康宁新研究发现玻璃中原子环结构会影响材质的性能和转变温度

康宁新研究发现玻璃中原子环结构会影响材质的性能和转变温度 玻璃越来越多地应用于各种高性能领域,包括消费和工业应用、军事和航空电子产品以及镀膜和光学产品。鉴于手机和喷气式飞机等产品对精度的严格要求,玻璃基板在整个制造过程中保持形状不变至关重要。康宁公司(Corning Incorporated)是创新玻璃、陶瓷及相关材料的制造商,该公司投入大量资源研究不同类型玻璃的稳定性。最近,康宁公司的研究人员发现,了解玻璃材料中原子环的稳定性可以帮助他们预测玻璃产品的性能。这种能力非常重要,因为使用最广泛的玻璃是硅酸盐玻璃,它由不同尺寸的原子环以三维方式连接而成。中子散射实验在能源部橡树岭国家实验室进行的中子散射实验中,ORNL 和康宁公司的科学家们发现,随着玻璃中较小的、不太稳定的原子环数量的增加,玻璃的不稳定性或液态脆性也会增加。发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上的中子实验结果揭示了硅酸盐玻璃的中程原子环结构与其液态脆性之间的明显相关性。当玻璃液冷却到玻璃转变温度时,其粘度会发生很大变化。在一定的温度变化下,脆性较大的液体的粘度变化会更大。橡树岭国家实验室和康宁公司的科学家发现,随着玻璃中较小的、不太稳定的原子环数量的增加,玻璃的不稳定性或液态易碎性也会增加。该研究论文的通讯作者、康宁公司助理研究员 Ying Shi 说:"以前,科学家们一直不知道玻璃转变的驱动机制。人们并不清楚为什么某些类型的玻璃凝固得更快或更慢。"Shi 和她来自康宁公司、加州大学洛杉矶分校和牛津大学的合作者与 ORNL Spallation Neutron Source 的 NOMAD 中子衍射仪光束线科学家合作,对工业常用的硅酸铝玻璃进行了研究。利用最近开发和验证的中子散射数据分析工具 RingFSDP,研究小组从收集到的数据中找出了关键模式,揭示了玻璃中的液体脆性与其原子环稳定性之间的关系。RingFSDP 是由康宁公司和 ORNL 科学家共同开发的免费开源程序,用于研究硅酸盐玻璃的原子环结构。它根据中子衍射数据中第一个尖锐衍射峰的形状推导出硅酸盐玻璃中的环尺寸分布。"将玻璃转变温度范围与玻璃的基本结构特征联系起来,将对玻璃的设计和生产产生重大影响,"论文共同作者、康宁公司研究员道格拉斯-艾伦(Douglas Allan)说。"我们的工作表明,玻璃的原子环结构与其玻璃转变温度范围之间存在明显的相关性,因此玻璃的性能特征也与之相关。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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苹果正在研究制造全玻璃材质MacBook Pro的技术

苹果正在研究制造全玻璃材质MacBook Pro的技术 另外,不必只看这一项专利申请。此前曾有传言称,苹果将在 2025 年的某个时候推出触摸屏 MacBook Pro。然而,这项名称异常无聊的"电子设备"专利申请的真正重点是 MacBook Pro 的玻璃盖子。苹果公司一直在研究是否或何时将 MacBook Pro 的显示屏部分改为在背面使用玻璃,也就是苹果标志所在的位置。"由于笔记本电脑通常是便携式设备,因此尺寸、重量和耐用性等因素会影响设备的整体实用性,"苹果在文档中说。"此外,笔记本电脑使用的特殊材料,尤其是外壳组件,也会影响电脑的尺寸、重量和耐用性。例如,塑料等外壳材料可能很轻,但耐用性可能相对较低。"因此,苹果建议 MacBook Pro 的盖子包含"一个金属外壳组件,用于定义外围侧表面......以及用于显示屏部分正面和背面的玻璃板"。专利申请的很大一部分涉及屏风不同部件的组装和粘合。虽然该专利的大部分内容都是关于整个玻璃面板,但苹果在某些地方也提到只有部分背面是玻璃。这项专利不仅仅是苹果公司想推出一款显示屏,或者是想让我们回到 2015 年之前苹果标志会亮起的时代。"[相反,这种]配置产生的显示屏部分轻薄,同时保持了很高的硬度,"苹果公司继续说道。"此外,由于显示屏部分的背面是由玻璃制成的,因此背面可以更好地抵御划痕、开裂、翘曲以及其他材料可能容易受到的其他损坏。"苹果公司经常被宣称正在努力将 Mac 与iPad合并,但该公司一直拒绝承认。不过,泄密者所说的合并通常是指在这些设备上使用相同的软件操作系统。在这种情况下,苹果实际上是将iPhone的硬件元素引入Mac。这也不是苹果公司第一次提出这样的想法,因为苹果公司曾一度研究用一整块玻璃制造iMac。这项专利申请由四位发明人共同完成。其中包括劳伦-法雷尔(Lauren M. Farrell),他曾多次获得有关显示器的专利和申请。 ... PC版: 手机版:

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研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响

研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响 正电子冷却。欧洲核子研究中心的 AEgIS 合作小组在实验中演示了使用基于变石的激光系统对正电子进行激光冷却。资料来源:欧洲核子研究中心-米兰理工大学研究人员成功冷却了正电子原子,对反物质研究产生了重大影响,并促成了量子电动力学的新实验和反物质玻色-爱因斯坦凝聚物的可能性。被正电子束击中的多孔靶(室温)中流出的 Ps 原子的等效温度从 380 K 降至 170 K,相应地,Ps 均方根速度的横向分量也从 54 km/s 降至 37 km/s。正电子的独特性质Ps 是氢的小兄弟,正电子取代了质子。因此,它比氢轻约 2000 倍,能级降低了 2 倍。它很不稳定:在真空和基态下,两个粒子的自旋平行,它的湮灭寿命只有 142 毫微秒。在其短暂的生命周期内,必须进行 Ps 冷却,这使得这一过程相对于普通原子而言极具挑战性。使用大带宽脉冲激光器的好处是可以冷却大部分正电子云,同时延长它们的有效寿命,从而在冷却后获得更多的 Ps 供进一步实验使用。对反物质研究的影响AEgIS 实验的目的是测量反氢气的重力加速度(作为反物质弱等价原理的测试),在该实验中,最后一个加速度是通过处于激发态的 Ps 与被困反质子之间的反应获得的。Ps的速度越低,形成反氢的概率就越高,因此必须尽可能产生动能最低的Ps。推进基础科学和潜在应用获得足够"冷"的 Ps 原子对基础科学至关重要,例如,对 Ps 激发能级进行精密光谱分析,可以前所未有的精度测试量子电动力学,或用纯轻子系统测试等效原理。此外,建立一个冷铂原子集合体的可能性可以为第一个反物质玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC,已通过激光冷却普通原子获得)铺平道路,在这种状态下,量子力学现象会宏观地显现出来。正电子玻色-爱因斯坦凝聚态将导致受激湮灭,这已被提议作为产生伽马射线能量范围内的相干电磁辐射的一种方法。该成果已作为编辑亮点发表在《物理评论快报》上。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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研究发现30亿年前的地幔温度升高热使地球地壳“年轻化”

研究发现30亿年前的地幔温度升高热使地球地壳“年轻化” 为了进一步了解地壳的历史,研究人员对中国西南扬子克拉通花岗岩中的锆石颗粒进行了研究(如显微镜下所示)。图片来源:Wei Wang然而,陨石坑是微小锆石颗粒的家园,其中含有多种同位素系统,如铀、铪、氧或铅,为我们提供了一种了解数十亿年前历史的方法。与熔岩或岩浆形成的火成锆石相比,在岩石风化后的沉积物中发现的碎屑锆石能更连续地记录地球的历史。但是,由于碎屑锆石缺乏关于其来源岩石的岩石成因信息,它们可能会人为地暗示古老岩石的年轻年龄和不正确的铪同位素。在一项新的研究中,科学家们重点研究了完整的火成岩锆石。以前的研究表明,在距今约30亿年前从古新纪向中新纪过渡期间,位于碎屑岩和火成岩锆石中的铪同位素比值有所增加。这种增加被认为是地壳年轻化的结果,即较新的岩浆注入较老的地壳岩石。人们普遍认为,岩浆的增加也标志着从不动的地壳和地幔过渡到更加不稳定的板块运动时期。新研究对中国西南西南扬子克拉通花岗岩岩石的火成锆石和其他地球化学性质进行了研究,对这一理论提出了挑战。研究人员认为,这一时代全球范围内发生的地壳年轻化是地幔温度升高的结果,而不是大范围构造活动的结果。通过分析火成岩锆石中的同位素收集到的数据表明,较年轻的岩浆流入现有的大陆地壳,导致地幔岩石熔化,热岩浆在地壳-地幔边界汇集。这些部分熔化的岩浆有的会冷却成花岗岩,如西南扬子克拉通的花岗岩。这一过程可能在大陆地壳的生长过程中发挥了重要作用,并为我们今天所知的地球构造的起源提供了新的可能解释。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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科学家研制出一种具有独特甚至矛盾特性的新型玻璃

科学家研制出一种具有独特甚至矛盾特性的新型玻璃 使用标准实验室设备在室温下轻松制备多肽玻璃。资料来源:特拉维夫大学特拉维夫大学(TAU)的研究人员创造了一种新型玻璃,这种玻璃具有独特甚至相互矛盾的特性,如具有很强的粘合性(粘性),同时又具有令人难以置信的透明性。这种玻璃在室温下与水接触后会自发形成,可为光学和电子光学、卫星通信、遥感和生物医学等一系列不同行业带来一场革命。这种玻璃是由以色列和世界各国的研究人员组成的研究小组发现的,研究小组由博士生 Gal Finkelstein-Zuta 和来自塔大生命科学院 Shmunis 生物医学与癌症研究学院和工程学院材料科学与工程系的 Ehud Gazit 教授领导。研究成果最近发表在著名的科学杂志《自然》上。制备后的固体肽玻璃。资料来源:特拉维夫大学"在我们的实验室,我们研究生物融合,特别是利用生物的奇妙特性来生产创新材料,"Gazit 教授解释说。"除其他外,我们还研究构成蛋白质的氨基酸序列。氨基酸和肽具有相互连接并形成具有确定周期性排列的有序结构的自然趋势,但在研究过程中,我们发现了一种独特的肽,它的行为与我们所知道的任何东西都不同:它没有形成任何有序的模式,而是一种无定形、无序的模式,就像玻璃一样。"在分子水平上,玻璃是一种液态物质,其分子结构缺乏有序性,但其机械特性却类似于固态。玻璃通常是通过快速冷却熔融材料并将其"冻结"在这种状态下,然后再让其结晶,从而形成一种无定形状态,具有独特的光学、化学和机械特性,以及耐久性、多功能性和可持续性。TAU 的研究人员发现,在室温条件下,由三个酪氨酸序列(YYY)组成的芳香肽在水溶液蒸发后会自发形成分子玻璃。(从左至右):Gal Finkelstein-Zuta 和 Ehud Gazit 教授。图片来源:特拉维夫大学Gal Finkelstein-Zuta 说:"我们所熟知的商用玻璃是通过快速冷却熔融材料制成的,这一过程被称为玻璃化。无定形的液态组织必须先固定下来,然后才能像晶体那样以更节能的方式排列,而这就需要能量必须将其加热到高温并立即冷却。另一方面,我们发现的玻璃是由生物构件组成的,它在室温下自发形成,不需要高温或高压等能量。只需将粉末溶解在水中就像制作酷儿汽水一样,玻璃就会形成。例如,我们用新玻璃制作镜片。我们不需要经过漫长的研磨和抛光过程,只需将一滴水滴在表面上,仅通过调节溶液量就能控制其曲率,进而控制其焦距。"TAU 的创新玻璃具有世界上独一无二的特性,这些特性甚至相互矛盾:它非常坚硬,但在室温下可以自我修复;它是一种强力粘合剂,同时在从可见光到中红外线的宽光谱范围内都是透明的。"这是第一次有人成功地在简单条件下制造出分子玻璃,"Gazit 教授说,"但比这更重要的是我们制造出的玻璃的特性。这是一种非常特殊的玻璃。一方面,它非常坚固,另一方面,它非常透明,比普通玻璃透明得多。我们都知道,普通的硅酸盐玻璃在可见光范围内是透明的,而我们创造的分子玻璃在红外线范围内是透明的。这在卫星、遥感、通信和光学等领域有很多用途。它还是一种强力粘合剂,可以把不同的玻璃粘在一起,同时还能修复玻璃上形成的裂缝。这是世界上任何玻璃都不具备的一系列特性,在科学和工程领域具有巨大的潜力,而我们从一个肽一小块蛋白质中获得了这一切。"编译自/ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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科学家用铜和碳原子锻造出世界上最细的金属丝

科学家用铜和碳原子锻造出世界上最细的金属丝 洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员利用计算方法研究了78万多种晶体的结构特性,确定了潜在的单维纳米材料,包括可能是最细的金属丝。他们的发现聚焦了14种在电子学和量子研究中具有潜在用途的材料。资料来源:NCCR MARVEL研究人员利用计算工具寻找可以从已知三维晶体中剥离出来的新型一维材料。在一份包含 78 万多种晶体的初始清单中,他们得出了一份包含 800 种一维材料的清单,并从中选出了 14 种最佳候选材料这些化合物尚未合成为真正的金属丝,但模拟结果表明是可行的。其中包括金属丝CuC2,它是由两个碳原子和一个铜原子组成的直线链,是迄今发现的在 0 K 温度下稳定的最细金属纳米线。洛桑联邦理工学院材料理论与模拟实验室的研究人员利用计算方法确定了可能是最细的金属丝,以及其他几种单维材料,这些材料的特性可能会被证明对许多应用领域很有意义。单维(或一维)材料是纳米技术最引人入胜的产品之一,由原子排列成线或管状组成。它们的电学、磁学和光学特性使其成为从微电子学到生物传感器再到催化等各种应用的绝佳候选材料。虽然碳纳米管是迄今为止最受关注的材料,但事实证明它们非常难以制造和控制,因此科学家们迫切希望找到其他化合物,用于制造具有同样有趣特性但更容易处理的纳米线和纳米管。因此,Chiara Cignarella、Davide Campi和Nicola Marzari想到利用计算机模拟来解析已知的三维晶体,根据它们的结构和电子特性,寻找那些看起来很容易"剥离"的晶体,从本质上剥离出稳定的一维结构。同样的方法过去曾成功用于研究二维材料,但这是首次应用于一维材料。研究人员从文献中的各种数据库中收集了超过 78 万个晶体,这些晶体通过范德华力(原子距离足够近,电子重叠时产生的一种微弱相互作用)结合在一起。然后,他们采用一种算法,考虑原子的空间组织,寻找具有线状结构的原子,并计算出需要多少能量才能将这种一维结构从晶体的其他部分分离出来。论文第一作者 Cignarella 说:"我们一直在寻找金属丝,但这种金属丝应该很难找到,因为一维金属原则上应该不够稳定,无法进行剥离"。最终,他们得出了一份包含 800 种一维材料的清单,并从中选出了 14 种最佳候选材料这些化合物尚未合成为真正的导线,但模拟结果表明是可行的。然后,他们开始更详细地计算这些材料的特性,以验证它们的稳定性如何,以及人们对它们的电子行为有何期待。四种材料两种金属和两种半金属成为最有趣的材料。其中金属丝CuC2 是由两个碳原子和一个铜原子组成的直线链是迄今发现的在 0 K 温度下稳定的最细金属纳米线。Cignarella说:"这真的很有趣,因为你不会想到由单线原子组成的实际金属丝会在金属相中保持稳定。科学家们发现,它可以从三种不同的母晶体中剥离出来,这些晶体都是实验中已知的(NaCuC2、KCuC2和 RbCuC2)。从它们中提取这种物质所需的能量很少,而且其链可以弯曲,同时保持其金属特性,这将使它对柔性电子产品产生兴趣。"这项发表在《ACS Nano》上的研究还发现了其他有趣的材料,其中包括半金属Sb2Te2,由于其特性,可以研究一种 50 年前就被预测但从未被观测到的奇异物质状态,即激子绝缘体,这是量子现象在宏观尺度上变得可见的罕见情况之一。此外,还有另一种半金属Ag2Se2 和TaSe3,后者是一种著名的化合物,也是唯一一种已经在实验中剥离成纳米线的化合物,科学家将其作为基准。至于未来,Cignarella 解释说,研究小组希望与实验人员合作,实际合成这些材料,同时继续进行计算研究,了解它们如何传输电荷以及在不同温度下的表现。这两点对于了解它们在实际应用中的性能至关重要。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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玻璃纤维筷子伤害身体还致癌?真相是……

玻璃纤维筷子伤害身体还致癌?真相是…… 粘了几次都粘不干净;还有人说,日常生活用品中的雨伞、筷子、蚊帐架、风筝架等等都有可能是玻璃纤维做的,千万别再用了……玻璃纤维到底是什么,对人体有哪些影响?原料里包含玻璃纤维的生活用品,真的不能再用了吗?今天带大家一文讲清~什么是玻璃纤维玻璃纤维(Fiberglass)于上世纪 30 年代首次商业合成,是一种性能优异的无机非金属材料,单丝的直径为几个微米到二十几个微米,最细能达到头发丝的二十分之一。玻璃纤维的产品设计自由度很大,可以像其他丝材一样进行编织纺丝加工,将由数百根甚至上千根单丝组成一束纤维原丝。玻璃纤维绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高,但也有性脆、耐磨性较差的缺点。玻璃纤维比较常见的应用是和树脂材料复合,以树脂为基体,玻璃纤维为增强材料制作而成,俗称玻璃钢。和传统金属复合材料相比,玻璃钢的密度更低、强度更高、耐腐蚀性能更好,同时其不同部位的性能可根据需要进行设计,因此从建筑建材、家具卫浴到能源交通等领域都占有一席之地。在一些特殊领域中,玻璃纤维也占据着不可或缺的地位。在石油化工及一些重工业生产环境中,从业人员常面临着高温物料喷溅、机械伤害乃至火灾的威胁,在纺织物中加入玻璃纤维,利用其优点可大大提高织物的耐切割、防静电和耐热阻燃性能,如消防专用服装、耐切割手套等。在核防护中,玻璃纤维由于对热中子有良好的吸收能力,可制作成玻璃纤维复合的热中子防护服,有效降低对人体伤害;结合其绝缘性还可用于制作核反应堆内探测器电缆的绝缘材料。玻璃纤维对人体有哪些影响讲完了玻璃纤维的优势,再来看看玻璃纤维的问题所在。由于玻璃纤维脆性的特点,会断裂成更短的纤维碎片。根据世界卫生组织等机构的长期实验认定,直径小于 3 微米且长径比大于 5:1 的纤维可被吸入至人体肺部深处。根据开头所说的,常用玻璃纤维的直径普遍大于 3 微米,因此不用过于担心对肺部的危害。对玻璃纤维的体内溶解研究显示,玻璃纤维加工过程中表面存在的微裂纹在弱碱性的肺部体液侵蚀下会不断扩大加深,增大其表面积,降低玻璃纤维强度,从而加快其降解。研究显示,1.2~3 个月玻璃纤维就会在肺部完全溶解。根据过往的研究论文显示,大鼠和小鼠长期(时间均超过一年)暴露在含有高浓度玻璃纤维(超过生产环境一百倍以上)的空气中,其肺纤维化和肿瘤发生率没有显著影响,仅在动物的胸膜内植入玻璃纤维才会发现肺部的纤维化。文中同样提及上世纪欧洲、美国以及我国对相关的玻璃纤维产业工人进行健康调查,并没有发现尘肺病、肺癌、肺纤维化等疾病的发病率显著上升,但确实发现上述工人的肺功能较一般人有所下降。虽然玻璃纤维本身对生命不会构成危险,但直接接触玻璃纤维对皮肤和眼睛有强烈刺激感,而吸入含有玻璃纤维的尘埃颗粒可能会刺激到鼻腔、气管、咽喉等部位。刺激症状通常是非特异性的、暂时的,可能包括瘙痒、咳嗽或喘息。大量暴露于空气中的玻璃纤维可能会加重现有的哮喘或支气管炎样疾病。一般来说,当接触者远离玻璃纤维来源一段时间后,相关症状会自行消退。关于玻璃纤维的常见说法1、玻璃纤维会致癌吗?此处需要把玻璃纤维和石棉进行一些对比。石棉是一种天然存在的纤维状硅酸盐矿物,性能和玻璃纤维类似,具有耐热、耐腐蚀性、耐磨等特点,被广泛用于建筑、隔热和密封材料中。但单根石棉纤维可以沿轴向继续分裂成直至亚微米尺度,细小的石棉颗粒悬浮在空气中,会被人体吸入呼吸道深处并抵达肺泡部位。由于石棉稳定的化学结构,一旦被吸入人体内,在肺部生理液体环境下可存在大约 300 年时间,即伴随终身。若长期处于石棉颗粒漂浮的环境中,硬质且尖锐的石棉纤维不断在肺部累积,容易刺穿肺部组织,进而引起炎症、组织纤维化乃至多种癌症。目前,由于石棉引起的危害过于严重,已经在全球多个国家和地区被禁止使用或限制使用。相较之下,目前没有明确证据证明玻璃纤维会像石棉纤维一样具有致癌性,不过,它对人体皮肤的刺激性同样不容忽视,在使用相关制品时应小心谨慎。2、含有玻璃纤维的筷子、蚊帐架等生活用品,还能用吗?可以使用。在目前的市面上产品中,玻璃纤维通常是固定在树脂材料内部起到增强作用,正常使用的情况下,玻璃纤维会被树脂包裹粘牢,不会从材料内部出来对人体造成伤害。在挑选以及使用相关产品时,要选择正规品牌产品,因为正规产品在进入市场前会经过多重安全检测,通过检测的含有玻璃纤维制品安全性还是有保证的。不过,家中有皮肤敏感者或婴幼儿的建议少用。被玻璃纤维伤到了,该怎么办?最重要的肯定是防患于未然,先充分了解即将进行的相关操作是否会接触到玻璃纤维。如果确实需要接触,首要工作就是降低自己皮肤的暴露区域,一定要用长袖衬衫和长裤覆盖所有裸露的皮肤,操作过程中始终佩戴护目镜和适当的工作手套,并戴上防尘口罩以保护喉咙和肺部。工作完成后,请务必彻底洗手和洗脸,并将使用过的衣物和防护用品进行单独清洗,切忌将衣物丢在生活区域如沙发上。如果已经因为意外被玻璃纤维所伤,如扎伤手部皮肤,下面是目前一些可查询到的方案,供大家参考:如果在接触玻璃纤维后出现皮疹和发痒,请不要摩擦或抓挠该区域。立即用温水和温和的肥皂清洗暴露的区域,并用毛巾擦拭以去除皮肤上的玻璃纤维。如果你能够清楚地看到皮肤中的玻璃纤维,清洗该区域后,在相应的皮肤区域使用一小块胶带,用胶带拉出碎片。同时尽快洗澡,洗掉皮肤上其他可能的玻璃纤维残留来自知乎网友的做法,或许能给大家带来一点启发: ... PC版: 手机版:

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