨著電動車購買量逐年增加,電池市場也將從目前的 100GWh 在 2030 年突破至 1,500GWh。廠商若可成功在這一領域分一杯羹,將可賺進數十億美元,而新技術不勝枚舉、傳統鋰電池也力求突破,未來電池市場狀況如何現在還不好說。

2018年9月17日 星期一

讓風電龍頭金風科技「七連霸」的核心關鍵


近日,中國風能協會發佈 2017 年中國風電吊裝容量統計簡報。結果顯示,2017 年中國全國新增裝機容量 1,966 萬千瓦,與上期相比下降 15.9%;累計裝機容量達到 1.88 億千瓦,與上期相比成長 11.7%。
其中,新疆金風科技公司(002202-CN)(以下稱「金風科技」)新增裝機容量達到 523 萬千瓦,市場佔比達到 26.6%,位居全國第一;2017 年其營業收入達到 251.29 億人民幣,淨利潤達 30.55 億人民幣。
中國機裝容量
無獨有偶,根據全球性商業咨詢公司 FTI Consulting 近日發佈的數據,2017 年全球共安裝了 21,691 颱風電機組,由 46 家整機製造商提供。其中,金風科技全球市場佔有率達 10.5%,穩居全球前三。​
截至 2017 年年底,金風科技在全球風電累計裝機容量已超過 44GW,遍布全球六大洲近 20 個國家,連續三年全球排名前三。中國累計裝機超過 42GW,裝機遍布 29 個省市,連續七年蟬聯中國第一。
金風科技 2011~ 2017 年中國新增裝機量及市場佔有率​
金風科技 2011~ 2017 年全球新增裝機量​

打破傳統 選擇直驅永磁大勢所趨

這麼多年來,在市場上領先的為什麼總是金風科技?其中一個重要原因就是:直驅永磁技術。
在直驅風力發電系統中,風機與發電機可直接耦合、省去傳統雙饋風力發電系統中的齒輪箱此一組件,不僅增加了系統的穩定性、減少發電機的維護工作,同時更降低了噪音。
直驅永磁發電機不需要電勵磁裝置,具有重量輕、效率高、可靠性高的優點;採用全功率的交 – 直 – 交變頻技術,與電網隔離,具有低電壓穿越能力,對電網天然且友善。
雖然開發直驅永磁風力發電機的成本較高,但可以在非常大的風速範圍發電, 大幅提高發電機效率,並且能在增加電機容量的同時減少體積。另一方面,採用永磁結構省去了電刷和集電環等損耗率高的機械組件,進而提高了系統的可靠性。
金風科技打破傳統,選擇直驅永磁,透過不斷科研創新把這項技術打造得日趨完美。截至 2017 年年底,金風科技全球裝機數量已超過 28,500 台,其中直驅機組超過 24,000 台,而預期未來金風科技也將持續藉由此一風力發電機主流技術在風電產業保持領先。

精益求精 堅守匠心推陳出新

除了技術優勢外,金風科技也憑著對於產品的執著追求而在全球眾多競爭對手中脫穎而出。憑藉二十年經驗傳承,金風科技堅守工匠精神,不斷推進技術創新,所發佈的諸多產品無一不迎合市場需求,針對不同的風資源區和環境打造出最適宜的產品,從而為客戶帶來最大收益。
2017 年,金風科技發佈了新一代海上大兆瓦產品 — GW6.X 平台及整體解決方案,作為中國單機容量最大的風機產品,其具有極強的發電能力、可靠性和經濟性;另一方面,也同時推出 iGO 金風海上智能管理系統,用以實現海上風電項目精益營運維修和精益交付的智能管理。
在陸上,針對中國中東部及南方地區、國際 II 類和 III 類風區,金風科技推出了新一代 GW 2.X 平台;可適應項目的年均風速進一步下探至 4.5 米/秒,不僅能研究所有風區,更可在高溫、低溫、高濕、高海拔、多風沙等不同環境下保持穩定的高效運作。同時,搭載金風科技自主研發的智能控制技術、發電量提升技術和智能營運維修技術,不斷挖掘風能資源開發潛力,實現客戶收益最大化。
為了針對國際 IIA 類風區和中國「三北」地區建設特高壓配套風電基地、替代退役機組市場,金風科技推出了陸上大兆瓦 GW3S 平台「新成員」— GW136/4.X,能夠憑藉著更大的單機容量節省機位點、降低初始投資,同時也搭載多種金風科技的智能控制及發電量提升技術,將整場發電效益進行最大化的提升,持續降低項目全生命週期度電成本。
採用 GW3S 平台先進的單葉片吊裝方式,還可有效減少徵地面積、降低吊裝費用。

數位變革 推動智慧智能轉型

2017 年是金風科技數位化轉型之年,利用物聯網、大數據、雲端運算等技術將物理意義上的風變成「數位化的風」,在挖掘風資源潛力、智能風電場設計、風機提效增功等方面推出多項數位化產品服務,將數位化貫穿至從設計到運作的所有過程。數位化時代下,可以清晰地看到很多先進理念正在金風變為現實,從設計理念到材料、結構、控制無一不發生著革命性的變化。
EFarm 雷達控制技術是金風科技自主研發技術,透過先進的數據分析和智慧的控制算法,控制機組響應主動匹配入流風速變化,可降低 7% ~ 15% 機組載荷,提高機組適應性、穩定性。針對具體風電項目應用時,機組可配置更大葉輪,更輕塔架,適用更高等級風區,從而提高風電項目的發電收益。
目前,EFarm 技術已獲得 DNV – GL 和 CGC 的設計認證,並在中國多個風電項目落地實踐,累計商業應用近 40 萬千瓦。
金風科技自主研發的 FreeMeso2.0、GoldFarm、能巢(POWERNESTTM)、SOAMTM、Resmart 等系統,涵蓋風電場規劃設計、風電場建設、風電場營運多項環節,融入集中功率預測、智慧故障診斷、健康狀態預警、風機最佳化運作等一體化 IT 工具。

深耕細作 風電場資產管理日趨成熟

風電場項目開發作為核心業務之一,金風科技憑藉強大的研發揮效果量、專業的項目開發團隊及高效的工程管理模式躋身主流開發商行列。
2017 年,金風科技進一步完善戰略開發佈局、探索多元化示範項目,成功取得河北兩面井平價上網風電項目和內蒙古二連浩特可再生能源微電網示範項目,天潤新能田莊潤津風電項目使用 GW115 – 2.0MW 超低風速機組入選了全國「十大優秀清潔能源示範項目」。
另與上海斯能投資有限公司就「金風科技資產管理平台」簽署戰略合作協議,為其所屬 100MW 風電場提供高效資產管理服務,標誌著金風科技資產管理服務共享平台基本成熟,具備為新能源投資商提供全生命週期的資產管理服務的能力。
作為國網青海省電力公司的重要戰略合作夥伴,金風科技負責綠能互聯平台(青海新能源大數據創新服務平台)的規劃、建設及底層能源物聯網 IoT 平台搭建,提供集中監控、功率預測、設備健康管理、資產管理及業務智能分析等應用服務的開發和專家技術支持,可降低新能源電廠人工成本 20% 以上,提升 1% ~ 5% 發電量,降低新能源電廠 10% 能耗。
截至 2017 年年底,金風科技營運維修服務團隊為全球超過 35,000 台機組、為近千個風電場提供建設、營營運維修修服務和技術支持,超過 2 萬台機組接入金風科技全球監控中心。
值得慶祝的是,金風科技風電場全生命週期服務管理項目入選國家工信部服務型製造示範項目名單;寧夏嘉澤(5 – 7期)營運維修項目在中國質量協會「2017 年全國現場管理星級評價」活動中榮獲全國現場管理五星級評價。

一帶一路 打造走出去「金名片」

在國際市場上,金風科技始終進行前瞻性的戰略佈局,並對目標市場進行多年深耕,穩步推進國際化戰略,國際市場開拓成果顯著。經過近十年的海外耕耘,金風科技目前已在全球佈局 7 個片區,研究 6 大洲,近 20 個國家。
2017 年,金風科技繼續積極踐行「一帶一路」倡議,打開國際化發展新格局。海外市場新增開發及儲備項目容量達到 1.2GW,在美國、烏茲別克斯坦、土耳其、哈薩克、菲律賓、阿根廷、巴西等國開展項目建設和投資。每年全球新安裝的直驅風電機組中,有近一半來自於金風科技。
目前,金風科技在德國諾因基、丹麥、美國芝加哥、北京、烏魯木齊、江蘇大豐、無錫等地建立了 7 大研發中心,擁有 2,000 餘名研發工程師與服務工程師組成的技術團隊。海外分子公司中,95% 以上海外市場員工均為當地聘請的產業經驗豐富的優秀技術和管理人才。
世上所有的成功就絕非偶然,金風科技憑藉其在風電領域 20 年的精耕細作及擁有超過兩萬台直驅機組的優異運作經驗和迭代最佳化設計經驗,堅守匠心精神、注重經驗傳承,不斷推進技術創新,將定制化、智能化進行到底,推出了更適應市場需求的新技術、新平台、新產品。
彈指二十年,作為中國風電事業先行者,金風科技一直在領跑。預見性選擇直驅永磁技術,進行數位化革命,堅守工匠精神,不斷推出更適應市場需求的新產品、新服務以及堅持風電場資產管理和國際市場開拓是金風科技長期制勝的四大法寶。

2018年9月13日 星期四

綠能製氫技術更進一步,新型光電極可捕獲 85% 可見光

氫燃料電池車與氫能為備受看好的下一代技術,「排放物只有純水」儼然成為廣告宣傳代名詞,但目前製氫技術多以化石燃料為主,氫氣在製造方面尚未達到百分之百綠能,因此各方科學家紛紛絞盡腦汁想提出最佳解決方案。
光電解水製氫則是實驗室重點研究技術,結合光催化劑與電化學原理,將光電極置入水溶液後,就可把光電極所吸收的能源轉換成氫氣,若該技術成功走出實驗室,將有助於未來氫能社會的發展。
北海道大學電子科學研究所教授三澤弘明(Hiroaki Misawa)團隊一直以來便致力於打造金製光電極,希望可透金奈米粒子捕獲更多可見光,不過由於金奈米粒子只能吸收光譜範圍較窄的光,若是只有一層金奈米粒子,沒有辦法吸收足夠的可見光。
(Source:北海道大學
因此為提高光吸收量,團隊打造一款「三明治」光電極,將 30 奈米厚的二氧化鈦薄膜夾在 100 奈米厚金製薄膜與金奈米粒子之間。當光被金奈米粒子層吸收時,二氧化鈦另一面的金薄膜就可以變成鏡子,光可在兩面鏡子間來回反射,即是所謂的「共振腔」(Cavity),光會不斷穿過二氧化鈦層,可最大化光吸收與製氫效益。
實驗結果也指出,新型光電極效率比以往的設備還要高,可吸收超過 85% 可見光,三澤弘明指出,金奈米粒子會出現「局部電漿共振」(localized plasmon resonance)現象,可吸收特定波長的光,且二氧化鈦層中的電漿會與可見光相互作用,讓金奈米粒子可吸收光譜範圍較寬的光。
當金奈米粒子吸收光時,額外的能量會刺激金的電子激發(electron excitation)並將電子轉移到二氧化鈦層中。三澤弘明表示,光轉換效率可說是以往的 11 倍,可大大提升水分解製氫效率。
研究員表示,團隊希望未來可用極少的材料、讓光電極有效將陽光轉換成再生能源,進一步加速實現永續社會。目前研究已發表在《Nature Nanotechnolog》。

氫燃料電池車與氫能為備受看好的下一代技術,「排放物只有純水」儼然成為廣告宣傳代名詞,但目前製氫技術多以化石燃料為主,氫氣在製造方面尚未達到百分之百綠能,因此各方科學家紛紛絞盡腦汁想提出最佳解決方案。
光電解水製氫則是實驗室重點研究技術,結合光催化劑與電化學原理,將光電極置入水溶液後,就可把光電極所吸收的能源轉換成氫氣,若該技術成功走出實驗室,將有助於未來氫能社會的發展。
北海道大學電子科學研究所教授三澤弘明(Hiroaki Misawa)團隊一直以來便致力於打造金製光電極,希望可透金奈米粒子捕獲更多可見光,不過由於金奈米粒子只能吸收光譜範圍較窄的光,若是只有一層金奈米粒子,沒有辦法吸收足夠的可見光。
(Source:北海道大學
因此為提高光吸收量,團隊打造一款「三明治」光電極,將 30 奈米厚的二氧化鈦薄膜夾在 100 奈米厚金製薄膜與金奈米粒子之間。當光被金奈米粒子層吸收時,二氧化鈦另一面的金薄膜就可以變成鏡子,光可在兩面鏡子間來回反射,即是所謂的「共振腔」(Cavity),光會不斷穿過二氧化鈦層,可最大化光吸收與製氫效益。
實驗結果也指出,新型光電極效率比以往的設備還要高,可吸收超過 85% 可見光,三澤弘明指出,金奈米粒子會出現「局部電漿共振」(localized plasmon resonance)現象,可吸收特定波長的光,且二氧化鈦層中的電漿會與可見光相互作用,讓金奈米粒子可吸收光譜範圍較寬的光。
當金奈米粒子吸收光時,額外的能量會刺激金的電子激發(electron excitation)並將電子轉移到二氧化鈦層中。三澤弘明表示,光轉換效率可說是以往的 11 倍,可大大提升水分解製氫效率。
研究員表示,團隊希望未來可用極少的材料、讓光電極有效將陽光轉換成再生能源,進一步加速實現永續社會。目前研究已發表在《Nature Nanotechnolog》。

2018年9月12日 星期三

我們的手都停不下來?為何我們會欲罷不能!

莉雅是一個上班族,她是一個很認真生活的女性,到了週末會跟朋友逛街還有看電影。不過她跟幾乎大多數的人都一樣,都得了一種病,這種病叫做科技成癮。
莉雅無論是在吃飯的時候,在上網的時候,在搭車的時候,甚至是約會的時候,動不動就會拿手機出來滑一滑,好像沒滑手機就會全身不對勁。
莉雅一直很討厭自己這種行為,但她每天一定會上Instagram去看看那些自己關注的人在幹嘛,每天一定會上臉書看看是否有什麼好玩的新鮮事。
直到有一天,莉雅想找出自己為什麼會這樣的原因,莉雅跟她的閨蜜莎拉聊到了這個話題,莎拉推薦了一本書給莉雅,這本書叫做《欲罷不能》,作者是亞當.奧特,他是普林斯頓大學社會心理學博士。莉雅這本書看到一半,終於明白人類會對某個事物或行為成癮其實是有原因的。
最根本的原因,是人的大腦會分泌一種多巴胺物質,通常當我們感到快樂的時候,這種物質就會增加。所以只要我們的大腦分泌了多巴胺,我們就會傾向再去做同樣的行為。

會使我們的大腦分泌多巴胺的原因

第一點是,期許回饋
當我們做了某件事就能得到某樣獎勵的時候,我們就會想再去做這件事。而且科學家發現,當回饋從可預期變成隨機的時候,人們就會很容易上癮。
最常見的就是Facebook貼文被按讚的行為,當我們發佈了一則貼文的時候,朋友的按讚就是給我們的回饋,但是我們無法預期會有哪些朋友會按我們讚,這種不確定性,會讓我們更想要發佈貼文。
第二點是,感覺進步的成癮行為
當我們感覺到自己進步時,就會感到愉悅,於是就會投入更多時間在這件事情上面。
最常見的就是遊戲裡面的升級,新手剛加入一款遊戲的時候,前面都會升級很快,這種正回饋會讓新手繼續玩這款遊戲。
第三個是,懸念
懸念是指我們會很想得知結局的一種心理傾向,換句話說,我們都有一種強迫完成症候群,如果沒看到結局,我們心裡就會覺得不對勁。
懸念常常是很多戲劇或電影常用的手法,刻意在每一集結尾製造結局未卜的劇情,讓觀看者會迫不急待想看下一集。

改掉自己的科技成癮的方法

1.改變習慣的黃金法則
《欲罷不能》這本書的作者提到了另外一本書叫做《為什麼我們這樣生活,那樣工作?》,這本書的作者提出了改變習慣的黃金法則。
簡單的說,人類的習慣包含三個部分,分別是引導自己產生行為的提示,以及慣性行為跟獎酬。當我們想要改變習慣的時候,只要維持提示跟獎酬不變,然後將慣性行為從原本的不好行為改成我們希望的好行為,然後持續做出這個新的行為,直到它變成一種新的習慣為止。
2.拉開與誘惑的距離
舉例來說,很多人在睡覺的時候可能會把手機放在旁邊,如果想要改善科技成癮的情況,可以將手機放在離自己比較遠的地方,藉此降低手機對自己的誘惑。
3.有意識的建立學習的習慣
既然我們會養成壞的習慣,當然也有可能建立好的習慣,例如我們可以建立早起的習慣,或是睡前閱讀的習慣。透過改變習慣的黃金法則,我們可以有意識的進行好習慣的建立,當習慣建立之後就會變得很難改掉,這可以減少自己將時間花在科技產品上面。
莉雅看完《欲罷不能》這本書之後,嘗試將這些方法用在自己的生活中,雖然上社群網站這件事很難避免,但是莉雅希望自己能改掉科技成癮,莉雅做了兩個重大改變。
第一個是,建立閱讀習慣
莉雅以前睡覺很喜歡滑手機,現在她試著替自己建立新的行為,莉雅會在晚上打開《得到》App,聽萬維剛老師跟羅胖都在講些什麼有趣的知識。
第二個是,提高自己的睡眠品質
以前莉雅總是喜歡將手機放在床頭邊,這最大的壞處就是,睡不著的時候還會拿手機出來滑一滑。現在莉雅則是直接將手機關機,再也不讓手機影響自己的睡眠品質。
不過建立一個習慣需要足夠的時間,莉雅大概需要一個月左右的時間,才能知道自己是否已經有效改變自己的行為。

總結

會導致我們科技成癮的因素有:
1.期許回饋:當回饋是隨機性的時候,容易造成我們成癮
2.感覺進步:當我們感覺到自己進步時,就會想投入更多時間在這件事情上面
3.懸念:每個人都有一種想看到結局的強迫完成症
而改掉科技成癮的方法則是:利用「改變習慣的黃金法則」。維持提示跟獎酬不變,然後將舊的慣性行為改變成我們想要的新行為。
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鈣鈦礦發展大突破,功率轉換效率提升至 20% 更解決遇水衰退問題

鈣鈦礦太陽能電池發展潛力大,光電轉換效率幾乎可媲美傳統矽晶太陽能電池,但其材質脆弱,更有遇水降解難題,而目前卡達、瑞士和義大利研究員以全新防水材料,不僅提升鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和功率轉換效率(power conversion efficient),更解決鈣鈦礦遇水衰退的問題。
鈣鈦礦為太陽光電後起之秀,轉換效率更在短短 9 年內提升 6 倍、從 3.81% 提高到如今的 22.7%,也有許多科學家將鈣鈦礦太陽能與矽晶太陽能、銅銦鎵硒(CIGS)太陽能串聯,進一步刷新業界紀錄。
該電池材料來源也相當豐富,製程也不像矽晶太陽能那麼複雜,好比矽晶太陽能製程通常需要加熱到攝氏 900 度以上,鈣鈦礦則僅需 100 度左右即可,未來更可藉由印刷技術打造重量輕、可撓式薄膜鈣鈦礦太陽能電池。
照理來說該技術原料多又便宜、轉換效率更以驚人速度成長,應該很快就可以達成商業化,可惜鈣鈦礦會因為水、溫度、氧、紫外線等影響而衰退,得緊密封裝防止電池遇水衰退,而目前又尚未開發出有效的防水材料,因此在穩定性與壽命方面,矽晶太陽能仍略勝一籌。
為進一步提升鈣鈦礦太陽能的競爭力,聯合團隊透過自組裝(self-assembly)技術讓 2D 鈣鈦礦在 3D 鈣鈦礦層上方自行拼裝,打造低維(low-dimensional)複合鈣鈦礦電池,並成功抵禦濕氣入侵、有效緩減鈣鈦礦太陽能遇水衰退問題,即使在潮濕狀態下放置 3 天都沒有出現衰退問題。
(Source:論文
新型複合鈣鈦礦太陽能電池除了將功率轉換效率提升至 20% 以上,且由於防水性能提升,鈣鈦礦電池穩定性也延長到 200 小時,論文共同作者兼瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)教授 Mohammad Khaja Nazeeruddin 表示,該材料還可應用在 LED 與光檢測體(photodetector)。
現在也有不少廠商正努力提高鈣鈦礦太陽能電池的防水性能,像是歐洲太陽能技術聯盟 Solliance 便是其中之一,該聯盟才在 2017 年 11 月宣布其防水薄膜鈣鈦礦電池轉換效率已突破 13.5%,顯示有多家研究院與廠商看好鈣鈦礦太陽能,希望可助該技術一臂之力朝商業化發展。
聯合團隊研究下一步則將持續最佳化材料與擴大鈣鈦礦的應用範圍,新研究已發表在《NANO LETTER》期刊。

HP發表工業大量製造用金屬3D列印機,較其他3D列印技術快50倍

HP Metal Jet列印機使用體積像素(Voxel)級的黏合噴射技術,以金屬粉末和黏著劑來製造金屬零件。HP表示,生產速度比起其他3D列印方法還要快50倍,而且成本更低。
HP在2018年國際製造技術展(International Manufacturing Technology Show,IMTS)發表了該公司第一款金屬3D列印機,HP提到,該列印機使用最新的HP Metal Jet技術,生產速度比起其他3D列印方法還要快50倍,而且成本更低。另外,HP也將於2019年正式提供生產列印服務(Metal Jet Production Service),為客戶印製金屬零件。
HP發表了HP Metal Jet列印機,該公司稱其使用目前最先進的3D列印技術,能用來大量生產產品級零件。另外,除了發表金屬3D列印機外,同時也推出了生產列印服務(Metal Jet Production Service),HP提到,作為改變設計以及製造方式的一部分,他們要提供客戶快速迭代3D零件設計的能力,批次生產最終零件,讓客戶將HP Metal Jet服務整合進長期生產路線中,該服務將於2019年正式提供。
HP Metal Jet列印機使用先進的體積像素(Voxel)級的黏合噴射技術,以金屬粉末和黏著劑來製造金屬零件,黏著劑的功能類似膠水,將金屬粉連結在一起,建構出零件形狀,不過,用黏著劑製造出來的零件還非常脆弱,需要經過加熱程序融化才是最終完成品。
HP Metal Jet列印機工作檯面尺寸為430x320x200mm,擁有4倍噴嘴以及2倍列印桿數量,並且明顯降低黏著劑用量,能以較低的營運成本,提高生產效率以及可靠性。HP提到,與其他3D列印方法相比,HP Metal Jet列印機生產效率提高了50倍,與其他黏著劑噴射系統相比成本顯著降低。
目前製造業者GKN Powder Metallurgy和Parmatech都已經部署HP Metal Jet列印機,用於最終零件生產。GKN Powder Metallurgy是世界粉末冶金技術的知名製造商,旗下包括GKN Sinter Metals、GKN Hoeganaes和GKN Additive Manufacturing等品牌,每年生產超過30億個零組件,客戶包括福斯汽車(Volkswagen)和液壓和泵系統解決方案業者威樂(Wilo)。
GKN Powder Metallurgy與HP合作,會先為福斯汽車印製個性化鑰匙圈和外裝銘牌開始,並在未來多年計劃中,陸續生產具有重要結構要求的更高性能功能零件,像是換檔旋鈕和鏡座。此外,GKN Powder Metallurgy同時也會為Wilo生產更高液壓效率的經濟型工業零件,諸如葉輪、擴散器和泵殼。
HP則與金屬注射成型製造知名廠商Parmatech合作,為Primo Medical Group和OKAY Industries生產醫療用零件,Parmatech總裁Rob Hall提到,HP Metal Jet是第一個真正可適用於工業規模金屬零件生產的3D技術,Parmatech已經開始使用HP Metal Jet列印機生產手術剪刀和內視鏡手術鉗,以及一些傳統金屬製造技術無法實現的新應用和幾何形狀。

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