发射紫外线的玻璃可清除微生物膜造成的污损 解决一系列水下问题

发射紫外线的玻璃可清除微生物膜造成的污损 解决一系列水下问题 当任何物质在海水中放置足够长的时间后，细菌、真菌、藻类和其他海洋微生物就会在其表面形成一层黏糊糊的薄膜。藤壶等大型生物就会在这层薄膜上立足，并以此为家，不断生长繁殖。不用说，这种涂层会大大降低船体的流体动力，使船只在一定速度下行驶时耗费更多燃料。生物膜还对水下结构、防护网甚至海水淡化厂造成问题。这种现象被称为生物污损。防止这种现象的主要方法包括在水下表面涂上抗菌涂料（可能会对环境造成危害）或特殊的不粘材料（必须经常重新涂抹）。一种建议的替代方法是用外部紫外线照射表面，紫外线可以杀死微生物。但遗憾的是，紫外线离光源越远，效果就越差，而且浑浊的水也会吸收紫外线。这就是紫外线发光玻璃（UEG）的作用所在。它不是由单独的光源照射，而是光源。Leila Alidokht（左）和 Mariana Lanzarini-Lopes（右）与研究生研究助理 Athira Haridas（中）一起研究紫外线发射玻璃 马萨诸塞大学阿默斯特分校这种材料是由马萨诸塞大学阿默斯特分校工程师领导的科学家团队创造的，它由一个普通的玻璃载玻片组成，载玻片背面涂有一层二氧化硅纳米粒子和透明聚合物。紫外线发光二极管不会将光线投射到玻璃的正面或背面，而是投射到玻璃的一个边缘，当紫外线穿过玻璃的厚度时，它们会被纳米粒子散射和扩散，纳米粒子会反射紫外线，但不会吸收紫外线。因此，紫外线发光玻璃的整个正面（水侧）都能均匀地发出紫外线。在保持令人满意的可见光和红外线透射率的同时，其效果比以同样方式照射的未镀膜玻璃好 10 倍。在对该技术的测试中，UEG 幻灯片和未涂层的对照幻灯片被浸没在佛罗里达州卡纳维拉尔港的海水中长达 20 天。试验结束后发现，UEG 能将可见生物膜的生长减少 98%无生物膜 UEG 幻灯片与无涂层对照样品的比较科学家们现在计划用更大的玻璃片进行实验，这些玻璃片被浸没的时间将更长。该研究的第一作者、博士后助理研究员 Leila Alidokht 说："所开发的技术可用于透明表面的消毒，如船舶窗户、浮球和系泊浮标、相机镜头以及海洋学、农业和水处理应用中的传感器。"有关这项研究的论文最近发表在《生物膜》杂志上。 ... PC版： 手机版：

新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃

新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃 在纳米尺度上控制和操纵光的能力为超材料在各个领域的应用开辟了广阔天地。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员创造出了一种新的光学超材料，它可能使真正的单向透光玻璃成为现实。磁电（ME）效应的最一般形式是指材料的磁性和电性之间的耦合。在光学频率下，磁化对传统材料的影响可以忽略不计，但使用超材料则可以增强这种影响，在超材料中，光的电分量可以诱导磁化，而磁分量可以产生偏振。以往的研究表明，微波频率的磁性很强，在这一频谱范围内会产生明显的超材料效应。尽管经过了二十年的理论研究，但直到现在，人们还很难实现在这一范围之外工作的超材料。全电磁频谱示意图这种新型超材料依赖于非互惠磁电效应（NME）。非互易磁电效应意味着材料的磁化和偏振特性与光或其他电磁波的不同成分相关联。"到目前为止，NME效应还没有实现现实的工业应用，"该研究的主要作者沙迪-萨法伊-贾兹（Shadi Safaei Jazi）说。"大多数提出的方法只能用于微波，而不能用于可见光，而且也无法用现有技术制造出来"。研究人员利用现有技术和纳米制造技术成功克服了这些问题，创造出一种三维光学 NME 超材料，其单个元原子由传统材料钴和硅制成，可自发磁化。这种新型超材料为那些原本需要强大外部磁场才能发挥作用的应用铺平了道路，例如真正的单向玻璃。目前所谓的"单向"玻璃实际上只是半透明的，光线可以从两个方向穿过。当两侧亮度不同时，它就像单向玻璃。然而，基于 NME 的单向玻璃不需要这种亮度差异，因为光线只能够从一个方向穿过。"想象一下，在你的房子、办公室或汽车里有一扇装有这种玻璃的窗户，"Safaei 说。"无论外面的光线如何，人们都无法看到里面的任何东西，而你却可以从窗户欣赏到完美的景色。"这种超材料还有可能阻挡现有太阳能电池向太阳辐射的热辐射，从而降低其捕获的能量，从而提高太阳能电池的效率。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：

超黑薄膜涂层可应用于航空航天和光学领域 为下一代望远镜创造可能

超黑薄膜涂层可应用于航空航天和光学领域 为下一代望远镜创造可能 在 AIP 出版社出版的《真空科技 A》杂志上，上海理工大学和中国科学院的研究人员开发出了一种用于航空航天级镁合金的超黑薄膜涂层。他们的涂层能吸收 99.3% 的光线，同时经久耐用，足以在恶劣条件下生存。对于在真空空间中运行的望远镜或在极端环境中使用的光学设备来说，现有的涂层往往是不够的。"现有的黑色涂层，如垂直排列的碳纳米管或黑硅，都受到易碎性的限制，"作者曹韫真博士说。"许多其他镀膜方法也很难在管内或其他复杂结构上进行镀膜。这对于它们在光学设备中的应用非常重要，因为它们通常具有明显的曲率或复杂的形状。"为了解决这些问题，研究人员转而采用原子层沉积（ALD）技术。利用这种基于真空的制造技术，将目标放置在真空室中，然后依次接触特定类型的气体，这些气体会以薄层形式附着在物体表面。曹说："ALD方法的一大优势在于其出色的阶跃覆盖能力，这意味着我们可以在圆柱、支柱和沟槽等非常复杂的表面上获得均匀的薄膜覆盖。"为了制作超黑涂层，研究小组交替使用了掺铝碳化钛（TiAlC）和氮化硅（SiO2）。这两种材料共同作用，几乎可以阻止所有光线从涂层表面反射出来。"TiAlC作为吸收层，而SiO2则用于创建抗反射结构。因此，几乎所有的入射光都被截留在多层薄膜中，实现了高效的光吸收。在测试中，研究小组发现，从 400 纳米的紫外线到 1000 纳米的近红外线，各种波长光的平均吸收率为 99.3%。通过使用特殊的阻隔层，他们甚至可以将涂层应用到镁合金上，镁合金通常用于航空航天领域，但很容易被腐蚀。此外，这种薄膜在恶劣环境中表现出超强的稳定性，足以承受摩擦、高温、潮湿环境和极端温度变化。作者希望他们的涂层能用于增强在最极端条件下工作的太空望远镜和光学硬件，并正在努力进一步提高其性能。曹说："现在，这种薄膜可以吸收 99.3% 以上的入射可见光，我们希望进一步扩大它的光吸收范围，将紫外线和红外线区域也包括在内。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

单向玻璃背后的魔力：光学超材料领域有了突破性进展

单向玻璃背后的魔力：光学超材料领域有了突破性进展 材料的磁性会影响它与光的相互作用。图片来源：Ihar Faniayeu/哥德堡大学非互惠磁电效应新型超材料利用了非互惠磁电效应（NME）。非互惠磁电效应意味着材料的特定属性（磁化和极化）与光或其他电磁波的不同场分量之间存在联系。NME效应在天然材料中微不足道，但科学家们一直试图利用超材料和超表面来增强这种效应，因为这将释放出巨大的技术潜力。"到目前为止，NME 效应还没有在工业中得到实际应用。"阿尔托大学的博士研究员 Shadi Safaei Jazi 说："大多数建议的方法只能用于微波，而不能用于可见光，而且这些方法也无法用现有技术制造。研究小组设计了一种光学 NME 超材料，可以利用现有技术、传统材料和纳米制造技术制造出来。"革新光学应用这种新材料开辟了原本需要强大外部磁场才能发挥作用的应用领域例如，制造真正的单向玻璃。目前销售的"单向"玻璃只是半透明的，光线可以从两个方向穿过。当两面的亮度不同时（例如窗户内外），它就会像单向玻璃一样。但基于 NME 的单向玻璃不需要亮度差异，因为光线只能从一个方向穿过。"想象一下，在你的房子、办公室或汽车里有一扇装有这种玻璃的窗户。无论外面的亮度如何，人们都无法看到里面的任何东西，而你却可以从窗户欣赏到完美的景色，"Safaei 说。如果技术取得成功，这种单向玻璃还能阻挡现有太阳能电池向太阳辐射的热辐射，从而减少太阳能电池捕获的能量，从而提高太阳能电池的效率。"这项研究发表于 2024 年 2 月 12 日的《自然-通讯》（Nature Communications）上。编译自/scitechdail ... PC版： 手机版：

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：

新型辐射冷却织物可抵御城市高温

新型辐射冷却织物可抵御城市高温 目前已有一些织物和建筑材料能利用辐射制冷（物体以中红外辐射形式向外释放热量）原理来降温，但这些材料大多只考虑了来自太阳的辐射，而没有考虑城市建筑物和路面发出的红外线辐射。新开发的织物同样利用了辐射制冷原理。它可以选择性地发出能逃离地球大气层的红外辐射，同时还能阻挡太阳辐射和周围建筑物发出的红外辐射，从而让人在“城市热岛”环境中保持凉爽。这种织物分3层：内层由羊毛或棉等常见服装面料制成；中层由银纳米线制成，能反射大部分阳光辐射；外层是由一种名为聚甲基戊烯的塑料材料制成，这种材料对大多数波长既不吸收也不反射，但会发射一小段红外辐射。室外测试显示，这种织物的温度比普通丝绸低8.9℃，比宽带发射型织物低2.3℃。在皮肤上测试时，这种织物的温度比棉织物低1.8℃。研究人员表示，从理论上讲，这种微小的温度差异可能使人在暴露于高温下仍感觉舒适的时间增加。 ... PC版： 手机版：