宇航员未来或能用钛和火星岩石3D打印工具和零件

宇航员未来或能用钛和火星岩石3D打印工具和零件将材料送入太空的成本是非常昂贵的，所以宇航员能在现场制作的东西越多越好。华盛顿州立大学（WSU）的工程师现在展示了如何将少量的模拟碎火星岩石与钛合金混合在一起，制成可3D打印的建筑材料。对于将在月球或火星上呆很长时间的第一批宇航员来说，大多数这些材料将需要花大价钱从地球上送来。理想情况下，宇航员将能够利用他们周围的资源--即使那大部分只是岩石和泥土。为此，科学家们一直在试验如何直接用覆盖在月球和火星表面的岩石“土壤”制作栖息地、建筑材料、工具、部件和其他东西。这可能包括使用3D打印机、高功率激光器或集中阳光来熔化材料，或将其压缩成砖块来制造所需的形状。在这项新研究中，WSU的研究人员测试了模拟的火星岩石与钛合金混合后的效果，钛合金因其强度高、重量轻、耐热性好而经常被用于太空探索。因为他们显然无法得到真实的东西，所以他们使用了一种旨在模仿红色星球尘土的人造物质。一个高功率的激光器将混合材料加热到超过2000℃的温度，使其熔化。然后，研究小组将这种熔化的液体形成不同形状和尺寸的部件，并将其冷却成一种陶瓷材料。在它冷却后，他们测试了其强度和耐久性。研究小组在混合物中加入了不同数量的火星表岩屑模拟物--5％、10％和100％（重量百分比），并发现所产生的材料有不同的表现。也许令人惊讶的是，5%被证明是最佳用量，因为它在冷却时没有开裂或起泡，并被发现比单独的钛合金性能更好，拥有两倍以上的硬度。由100%的火星表岩屑模拟物制成的材料在冷却时开裂，并在耐久性测试中磨损得最快，这意味着它不适合作为建筑材料。但研究小组表示，它仍然可以作为防辐射涂层。当然，仍有很多改进的余地，但该团队说，这项概念验证研究表明，这个想法可能是可行的。进一步的完善可以通过实验不同的材料和技术来完成。该研究的通讯作者AmitBandyopadhyay说：“这确定了它是可能的，也许我们应该朝这个方向考虑，因为它不仅仅是制造塑料零件，因为它是脆弱的，而是金属陶瓷复合零件，它很强大，可以用于任何种类的结构件。”这项研究发表在《国际应用陶瓷技术杂志》上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313965.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313965.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

科学家确定可用于搭建月球和火星建筑的潜在溶剂

科学家确定可用于搭建月球和火星建筑的潜在溶剂这项工作由华盛顿州立大学机械与材料工程学院副教授苏米克-班纳吉（SoumikBanerjee）领导，在《物理化学杂志B》（JournalofPhysicalChemistryB）上进行了报道。被称为离子液体的强力溶剂是处于液态的盐。"机器学习工作把我们从2万英尺的高度降到了1000英尺的水平，"Banerjee说。"我们能够非常快速地向下选择大量离子液体，然后我们还能科学地理解决定溶剂是否能够溶解材料的最重要因素。"美国国家航空航天局（NASA）资助了Banerjee的工作，作为其Artemis任务的一部分，NASA希望将人类送回月球，然后再送往火星等更深的太空。但是，要使这样的长期任务成为可能，宇航员就必须利用这些地外环境中的材料和资源，使用3D打印技术利用从月球或火星土壤中提取的基本元素制造结构、工具或零件。Banerjee说："对美国国家航空航天局来说，原地资源利用是未来几十年的一件大事。否则，我们将需要从地球运载高得吓人的材料"。获取这些建筑材料必须以环保和节能的方式进行。开采元素的方法也不能使用水，因为月球上没有水。Banerjee的研究小组十多年来一直在研究用于电池的离子液体，这可能就是答案。然而，在实验室测试每种候选离子液体既昂贵又耗时，因此研究人员利用机器学习和原子级别的建模技术，从数十万种候选离子液体中筛选出了几种。他们寻找那些可以消化月球和火星材料，提取铝、镁和铁等重要元素，可以自我再生，或许还能产生氧气或水作为副产品，帮助提供生命支持的离子液体。在确定溶剂所需的优良品质后，研究人员找到了大约六种非常理想的候选溶剂。成功的重要因素包括组成盐的分子离子的大小、表面电荷密度（即离子单位面积上的电荷）以及离子在液体中的流动性。在另一项研究中，研究人员与科罗拉多大学的研究人员合作，在实验室中测试了几种离子液体溶解化合物的能力。他们希望最终能建造一个实验室规模或中试规模的反应器，并用从月球获取到的材料测试候选溶剂。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416835.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

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分混凝土是世界上最常用的建筑材料，但它并非不受损害。天气和压力会导致微小的裂缝，这些裂缝会发展成更大的裂缝，最终威胁到整个结构的完整性。这可能需要昂贵的维护或更换，以防止灾难性的损坏。相比之下，古罗马结构经受了两千多年的时间考验。为了找出原因，科学家们长期以来一直在显微镜下检查材料的样本，以研究其成分并发现赋予这种强度的成分。由意大利一个特定地区的火山灰制成的Pozzolanic材料，具有突出的特点。石灰也是如此，在以前的研究中发现，这有助于混凝土在码头等海洋环境中随着时间的推移变得更加坚固。一种常见的包含物--毫米大小的白色矿物块，称为石灰碎块--通常被视为一种副产品而被忽视，但在新的研究中，研究人员发现，它们的存在可能是有原因的。该研究的主要作者AdmirMasic说："这些石灰碎块的存在仅仅归因于低质量控制，这种想法一直困扰着我。如果罗马人为制造一种杰出的建筑材料付出了如此多的努力，遵循所有经过许多世纪优化的详细配方，为什么他们会在确保生产出混合良好的最终产品方面付出如此少的努力？这个故事一定有更多的内容。"左图：意大利Privernum考古遗址，本研究在那里收集了古代混凝土样品。右图。其中一个样品中的成分的假色图，其中有一个大的钙包合物（红色）MIT研究小组使用了一些成像和化学绘图技术来更仔细地检查石灰碎块，并发现它们是由碳酸钙类型的物质在高温下形成的。这表明它们是通过直接添加（或"热混合"）生石灰制成的，生石灰是一种比古罗马人假定使用的石灰形式更具反应性的形式。"热搅拌的好处是双重的，"Masic说。"首先，当整个混凝土被加热到高温时，它会出现如果只使用消石灰就不可能出现的化学成分，同时产生高温相关的化合物，否则就不会形成。第二，由于所有的反应都加快了，这种温度的提高大大减少了固化和凝固时间，使施工速度大大加快。"但更重要的是，这些石灰碎块在混凝土的自我修复中发挥了积极作用。热搅拌过程使夹杂物变脆，因此，当混凝土中形成微小的裂缝时，它们会比周围的材料更容易穿过石灰块。当水进入裂缝时，就会与石灰发生反应，形成一种溶液，重新硬化成碳酸钙并堵塞裂缝。它还可以与沸石材料反应，进一步加强混凝土本身。因此，研究小组说，这些石灰碎块不是不需要的副产品，而是有其存在的理由。这种自我修复机制可能是古罗马混凝土结构长寿的一个主要因素。为了测试这一假设，研究人员制作了古代和现代混凝土的热混合样本，然后将它们敲碎，并让水长时间流经裂缝。两周后，古代混凝土样本的裂缝已经愈合，阻止了水的流动。另一方面，现代材料则完全没有愈合。研究小组说，这一发现不仅有助于我们了解古代工程的秘密，而且也可以帮助改进现代混凝土配方。为此，研究人员正在采取步骤使这种材料商业化。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338305.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338305.htm

NASA“毅力号”火星探测器采集到"火星矿物大杂烩"砂石样本

NASA“毅力号”火星探测器采集到"火星矿物大杂烩"砂石样本NASA的官方推文说：新成就解锁!在采集了15个岩芯和一个大气样品后，我现在有了第三个样品类型。"regolith"（松散的沙质材料）。专门设计的的空心钻头是#火星采样的又一利器。-美国宇航局毅力号火星车（@NASAPersevere）2022年12月5日到目前为止，毅力号一直专注于钻取岩石样本，它有一个特殊的空心钻头，用于拾取火星表面的砂石。该钻头侧面有小口，供沙质材料落入，以便将其放入样品管中保存。美国宇航局分享了一张图片，显示了沙地上被打出了小孔，样品就是从那里来的。砂岩是被打碎的岩石和灰尘碎片，在强大的火星风的吹拂下，可以传播很远的距离。"毅力号团队成员丹尼斯-巴克纳（DeniseBuckner）在上个月的更新中写道："这对于深入了解全球和当地的火星景观非常重要，所有这些都在一个'袋子'里。巴克纳将这种材料描述为'火星矿物的大杂烩'"。毅力号正在探索杰泽罗环形山的一个古代河流三角洲地区，该地区有着迷人的水的历史。该探测器正在收集岩石、土壤和大气样本，并有一个更大的目的：将它们送往地球。美国宇航局正在开发一个雄心勃勃的棘手的火星样本返回任务，有朝一日去取毅力号获得的收藏品。地球上的科学家们很想得到一些新鲜的火星岩石和岩浆，以帮助弄清这个星球的历史，也许最终会告诉我们这个现在不适宜居住的地方是否曾经有过微生物生命。岩石可能是项目的主角，但一点沙子将是对收集工作的一个迷人的补充。如果我们打算有一天访问甚至殖民火星，我们将需要用当地的沙子作为建筑材料或用于种植植物。我们对它了解得越多，我们就越能为未来的探索做好准备。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334479.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334479.htm