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：

新型"玻璃凝胶"材料具有奇特的强度、伸缩性和粘性

新型"玻璃凝胶"材料具有奇特的强度、伸缩性和粘性 玻璃聚合物是一种塑料，具有类似玻璃的特性强度高、硬度大、刚度高，但通常也比较脆，如果试图弯曲或拉伸就会断裂。凝胶则柔软而有弹性，但也很脆弱。现在，北卡罗来纳大学的研究小组开发出了一种新材料，它结合了这两种材料的优点。该研究的通讯作者迈克尔-迪基（Michael Dickey）说："我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂。更重要的是，一旦材料被拉伸，你可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘附性，这在硬质材料中并不多见。"为了制造玻璃状凝胶，研究小组将玻璃状聚合物的液态前体分子与离子液体结合在一起。然后将混合物倒入模具中，暴露在紫外线下使其固化，最后从模具中取出。这种离子液体起着溶剂的作用，使材料同时具有玻璃和凝胶的功能。迪基说："通常情况下，当你在聚合物中加入溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可拉伸。在玻璃凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样可拉伸。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"尽管按重量计算，这些玻璃凝胶的液体含量超过 54%，但它们的断裂强度达到 42 兆帕、韧性达到 110 兆焦耳/立方米、屈服强度达到 73 兆帕、杨氏模量达到 1 千兆帕。研究小组说，这些数据与聚乙烯等热塑性塑料相似，但与这些材料不同的是，它们还能被拉伸至原始长度的五倍。一种名为玻璃凝胶的新型材料样品玻璃凝胶的其他优点还包括能够自我修复，只要稍微加热就能恢复原状。它们的高液体含量也使它们成为更有效的导电体，而且它们的表面还具有粘合性，但研究小组并不完全清楚其中的原因。最有用的是，这些玻璃凝胶相当容易制造。"制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或 3D 打印来完成，"迪基说。"大多数具有类似机械性能的塑料都需要制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。"到目前为止，研究人员还不确定这些玻璃凝胶可能会有哪些应用，但他们相信，这种新材料具有一系列令人感兴趣的特性，最终可能会被证明非常有用。这项研究发表在《自然》杂志上。研究小组在下面的视频中展示了玻璃凝胶。 ... 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：

新型纳米孔材料储存的氢比固态氢本身多67%

新型纳米孔材料储存的氢比固态氢本身多67% 在所有燃料中，它的单位质量能量最高，但储存起来很麻烦。把它保存在气罐里，需要大约 700 个大气压的压缩。如果将其保存为液体，则需要保持比绝对零度高出 20 度的低温。即使把它压缩成超冷液体，它的重量可能很轻，但它所占的体积却令人吃惊，而且很不方便，这使得它既耗能，又很难在空间有限的地方进行包装。现在，韩国研究人员称，他们已经创造出一种材料，能以比低温液态氢密度高一倍的密度储存氢。这项新研究的第一作者、蔚山国立科学技术研究院（UNIST）的 Hyunchul Oh 说："我们的创新材料代表了氢气存储领域的范式转变，为传统方法提供了令人信服的替代方案。"作为一种分子，氢可以通过一种叫做物理吸附的过程物理吸附到多孔材料中。高多孔材料以前曾展示过在单位质量内储存大量氢的能力，但它们在小体积内储存大量能量方面却一直很吃力。由五个氢分子（紫色和红色）组成的分子团占据了材料中的一个孔隙直到现在。研究小组合成了纳米多孔硼氢化镁（Mg(BH4)2），这种框架由部分带负电荷的氢原子构成纳米孔的内表面，能够吸附氢气和氮气。虽然氮气和氢气都能进入孔隙，但研究人员发现，由于氮气和氢气在孔隙中占据不同的吸附位点，氢气的气体吸收量要大三倍。研究人员观察到，小孔中氢密度高的原因在于氢分子的各向异性（与方向有关）形状，在接近环境压力时，氢分子通常呈紧密堆积的球状。这种材料以三维排列方式储存了五个氢分子团，从而提高了容积容量。他们发现，Mg(BH4)2每升孔隙容积可存储前所未有的 144 克氢，而低温液态氢只能存储 70.8 克/升，固态氢甚至只能存储 86 克/升。研究人员表示，他们的研究成果解决了大规模氢气存储的关键难题，提高了氢气的效率和经济可行性。这会是氢动力飞机的解决方案吗？可能不会。正如几年前ZeroAvia 公司的 Val Miftakhov 向我们解释的那样，航空环境中的液态氢系统可以实现 30% 左右的氢气质量分数，另外 70% 的重量则由储氢罐和低温冷却设备增加。根据这项研究，这种纳米孔存储材料的质量分数为 21.7%，因此其单位重量所携带的能量是储罐中气态氢气的两倍，但低温液态系统会更轻。另一方面，它肯定能在长途运输或卡车运输中发挥作用，因为在这种情况下，重量不是问题，而体积则更为重要。当然，这似乎也是目前静态储能的最佳方法，在这种情况下，氢气的使用或多或少会像电池一样。我们还想进一步了解它是如何释放的，在什么样的温度和压力下工作，以及以这种方式储存氢气的往返能量损失可能是多少，但这无疑是该领域的一个突破性进展。这项研究发表在《自然-化学》杂志上。 ... 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：

古埃及建筑工人可能曾利用尼罗河支流运输修建金字塔的材料

古埃及建筑工人可能曾利用尼罗河支流运输修建金字塔的材料 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 卫星图像和地质数据现在证实，尼罗河的一条支流研究人员将其命名为阿赫拉马特支流在几千年前曾经流经该地区的许多主要遗址附近。5月16日，《地球与环境通讯》1报道了这一发现，它有助于解释古埃及人为何选择在这一地区建造金字塔（见"古代河流"）。英国剑桥大学的地质考古学家朱迪斯-邦伯里说："金字塔似乎是一项非常艰巨的工作。但如果你能用船把大石头运上来，而不是从陆地上搬运，那么这项工作就不那么艰巨了"。数千年来，尼罗河及其泛滥平原为埃及居民提供了粮食、农业和水源。埃及大部分人口仍然生活在尼罗河流域。但是，尼罗河很容易迁徙，在过去，人们不得不搬迁才能跟上。在过去的几百年里，可能由于板块构造的变化，尼罗河向东移动了几公里。有证据表明，埃及的一些重要考古遗址与河流的关系并不像它们建造时那样密切。在吉萨和利什特之间的遗址中，有港口遗迹和其他类似线索。但是，科学家们发现很难描绘出这些消失的水道的范围或位置。北卡罗来纳大学威尔明顿分校地貌学家 Eman Ghoneim 领导的研究小组在寻找古代水的痕迹时，在尼罗河以西几公里处发现了一条看似干涸的河道。这条河道穿过农业区，长约 60 公里，深度和宽度与现代尼罗河相似。研究小组准备分析从尼罗河谷靠近金字塔的一个地区采集的土壤样本。为了研究这条河道是否可能是古代河床的一部分，研究人员从河道中采集了沉积物的岩芯样本。在田野的湿泥下，他们发现了一层与河床一致的砾石和沙子。将这些样本数据与卫星图像相结合，研究小组绘制出了这条支流的位置图。他们发现，该河道流经了 30 多座旧王国和中王国的金字塔，年代在公元前2686 年至公元前1649 年之间因此，他们决定将其称为"阿赫拉马特"支流，使用阿拉伯语中金字塔的意思。田纳西州孟菲斯大学的埃及学家苏珊娜-昂斯汀说，阿赫拉马特人"连接了所有这些不同的金字塔区域"。"他们的山谷庙宇和便道都与水流方向一致"。长期以来，研究人员一直在争论金字塔位置的重要性。从金字塔旁流过的水道可能是一个重要因素，因为它为建造者将材料运往金字塔所在地提供了便利。邦伯里说，这一理论与当时的文献相吻合，这些文献记载建筑材料是用船运来的。最终，尼罗河的流动和撒哈拉沙漠吹来的风沙导致阿赫拉马特河支流干涸，无法航行。如今，在这条主要支流曾经流经的地方，只剩下一些游离的湖泊和河道。昂斯汀说，但是了解古河的位置为考古学家提供了一个蓝图，他们可以利用这个蓝图尝试发现更多的古埃及定居点。邦伯里说，埃及人很可能使用船只而不是陆路运输工具来运送建造金字塔的材料，这一发现表明他们"比我们以前所认识到的要务实得多"。doi:4500 多年前。 ... PC版： 手机版：