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：

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品

研究人员首次实现用纯木材料3D打印物品 首先，在 3D 打印介质中使用木材并不是一个新想法。我们以前还看到过用从木材中提取的纤维素打印出的木质物品，以及用锯末与生物环氧树脂混合制成的 3D 打印吉他。麻省理工学院的科学家甚至正在开发一种方法，将实验室培养的木材培育成预定的三维形状。然而，休斯顿莱斯大学的研究人员声称，他们是第一批用完全由木材天然成分组成的材料 3D 打印出真正木制物品的人。除了水之外，粘稠的墨水还包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和木质素后者是一种有机聚合物，构成了包括树木在内的植物的大部分支撑组织。纤维素和木质素都可以从林业、建筑业和消费品行业产生的木材废料中获取。木墨是通过一种称为直接墨水写入（DIW）的 3D 打印工艺来连续分层构建物体的。这与常用的熔融沉积建模（FDM）技术类似，熔融材料从喷嘴中挤出，冷却后硬化。在 DIW 技术中，材料不是冷却，而是通过烧结工艺变成固体形式。对于木质油墨来说，烧结过程包括在 -85 ºC (-121 ºF) 温度下冷冻干燥印刷物体 48 小时，然后在 180 ºC (356 ºF) 温度下加热 20 至 30 分钟。加热步骤将木质素转化为一种"分子胶"，将纤维素纤维和晶体结合在一起。部分 3D 打印木制品，包括一张小桌子和一把小椅子据报道，用这种材料打印出来的小物件在外观、结构、质地、热稳定性甚至气味方面都与天然木材十分相似。它们在机械强度上也比天然轻木更强，天然轻木在研究中被用作基线。还有一个额外的好处，就是它们在废弃后可以生物降解。但更重要的是，用油墨打印物品时，只使用打印该物品所需的油墨量。相比之下，用天然木块雕刻或碾磨物品时，去掉的所有木料都会被浪费掉。首席科学家穆罕默德-拉赫曼（Muhammad Rahman）副教授说："直接利用自身天然成分创建木结构的能力为更加环保和创新的未来奠定了基础。它预示着一个可持续 3D 打印木结构的新时代。"科学家们承认，该过程中的冷冻干燥和加热步骤需要大量能源，因此他们正在探索替代方法。他们的研究论文最近发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料 为了寻找一种性能更好的免洗替代品，韩国科学家最近将目光投向了贻贝和蚕。一段时间以来，研究人员一直在研究贻贝用来粘附潮间带岩石的天然粘合剂。这些研究的成果是生产出了这种粘合剂的合成版，可用于在潮湿环境中将物品粘合在一起。蚕也被放在显微镜下观察（无论是形象上还是字面上），因为蚕生产的丝纤维在强度上与蜘蛛丝不相上下，但却更容易生产（无论是天然的还是人工合成的）可用数量的丝纤维。韩国团队研制的新型敷料包含两层纳米纤维，分别由贻贝粘合蛋白（MAP）或一种被称为蚕丝纤维蛋白（SF）的蚕茧蛋白纺制而成。在直接与伤口接触的底层中使用了这两种纤维的组合。该层中的 MAP 纤维可确保良好的组织粘附性，而且还含有一种名为二羟基苯丙氨酸的化学物质，可促进血液凝固。敷料的表层完全由经过酒精处理的 SF 纤维组成，这些纤维有两个作用。首先，它们赋予敷料机械强度。其次，由于它们具有疏水性（拒水性），因此可以防止带有细菌的液体进入伤口下方，从而降低感染的几率。由于 MAP 和 SF 都具有生物相容性和生物降解性，敷料可以在体内无害溶解。在对老鼠进行的实验室测试中发现，使用这种敷料可以大大减少凝血时间和失血量。浦项科技大学（POSTECH）的Hyung Joon Cha教授说："我们已经验证了一种多功能局部粘合止血剂的卓越止血性能，这种止血剂来源于自然界，以人体内可降解的蛋白质为基础。我们将继续开展进一步研究，以评估其在实际病人护理或手术环境中的适用性。"有关这项研究的论文最近发表在《Small》杂志上，梨花女子大学和韩国天主教大学的科学家也参与了这项研究。 ... PC版： 手机版：

石墨烯的新挚友：新研发的UV胶带可轻松转移这种神奇材料

石墨烯的新挚友：新研发的UV胶带可轻松转移这种神奇材料 九州大学和日东电工的研究人员开发出一种胶带，它能在紫外线照射下改变对二维材料的"粘性"。资料来源：九州大学阿戈实验室现在，九州大学的一个研究小组与日本日东电工公司合作开发出了一种胶带，可用于将二维材料粘贴到许多不同的表面上，而且操作简便、易于使用。他们的研究成果发表在 2024 年 2 月 9 日的《自然-电子学》（Nature Electronics）杂志上。"转移二维材料通常是一个非常技术性和复杂的过程；材料很容易撕裂或受到污染，从而大大降低其独特的性能，"领衔作者、九州大学全球创新中心的 Hiroki Ago 教授说。"我们的胶带提供了一种快速、简单的替代方法，并能减少损坏"。九州大学的研究人员发现，使用紫外线胶带而不是聚合物转移石墨烯能更好地保持材料的完整性并减少缺陷。资料来源：九州大学阿戈实验室研究人员首先关注石墨烯。石墨烯由碳原子薄片制成，具有坚韧、柔韧、轻质、高导热性和高导电性等特点。石墨烯一经发现就被誉为"神奇材料"，可应用于生物传感、抗癌药物输送、航空和电子设备等领域。"制造石墨烯的主要方法之一是化学气相沉积法，即在铜膜上生长石墨烯。但要发挥正常性能，石墨烯必须与铜分离，并转移到硅等绝缘基底上，"阿戈教授解释说。"要做到这一点，需要在石墨烯上覆盖一层保护性聚合物，然后使用酸等蚀刻溶液去除铜。附着到新基底后，再用溶剂溶解聚合物保护层。这一过程成本高、耗时长，而且可能导致石墨烯表面出现缺陷或留下聚合物的痕迹。"因此，阿戈教授和他的同事旨在提供一种转移石墨烯的替代方法。他们利用人工智能技术开发了一种被称为"紫外线胶带"的特殊聚合物胶带，这种胶带在紫外线照射下会改变对石墨烯的吸引力。新设计的紫外线胶带能够将二维材料（包括石墨烯和过渡金属二卤化物）转移到一系列不同的基底上，包括硅、陶瓷、玻璃和塑料。资料来源：九州大学阿戈实验室在紫外线照射之前，胶带与石墨烯的粘附力很强，可以将其"粘"住。然而，紫外线照射后，原子键发生变化，与石墨烯的粘附力降低了约 10%。紫外线胶带也会变得稍硬，更容易剥离。综合来看，这些变化使得胶带可以从设备基板上剥离，同时留下石墨烯。研究人员还开发出了可以转移另外两种二维材料的胶带：白石墨烯（hBN）和过渡金属二卤化物（TMDs），前者是一种绝缘体，可以在二维材料堆叠时充当保护层，后者则是下一代半导体的理想材料。重要的是，当研究人员仔细观察二维材料转移后的表面时，他们发现与目前使用传统技术转移时相比，二维材料表面更光滑，缺陷更少。在测试这些材料的特性时，他们还发现它们的效率更高。迄今为止，九州大学和日东电工的研究人员已经成功地利用紫外线胶带转移了直径达 10 厘米的石墨烯晶片。对于较小的 UV 胶带，粘贴和剥离可以用手完成。不过，在大规模生产时，机器是非常有用的。资料来源：Nakatani 等人，《自然-电子学》，与目前的转印技术相比，使用紫外线胶带进行转印还具有许多其他优势。由于 UV 胶带可以弯曲，而且转印过程不需要使用塑料溶解溶剂，因此可以使用柔性塑料作为设备的基底，从而扩大了潜在的应用范围。"例如，我们制作了一个塑料装置，利用石墨烯作为太赫兹传感器。与 X 射线一样，太赫兹辐射可以穿过光线无法穿过的物体，但不会对人体造成伤害，"阿戈教授说。"它在医学成像或机场安检方面大有可为。"更重要的是，UV 磁带可以按尺寸裁剪，因此只需传输准确数量的二维材料，从而最大限度地减少浪费，降低成本。不同材料的二维层还可以很容易地以不同的方向相互叠加，使研究人员能够探索叠加材料的新特性。下一步，研究人员的目标是将紫外线胶带的尺寸扩大到制造商所需的规模。目前，可以转移的最大石墨烯晶片直径为 10 厘米。阿戈教授和他的同事们还在努力解决胶带上形成的褶皱和气泡问题，这些褶皱和气泡会造成小缺陷。研究小组还希望提高二维材料的稳定性，以便二维材料能更长时间地附着在紫外线胶带上，并分发给最终用户，如其他科学家。"最终用户只需像贴儿童贴纸一样贴上和撕下紫外线胶带，就能将材料转移到所需的基底上，无需任何培训，"阿戈教授说。"这种简便的方法可以从根本上改变研究风格，加快二维材料的商业开发。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

基于磁子的计算技术的出现让硅材料黯然失色

基于磁子的计算技术的出现让硅材料黯然失色 钇合金晶体结构示意图，左侧红线代表激光脉冲，右侧蓝线和绿线代表产生的两种磁子。图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校和麻省理工学院研究人员提供用磁子探索计算的未来在传统数字技术中，从笔记本电脑、智能手机到电信，这种磁性系统的速度有望远远超过当今技术。在量子计算领域，磁性技术的优势不仅包括更快的速度，还包括更稳定的设备。最近，《自然-物理》（Nature Physics）杂志上的一项研究[1]报告了在开发磁子计算机道路上的一个早期发现。研究人员在合金薄板的磁场中产生了两种不同类型的涟漪，测量结果表明，磁子以非线性方式相互作用。"非线性"是指输出与输入不成正比这是任何计算应用所必需的。迄今为止，这一领域的大多数研究都是在相对稳定的平衡条件下，一次只研究一种类型的磁子。在这些研究中，对磁子的操纵会使系统失去平衡。推进非平衡物理学这是来自多个科学和工程领域的理论家和实验家多年合作进行的众多研究之一，包括最近发表在《自然-物理》上的第二项研究[2]。该项目得到了政府和私人资助者的支持，汇集了来自加州大学洛杉矶分校、麻省理工学院、德克萨斯大学奥斯汀分校和日本东京大学的研究人员。这项研究的共同作者、加州大学洛杉矶分校学院物理科学教授普林哈-纳兰（Prineha Narang）说："我们和同事们一起，发起了一场我称之为推动非平衡态物理学进步的运动。我们在这里所做的一切从根本上推进了对非平衡和非线性现象的理解。这可能是利用发生在十亿分之一秒数量级的超快现象实现计算机内存的一个步骤"。这些发现背后的一项关键技术是使用频率介于微波和红外辐射波长之间的太赫兹范围的激光为样品添加能量并对其进行评估的先进技术。这种方法是从化学和医学成像中借鉴过来的，只是很少用于研究磁场。据加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所成员 Narang 称，太赫兹激光器的使用表明，它有可能与一项日趋成熟的技术产生协同效应。她说："太赫兹技术本身已经达到了我们可以谈论依赖于它的第二项技术的程度。在我们拥有激光器和探测器的频段内进行这种非线性控制是有意义的，因为激光器和探测器都可以放在芯片上。现在是真正向前推进的时候了，因为我们既有技术，也有一个有趣的理论框架来研究磁子之间的相互作用。"揭示磁学中的非线性相互作用研究人员将激光脉冲施加到一块 2 毫米厚的板上，这块板是由精心挑选的含钇合金制成的，钇是 LED 和雷达技术中的一种金属。在某些实验中，第二台太赫兹激光器以一种协调的方式使用，既增加了能量，又有助于稳定样品。磁场以特定的方式施加到钇上，只允许产生两种类型的磁子。研究人员通过将样品旋转到相对于激光器的特定角度，能够单独或同时驱动两种类型的磁子。他们能够测量这两种类型之间的相互作用，并发现它们能够引起非线性反应。纳朗实验室的加州大学洛杉矶分校博士后研究员乔纳森-柯蒂斯（Jonathan Curtis）说："显然，展示这种非线性相互作用对于任何基于信号处理的应用都非常重要。像这样混合信号可以让我们在不同的磁输入和输出之间进行转换，而这正是依赖于磁处理信息的设备所需要的"。纳朗说，受训人员对目前的研究以及更大的项目都至关重要："这是一项非常艰巨的工作，历时多年，涉及很多方面。什么是正确的系统？我们如何考虑进行预测？我们如何限制系统，使其按照我们的意愿运行？如果没有才华横溢的学生和博士后，我们将无法做到这一点。"要点归纳：如果计算机使用磁场中的波纹（称为磁子）来编码和处理信息，那么设备的潜在存储速度将达到十亿分之一秒的数量级。加州大学洛杉矶分校的研究人员及其合作伙伴使两种不同类型的磁子相互作用，从而使输出与输入不成正比这是向计算技术进步迈出的关键一步。这项跨机构的长期研究合作正在利用一种很少使用但前景广阔的太赫兹激光技术研究磁子。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

3D打印钛晶格的强度比WE54航空合金还高出50%

3D打印钛晶格的强度比WE54航空合金还高出50% 新研究的第一作者、特聘教授马迁说："理想情况下，所有复杂蜂窝材料中的应力都应均匀分布。然而，对于大多数拓扑结构而言，通常只有不到一半的材料主要承受压缩载荷，而较大体积的材料在结构上并不重要。"研究人员在管状晶格的顶部覆盖了第二个晶格，从而加固了管状晶格，并在管和连接处增加了一个薄薄的 X 形横截面，使压缩测试中的载荷分布更加均匀。左图：导致普通空心支柱网格早期失效的过应力点。右图：使用多拓扑网格时，应力分布更加均匀 皇家墨尔本理工大学它的形状非常复杂，但使用激光粉末床熔融 3D 打印机却很容易制造。研究人员对制造出的立方体进行了测试，发现它比航空航天领域使用的密度类似的铸造镁合金 WE54 强 50%。他们说，根据打印机的不同，它的尺寸可以从毫米到几米不等，它的耐温性能最高可达 350 °C，如果升级到更耐热的钛合金，则最高可达 600 °C。研究人员说，这种材料在对强度和重量要求较高的领域非常有用，可能的商业应用包括飞机和火箭部件。有趣的是，他们还表示，这种材料还可用于医用骨植入物，当它与人体融合时，复杂、部分空洞的形状最终可能会被重新生长的骨细胞填满。通过边缘的缝隙可以看到横截面的加固装置但是，如此复杂的结构容易制造吗？研究人员承认："并不是每个人的仓库里都有激光粉末床熔融机。不过，随着技术的发展，它将变得更容易获得，打印过程也将变得更快，使更多人能够在他们的组件中采用我们的高强度多拓扑超材料。重要的是，金属三维打印技术可以轻松制造出实际应用中的网状形状。"皇家墨尔本理工大学的团队正在呼吁希望在一系列应用领域合作并将这些超材料商业化的公司，并表示将继续完善晶格设计，以寻求更高的强度和更轻的重量。论文发表在《先进材料》杂志上。 ... PC版： 手机版：