3D打印技术在现今已经并不罕见,而应用3D立体打印技术生产的汽车您听说过吗?据英国《每日邮报》9月23日报道,世界上第一辆“打印汽车”日前在加拿大亮相,其耐用又环保时尚的特点令许多传统汽车都相形见绌。
这辆3D“打印汽车”名叫Urbee,是一辆三轮、双座混合动力车。它使用电池和汽油作为动力。虽然单缸发动机制动功率只有8马力,但由于其小巧轻便,最高时速可达112公里。
先进的3D立体打印技术不仅使Urbee具有时尚前卫的流线型外观,还减少了制造过程中对原材料的浪费,可谓是名副其实的环保车型。
与许多其他奇特的“新概念汽车”不同,这款汽车将会更加经久耐用,至少能使用30年。
据估计,Urbee售价可能在5万美元左右,但批量生产后价格会下降。
该发明团队的负责人吉姆·科尔说:“可以说,这辆汽车的研发具有里程碑意义。”
吉姆对于Urbee的前景充满了信心。他说:“运用3D立体打印技术设计和制造车辆彻底改变了我对车辆制造业未来远景的展望。这项技术定将有力推动‘数码制造业’的发展。”
3D打印机出现在上世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。
实际上,除了汽车制造业,许多其他领域也十分热衷于3D立体打印技术的应用。例如医疗器械制造者就计划运用该技术设计定制更加符合使用者需求的假肢。
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模仿女明星帕里斯—希尔顿 |
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模仿美国总统奥巴马 |
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模仿性感女星梦露 |
据国外媒体报道,科幻小说中经常会出现一些拥有“即时变脸”绝活的人,但在现实生活中,如果真的想“变脸”,却不是一件容易的事情。虽然,整容风在全球日渐兴起,但是想立刻就换成一张脸,根本是不可能完成的事情。但现在,事情出现了转折,即时变脸完全有可能实现。近日,国外一位名为阿图罗—卡斯特罗(Arturo Castros)的软件开发人成功研发出了一项“即时变脸”的新技术。人们完全可以通过该技术,在自己原有面容的基础上进行变脸,从伟人到演艺圈明星,想变成谁立刻就能实现。
据悉,卡特斯罗的灵感来源于身份小偷,他随即联想到如果能获取一个人的脸部特征,继而将这些特征置换在他人的面部,会发生什么有趣的事情呢?恰因这个联想,实现了该有趣的变脸技术。而脸部追踪器和脸部追踪库技术是研发该技术的主要“用具”。在名为“脸”的技术演示视频中,我们可以看到一个人的面容通过该技术进行不同造型的变换,可以变成美国总统奥巴马、女明星帕里斯—希尔顿、歌坛巨星迈克尔—杰克逊、性感女星玛丽莲—梦露、古巴领导人菲德尔—卡斯特罗等等。虽然变化后的面容看上去略微有些模糊和扭曲,但是依然没有影响到该技术的神奇性,从视频中能够清晰的观察到,当同一张面容变化到不同人的面容时,其眼睛、鼻子、嘴巴等轮廓以及其它一些面部特征的变化。最为有趣的是,就连他人面容上的胡子和黑痣等微小面部特征都能够变化得出。
不过卡特斯罗表示,目前该技术只适用于真人的面容,暂时还不能模拟一些卡通形象的面容。而且,在使用该技术进行变脸时,一些小细节也会影响到变脸的效果,比如投影的光影明暗度,如果被投影者的脸型与照片相差过大,就会影响变脸效果。当然,该技术的出现也存在着利于弊,好的一面在于人们可以享受变脸的快感,可以变成自己喜爱的明星甚至伟人,坏的一面在于,该技术也可能被一些人利用,来影响他人的生活。但无论如何,该技术的出现,都代表着一种突破,科技带来的不止是进步,还会为生活增加更加多姿多彩的变化,为生活增添无穷乐趣。(尚力)
3D血管十分逼真
据英国媒体报道,德国科学家日前利用3D立体打印技术成功研制出了一种人造血管。该项研究成果将有望被用于人体试验和药物测试。
随着生物医疗技术的飞速发展,科学家们已经成功制造出了人造肠道和人造气管等小型人体器官。但大型人造器官的制造却频频遭遇瓶颈,其主要原因是缺乏制造毛细血管的相应技术,进而不能给大型人造器官输送必要的养料,也就不能维持其正常存活和运行。
经过多年的不懈探索,这一难题现在已经被德国弗劳霍夫研究所的科学家们攻克。他们运用化合高分子材料结合能够有效抵抗排异反应的生物分子制作出了一种特殊的“印刷墨水”,其印制出来的物质经化学反应后能够形成一种有弹性的固体,方便科学家根据人类血管构造将其雕塑成3D立体人造血管。
实际上,3D立体打印技术的精细度十分惊人。为了制造出相似度最高的人造血管,科学家还运用了双光子聚合技术,利用镭射光刺激人造血管材料分子交联化,之后将成形的血管植入细胞内壁。
据悉,此项研究成果将有力推动大型人体器官的制造。虽然移植人造器官的梦想还很遥远,不过人体器官制造技术的飞速发展可以给人类医学研究带来更有效、更人道的实验手段,譬如研发新药物时用人造器官取代动物来做实验。
北京时间9月19日消息,电脑制造商IBM已经与一个胶水专家合作,利用胶水把一层层芯片粘在一起,研制 “摩天楼(skyscraper)”电脑。它希望通过这种方式,可以令手机和PC的速度提高1000倍。这种产品有望在2013年上市。
3M公司还生产用于航空航天业的耐热胶水、粘合剂和胶带,但是它与IBM联合研制的这种高科技胶水,事实上是计算机信息处理技术能否向前迈进一大步的关键步骤。现在把芯片垂直叠加在一起的技术——3D封装面临产品过热等问题。新型胶水应该让叠加在一起的芯片具备良好的导热性,确保逻辑路线不会因过热而烧毁。该研究打算制造由100层芯片组成的商用微处理器。
研制这种新型芯片的关键,是寻找可以把超过100层芯片粘贴在一起的方法。当前的芯片粘贴技术被形容成就像用糖霜把蛋糕片一层层粘贴在一起。3M的市场经理迈克-鲍曼说:“在把电脑芯片粘贴到印刷电路板上时,会把这种材料放在芯片下面,我们这样做的一部分原始,是借助胶水把热量从‘夹心饼’的边缘导出来。我们的胶水会把热量更均匀地分配到所有芯片,而传统芯片虽然只有1到2层,但是一旦你把芯片叠加在一起,温度过高问题就会变得非常严重。”
IBM研究部副总裁伯尼-梅尔森在声明里说:“现在的芯片,包括那些具有3D封装技术的芯片,事实上仍是2D芯片,它们拥有非常平坦的结构。”迄今为止,大多数计算机能力的提升都是受到科学突破的驱使,科学家通过这些新突破,可以在更小的芯片上雕刻更小的电路。这种新型“3D”方法能够大大提高平板电脑等电子产品的速度。他说:“我们的科学家打算研发一种材料,我们通过它可以显著提高电脑的能力。我们认为我们能够实现这个目的,创造出新型半导体,它的速度更快,能耗更低,是平板电脑的理想之选。”
3M公司生产的用于高科技产业的其他胶水,被应用在太阳能和技术含量相对较低的环境,例如木匠业。两家公司还未考虑公布这项新技术的确切日期,但是据消息人士说,它可能最早会在2013年上市。(孝文)
9月1日,中国载人航天工程办公室宣布,由于受“实践十一号04星”卫星发射失利影响,原定于8月中下旬发射的空间试验站雏形“天宫一号”或推迟至本月下旬发射。具体发射日期将根据失利火箭故障调查结果来决定。
“天宫一号”是中国2011年航天发射计划的“重头戏”。根据计划,发射“天宫一号”后两年内,中国将相继发射神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船,分别与“天宫一号”完成空间交会对接。之后,2020年,中国将要建设自己的空间站。
与“天宫一号”的发射相呼应,俄罗斯航天器制造企业俄罗斯动力公司总裁洛帕塔日前表示,俄罗斯将重启私人太空游项目,下一名太空游客将于2014年启程飞赴国际空间站。
放眼宇宙,人类的太空探索从未停歇。作为我国自主研制的空间试验站,“天宫一号”只是中国空间站的雏形,承担的是实验先锋的角色,然而,随着“天宫一号”发射,意味着中国迎来“空间站元年”,进入航天“空间站时代”。
1 “天宫一号”长啥样?
根据中国载人航天工程网的介绍,“天宫一号”主体为短粗的圆柱型,重量和神舟七号一样,约为8吨,直径比神舟飞船更大。
它采用两舱结构,分别为实验舱和资源舱。实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成,可保证舱压、温度、湿度、气体成分等航天员生存条件,用于航天员驻留期间在轨工作和生活,密封的后锥段安装再生生保等设备。而资源舱内有发动机、电源装置等,为轨道机动提供动力,为飞行提供能源。
“天宫一号”最重要的功能是完成与飞船进行交会对接的试验。为此,它前后各设有一个对接口。安装在实验舱前端的交会对接机构,以及交会对接测量和通信设备,是“天宫”和飞船联通的关键所在。
从外表上看,它类似于一扇圆形的门,内部直径约为0.8米,航天员可以通过这一扇门从飞船进入“天宫一号”。
航天员的生活必需品和工作所需的材料、设备均由飞船运送,载人飞船停靠在实验室外边,作为应急救生飞船。如果实验室发生故障,可随时载航天员返回地面,航天员工作完成后,乘飞船返回。
中国工程院张履谦院士曾向媒体透露,“天宫一号”里的配套设施包括氧气呼吸装置、废气吸收装置、防止空间的辐射照射装置以及宇航员长期生活具备的各种条件。
在太空工作,可以获得地球上无法得到的实验环境,但微重力的生活环境,使得在地球上平常的事情也变得异常麻烦。
张履谦院士表示,若要在“天宫一号”里工作和生活,要考虑应对各种紧急突发事件的发生。其中包括氧气装置故障,或控制陀螺失灵,甚至连厕所不能用都能称为是大问题。所以在建造时需要考虑到各种紧急应急措施。
2 将实现“交会对接”
空间交会对接简称“交会对接”,主要目的是将航天员从太空飞船送入空间实验室或空间站,与载人航天器发射和航天员安全返回技术、空间出舱活动技术并列为载人航天的三大基本技术,也是建立空间站的重要基础。
空间实验室的建设过程是先发射无人空间实验室,而后再用运载火箭将载人飞船送入太空,与停留在轨道上的实验室交会对接,航天员从飞船的附加段进入空间实验室,开展工作。
“‘天宫一号’试验目的很明确,突破无人交会对接技术。这是空间站最基本最关键的基础。”北京大学地球与空间科学学院教授焦维新说。
“天宫一号”要完成在太空中两年的飞行任务,并完成出舱活动、空间交会对接试验和发射长期自主飞行以及有人照料的空间实验室等目标,“天宫一号”的任务才算圆满完成。
交会是指两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调,在同一时间到达太空同一位置的过程。对接是在交会的基础上,通过专门的对接机构将两个航天器连接成一个整体。因为其重要意义,空间交会与对接成为载人航天活动的三大基本技术之一。
交会的具体程序是,先将目标飞行器发射入轨并精确测定其运行轨道,当其飞经待发飞行器发射场上空时,通过择机发射使后者与前者运行在相同的轨道上,并且将距离控制在一定范围内,随后再依靠飞行器本身的机动能力让两者逐渐连为一体。
这个过程的难度很大。在太空中的空间实验室和飞船都保持高速运行,时速到达28000公里以上,在对接过程中,需要两个航天器的轴线在同一条直线上,并且相对速度要接近0,如果计算不准,就可能发生飞船相撞事故。
焦维新打了一个比方表示,“就像是地面的两辆急速飞驰的跑车,要让它们的距离必须一直保持在1米左右,这是非常不容易做到的。”
在国外载人航天活动早期,航天器在空间交会对接过程中就曾失败。比如,俄罗斯“进步M3-4”飞船与“和平”号空间站在对接过程中“相撞”。
甚至到现在,交接失败仍时有发生。2010年7月2日和10月31日,俄国的两艘“进步”M货运飞船首次自动对接都失败,不得不改为手动。2005年美国发射的DART卫星,甚至与目标卫星轰然相撞。
目前世界上有美国、俄罗斯、欧洲和日本研制的飞行器分别完成了与运行在地球轨道上目标飞行器的交会对接。但到目前为止,只有美国和俄罗斯掌握完整的交会对接技术。欧洲和日本交会对接技术方面分别靠美国或俄罗斯的技术支持。
异军突起的中国对空间交会技术的探索,自然引起了各航天大国的高度注意。
3 将科学实验室搬上太空
“天宫一号”是我国首个空间实验室的名称,该目标飞行器成功发射后,我国还将连续发射“神八”、“神九”、“神十”飞船与“天宫一号”交会对接,从而建立第一个中国空间实验室。
根据我国的航天计划,空间实验室是我国载人航天工程的第二步,将在2016年前完成,为最终建成空间站提供技术支持;而第一步即载人飞船阶段,已由神五、神六、神七飞船实现。
在“天宫一号”发射之后,2015年前,我国将再陆续发射“天宫二号”、“天宫三号”两个空间实验室。“天宫二号”将主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。
“天宫三号”将主要完成验证再生生保关键技术试验、航天员中期在轨驻留、货运飞船在轨试验等,还将开展部分空间科学和航天医学试验。
中国为什么要耗费大量的人力和财力建造自己的空间站?中国工程院院士张履谦表示,空间站是航天事业发展的一个必然趋势,它代表了一个国家的航天国力。“如果我们现在不去掌握这项技术,等到需要使用空间站时再来建造就会落后了。”
北京大学地球与空间科学学院焦维新教授接受媒体采访时表示,“造船是为了建立空间站,建站是为了科学实验,这就是我国自主建立空间站的原因。”
人类目前载人航天活动的终极目的,是将实验室搬上太空,利用太空微重力高真空的独特环境,开展地面无法进行的生命科学、材料科学等实验,从而为人类造福。
“天宫一号”建成后,可以用来进行科学实验、生产、太空观测、侦察、在太空中储备物质等多种用途。在对地观测方面,当地球上发生地震、海啸或火山喷发等事件时,空间站上的航天员可以及时调整遥感器的各种参数,以获得最佳观测效果。
除此之外,中国科学技术大学地球和空间科学系胡友秋教授认为,“天宫一号”的建立可以为我国带来很大的经济价值。
4 10年后成“国际空间站”?
2020年国际空间站将结束其使命,而中国的空间站正好进入轨道。许多人设想,中国的空间实验室是否可望担负新的国际空间站的职能。
北京时间今年7月21日,美国最后一艘航天飞机“阿特兰蒂斯”号结束最后一次任务,在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆,航天飞机“谢幕之旅”画上了一个完满的句号。“阿特兰蒂斯”的谢幕,意味着美国30年航天飞机时代宣告终结。
阿特兰蒂斯才告别苍穹,7月27日,俄罗斯太空官员就宣布,他们打算在2020年国际空间站的使用期限结束后,把它沉入大海。国际空间站是目前太空中唯一的空间站。
即使国际空间站被广泛认为科研潜力远未得到完全发挥,出于各自战略考虑,各参与国之间想法并不一致。美国出于对探月工程和探测火星的更高热情,早在2009年就已经不再向国际空间站注入资金。
今年美国航天飞机谢幕之后,国际空间站将面临运载能力的挑战。目前,欧洲的ATV和日本的HTV都只是货运飞船,而且没有重返地球的运输能力,“联盟”号飞船又无法将大型货物运回地球。此次俄国火箭发射的失利更降低了公众对俄国运载能力的信心。
在空间站项目未来发展广受争议的时候,中国的空间试验站的探索格外引人注目。
前美国国家航天和宇航航行局(NASA)官员、乔治华盛顿大学教员斯科特(Scott Pace)将“天宫一号”比作上世纪90年代俄罗斯所发射的“和平号”空间站。
当国际空间站结束其使命时,中国的空间站正好进入轨道。许多人设想,中国的空间实验室是否可望担负新的国际空间站的职能。
对此,曾任酒泉卫星发射中心副主任、中国载人航天工程原副总指挥的张建启表示,“中国空间站将是一个开放的平台工程,让外国的科学家和宇航员上去和中国合作进行科学实验,是再正常不过的事情”。
但也有另外的声音对此提出质疑。中国空间技术研究院研究员庞之浩分析认为,中国实施空间站工程“完全是量力而行”:我国计划的空间站只有60吨,3个舱,而国际空间站是近400吨,13个舱,“和平”号也有123吨。
他表示,追求国际空间站那样规模的长期存在,并非中国国力可以轻松承担,更别说未来的月球开发和太空移民之类耗资天文数字的工程。
而英国《航天飞行》杂志撰稿人陈蓝则认为,“天宫”不大可能成为唯一的空间站。“美国民营的近地轨道基础设施进展很快。2020年国际空间站退役,中国大空间站上去的时候,可能至少会有一个商业空间站已经在轨。”
南方日报记者 李秀婷 制图:黄红鹰
你看满大街上跑的汽车,有几辆是电动车?
2008年北京奥运会,2010年上海世博会,人们看见电动汽车上路了,跑起来了。让人振奋!
可是,到了今天,电动汽车还是“雾里看花”。
怎么回事呢?
周国泰院士斩钉截铁地说,问题出在电动车的电源上。电动车的电池技术还没有“过关”。
这是在北京的总后军需物资油料部“周国泰院士工作室”,科技日报记者采访周国泰院士的一段对话。
紧接着,周国泰说:“如今,我们研发成功了高能镍碳超级电容器,这是电动车电源的一个新突破,将对电动车产业发展带来深刻影响。”
他随手拿给记者一份邀请函,是8月24日天津市政府印发的。上面写道:“天津市围绕推动新能源产业发展,与中国工程院院士周国泰合作,成功开发出高能镍碳超级电容器产品。经天津市科委组织成果鉴定,达到国际先进、国内领先水平,在电动汽车和储能电站中将具有竞争优势。天津市人民政府定于2011年9月1日上午10时在天津大礼堂召开高能镍碳超级电容器产品新闻发布会。”
眼前的周国泰院士,怎么搞起电动汽车研究了?
周国泰,我国军用、民用功能服装材料和士兵个体防护研究领域的知名专家。
从一名战士,到大学生,到走上总后军需装备研究所的科研之路,几十年来,周国泰在防弹装备、特种防护服装和防寒保暖材料研究等方面,取得多项成果。先后主持研制防弹背心、防弹头盔,解决了防弹材料及防弹结构体复合成型、树脂基体合成等一系列技术关键,研究成果居国际先进水平,他研制出的服装已装备军、警、法等部门,并出口美国等10余个国家。开展静电防护理论、特种防护服装研究与技术开发,研制的防静电、抗油拒水、阻燃等系列防护服装,装备到全国各大油田,并广泛用于石化、冶金、林业等部门。主持被服保暖材料、保暖机理和生产技术研究,合作研制成功热熔粘结絮片和PTFE防风防水透湿层压织物,广泛用于作训服、防寒服、南极考察服和运动服等。创建我国服装工效研究中心和单兵防弹装备V50弹击试验室,系统开展了服装工效学研究,实现了我国防弹装备测试评价与国际接轨。曾先后获得国家科技进步一等奖3项、二等奖3项,省部级科技进步奖多项成果奖励。1999年,当选为中国工程院院士,并晋升为少将。
今天的话题,还是谈谈你搞的超级电容器吧。
“你千万别说是我一个人搞成的。我有一个研发团队,有中央领导同志、有多个部委的关心支持,有天津市、张家港市、淄博市,有一大批多学科、多领域的专家协同合作创新,才开发出超级电容器,成为电动汽车的新电源。”院士、将军集于一身的周国泰,说话睿智果断,开门见山。
高能镍碳超级电容器,有哪些技术突破
高能镍碳超级电容器,成为一种用在电动车上的全新电源,周国泰说:“实现了几个突破。”
周国泰介绍,高能镍碳超级电容器,首先在加大材料的比表面积上实现突破。传统电容,100年前就发明了,电容是靠比表面积存储电荷,其优点是可无数次充放电,而且不发热。储电量的大小由其内部比表面积大小而决定。超级电容器,就是在研发出新材料的基础上,尽可能地扩大比表面积,使储电量大幅增加;第二,超级电容在正负极的材料结构上获突破。电池的优点是储电量大,由电能转化成化学能,再转化成电能释放出来,其比功率比传统电容高得多。超级电容,在结构上实现了电池和传统电容的内并,实现了电池和电容的优点兼备。
锂离子电池,不是业界推崇的电源吗?周国泰说:“技术还不过关!”他将这种电池与超级电容器作了比较。
第一,锂离子电池存在安全隐患。锂离子、有机电解质,其本身有易燃、易爆性,杭州、上海曾发生的电动汽车自燃事件,今天谈起来还让人后怕。超级电容器,充满电后用射钉枪打,使其短路,任何反应都没有;放火上烧,不锈钢外壳快烧红了,也没发生爆炸。锂离子电池,一旦发生短路,就会燃烧或者爆炸。
第二,锂离子电池,基本是300A电流充电,时间长,一次充电要6—8小时,使用不方便。超级电容器,可1500A,甚至3000A大电流充电,单块充满电只要几秒钟,上百块串联在一起充电,6分钟可达90%以上。
第三,锂离子电池寿命短。充放电的标准是2000次,目前很少有能达到的,即使达到了,性价比不实用。超级电容器,可大电流充电,瞬间大电流放电,效果理想,充放电可达5万—50万次,而充放电的国家标准是5万次。就说在淄博那次试验,公交车装上超级电容器充电后,乘坐满员,上了高速路,时速120公里,一次充电跑了210公里。使用超级电容器的小轿车,瞬间可大提速,时速可达130公里。
“你说超级电容器的优势怎么样?”说到此,周国泰问记者。大家都笑了。
回顾电动汽车发展历程,人们不难掂量出超级电容器的分量,也不难理解天津市政府为什么要召开新闻发布会的原因。
电动汽车诞生有100多年了,1839年,苏格兰人罗伯特·安德森造出了世界上的第一台“电动车”。不过它不十分成功。主要原因是,电池寿命太短,电力太小,只能挪动一个非常轻的底盘。到了19世纪后期,长效电池诞生,促进了电动车的进一步发展,人们才在伦敦的大街上见到电力驱动的出租车,不过行驶距离非常短,还必须不停地在充电站里充电。
罗伯特不会预想到,历史进入到21世纪,随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧,各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向,发展电动汽车成为解决这两个技术难点的最佳途径。电动汽车也随之成为世界各国的选择和技术竞争的一个焦点。
一些专家曾经估计,全球能源矿产资源仅够支撑不到100年;而我国的石油只能支撑国内消耗30年,煤炭最多能支撑100年。目前,我国每年有85%的汽油和20%的柴油被汽车烧掉,汽车无疑成为了能源消耗大户,能源紧张与汽车行业发展的关系十分密切。如果中国的人均汽车拥有量追上美国,中国的道路上就会奔跑着6亿多辆小汽车,这一数字将超过世界其他国家小汽车数量的总和,对能源的需求将不言而喻,中国必将成为第一大油耗和石油进口国。
国人不会忘记,当年铁人王进喜在首都北京看到汽车背着的“大包袱”,缺石油,被人瞧不起啊!
到了今天,汽车背的“大包袱”没有了,可城市却背上了“大包袱”。从地上看天,见不到蓝天白云,从空中往下看,灰蒙蒙的,不见城市的倩影。说重了,是民族的耻辱!
从能源、环境的角度审视,发展新能源汽车,是我国的必然选择。而且从技术的角度看,我国有自身的优势。
据相关资料显示:我国虽然在传统汽车领域落后于发达国家近二三十年,但在电动汽车领域,我国与国外的技术水平和产业化程度差距相对较小,并有机会在该领域获得重要席位。这也为我国汽车工业技术实现跨越发展提供了一次历史性的机遇,更重要的是我国还有后发优势。目前,我国电动汽车的研发已具备一定的基础,一些企业在20世纪90年代中期就推出了电动汽车样车。
我国“八五”以来电动汽车被正式列入国家攻关项目,对电动汽车的投入显著增加。我国的汽车企业和高校、科研院所等200多家单位投入了大量的人力、财力和物力研发电动汽车,并取得了一系列科研成果。“九五”期间,电动汽车被列入863计划12个重大专项之一,全国汽车标准化技术委员会于1998年新组建了电动汽车车辆标准化分技术委员会。科技部又于2001年启动了电动汽车重大科技专项,使我国电动汽车技术水平和产业化程度与国外处在同一起跑线上。
现代电动汽车一般可分为三类:纯电动汽车(PEV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)。但是近几年在传统混合动力汽车的基础上,又派生出一种外接充电式(Plug-In)混合动力汽车,简称PHEV。目前在全世界,电动汽车一直是各大汽车集团花费巨资研发的新兴领域。
然而,制约电动汽车发展的瓶颈,还就是电池。世界电动车协会主席陈清泉在2011中国长春国际汽车论坛上表示,当前我国电动汽车电池技术存在两个明显缺点:第一个缺点就是缺乏深层次技术。比如电池的化学问题、物理问题、温度问题、结构问题等,在这些方面我们研发还不够,没有能够建立数学模型把这些问题搞清楚;另一个缺点是缺乏评价体系。比如电池的安全性怎么样,在高温、低温环境下能不能正常工作,这些都没有一个好的评价。
有资料介绍,电动汽车对电池的要求比较高,电池要具备高比能、高比功率、快速充电和具有深度放电功能,循环和使用寿命要长。铅酸电池,虽然其比能量、比功率和能量密度都比较低,但是高的性价比使其应用广泛,然而带来的是严重的环境问题。镍镉电池和镍氢电池虽然性能好于铅酸电池,但是其性价比不高,含重金属,用完后回收处理难,若遗弃会对环境造成严重污染。
目前,越来越多的研究人员选用锂离子电池作为电动汽车的动力电池,但这种电池的缺陷十分明显,前面已叙。
“针对目前各种电池的缺陷,我们开发了超级电容器。”周国泰顿了一下,说,这种电容器的技术优势前面说了。所以,很顺利地通过了天津市科委组织的成果鉴定。
高能镍碳超级电容器,老百姓也用得起
有专家说,目前,几乎所有的人都认为电动汽车是未来的发展趋势,但种种迹象表明,电动汽车离我们还是比较遥远。但电动自行车风靡全国,每天提几公斤的电池上下楼,在居民小区并不鲜见。电动汽车怎么办?
为此,有学者发表文章,对电动汽车提出种种担忧和质疑。有说电动汽车在电池上不成熟的,有说原子电池、聚合物电池、燃料电池、锂离子电池等任何电池都不环保的,各种议论不绝于耳。
有各种质疑和担心,也属正常。科技创新,正是在质疑中前行、在争论中创新的。说着,周国泰从沙发上站起来:“在发展电动汽车的过程中,有各种担心,是可以理解的。电池的问题卡住了电动汽车的脖子,这也是事实。”他扳着手指头,就说公交车吧,一辆公交车,走100公里,若用油30升,按8元1升算,要240元;而用电,走100公里。用电70度,每度电平均按6毛钱算,是42元钱。还是用电省吧。因此,发展电动车,不应动摇!
还以锂离子电池为例,与超级电容器比,锂离子电池成本7万元,充电2000次,每充电1次按行驶100公里算,20万公里就要更换电池;超级电容器,也按充电1次行驶100公里算,可充电5万次,甚至可达10万次、50万次,超级电容器的价格不高于锂离子电池。超级电容器回收后,对材料再激活处理后还可以使用。计算一下,综合成本有多低!这样,老百姓是不是就能用得起了?
超级电容器的生产是环保的,你可以到淄博年产100万只的生产基地去看,生产车间,只有一个地漏,那是用来打扫卫生冲水用的,整个生产过程,不产生废水、废气,没有污染排放。还用担心环保问题吗?
高能镍碳超级电容器,“协同会战”的结果
话题回到采访周国泰院士的开头。他还是坚持说那句话,超级电容器的研发,是多方支持,多领域、多学科专家协同攻关的成果。
“周院士说的是事实!”原海军后勤部技术装备研究所研究员陈同柱讲起了周国泰。
周院士是一位军人科学家。多年来,他创建了我们国家的军事科研的新模式和新路子。他作为领军专家,坚持军民融合发展,他把军内外有关专家,战略研究的,军事需求的,科研管理的专家都联合起来,充分集成地方的科研力量、技术成果,甚至地方的资金资源,高效组合起来,形成优势。这就是他的“小核心大联合”的科研创新模式。
陈同柱说,就说超级电容器这个新能源项目,看起来是解决电动汽车动力问题,最终是军民两用,可能在潜艇、航天,包括新型飞机、导弹都可应用,解决国防军事急需的新能源,花了最少的钱,取得了大成果。现在,导弹、飞机、航天火箭,液体燃料的推力远远不够用了,他的科研找到了路子,很可能要在这方面突破。这就是军民融合。
回顾周国泰的科研历程,他倡导“大科研”的思路清晰可见。
多年来,他打破研究所的“高大院墙”,广泛合作,先后有十几名院士和知名专家给他当顾问,直接参与课题研究。他把研究室主任带到训练场上去,带到船上去,干什么?上去找科研课题。他说,你研究的防寒服装,要自己穿上到寒区部队去和战士一块体验。比如,研究出舰船食品,就到船上去,风浪颠簸后看自己能不能吃。
他说:“好舵手会用八面风!科研,要兼容式、融合式,广泛联合、协作,充分发挥各方面的力量,发扬‘两弹一星’精神!”正是这样,在“九五”期间,周国泰创造了一个不足百人的研究所获得11项全军科研重大贡献奖,而有几千人的一个研究院才获9项。
关于获得多方面支持和合作,周国泰讲了一个故事。
一次,周国泰向一位中央领导同志汇报,说超级电容器用在电动汽车上,从起步,上坡,提速,包括充电速度如何快等等,讲得头头是道。这位领导同志说,我不听你讲,把车开来看看。
果然,周国泰把车开来了,领导坐了一圈,给予肯定:好!并详细过问还有什么困难。这件事发生在2010年。
超级电容器研发,像许多创新成果一样,最初从实验室做起,始于2008年。
怎么想到了研发超级电容器呢?
先看看这一年有关电动汽车的信息,各种电池技术及生产的消息,铺天盖地。人们的胃口吊起来了,期待着大街上有更多的电动汽车在跑。同时,业界在电动汽车电池技术上,也有不少争论。有人认为,电动汽车电池技术上解决了,只是成本高,国家出台补贴政策,就能推进电动汽车产业的发展。也有人提出,靠国家补贴,不是长久之计,有人在借机圈钱,电池技术还没有真正“过关”。
在这样的氛围下,周国泰组织创新团队攻关。他注意到,有人在传统电池上做文章,力求技术新突破。传统电池,是电能变成化学能,再转变成电能。而传统电容,是做大比表面积,通过研发各种物质材料,用增加比表面积的办法,来提高电容的性能。比表面积最大的材料,是活性碳。周国泰,在传统电池和传统电容之间,选择了一条科研的“中间路线”,集成电池和电容的优点于一身。
科技创新,往往是在不经意间,又往往以科研思路正确取胜。有成就的科学家,首先是在科研思路和方法上与众不同,从而获得科学突破。周国泰就是这样的科学家。在近4年的时间里,他领着科研团队,日夜苦干。他像当年研究石油工人防护服那样,从实验室到油田,身背大包服装搞试验,四处奔波;他像当年研究作战防护服、防弹头盔那样,上靶场,进深山,钻猫耳洞。研发超级电容器,还是那样“拼命三郎”。为此,4年间,周国泰病倒两次住院。
这里难以记述周国泰和研发团队更多的创新故事。不过,在近4年的时间里,他和研发团队终于获得了新成果:高能镍碳超级电容器。在天津市科委组织的成果鉴定会上,获得很高的评价。
采访周国泰院士,他不愿讲自己“过五关、斩六将”的故事,而是不间断地谈超级电容器研发获得的方方面面的大力支持和研发中的大团队协同。
他说,这是事实啊!从中央领导,到国家发改委、科技部等多个部委、天津市、天津市科委、张家港市、淄博市等,各级领导重视、关心、支持,涉及汽车等多领域、多学科专家密切合作,步调一致,协同攻关。不如此,这个超级电容器搞不出来,更不能成功用在汽车上。
举个例子吧。发改委的有关领导多忙啊!可是,领导多次表示:“周院士来谈项目,随时可见。”
做实验,急需一笔资金,张家港市委书记黄钦、市长徐美健得知后,当即拍板:“资金一周内到位。” 徐美健说:“这是国家的大事、民族的大事,即使失败了,我们张家港也愿意交这个学费!”
超级电容器中试,需要投入一笔资金,建中试生产线,淄博市委书记刘慧晏、市长周清利也还是当即决定:“中试生产线建在淄博,年产100万块,投资一周内到位。”周清利说:“实现零排放,还百姓一片蓝天是我们共产党人的责任,我豁出老命也要一干到底。”不仅如此,市科技局局长周元军就住在厂里,中试生产线高质量、高标准,以最快的速度建成。
周国泰还讲了几件他难忘的事。
超级电容器要在汽车上做试验。那是一个大冬天,北京那天出奇的冷。淄博市科技局局长周元军带着汽车,大汽车上驮着小汽车,一路从淄博赶到北京,下了车双手冰凉,身体发抖。再看几位穿工作服的随行,装车、卸车。旁人不知道,这几位是山东理工大学领军级的教授啊!
超级电容器做汽车发动机试验,涉及到天津军交实验室、天津无线电18所、汽研中心等多家单位、多位科研人员,大家一呼百应,一项试验要求5天完成,天津军交学院院长犹如战场下命令:“5天完成,只能提前。”
尤其是天津市,张高丽书记在不到一年的时间5次亲自召开会议协调和讨论此项目,并做多次批示。分管工业的副市长王治平召开20余次专门会议协调政府有关部门。天津市有关企业联合攻关,科委领导多次来试验室,具体指导项目的进程。他们心中装的是环境,装的是百姓,装的是那一片蔚蓝的天!
周国泰说:“我不是搞汽车的。超级电容要用在汽车上,如果没有这样的大力支持、协同攻关、良好的合作,是根本不可能的!协同,使每个人的创新潜能充分释放出来,整合起来。”
又说起为研发超级电容器项目,周国泰不到4年两次住院。院士也当了,将军的衔也授了,功成名就了,何必再“拼命”呢?!
周国泰说:“节能减排,哥本哈根会议上,温总理有承诺。还老百姓一片蓝天,作为科技工作者,我有一份责任!”
走出周国泰院士工作室,记者还回味着这句话。
新型电池结构
韩国蔚山科学技术大学和LG化学技术研究院电池研究所8月15日发表声明称,开发出了2分钟内完成充电或者放电的充电电池(Secondary Battery)电极用的新材料。手机或电动车用电池不仅能大举缩短充电时间,而且可以在短时间内通过大量放电,较好地提高电动车的输出功率。
报道称,“制作充电电池的新材料称之为“纳米管”,是在十分纤细的锗(Germanium,Ge)线表面抹上极微量的锑(Antimony,Sb)粒子,再以700摄氏度的温度进行加热,然后在锗线的中心位置会出现直径约为200纳米的洞窟。在制作锂电池时用上这种纳米管,结果显示比现有的充电电池的电流流量快了200倍,仅2分钟就能结束充电。而现有的电池则需要30~60分钟。在进行了400次的反复充电放电后,电池的容量仍维持在98%左右。”
声明指出,现有的硅半导体纳米管合成技术很难大量投入生产,如果这种新材料实现商用化,在加油站或者家里都可以在短时间内完成充电。并且使爬坡时需要瞬间输出大量能量的“强劲电动车”的开发成为可能。此外,也将打开手机等使用充电电池的各种电子产品高速充电的方便之门。
这项研究成果以特别(VIP)论文的形式,刊登在8月16日应用化学领域世界级学术杂志《德国应用化学 (Angewandte Chemie) 》的国际版上。
一个世纪以前高尔基就有过名言——“书籍是人类进步的阶梯”,但是他显然不会想到,如今,人类的进步已经坐上了“电梯”
假如你走进美国任何一家巴诺书店,迎头碰见的不是Book,而是Nook。扑面而来的不是淡淡的书香,而是咖啡的浓香。意外的发现往往是变化的开端。就在你推开巴诺书店那扇老式窗格门的瞬间,那些让你感到意外的细节,也许就是人类阅读方式发生变革的开始。
巴诺是美国规模最大的连锁书店,尽管这家图书业巨头一如上百年来一样静静地散布在全美50个州的大小城市,以及近千所大学的校园,但是在电子媒体的冲击之下,它不得不悄悄地酝酿着改变。
Nook就是巴诺为突破重围而设计的一款电子阅读器。2009年当Nook刚上市的时候,很多人都不看好这款出身于老牌书商的新潮玩意儿——从它的名字到外形设计。然而,巴诺利用自己的传统优势,用“最笨”的办法——把几乎每一家连锁书店的入口处都设置为Nook的展示台——来推广属于自己的电子阅读设备。如今,Nook的问世还不到两年时间,它已经以25%的市场占有率在美国电子阅读器市场上紧追亚马逊网站的Kindle(约占60%),并超过苹果公司的iPad(约占10%)而位居第二。
Nook所取得的成绩让美国的传统图书业受到鼓舞。6月上旬,2011年美国书展在纽约贾维茨会展中心举行。巴诺在实体店中开辟空间推广Nook的策略受到广泛的认可,以至于“实体店”和“展示台销售”等名词成为此次展会的热门话题。
阅读在改变
美国“全国文化基金会”2007年进行的一项调查显示,美国人用于读书的时间越来越少,尤其是接近一半的18岁到24岁的青年人在一年中没有读过一本书。这一研究报告发布后在美国社会引起巨大的反响。面对这种情况,人们试图通过推广电子图书阅读的新体验,来重新培养美国人的阅读习惯。
实际上,早在上世纪90年代就有电子阅读设备问世,但是那一技术并没有能够成功地把人们从电脑、手机屏幕,吸引到电子图书的阅读上。Kindle的发明人、亚马逊网站总裁杰夫.贝佐斯(Jeff Bezos)在这方面获得了成功,他说,他当初发明这一技术,就是为了鼓励人们能够进行“长久而投入的阅读”,而不是现在人们越来越习惯的那种“碎片式阅读”。“我所希望的效果是,承载书籍的介质能够尽量被人们所忘记,应该使读者沉浸在作者的世界里。” 贝佐斯如此解释他对电子图书的理解。
美国出版商协会今年1月的报告显示,美国电子图书的销售量近年来逐年翻番,而纸质图书的销售则每年以接近两位数的百分比减少。据亚马逊网站统计,顾客在拥有了Kindle以后,他们在网上平均订购电子书的数量是之前购书量的3.3倍,而且,随着Kindle价格的下降,这一数字在过去的几年里一直在上升。
由于电子图书具有轻巧、携带方便的特点,多数使用者都表示自己比拥有电子阅读器之前读更多的书,并且能够在从前不适合读书的时间和场合进行阅读,比如在医院的候诊室、在健身房的跑步机上,或者在公交车和地铁上。
35岁的张汀芳移民到美国四年来总觉得自己对的英文阅读量不够,自从去年开始阅读电子图书以来,她觉得自己的阅读量和阅读水平提高很多。在陪伴丈夫钓鱼的时候,她取出Kindle开始读《暮光之城》系列小说的第三部《月蚀》。“我现在有更多的时间花在阅读上,”她至今还为自己添置了这么一个随身的物件而兴奋,“我把Kindle放在防水封套里,这样,在任何环境下我都能带着它。”
美国“市场与研究资源”公司今年5月对1200名电子阅读设备使用者所做的一项调查发现,40%的人认为他们在拥有电子设备后比从前花更多的时间进行阅读,58%的人认为他们花在读书上的时间并未改变。“图书行业研究机构”去年发布的一项报告则显示,电子阅读器还改变了男女阅读的比例。研究发现,使用电子设备进行阅读的男性要略多于女性,在电子图书购买者中,男性占52%,而女性占48%。而这一比例在纸质图书的销售上刚好相反——购买传统纸质书籍的女性略多于男性。
人类的阅读方式正处于一个转型期,在这个过程中,电子图书给每个人带来的阅读体验也有所不同。去年夏天,在硅谷专门从事人与技术互动研究的雅各布.尼尔森招募了32名志愿者,让他们分别在纸质图书、iPad和Kindle上阅读海明威的短篇小说。他想通过这一研究,弄清楚人们在不同的媒体上进行阅读所花费的时间有何不同。结果发现,和纸质图书相比,在iPad上读书要慢6.2%,在Kindle上则要慢10.7%。尼尔森估计,在电子阅读器上阅读速度慢的原因,是由于这些设备的显示器的清晰度还赶不上传统的纸质印刷图书。
在亚马逊网站上,一直排在电子畅销书首位的,是瑞典作家和记者斯蒂格.拉森的小说《龙文身的女孩》。根据为美国11000家图书馆提供借阅技术服务的Override公司统计,这本书在美国图书馆电子书借阅次数中也同样排在首位。
的确,电子图书的发展必然影响到图书馆行业,根据美国图书馆协会的统计,目前全美有66%的图书馆提供电子图书借阅服务,这一比例在2005年是38%。在图书馆系统,读者实际上是在互联网上虚拟地“借阅”电子图书,获得在自己电子阅读器上的阅读权,而这些电子图书会在借阅到期的时候自动关闭。
爱书者的选择
技术给电子图书带来一些独特的优势是纸质印刷书所不具备的。比如,有些出版社专门为儿童读物设计了iPad版,这些电子读物能够同时录下家长或者儿童朗读该书的声音,而书中的一些插画还设计成草图,供儿童在上面着色。
iPad作为一个多媒体的平台,很显然对于开发各种“增强版”的图书更有优势。同时,其他电子阅读设备制造商也不甘落后,巴诺书店刚刚发布的最新版Nook就在采用电子墨水技术的同时,也采用了彩色液晶触摸屏。
尽管iPad去年的销售量超过2000万台,并有1.6亿台苹果设备上安装了电子书店iBookstore,但是,iPad在信息技术的众多领域可能轻易胜出,在电子图书市场上却并未能复制它的成功。专门为《纽约时报》撰写技术专栏的布莱德.斯通就指出,iPad可能站在时尚潮流的浪尖上,也可能抢占电子阅读器市场的地盘,但是对于爱书者而言,iPad的背光显示屏、昂贵的价格、有限的电池使用时间终究没有使用电子墨水技术的Kindle更有吸引力。斯通说,“iPad不是Kindle的杀手。”
亚马逊公司发言人德鲁.赫尔登娜在与苹果产品进行对比的时候说,“Kindle是专为阅读而设计的,它的重量小于0.64磅(291克),适合数个小时的单手操作,有长达两个星期的电池使用寿命,更有合理的价格……” 布莱德.斯通甚至指出,如果你需要舒适、方便的“长时阅读”体验,你显然不希望有来自电子邮件、推特、体育网站ESPN的干扰,而不幸的是,iPad恰恰潜藏着各种各样的干扰因素。
按照市场预计,iPad可能吸引18岁到34岁的青年人,但是35岁以上的成熟人群却更愿意与Kindle相伴。美国著名民调机构皮尤中心(Pew Research)的调查显示,55岁以上的美国人仍把阅读图书、杂志和报纸作为日常活动的重要内容。2009年,Kindle是这一人群收到最多的圣诞礼物之一,而在圣诞节当日,亚马逊电子图书的销售量首次超过纸质图书。
作为人类永恒的生活方式,阅读的变革才刚刚开始。和变化的世界相比,人们的想象力总显得有些贫乏。一个世纪以前高尔基就有过名言——“书籍是人类进步的阶梯”,但是他显然不会想到,如今,人类的进步已经坐上了“电梯”。
阿舍利石器
新一期英国《自然》杂志刊登报告说,研究人员在肯尼亚发现了一些距今约176万年的石器,它们属于旧石器时代早期的阿舍利石器,是迄今发现的这种高级石器中最古老的。
美国和法国研究人员在肯尼亚北部的图尔卡纳地区发现了这些石器。它们呈椭圆形或水滴形,较尖的一端有两面打磨的痕迹,以在中间形成较锐利的边缘,这是阿舍利石器的典型特征。与以前所知的最古老的阿舍利石器相比,本次发现的阿舍利石器要早约35万年。
阿舍利石器之所以被称作高级石器,是因为它们与名为奥杜韦石器的原始石器相比制作水平更高,用处也更大。奥杜韦石器可追溯到200多万年前,它们较为粗糙,没有薄而锐利的边缘,多用于砍或砸,而阿舍利石器可用于切割动物的肉。
美国拉特格斯大学的研究人员丹尼斯-肯特说,对于古人类而言,从制造奥杜韦石器到制造阿舍利石器是一个技术上的巨大飞跃。
这一发现也引起了有关古人类如何迁徙的一些讨论。一般认为人类起源于非洲并迁徙到欧洲和亚洲,但在欧亚发现的约170万年前的古人类遗址中只有奥杜韦石器,而没有阿舍利石器。因此,古人类为什么没有把当时的先进工具带出非洲就成了一个问题。
就这个问题,有人认为是因为当时非洲存在多个技术水平不同的古人类群体,它们分别独立地向外迁徙。也有人认为这是因为制造阿舍利石器的技术在迁徙过程中失传,很久以后才被重新发明。(黄堃)