储存热能的电池

基于热耦合效应的新型电池，可以将白白流失的热能转化为电能，这一技术拥有巨大的应用前景。

在工业生产中，每年都有100亿瓦特的电量以热能的形式被浪费掉了，而这些能量足够为1000万户家庭提供照明用电。通过热电效应(thermoelectric effect)，就可以利用温差发电，把这类热能转化为电能。但是，这样也只能利用其中的一部分。麻省理工学院的博士后研究员杨远(Yuan Yang)解释道：这是因为几十年来的研究都表明，需要达到500℃以上的温差，才能产生出具有实际使用价值的能量。不幸的是，据美国环境保护局(Environmental Protection Agency)的估计，在美国每年浪费的能量中，有三分之一都是以低于100℃的温度逃逸掉的。

杨远和他的导师、斯坦福大学的陈刚(Gang Chen)，以及博士后研究员崔屹(Yi Cui)和李硕祐(Seok Woo Lee)一道，研发出了一种温差仅为理论值1/10(低至50℃)的发电技术。这种技术的关键是利用了热耦效应(thermogalvanic effect，与热电效应有类似之处)。在这个过程中，材料整体的温度都随电压而变化，而非仅在电池中产生温度差。研究团队使用不带电的电池芯，配以铜电极，在高温时进行充电，然后再让它们冷却——神奇的事情发生了，电池的放电电压比为它们充电时所用的电压更高。换句话说，用于加热电池的能量被电池以电能的形式收集了起来。

直到近两年，电池电极的效率才达到能将如此小的温差转化为电能的程度，杨远介绍说。而且在实现商业化前，这项技术还需要很多的研究工作来进一步完善。但是，人们迟早会建起由大量电池组筑起的“围墙”，环绕在工厂烟囱或发电厂的周围，将以往白白浪费掉的热能转化为电力。“这一场景非常诱人，”杨远说，“因为被浪费掉的热能随处可见。”

新型聚合物“泰坦”

环保、高强度、可自我愈合、可回收的聚合物，将改变汽车、飞机等诸多行业。

当化学家珍妮特•加西亚(Jeannette García)在最近用过的一个烧瓶里，发现了一块糖果大小的白色材料时，她压根不知道到自己做出了什么东西。这种材料紧紧附着在玻璃上，所以只能用锤子打碎烧瓶才将其取出。但是，当她再次用举起锤子，去敲打这块材料本身时，后者却毫发无损。“当意识到它的有多坚固时，我就知道必须要弄清楚我究竟做出了什么东西，”加西亚说。

加西亚是IBM公司阿尔马登研究中心的科学家。最终，她在几位同事的帮助之下解开了这个谜团。他们发现，这种令人吃惊的材料是一类新型热固性聚合物。这是一类极为坚固的塑料，能用于从智能手机到飞机机翼等众多产品中。虽然在全球每年生产的聚合物中，热固性材料就占到了三分之一，但是它们很难被回收利用。而加西亚发现的新材料(被称为“泰坦”)，是目前为止发现的第一种可回收的、具有工业级强度的热固性材料。

传统热固塑料无法回收重塑，而上述新型聚合物可以通过化学反应进行重新加工。在2014年5月的《科学》(SCIEnce)杂志上，加西亚和同事介绍了他们的发现。

预计，全球对耐用且可回收的塑料产品的需求将很快大幅攀升。到2015年，欧洲和日本都将要求厂家在生产汽车部件时，可回收材料的比例要达到95%。“‘泰坦’恰恰可以完美地满足这种需求，”加西亚说。此外，她相信这种新材料最终还能推广到更广泛的应用中，包括抗蚀抗菌涂层、给药设备、粘结剂、3D打印、水净化领域等。

“泰坦”还有其他优点。加西亚和同事发现，这种材料还有第二种形态——在低温时，它会呈现出可自愈合、类似凝胶的形态。这种形态被研究人员称为“海德鲁”(Hydro，意为水)。“如果将海德鲁切成两半，再放回一起，它们会立刻互相粘结，”加西亚介绍说。这样，“泰坦”就可以用作粘合剂，或者自修复涂料，其他相关的化学产品也将陆续被开发出来。“(我们发现的)不仅仅是一种新型聚合物，而且还是一种新的聚合物生成反应。”加西亚说。

视力矫正显示屏

在美国，40岁以上的人群中，超过40%的人在阅读时都需要戴眼镜；而对于80岁以上的人群，这一比例更是达到了近70%。“随着年龄的增长，屈光不正(refractive error)对我们日常生活的影响与日俱增”，美国斯坦福大学电气工程学助理教授戈登•维茨斯坦(Gordon Wetzstein)说。

但是，无论框架眼镜还是隐形眼镜，都有不甚理想的地方。举例来说，一个远视的人，在开车时观察交通路况没有任何问题，但在查看速度表或GPS导航的时候就需要戴眼镜了。这种情况下，最好的解决办法是使用视力矫正显示屏，即能根据用户的情况给显示屏“戴上眼镜”，维茨斯坦说。

与麻省理工学院(维茨斯坦曾在这里工作)及加利福尼亚大学伯克利分校的同事们合作，维茨斯坦研制出了这种显示屏。在智能手机或平板电脑的标准高分辨率显示屏的基础上，他主要做了两项改动：一是打印一种低成本的、布满小孔的透明薄膜，覆盖在屏幕上；二是为智能手机或平板电脑编写算法，来判断用户相对于显示屏的位置，并根据他(她)的验光处方来调整投射的图像。当调整过的图像通过显示屏透明薄膜上的小孔阵列时，在软硬件的共同作用下，屏幕上会产生误差，正好同视力误差相抵消，在用户眼中形成清晰的画面。这种显示屏能为近视、远视、散光和其他更为复杂的视力问题提供相应的矫正。2014年8月，在加拿大温哥华举行的计算机图形图像特别兴趣组(Special Interest Group for Computer Graphics)年会上，研究人员首次展示了这项技术。

据维茨斯坦介绍，在少量用户中进行的非正式测试显示，该技术起到了应有的作用，不过还需要更大规模的研究来进一步完善。研究人员还计划开发一种滑动条，用于手动调整显示屏的焦距。维茨斯坦说，对发展中国家的用户来说，这项技术尤为便利，因为在某些地区，获得移动设备要比通过医生处方购买眼镜更容易。

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