水，儘管是地球上最熟悉的物質之一，依然隱藏著科學家們努力揭示的秘密。當水被限制在極小的空間內，例如蛋白質、礦物或人工納米材料中時，其行為與其大宗液體形態截然不同。這種限制效應在自然界和技術中都至關重要，它們調節著離子通過細胞膜的流動，並決定納米流體系統的性能。對於這種尺度下水的行為理解，可以為生物和材料創新開啟新的大門。

在受限水的研究中，一個特別引人注目的相稱為「預熔狀態」。在這種異常的狀態中，水似乎同時在凍結和融化之間懸浮，並不容易歸類為液體或固體。然而，對其進行研究一直以來都非常困難，因為傳統技術往往無法捕捉到水分子內氫原子的快速運動。來自東京理科大學的研究團隊，在田所誠教授、講師小林史也及博士生南木智也的領導下，最近取得了重要突破。他們的研究報告利用先進的核磁共振 (NMR) 光譜技術，直接觀察到預熔狀態。

為了進行實驗，研究團隊製造了具有約 1.6 奈米寬通道的六角棒狀晶體，並用重水 (D₂O) 充填這些納米孔。通過在室溫下測量 NMR 光譜，他們識別出受限水分子的三層結構，每一層顯示出不同的運動和氫鍵相互作用。數據顯示，納米孔內的水凍結成與大宗冰不同的結構，並且它開始通過扭曲的氫鍵排列進入融化狀態，形成預熔狀態。為了研究這一新相，團隊逐漸加熱晶體，從凍結狀態轉變為液體條件，這使他們能夠追蹤過渡並確認兩種看似矛盾的狀態的存在。

研究人員還測量了在此相中重水分子的旋轉流動性。他們發現，儘管激活能與大宗冰有所不同，但相關時間接近大宗液態水的水平。簡單來說，這些分子被鎖定在類固體的位置，但仍然以類液體的速度旋轉。這些發現為受限水的結構和動態行為提供了關鍵的見解。除了生物學領域，這些結果也可能影響未來的技術發展。田所教授表示：「通過創造新的冰網絡結構，可能有助於儲存氫氣和甲烷等能量氣體，並開發水基材料，如人工氣體水合物。」對於水的凍結和融化特性的這種控制，可能會導致更安全和高效的材料，潛在改變能源儲存和納米技術。

這項研究最終突顯了即便是世界上最常見的物質，也不斷讓科學家們感到驚訝。儘管水是如此熟悉，但它仍然隱藏著待揭示的相和行為。本研究的發現已發表在《美國化學學會雜誌》中。

在一系列的影片中，YouTuber Brian Brocken 成功地讓他的全尺寸 DeLorean 道具飛上了天空。這個項目最初是從車身製作開始，隨後進入機械測試的階段，最終以一系列的繩索飛行和自由飛行作為結尾。這一切的成就來自於創作者對測試框架的重建、控制迴路的調整，以及從泡沫外殼中減少重量的努力。此次飛行測試的過程包括了在鋁合金測試框架上的初次飛行，隨後轉換到專門設計的碳纖維框架，最終進行了完整的測試飛行，這些都成為了最新一集中重要的亮點，也是多年反覆改進工作的總結。

在第一集完成的過程中，項目的車身已經接近數位設計的特性。3D 模型計算的質量為 13.940 kg，而實際完成的外殼重達 13.890 kg，兩者之間的差異僅僅幾克。起初，這輛車是放在一個梯形鋁合金測試框架上，這個框架由 3D 打印的 PLA 連接件組成，整體重量約為 8 到 9 kg，但這個框架過於笨重且靈活。為了解決這個問題，Brocken 製作了一個更輕、更堅固的梯形框架，使用了碳纖維管材和用樹脂和纖維製成的碳纖維角落，這些都是在 3D 打印的模具中製作的。他估計新的碳纖維框架將重約 2 kg。未上漆的白色泡沫 DeLorean 突然在碳纖維骨架上升起，這種視覺對比不僅讓人懷念 80 年代，同時也展示了實際工程的魅力。

在技術上，這個構建是受到推力邊際和框架剛度的驅動。Brocken 的原始設計是使用 MP8318 100 kV、3,000 W 電機，搭配 30 英寸的螺旋槳。考慮到保守的尺寸，他計劃使用八個電機，以便在需要的時候增強系統的負載，形成八旋翼飛行器。最初對單個電機的推力測試顯示，滿油門下的推力為 13.563 kg，稍微高於電機生產商宣稱的 12.5 kg，這使他決定以最大推力的約 50% 作為起飛重量（75% 作為最糟糕的可接受起飛邊際）。鋁合金測試框架允許進行基本的懸停測試，但在偏航輸入時暴露出框架的扭轉問題。差異推力使得靈活的鋁合金框架在進行偏航時扭曲，因此，螺旋槳的推力向量指向與預期旋轉相反的方向。更堅固的碳纖維框架和後來的 PID 調整修正了大部分控制耦合問題。

Brian 也解決了實用的包裝和機械問題。為了讓空氣能夠到達螺旋槳，而不在車上留下兩個大洞，他設計了一個由線性致動器和機械連桿驅動的襟翼系統，當關閉時，葉片會隱藏，飛行時則會顯露出來。鷗翼門需要一個隱蔽的偏心鉸鏈，以便將機構隱藏在車頂內部。這些鉸鏈是 3D 打印的，並安裝在 3 毫米的 MDF 板上，以分散大部分的負載。泡沫部件（EPS）後來計劃進行玻璃纖維包覆，以增加剛度。在製作過程中，一台損壞的 ABB IRB6400 機器人被改裝為 CNC 機械，展示了這個項目的創客精神和靈活應變的能力。這一集帶領觀眾從鋁框架上的初始飛行，經過碳纖維升級、輪子收回和轉向測試，直到經過反覆的減重和控制調整後的最終飛行。到影片結尾，Brian Brocken 不僅成功地讓全尺寸的 DeLorean 飛上了天空，更詳細記錄了這一切背後的工程妥協和逐步修正的過程。

一間源自瑞士的初創公司 Mondaic，利用波動物理學的軟件，最初是為了研究火星而設計，但現在已經轉變為檢測地球基礎設施安全的重要工具。這些技術的應用範圍包括檢查橋樑、管道以及飛機零部件中隱藏的損壞。Mondaic 是 ETH Zurich 的一個衍生公司，利用曾經幫助科學家了解火星內部結構的技術，無需鑽孔或造成損壞便能檢查地球上的關鍵基礎設施。

這間初創公司由 Christian Boehm 及其團隊成員 Michael Afanasiev 和 Lion Krischer 於 2018 年成立，起源於該大學的地震學和波動物理學小組。隨著三位創始人意識到 NASA 的 InSight 火星任務中使用的分析工具，能夠在地球上發揮強大的應用潛力，他們決定把這些建模工具轉化為商業用途。Mondaic 的執行董事 Boehm 解釋道，「當時幫助我們探測火星的技術，如今則幫助我們檢查橋樑、飛機零件或其他材料，而無需切開或鑽入這些物體。」

Boehm 與他的團隊因此開發出模型和模擬器，使他們能夠從火星數據中推斷出其內部結構，揭示了關於這個星球地殼和核心的詳細信息。然而，他們很快認識到，相同的基於波動的技術也能應用於地球上固體結構的檢測。科學家們開始利用這些工具，檢測人造物體如橋樑和飛機部件的結構缺陷，例如裂縫、空洞或水滲透等問題。

這項技術的核心在於通過固體物體發送波動，並利用傳感器檢測內部特徵如何改變其運動。通過將這些數據與物體的精確數字模型或數字雙胞胎進行比較，Mondaic 的軟件能夠檢測出指向損壞或結構不規則的差異。Boehm 提到，「例如，我們用軟件模擬無損傷的管道中超聲波的運動情況。」接著，他舉例說明管道的過程。如果實際管道的波形與其數字雙胞胎不同，則顯示出存在問題，這有助於團隊識別和定位裂縫等問題。

將研究工具轉化為現實世界產品的過程並不容易。Boehm 提到，「我們必須重新思考所有內容，使軟件穩定且易於使用，並完全自動化應用過程，從測量數據到最終圖像。」如今，該平台將精確的波動物理學與雲計算相結合，允許在幾分鐘內完成曾經需要超級計算機進行的複雜分析。Boehm 說，「現代雲解決方案的高效率使我們的技術具有競爭力，適合日常使用，甚至超越了研究領域。」

現在，Mondaic 提供的全套解決方案包括軟件、傳感器、諮詢和雲支持，旨在供基礎設施團隊使用，無需具備波動物理學的背景。該軟件擁有廣泛的應用範圍，根據研究團隊的說法，它幫助揭示了埃及大金字塔中的隱藏走廊，評估地震風險，以及監測核試驗。在瑞士，這間初創公司與瑞士聯邦公路局（FEDRO）合作，通過超聲波檢查橋樑的組件並分析結果，這有助於及早發現如氣囊、水損或接頭故障等問題，從而進行及時維修。

此外，這項技術在航空航天行業也具有潛在應用。在與 ETH Zurich 及瑞士應用科學與藝術大學（FHNW）合作的測試中，它檢測到了航空級碳纖維部件的製造損壞。Boehm 在一份新聞稿中表示，「也許，有一天，經 Mondaic 檢查的部件將飛往火星。」然而，在達到那一天之前，還有許多工作需要在地球上完成。

一名來自阿富汗的13歲男孩在一架 Kam Air 客機的起落架艙內隱藏，成功從喀布爾飛抵德里，這一驚險的飛行讓人不禁感到觸目驚心。根據印度新聞機構 PTI 的報導，這名少年來自昆都士市，在 RQ-4401 航班上未被發現，於週日早上約11點抵達德里的英迪拉·甘地國際機場。飛機著陸後，這名男孩在機場附近徘徊，最終被航空公司工作人員發現，並被交給中央工業安全部隊（CISF）進行審問。

據官員透露，男孩表示他出於好奇潛入了後中央起落架艙，這一舉動可謂極其危險。這名少年在高達3.6萬英尺的高空中，於狹窄且無壓的起落架區域經歷了近兩小時的飛行。航空安全專家警告說，在起落架艙內隱藏是非常危險的，因為在巡航高度，氣溫會降到零度以下，氧氣含量也相對較低。專家指出，成功穿越此類飛行的隱藏乘客，著陸時往往會失去意識，這樣會使他們在起落架展開時面臨墜落的重大風險。儘管面臨這些危險，這名男孩卻奇蹟般地在飛行中倖存下來，並未受到嚴重傷害。

隨後，Kam Air 的工作人員檢查了飛機的起落架艙，並找到了一個小型紅色音箱，據信是男孩的隨身物品。飛機在檢查完反破壞措施後，被批准準備進行下一次飛行。根據《印度快報》的報導，這名男孩原本打算前往伊朗，卻不知道這班航班的最終目的地是德里。他偷偷潛入喀布爾機場，跟隨一群乘客，並藏在飛機的後輪艙內。官員表示，男孩身上僅攜帶了那個小紅色音箱。經過審問後，男孩重申他的行為是出於好奇，PTI 報導稱，最終他在被拘留和審問後，於週日被遣返回喀布爾。

此次事件後，Kam Air 和機場安全部門對相關程序進行了檢討，以防止未來再發生類似的隱藏乘客事件。儘管隱藏乘客的事件在全球範圍內相對少見，但仍然時有發生，通常涉及那些逃離艱難生活條件的乘客。生存的可能性並非百分之百。2022 年，一名22歲的肯尼亞男子在阿姆斯特丹的一架貨機的輪艙內被發現時仍然活著。然而，許多隱藏乘客並未能從這類飛行中倖存下來。低溫、缺氧和起落架艙內的機械危險都對生存構成了嚴重威脅。當局強調，機場和航空公司的安全措施對防止未經授權進入飛機至關重要。專家指出，即便是短暫的安全漏洞，也可能讓有心人利用安全缺口，將自己的生命置於重大風險之中。

澳洲科學家最近開發出一種有潛力改變清潔能源儲存未來的解決方案，他們利用熱處理的三維材料和原子級鈷掺雜，創造出了一種創紀錄的鋅空氣電池。這個研究團隊來自墨爾本的莫納什大學，他們引入了一種新型催化劑，承諾能增強下一代電池的功率、延長壽命並降低成本。根據報導，這項創新超越了由貴金屬如鉑和釕製成的標準商業催化劑，顯示了其在性能上的優勢。

莫納什大學的博士生Saeed Askari與化學及生物工程系的高級講師Parama Banerjee博士共同領導了這項研究，他們利用熱處理技術將三維材料轉化為超薄碳片。Askari表示，「通過在碳框架上以原子級精確度工程化鈷和鐵，我們在鋅空氣電池中實現了創紀錄的性能，這顯示了當催化劑以原子精度設計時所能達到的可能性。」

鋅空氣電池（ZABs）是以鋅與空氣中的氧進行氧化反應的金屬空氣電化學電池。它們由鋅金屬陽極與通過空氣陽極耦合的氧組成。鋅空氣電池因其高能量密度、低成本和環保特性而受到越來越多的關注，特別是鋅的豐富性使其成為高容量應用的理想選擇，如便攜式電子設備、電動車輛及可再生能源儲存。傳統上，鋅空氣電池通常是不可充電的，但研究人員正在努力將其轉化為可充電型，以便用於電動車和大規模能源儲存。

儘管如此，這些電池的實際應用仍面臨兩大挑戰，分別是輸出功率有限和充放電穩定性差。為了解決這些挑戰，莫納什大學的兩位工程師打破了鋅空氣電池的所有性能紀錄。據報導，研究人員利用熱處理將三維材料轉化為碳片，並添加鈷原子，以生產出更快速且更高效的解決方案。這項實驗的結果顯示，使用鈷和鐵作為陰極材料的電池在74天內經受了3,570次充電循環。

這項電池顯示出優異的性能，提供了229.6 毫瓦每平方厘米 (mW/cm²) 的功率密度和997 瓦時每千克 (Wh/kg) 的能量密度。為了檢驗設計的有效性，兩位研究人員在兩個月內進行了持續的電池測試。Banerjee進一步解釋說，「持續運行可充電鋅空氣電池超過兩個月是該領域的一個里程碑。」研究結果表明，在可充電鋅空氣系統中表現出色的性能和穩定性。Banerjee指出，這一設計的原則可以應用於其他清潔能源技術，包括燃料電池、水分解和二氧化碳轉化等。

目前，鋅空氣電池主要用於小型設備，如助聽器。然而，這項新發展使工程師們相信，未來將能開啟可充電、高功率應用的新大門。Banerjee表示，這項創新標誌著該領域的一個轉折點，「它證明了這項技術已準備好從實驗室走向實際應用。」這項研究成果已發表在《化學工程期刊》中。

一組來自美國麻省伍斯特理工學院（WPI）的研究人員，正致力於解決電池技術的關鍵挑戰，專注於電池生命周期的開始和結束。他們在提升電池性能的同時，還引入了一種可持續的回收方法。這個團隊在教授 Yan Wang 的領導下，著眼於改進固態電池，這些電池被認為是傳統鋰離子電池的更安全和穩定的替代品。

他們新開發的掺鐵材料簡化了下一代固態電池的設計，解決了固態電池的一個主要問題，即鹵化物固態電解質與鋰金屬陰極之間的相容性。通常，這個問題是通過添加保護層來解決，但這些保護層會增加電池的成本和複雜性。研究人員通過將鋰-銦氯化物掺入鐵來解決這個問題，這一修改創造了一種能與鋰-銦陰極直接穩定接觸的材料，從而消除了對昂貴且複雜的保護中間層的需求。有趣的是，這種新材料保持了出色的離子導電性，並展現了令人印象深刻的長期穩定性。使用這種材料的完整電池單元在完成超過 300 次充放電循環後，仍然保留了 80% 的初始容量，這是評估電池壽命的一個關鍵指標。

此外，對稱電池（用於研究電解質本身的穩定性）在無降解的情況下運行了超過 500 小時，這些結果被認為是該領域的“首次示範”，展示了這種長期穩定性。Wang 表示：“這項工作確立了掺鐵作為簡化固態電池設計的有效策略，同時增強了其穩定性和性能。”

除了改進固態電池性能外，研究人員還創造了一種安全且可擴展的方法，用於回收高反應性的鋰金屬陰極。通過使用“自驅動”的醛醇縮合反應與丙酮，研究團隊能夠將用過的鋰陰極轉化為有價值的碳酸鋰（Li2CO3）。值得注意的是，最終產生的材料純度極高，達到 99.79%，超過了用於新電池材料的標準。研究人員通過使用回收的碳酸鋰生產新陰極材料，證明了其回收過程在現實世界中的可行性。這些新陰極經過測試，發現其電化學性能可與商業產品相媲美，測試顯示回收材料的質量高，能夠重新整合到電池生產過程中。

這項技術的發展提供了一種實用的方法，以減少對新鋰開採的依賴，從而有助於降低生產成本，加速清潔能源技術的採用。Wang 表示：“這種方法是電池行業中最迫切挑戰之一的有效解決方案。通過將安全隱患轉化為回收的驅動力，我們創造了一個既實用於行業採用又對建立更可持續能源未來至關重要的過程。”這些研究成果可能導致未來更強大、更安全和更可持續的鋰電池的誕生，為電動車和可再生能源存儲的未來鋪平道路。研究結果已在兩本期刊中詳細報導：Joule 和 Materials Today。