質子存儲技術

❶ 1987到1990年諾貝爾物理學獎獲得者的主要事跡，生活軼事

1987年約翰內斯·貝德諾爾茨和卡爾·米勒在發現陶瓷材料的超導性方面的突破」獲得諾貝爾物理學獎，1988年梅爾文·施瓦茨和利昂·萊德曼和施泰因貝格爾「中微子束方式，以及通過發現子中微子證明了輕子的對偶結構」獲得諾貝爾物理學獎。

1989年諾曼·拉姆齊和漢斯·格奧爾格·德默爾特和沃爾夫岡·保羅「發展離子洞談沖陷阱技術」獲得諾貝爾物理學獎，1990年傑爾姆·弗里德曼和亨利·肯德爾和理查·泰勒，他們有關電子在質子和被綁定的中子上的深度非彈性散射的納殲開創性研究，這些研究對粒子物理學的誇克模型的發展有必不可少的重要性」獲得諾貝爾物理學獎。

漢斯·格奧爾格·德默爾特德國-美國物理學家，1989年獲諾貝爾物理學獎。漢斯·格奧爾格·德默爾特出生於德國格爾利茨，在柏林長大的。1940年中學畢業後他在一個機動防空部隊中當兵。他於斯大林格勒戰役中倖存，然後被陸軍遣送到布雷斯勞大學學習物理。

1944年他被派往西部戰線侍襪，在突出部之役中被美軍俘虜。1946年他被釋放後繼續在哥廷根大學學習，他的導師包括理查德·貝克、沃納·海森堡、馬克斯·馮·勞厄、沃爾夫岡·保羅和馬克斯·普朗克。在普朗克的葬禮上他甚至被選為抬棺材的人之一。

1948年他大學畢業，他的畢業論文是關於湯普森質譜。1949年他獲得博士學位，他的博士論文的題目是《碘化物晶體中的核四極頻率》。他首先在杜克大學待了兩年後1952年去西雅圖的華盛頓大學。1955年他在華盛頓大學成為助理教授，1958年提升為破例教授，1961年稱為正式教授。2002年他退休。

❷ 如何收集氫離子，並儲存

氫離子就是質子（或氘核、氚核）。在大氣中它會迅速與游離的自由電子結合形成氫原子，所以只能在真空狀態下產生並「收集」，和儲存。

剝離氫的喚純核外電子可以用燈絲加熱氫氣的方法，也可以用強的靜電電場中通入稀薄氫氣的方式。在電場中，氫離子或者說質子帶正電而向負極加速，電子向正極加速，兩者分開。

儲存質子擾州不能以靜態方式進行，目前只能儲存經過加速器加速的高能質子束流。通過在環形真空室（儲存環）周圍適當配置磁鐵以形成偏轉磁場的方式，讓質子束流在真空室中繞圈運動，同時圍繞束流中心振動（強聚焦原理）。目前的技術條和李咐件下，束流強度可達安培級，即儲存環中某一截面積每秒通過6×10^18個以上質子。設儲存環周長30公里，即環內共儲存了6×10^14個質子。

受目前的真空技術水平限制，質子束流的儲存時間約為幾十小時。下圖是LHC的質子儲存環。

❸ 氫能源核心技術有哪些

可再生，用途廣。

氫能是公認的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。21世紀，我國和美國、日本、加拿大、歐盟等都制定了氫能發展規劃。

並且我國已在氫能領域取得了多方面的進展，在不久的將來有望成為氫能技術和應用領先的國家之一，也被國際公認為最有可能率先實現氫燃料電池和氫能汽車產業化的國家。

當今世界開發新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然氣、煤，石油氣均屬不可再生資源，地球上存量有限，而人類生存又時刻離不開能源，所以必祥含轎須尋找新的能源。

隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源、能源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的儲量豐富的新的含能體能源。

氫正是這樣的二次能源。 氫位於元素周期表之首，原子謹肆序數為1，常溫常壓下為氣態，超低溫高壓下老肢為液態。作為一種理想的新的含能體能源

以上內容參考：網路-氫能源

❹ 新能源汽車的動力有幾部分

新能源汽車的部件組成是謹扮：1、電力驅動系統：包括電子控制器、功率轉換器、電動機、機械傳動裝置和車輪；2、電源系統：包括電源、能量管理系統和充電機；3、輔助系統：輔助動力源、動力轉向系統、導航系統、空調器、照明及除霜裝置、刮水器和收音機。新能源汽車是指採用除汽油、柴油之外的燃料作為動力來源的汽車，其分為：1、混合動力電動汽車，採用常規燃料和非常規燃料為動力來源；2、純電動汽車，動力來源依靠電機發電祥啟灶；3、燃料電池電動汽車，以氫燃料作為動力旁山來源。

❺ 《三體》中智子有哪些用處

智子號和二號將飛向地球，憑借著存儲在微觀電路中龐大的知識庫，智子對空間的性質了如指掌，它們可以從真空中汲取能量，在極短的時間內變成高能粒子，以接近光速的速度航行。這看起來違反能量守恆定律，智子是從真空結構中「借」得能量，但歸還遙遙無期，要等到質子衰變之時，而那時離宇宙末日也不遠了。

六、這對我們的科學家而言也很恐怖，怎樣做到呢？

很簡單，我們已經編制了使智子自行二維展開的軟體，展開完成後，用那個巨大的平麵包住地球，這個軟體還可以使展開後的平面是透明的，但在宇宙背景輻射的波段上，其透明度可以進行調節。智子進行各種維度的展開時，可以顯示更宏偉的「神跡」相應的軟體也在開發中。這些「神跡」將製造一種足以將人類科學思想引上歧途的氛圍，這樣，我們可以用神跡計劃對地球世界中物理學以外的科學形成強有力的過制。

❻ 質子陶瓷膜燃料電池新突破：處理後的電池運行溫度低至350℃

「該工作凸顯了界面工程在全陶瓷電化學器件中的關鍵作用， 可幫助質子陶瓷電化學電池快速進軍可持續能源基礎領域 ，例如在受間歇性太陽能和風能發電影響的電網中，利用季節性儲能的核熱和電力驅動進行化學燃料生產，以及二氧化碳的捕獲和利用。」對於自己近期發表在 Nature 的論文，美國愛達荷國家實驗室吳巍博士表示。

對於該成果的應用前景，他說：「就改良後的電化學電池而言，高性能 PCEC（質子導體電池，Protonic ceramic fuel cell）使我們能夠將高溫電解水制氫的工作溫度降低到 350 C。這個過程可以為許多『清潔和綠色氫氣』的應用打開大門。更重要的是， 該技術在與當前幾個重要的工業過程（包括氨生產和二氧化碳減排）在相同的溫度范圍內運行 。匹配這些溫度將加快該技術在現有行業中的採用。」

就界面工程技術而言，此次報道的技術可以廣泛運用放到固態電化學器件當中，比如全固態鋰電池。全固態鋰電是前沿的鋰電池技術，各個國家都在花大力氣研發之中，界面潤濕問題是它最主要的瓶頸之一。而酸處理技術可以有效改善全固態電池的界面潤濕性能，從而提高其性能和穩定性。

正因為應用性極強，也讓他對此次成果的商業孵化充滿信心：「 我們接下去的研究計劃是兩個方面， 一個是整合現有的一系列制備技術，將電化學器件擴大化、模塊化、甚至商業化。另一方面是進一步拓展和深化與其他高校、研究機構在化學品電化學合成以及工業減碳等方向上的合作。」

350 下工作良好，數百小時內幾乎沒有性能衰減

據介紹，他和合作者在實驗中證明， 酸處理電池在 600 C 下每面積產生的氫氣比任何以前的電池都要多 150% ，並且在 350 C 下工作良好，在數百小時內幾乎沒有性能衰減。這種方法可以很容易地擴展和集成，用於大型電池和電池堆的製造。

馬里蘭州能源創新研究所材料創新中心主任胡良兵教授說，他沒有參與這項工作，但其評價稱：「作者報告了一種令人驚訝的，簡單其極其高效的表面處理方式，以顯著改善界面，將電池性能提升到『啟飢卓越』程度。

4 月 20 日，相關論文以《酸蝕刻法活化質子陶瓷膜電池悄塌返電解質表面》（Revitalizing interface in protonic ceramic cells by acid etch）為題發表在 Nature 上。

據吳巍介紹，可再生能源包括風能、太陽能、潮汐能等，給 社會 提供了越來越多的清潔電力。但這些可再生能源的一大特徵是不穩定，隨天氣波動明顯。所以 清潔電能一般首先要進行存儲。

利用蓄電池進行電力存儲的時間也非常有限，成本也很高。將這些清潔電能生產氫氣和其他有機化學品和燃料，是另一種電能存儲方式，即電能轉化成化學能。

眾所周知，氫氣是一種綠色燃料，部分原因是當它燃燒時，產物僅僅是水。然而，純氫沒有天然來源。今天我們所用的氫氣是絕大衫廳部分是通過蒸汽重整碳氫化合物（如天然氣）獲得的。這個過程需要碳氫原料氣體並產生碳副產品，這使得它不太適合可持續生產。

因此，開發更高效的新型電化學電池， 比如固體氧化物燃料電解電池，可以實現低碳，甚至無碳排放的分布式發電和氫氣化學品。全世界的科學家也一直在研發主要用於氫氣生成的電化學電池。這些電池產生的氫氣也可以用作熱，車輛，化學生產或其他應用的燃料。

但前提是，科學家必須克服一系列材料和制備上的挑戰，包括如何使電池更高效、更穩定、製造成本更低廉。

說到這里，吳巍做了個簡短的科普： 電化學電解電池主要有三種類型 。

第一種類型在室溫下工作，如質子交換膜電池。它們的主要問題是效率偏低，需要鉑金等稀有金屬。

第二種類型在 700ºC 以上的高溫下運行，比如氧離子導體電池。它們有較高的電解效率，但金屬在高溫下很容易被氧化或者和其他元素反應形成腐蝕，從而設備需要嚴格的的密封和絕緣技術。

第三種類型，PCEC 是更具潛力的電化學電池解決方案。正如可充電電池使用化學來儲存電力以供以後使用一樣，PCEC 可以將多餘的電力和水轉化為氫氣。PCEC 也可以反向運行，將氫氣轉化為電能。該技術使用稱為鈣鈦礦的晶體材料，這些材料價格低廉，能夠在很寬的溫度范圍內工作。與此同時，PCEC 主要的運行區間在 300 至 600ºC，進一步降低了運行和製造成本。

理論上說，質子導體具有高導電性和低活化能，PCEC 的性能自然會很優越。然而，吳巍和合作者長期觀察到它們的表現低於理論模擬的預期。他和美國愛達荷國家實驗室的同事們自 2017 年以來一直致力於了解其中的原因。

其表示：」經過抽絲剝繭一樣的實驗設計和觀察， 我們發現質子（帶正電的氫原子）在電極/電解質界面上的傳輸是問題所在 。具體來說，電極和電解質的結合不夠理想。隨後，我們在電池制備過程中，額外增加了一個簡單的酸處理步驟，實現了電極與電解質的緊密結合，從而實現更有效的離子傳輸。」

經過一系列詳細的表徵，其發現酸處理增加了電極和電解質之間的接觸面積。增加的表面積使得電極和電解質之間更緊密的鍵合，從而允許質子更有效地傳輸。此外，電池在某些極端條件下的穩定性也顯著提高。

顯著提高電池的性能、以及熱力學和電化學穩定性

更詳細地說， 論文的核心要點在於，質子陶瓷膜電化學電池有望在 350 以下運行。 雖然電解質的高質子導電性已經被證明，但由於未知的原因，它不能充分應用於電化學全電池中。在該研究中，吳巍等人揭示，這些問題起源於高溫二次處理的氧電極-電解質界面之間的接觸不良。

該研究證明了一種簡單的酸處理，可以有效地修復高溫二次處理的電解質表面，從而使氧電極和電解質之間產生反應性鍵合，提高電化學性能和穩定性。

此方法可以實現低至 350  C 的優異的質子陶瓷膜燃料電池性能，並能維持 600  C 時峰值功率密度為 1.6 瓦每平方厘米，450  C 時為 650 毫瓦每平方厘米，350  C 為 300 毫瓦每平方厘米，而在 1.4V 和 600  C 下的穩定電解操作與電流密度則超過 3.9 安培每平方厘米。

據悉， 質子陶瓷膜燃料/電解電池（PCFCs/PCECs）以其高效性和零排放性，有望在中溫（300-600 ）應用領域實現化學能與電能可逆轉換 。

它們的關鍵成分之一是鈣鈦礦結構的氧化物電解質，由於較小的活化能，其高質子電導率能夠實現比基於氧離子導體的固體氧化物燃料/電解電池（SOFCs/SOECs）更低的溫度運行。

然而， 仍存在一些與電解質相關的挑戰限制了 PCFC/PCEC 的應用 。首先，盡管燒結體電解質顯示出高質子電導率（例如，在 500 時>10mS cm 1），電化學電池中的歐姆電阻大於僅從體離子電導率估計的理論值，且具有「未知的來源」。這種不一致性被認為是由於氧電極和電解質之間的接觸不良所致。其次，氧電極-電解質界面在力學性能上較弱，會導致層離和其他形式的損耗，特別是在高電流密度的電解電池循環下。

要知道，質子陶瓷膜燃料/電解電池通常是首先在高溫 T1 下燒結氫電極-電解質雙層結構，然後在氧電極層上絲網印刷或噴漆，然後在較低的溫度 T2 下二次燒結。

然而，質子陶瓷膜電解質難以緻密化，該過程需要高溫燒結。雖然似乎與 400-600 C 下的全電池性能無關，但吳巍等人認為低真實接觸面積和高界面阻抗與低速率質量輸運導致的燒結性差具有相同的根源。

事實上，T2 燒結的情況更糟（大約 1000 C）：多孔氧電極必須擴散鍵合到已經充分退火的電解質表面（以單晶基底上的受限燒結為極端類比），T2 也必須足夠低，從而避免多孔氧電極的粗糙化並允許氣體輸運和催化作用。

考慮到以上情況， 該團隊提出了一種酸處理方法，在與氧電極結合之前活化修復高溫退火電解質表面 。他們證明，這種方法可以完全恢復電化學電池中的理論質子電導率，並顯著提高電池的性能以及熱力學和電化學穩定性。

吳巍說，該項目從立項到成果發表，離不開所有團隊成員的共同配合和付出。這項工作由三個單位合作完成，包括愛達荷國家實驗室、麻省理工學院和內布拉斯加大學。團隊之間每周都保持著視頻會議溝通，遇到問題大家即時分享，討論和研究對策。

和絕大多數科研工作一樣，從觀點提出到實現會遇到種種挑戰和難題。很多時候，努力也不一定有回報。「我們只能盡自己所學、所能，依靠集體的力量來解決科學難題， 剩下的交給運氣。這個工作有一定的成果，我們都很開心，運氣這次站在了我們這邊。」他說。

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支持：王貝貝

參考：
1、Bian, W., Wu, W., Wang, B. et al. Revitalizing interface in protonic ceramic cells by acid etch. Nature 604, 479–485 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04457-y

❼ 如果宇宙是虛擬數據，需要多少空間儲存

隨著虛擬現實技術的發展，很多人開始討論宇宙是虛擬數據的可能性。

那麼如果宇宙真的是虛擬數據，需要多少空間進行儲存呢？根據科學家的計算，整個宇宙可能包含的數據為6*10^80比特數據，換算一下大約是7*10^70GB數據。

這是一個非常龐大的數據，而且並沒有包含暗物質和暗能量的信息，如果加上人類尚不明確的暗物質和暗能量，整個數據可能會擴大10萬億倍。

雖然宇旅運叢宙是虛擬世界的可能性不高，但是科學家通過數據量的計算，可以大致得到宇宙的總信息數量。

如果未來信息可以加入物質和能量，得到互相轉換的等價公式，了解宇宙信息，或許就可以更加精準地計算出宇宙質量，幫助科學家從全新的悄棚角度了解宇宙。