4月2日外媒科學網站摘要：固態電池遭遇靈魂拷問
4月2日（星期三）消息，國外知名科學網站的主要內容如下：
《自然》網站（www.nature.com）
未來聚變能源新賽道：仿星器能否終結托卡馬克的霸主地位？
曾被視爲聚變研究“黑馬”的仿星器（Stellarators），如今正成爲商業聚變反應堆的有力競爭者。長期以來，託卡馬克（Tokamak）裝置因結構相對簡單而備受青睞，而更復雜的仿星器則因設計難度大、性能不足而發展緩慢。但隨着理論突破和計算技術的進步，仿星器的潛力正被重新發掘。
聚變裝置的核心挑戰是將等離子體約束在極端高溫高壓狀態下。託卡馬克通過磁場驅動等離子體電流，但存在兩大缺陷：一是電磁體需要定期復位，無法持續運行；二是等離子體可能發生“破裂”，損壞反應容器。而仿星器通過特殊設計的磁體直接約束等離子體，無需依賴電流，從根本上避免了這些問題，理論上可以“一次啓動，永久運行”。
早期仿星器因等離子體能量泄漏問題難以實現聚變條件。20世紀末，隨着等離子體物理理論的完善和超算能力的提升，科學家得以優化磁場構型，減少能量損失。2015年，全球首個大型優化仿星器Wendelstein 7-X（W7-X）成功運行，驗證了理論預測的準確性，其性能已接近託卡馬克水平。
近年來，多家初創公司加入仿星器研發，目標在未來十年內實現發電。部分企業採用高溫超導磁體技術，以增強磁場並縮小裝置體積；另有公司嘗試用模塊化磁體陣列替代傳統複雜線圈，降低製造成本。此外，人工智能和3D打印技術的應用，進一步推動了仿星器的工程優化。
仿星器的穩定性和安全性使其在聚變能源領域具備獨特優勢。儘管託卡馬克仍是當前主流，但仿星器的技術進步正逐步改變行業格局。隨着更多實驗堆的建設和測試，仿星器有望成爲未來清潔能源的重要解決方案。
《科學》網站（www.science.org）
比塑料更頑固：人類能否戰勝“永久化學物”？
被稱爲“永久化學物質”的PFAS（全氟和多氟烷基物質）廣泛應用於電子產品、電池、醫療器械等領域，因其強碳-氟鍵難以自然降解，對環境和健康構成長期威脅。去年年4月，美國環境保護署（EPA）對飲用水中六種PFAS實施了嚴格限值，預計將減少1億居民的暴露風險。然而，清除PFAS的成本高昂，僅美國未來五年可能耗資480億美元。
目前，GAC是主流處理技術，但其吸附效果因PFAS鏈長而異：長鏈分子易被捕獲，而短鏈（尤其是超短鏈）PFAS可能穿透孔隙重新污染水體。此外，GAC需定期更換並高溫再生，運輸過程還會增加碳排放。其他技術如離子交換樹脂和反滲透膜各有優劣，但成本或廢棄物處理問題限制了其廣泛應用。
爲提升效率，研究人員正在開發新型吸附劑，有的已實現比GAC長3倍的使用壽命。同時，焚燒、等離子體分解、超臨界水處理等技術被用於銷燬高濃度PFAS廢物，但完全礦化的有效性仍需驗證。
污染源控制同樣關鍵。工業廢水、垃圾填埋場滲濾液及農田生物固體是PFAS的重要擴散途徑。一些地區嘗試用植物吸附土壤中的短鏈PFAS，再通過熱解轉化爲無害生物炭；另一些項目則通過水平井和超聲波技術原位分解地下水中的污染物。
儘管技術不斷進步，PFAS污染的全面治理仍面臨挑戰。隨着法規趨嚴，水處理廠需快速適配最佳方案，而源頭減排仍是根本解決之道。早期行動雖代價高昂，但能爲後續治理贏得先機。
《每日科學》網站（www.sciencedaily.com）
1、新研究證實人類耐熱極限低於此前認知
一項最新研究顯示，人類體溫調節能力（即在極端高溫下維持穩定體溫的能力）的極限比過去認爲的更低。這項研究由加拿大渥太華大學人類與環境生理學研究團隊完成，強調了氣候變化對人類健康的嚴峻挑戰。
研究指出，隨着全球變暖加劇，許多地區可能很快面臨超出人類生存安全範圍的高溫高溼環境。實驗採用“階梯式升溫”方法，讓受試者暴露於不同溫溼度條件下，以確定體溫調節失效的臨界點。在42°C氣溫和57%溼度的極端環境中（體感溫度約62°C），受試者核心體溫持續上升，多數人無法完成9小時測試。這一結果首次直接驗證了沿用近50年的體溫調節極限估算模型。
研究還發現，持續高溫會對人體造成顯著生理壓力，而這一現象正因氣候變化而日益普遍。這些數據對氣候模型的完善至關重要，有助於更精準預測未來高溫對健康的影響。
該研究結果對公共政策具有重要指導意義。城市在應對夏季高溫時，可依據這些科學數據制定更有效的健康防護措施，如調整高溫預警標準、優化公共避暑設施等。
在全球氣候持續變暖的背景下，這項研究爲人類適應極端環境提供了關鍵科學依據，也呼籲社會更加重視高溫帶來的健康風險。
2、腫瘤治療新突破：AI可精準預測膀胱癌化療效果
美國威爾康奈爾醫學院的研究團隊利用人工智能（AI）和機器學習技術，開發了一種新型預測模型，可更準確地評估肌層浸潤性膀胱癌患者對化療的反應。該模型整合了全切片腫瘤影像數據和基因表達分析，其預測能力遠超以往依賴單一數據類型的模型。相關研究發表於球數字醫學頂尖期刊《npj數字醫學》。
該模型能識別影響治療效果的關鍵基因和腫瘤特徵，幫助醫生制定個性化治療方案，使部分患者避免不必要的膀胱切除手術。
研究團隊採用了來自SWOG癌症研究網絡的臨牀數據，結合腫瘤影像和基因表達譜進行分析。通過圖神經網絡和自動化圖像分析技術，模型能解析腫瘤微環境中癌細胞、免疫細胞和成纖維細胞的分佈及相互作用。
結果顯示，多模態模型的預測評分接近0.8（滿分1），而單一數據模型的評分僅爲0.6左右。此外，研究還發現了一些具有生物學意義的基因標記，進一步驗證了模型的可靠性。
該研究團隊計劃納入更多數據類型，如腫瘤DNA突變分析和空間細胞定位，以進一步提升預測能力。模型還提出了新假設，例如成纖維細胞的比例可能影響化療效果，這將成爲後續研究的重點。
《賽特科技日報》網站（https://scitechdaily.com）
1、超算+超快成像：科學家破解空氣污染的隱藏化學機制
一項最新研究發現，烴類分子與光的相互作用會影響大氣中亞硝酸的形成，而亞硝酸是空氣污染的重要成分。美國內布拉斯加大學林肯分校領導的一個國際研究團隊通過超快電子衍射技術，首次捕捉到分子在光激發後的質子轉移和結構扭曲過程，揭示了這一關鍵反應的微觀機制。
研究使用美國能源部SLAC國家加速器實驗室的Linac相干光源（LCLS）中的超快電子衍射儀（UED），該設備能以亞埃級（小於十億分之一米）空間分辨率和飛秒級（百萬分之一納秒）時間精度追蹤分子運動。通過觀測鄰硝基苯酚的光激發弛豫過程，團隊發現質子轉移後會伴隨分子平面外旋轉，這兩種協同作用是能量釋放的關鍵路徑。
傳統研究因技術限制難以捕捉這些瞬態變化。這項研究結合UED實驗數據和遺傳結構擬合算法，科學家首次解析出質子轉移導致的分子構型微小改變。理論模擬進一步驗證了實驗結果，爲理解更復雜分子的光化學反應提供了新範式。
該成果不僅闡明瞭硝基芳烴分子在大氣中的光化學行爲，還將幫助改進空氣污染模型的預測精度。未來，這一技術可應用於研究其他環境相關分子的動態過程，爲污染治理提供分子層面的科學依據。
2、能量密度僅提升8%？固態鋰金屬電池能量密度優勢遭質疑
日本東北大學材料科學高等研究所一項針對石榴石型固態電解質（Garnet-type Solid Electrolytes）的最新研究表明，固態鋰金屬電池的能量密度優勢可能被高估。分析指出，採用鋯酸鑭鋰（LLZO）的全固態鋰金屬電池（ASSLMB）重量能量密度僅爲272瓦時每千克（Wh/kg），僅略高於當前鋰離子電池250至270 Wh/kg的水平。鋯酸鑭鋰是最常見的石榴石型固態電解質。
固態鋰金屬電池一直被視爲下一代儲能技術，但實驗數據顯示，即使使用超薄LLZO隔膜和高性能正極，其能量密度提升十分有限。LLZO的高密度特性反而增加了電池整體重量，削弱了理論上的優勢。此外，該材料的脆性和製造工藝難度，以及界面鋰枝晶等問題，都成爲商業化應用的主要障礙。
爲突破這些限制，研究團隊正在探索混合解決方案。其中，LLZO與聚合物結合的複合電解質既能保持高離子傳導性，又改善了材料柔性。另一種方案是在LLZO中添加少量液態電解質，形成準固態體系，這有助於提升離子傳輸效率和結構穩定性。這些混合設計在實驗中已展現出更好的長期使用性能。
專家指出，未來研發方向不應侷限於全固態電池，而應着重優化材料組合，在保證性能的同時解決成本和製造難題。通過整合不同電解質的優勢，有望開發出真正具備商業化價值的下一代電池技術。（劉春）