科学家发现能自我修复的金属

科学家发现能自我修复的金属这一发现是由桑迪亚国家实验室和德克萨斯农工大学的研究小组共同完成的。7月19日，《自然》杂志对他们的研究成果进行了介绍。在这幅桑迪亚国家实验室发现的金属纳米级自愈合艺术效果图中，绿色标记为裂缝形成的位置，然后重新融合在一起。红色箭头表示意外触发这一现象的拉力方向。资料来源：丹-汤普森，桑迪亚国家实验室桑迪亚材料科学家布拉德-博伊斯（BradBoyce）说："亲眼目睹这一切绝对令人震撼。我们已经证实，金属具有内在的自然自愈能力，至少在纳米级疲劳损伤的情况下是如此。"疲劳损伤是机器故障的常见原因。这种损伤表现为由于反复受力或运动而形成的微小裂纹。随着时间的推移，这些裂缝会不断扩大和扩展，直至最终导致设备断裂，用科学术语来说就是失效。博伊斯和他的团队看到消失的裂缝就是这些微小但后果严重的裂缝之一--以纳米为单位。博伊斯说："从我们电子设备的焊点到汽车的发动机，再到我们驶过的桥梁，这些结构经常会由于循环加载导致裂纹产生并最终断裂，从而发生不可预知的故障。当它们发生故障时，我们不得不面对更换成本、时间损失，在某些情况下甚至会造成人员伤亡。这些故障对美国的经济影响每年以千亿美元计。"桑迪亚国家实验室研究员RyanSchoell使用由KhalidHattar、DanBufford和ChrisBarr开发的专业透射电子显微镜技术研究纳米级疲劳裂纹。资料来源：克雷格-弗里茨，桑迪亚国家实验室虽然科学家们已经开发出了一些自修复材料，主要是塑料，但自修复金属的概念在很大程度上还停留在科幻小说的范畴。"金属的裂缝只会越来越大，而不会越来越小。甚至我们用来描述裂纹生长的一些基本方程也排除了这种愈合过程的可能性，"博伊斯说。然而，这一由来已久的观念在2013年开始受到MichaelDemkowicz的挑战，他当时是麻省理工学院材料科学与工程系的助理教授，现在是德克萨斯农工大学的全职教授。Demkowicz发表了一项基于计算机模拟的新理论，认为在特定条件下，金属应该能够焊接封闭磨损造成的裂缝。Demkowicz的理论是在桑迪亚国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室联合运营的能源部用户设施"集成纳米技术中心"无意中得到证实的。。现任田纳西大学诺克斯维尔分校副教授的哈立德-哈塔尔（KhalidHattar）和现供职于能源部核能办公室的克里斯-巴尔（ChrisBarr）在发现这一现象时正在桑迪亚进行实验。他们当时只是想评估裂缝是如何在一块纳米级的铂金中形成和扩散的，他们使用了自己开发的一种特殊电子显微镜技术，以每秒200次的速度反复拉扯金属的两端。令人惊讶的是，实验进行了大约40分钟后，破坏的方向发生了逆转。裂缝的一端重新融合在一起，就像在重走自己的路一样，没有留下任何痕迹。随着时间的推移，裂缝沿着不同的方向重新生长。了解这一理论的博伊斯与Demkowicz分享了他的发现。随后，这位教授在计算机模型上重现了实验，证实在桑迪亚看到的现象与他多年前的理论相同。他们的工作得到了能源部基础能源科学科学办公室、国家核安全局和国家科学基金会的支持。关于自修复过程还有很多未知数，包括它是否会成为制造环境中的实用工具。博伊斯说："这些发现在多大程度上具有普遍性将成为广泛研究的课题。我们展示了纳米晶金属在真空中发生的这种情况。但我们不知道这是否也能在空气中的传统金属中诱发。尽管存在种种未知，但这一发现仍然是材料科学前沿的一次飞跃。"Demkowicz说："我希望这一发现能够鼓励材料研究人员考虑，在适当的情况下，材料可以做出我们意想不到的事情。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372193.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372193.htm

科学家研发自愈合混凝土 用休眠细菌修补裂缝

科学家研发自愈合混凝土用休眠细菌修补裂缝生物纤维自愈合混凝土工作时的彩色扫描电子显微镜图像但现实世界很少按照理想状态运行，因此混凝土会不断受到风化，从而产生裂缝。这才是真正的问题所在，因为温度波动会迫使裂缝扩大，而湿气则会引发各种侵蚀混凝土的过程。因此，混凝土结构需要经常维护，这不仅成本高昂且不方便，还会增加制造这种材料对环境的影响（本来就很大）。如果能找到减缓劣化的方法，就能省去很多麻烦。这就是德雷克塞尔生物纤维的用武之地。这些聚合物纤维不仅能起到物理加固作用，还具有重要的双重作用，即自我修复机制。纤维表面涂有一层水凝胶，水凝胶中含有内生孢子，内生孢子是细菌的休眠形式，可以抵御极端环境，当环境变得更舒适时，内生孢子又会重新苏醒。然后在水凝胶层上涂上一层薄薄的聚合物外壳。生物纤维混凝土可以像其他混凝土一样使用，但它的秘密超能力只有在以后开裂时才会显现出来。当水到达生物纤维时，水凝胶就会膨胀并破壳而出，推向地表。在这个过程中，沉睡的细菌被唤醒，它们开始从周围的混凝土中吸取碳和钙。这就产生了碳酸钙，一种填充和修补裂缝的胶结材料。该团队的首席研究员阿米尔-法纳姆（AmirFarnam）说："这是一项令人兴奋的进展，因为我们一直在努力利用大自然的灵感来改进建筑材料。我们每天都在看到，老化的混凝土结构正在遭受破坏，从而降低了其功能寿命，并需要进行昂贵的关键性维修。试想一下，它们能自我修复吗？在我们的皮肤中，我们的组织通过注入自我修复液--血液--的多层纤维结构自然实现自我修复。这些生物纤维模仿了这一概念，并利用造石细菌创造出能对损伤做出反应的活体自愈混凝土。"研究小组表示，虽然愈合时间可能会有所不同，但生物纤维似乎能够在短短一两天内修补裂缝。以前的研究已经制造出了注入细菌的自愈合混凝土，但主要挑战之一是如何在混凝土完好无损的情况下保持微生物长期存活。使用包裹在聚合物保护壳下的水凝胶中的休眠内生孢子可能就是答案。虽然还有很多工作要做，但研究人员表示，生物纤维混凝土最终可以帮助降低建筑物的维护要求，并减少混凝土生产过程中的二氧化碳排放量。这项研究发表在《建筑与建材》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398397.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398397.htm

科学家发明轻质机械可调混凝土系统 具有能量收集和传感能力

科学家发明轻质机械可调混凝土系统具有能量收集和传感能力描绘在高速公路上使用的新型超材料混凝土的概念作品皮特大学土木与环境工程系助理教授AmirAlavi说："现代社会在建筑中使用混凝土已经有几百年了，这是由古罗马人最初创造的，在我们的基础设施项目中大量使用混凝土意味着需要开发新一代的混凝土材料，使其更加经济和环境可持续，同时提供先进的功能。我们相信，通过在建筑材料的开发中引入超材料范式，我们可以实现所有这些目标。"Alavi和他的团队之前已经开发了自我意识的超材料，并探索了它们在智能植入物等应用中的用途。这项研究引入了超材料在混凝土创造中的使用，使材料有可能被专门设计用于其目的。脆性、灵活性和可塑性等属性可以在材料的创造过程中进行微调，使建设者能够在不牺牲强度或寿命的情况下减少材料的使用。这个项目提出了第一个具有超压缩性和能量收集能力的复合超材料混凝土。这种轻质和机械可调的混凝土系统可以为混凝土在各种应用中的使用打开一扇大门，如机场的减震工程材料，以帮助减缓失控的飞机或地震基础隔离系统。不仅如此，这种材料还能够发电。虽然它不能产生足够的电力来向电网送电，但产生的信号将足以为路边的传感器供电。超材料混凝土在机械激励下自我产生的电信号也可用于监测混凝土结构内部的损坏，或监测地震，同时减少其对建筑物的影响。最终，这些智能结构甚至可以为嵌入道路内部的芯片供电，在GPS信号太弱或激光雷达不起作用时，帮助自驾车在高速公路上导航。该材料由嵌入导电水泥基体中的增强型辅助聚合物格子组成。当机械触发时，这种复合结构会在各层之间诱发接触电化。用石墨粉增强的导电水泥在该系统中充当电极。实验研究表明，该材料在循环负载下可以压缩到15%，并产生330微瓦的功率。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358535.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358535.htm

科学家鉴定出2000年前的罗马香水中包含的成分

科学家鉴定出2000年前的罗马香水中包含的成分鲁伊斯-阿雷博拉、卡尔莫纳市考古学家胡安-曼努埃尔-罗曼、卡莫纳大学研究人员丹尼尔-科萨诺和费尔南多-拉方特在瑞士科学杂志《遗产》（Heritage）上发表了一篇文章，分享了让世人"闻到"逝去的罗马帝国的整个技术和科学过程。香水的残留物是2019年在塞维利亚特街（CalleSevillat）的一座陵墓中进行考古干预时发现的，这些残留物被保存在一个石英雕刻的容器中，并且已经凝固，容器仍然完全密封。正如罗曼所解释的，这是一座集体坟墓，可能属于一个富裕的家庭，其中除了大量与葬礼仪式有关的物品（祭品和长裤）外，还发现了六个成年人的骨灰瓮，其中三个是女性，三个是男性。在其中一个玻璃骨灰瓮中，死者（30至40岁之间的女性）火化后的遗骸上放着一个布袋（布袋的残骸被保存了下来），里面装着三颗琥珀珠子和一个小水晶瓶（透明石英），水晶瓶被雕刻成双耳瓶的形状，里面装着香膏。过去，香水容器都是用吹制玻璃制成的，在极少数情况下，人们会发现用这种材料制成的香水容器，由于其坚硬的特性和难以雕刻的特点，这种香水容器非常珍贵和昂贵。除了容器的独特性之外，这次发现的真正非凡之处还在于它是完全密封的，香水的固体残留物被保存在里面，因此才有可能进行这项研究。鲁伊斯-阿雷博拉强调说，使用白云石（一种碳）作为塞子，并用沥青进行密封，是该容器及其内容物得以完好保存的关键。为了确定香水的成分，我们使用了不同的仪器技术，如X射线衍射和气相色谱-质谱联用技术等。据鲁伊斯称，通过分析可以确定，小圆柱形瓶塞是用白云石（石灰石）制成的，而沥青则用于完美的配合和密封。关于香水，已确定有两种成分：一种是基质或粘合剂，用于保存香气；另一种是香精本身，这些发现与老普林尼的描述不谋而合。在这种情况下，基质是一种植物油；根据分析中反映出的一些迹象，可能是橄榄油，尽管这一点无法得到确切证实。根据科尔多瓦大学（UniversityofCordoba）进行的化学分析结果，罗马散发着广藿香的味道，这种精油是从一种原产于印度的植物Pogostemoncablin中提取的，被广泛用于现代香水中，但在罗马时代还不知道它的用途。从发现这种精油的古墓的纪念碑特征，尤其是盛放这种精油的器皿的材质来看，这是一种非常珍贵的产品。这项研究是罗马香水领域以及广藿香作为精油使用方面的一项突破。目前正在对卡尔莫纳陵墓中保存的其他独特材料（如琥珀、织物和壁画中使用的颜料）进行进一步研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372593.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372593.htm

科学家发现金属裂纹可自我修复

科学家发现金属裂纹可自我修复科学家首次目睹了断裂的金属碎片在没有任何人为干预的情况下融合在一起，这一过程推翻了基本的科学理论。如果能将这种新发现的现象加以利用，可能会引发一场工程革命：自我修复的发动机、桥梁和飞机可以逆转磨损造成的损害，从而更安全、更耐用。疲劳损伤是机器磨损并最终损坏的一种方式。反复的应力或运动导致微观裂纹的形成。随着时间推移，这些裂纹会生长和扩散，直至断裂。2013年，时任MIT材料科学与工程系助理教授、现得克萨斯农工大学教授MichaelDemkowicz开始研究传统材料理论。他发表了一项基于计算机模拟结果的新理论，认为在某些条件下，金属应该能够修复由磨损形成的裂纹。最新发现证明Demkowicz的理论是正确的。关于金属自修复过程还有很多未知数，包括它是否会成为制造业中的实用工具。来源，，来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

揭开粉钻形成的秘密：科学家发现关键的缺失成分

揭开粉钻形成的秘密：科学家发现关键的缺失成分科廷大学（CurtinUniversity）的研究人员在研究西澳大利亚阿盖尔火山富含钻石的岩石时，发现了将珍贵的粉红钻石带到地球表面开采所需的第三个关键要素，这将大大有助于全球寻找新的钻石矿藏。众所周知，钻石的形成需要地球深处的碳，而这些钻石要变成粉红色，就必须受到构造板块碰撞产生的力的作用，而这项新研究发现了粉红钻石在地表出现所需的第三个要素，即数亿年前大陆断裂时被"拉伸"的大陆。首席研究员、科廷大学约翰-德-莱特中心的雨果-奥利罗克博士说，大陆的"拉伸"在地壳中形成了缝隙，携带钻石的岩浆可以通过这些缝隙上升到地表。奥利鲁克博士说："通过在力拓公司提供的岩石上使用比头发丝宽度还小的激光束，我们发现阿盖尔距今已有13亿年的历史，比以前认为的要早1亿年，这意味着它很可能是古代超级大陆断裂后形成的。阿盖尔位于金伯利地区和澳大利亚北部其他地区多年前撞击在一起的位置，这种撞击在这片土地上造成了一个永远无法完全愈合的受损区域或'伤疤'。""虽然后来成为澳大利亚的大陆并没有解体，但阿盖尔所在的地区却被拉伸了，包括沿着疤痕，这在地壳中造成了缝隙，岩浆通过这些缝隙喷射到地表，带来了粉红钻石。只要具备这三个要素--深碳、大陆碰撞，然后是拉伸，那么我们认为就有可能找到'下一个阿盖尔'，它曾经是世界上最大的天然钻石产地。"奥利鲁克博士说，即使掌握了这三种成分，寻找另一个粉红钻石矿藏也并非没有挑战。"大多数钻石矿藏都是在古老大陆的中部发现的，因为它们的主火山往往暴露在地表，供探险者发现，阿盖尔位于两块古大陆的缝合处，这些边缘通常被沙土覆盖，因此类似的粉红钻石火山仍有可能未被发现，包括在澳大利亚。"共同作者、力拓公司首席地质学家默里-雷纳（MurrayRayner）说，阿盖尔火山出产了世界上90%以上的粉红钻石，使其成为这些稀有和令人垂涎的宝石的无与伦比的产地。雷纳说："了解了阿盖尔火山的年龄（13亿年），以及它所处的地球上最早的几块大陆碎裂的位置，我们对这些钻石的形成有了更深入的了解。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391795.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391795.htm