LionGlass：新型玻璃更环保 抗损性提高10倍

LionGlass：新型玻璃更环保抗损性提高10倍由宾夕法尼亚州立大学研究人员设计的一种新型玻璃LionGlass样品，与标准钠钙硅酸盐玻璃相比，这种玻璃的生产能耗要低得多，而且更耐用。图片来源：AdrienneBerard/宾夕法尼亚州立大学宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系DorothyPateEnright教授兼该项目的首席研究员JohnMauro（约翰·毛罗）说："我们的目标是使玻璃制造长期可持续发展。LionGlass消除了含碳批次材料的使用，并大大降低了玻璃的熔化温度"。从窗户到玻璃餐具等日常用品中使用的普通玻璃--钠钙硅酸盐玻璃，是通过熔化三种主要材料制成的：石英砂、纯碱和石灰石。纯碱是碳酸钠，石灰石是碳酸钙，这两种物质在熔化过程中都会释放出二氧化碳（CO2），这是一种捕获热量的温室气体。在玻璃熔化过程中，碳酸盐分解成氧化物，产生二氧化碳，释放到大气中。但大部分二氧化碳排放来自将熔炉加热到熔化玻璃所需的高温所需的能源。毛罗解释说，使用LionGlass后，熔化温度降低了约300到400摄氏度，与传统钠钙玻璃相比，能耗大约减少了30%。LionGlass不仅更环保，而且比传统玻璃更坚固。研究人员说，他们惊讶地发现，这种以宾夕法尼亚州立大学吉祥物"NittanyLion"命名的新型玻璃，与传统玻璃相比，抗裂性明显更强。研究小组的一些玻璃成分具有很强的抗裂性，即使在维氏金刚石压头施加一公斤力的负荷下，玻璃也不会开裂。与标准钠钙玻璃相比，LionGlass的抗裂性至少提高了10倍，标准钠钙玻璃在大约0.1千克力的负载下就会产生裂纹。研究人员解释说，LionGlass的极限尚未发现，因为他们已经达到了压痕设备所允许的最大负荷。毛罗实验室的博士后研究员尼克-克拉克说："我们不断增加LionGlass的重量，直到达到设备允许的最大负荷，结果它根本不会开裂。"抗裂性是测试玻璃最重要的品质之一，因为它是材料最终失效的原因。随着时间的推移，玻璃表面会出现微裂纹，成为薄弱点。当一块玻璃破碎时，就是因为已有的微裂纹造成了薄弱点。他补充说，首先能够防止微裂纹形成的玻璃尤为珍贵。抗破坏性是玻璃的一项特别重要的特性，想想我们在汽车工业、电子工业、建筑和通信技术（如光纤电缆）等方面对玻璃强度的依赖。甚至在医疗保健领域，疫苗也储存在坚固的耐化学性玻璃包装中。毛罗希望，LionGlass强度的提高意味着用它制造的产品重量更轻。由于LionGlass的抗破坏性是目前玻璃的10倍，因此它可以大大减薄："我们应该可以减小厚度，但仍能获得相同的抗破坏性。如果我们能生产出重量更轻的产品，那对环境就更好了，因为我们使用的原材料更少，生产所需的能源也更少。甚至在下游运输方面，这也减少了运输玻璃所需的能源，因此对每个人来说都是双赢的"。毛罗指出，研究团队仍在评估LionGlass的潜力。他们已经为整个玻璃家族提交了专利申请，这意味着LionGlass家族中有许多成分，每种成分都有其独特的性能和潜在的应用。目前，他们正在将LionGlass的各种成分暴露在一系列化学环境中，以研究其反应。研究结果将有助于研究小组更好地了解LionGlass在世界各地的应用。"人类在5000多年前就学会了如何制造玻璃，从那时起，玻璃就成为现代文明发展到今天的关键，现在，我们正处于需要玻璃来帮助塑造未来的时刻，因为我们面临着环境问题、可再生能源、能源效率、医疗保健和城市发展等全球性挑战。玻璃可以在解决这些问题方面发挥至关重要的作用，我们已经准备好做出贡献。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377131.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377131.htm

比玻璃更透光的新型材料能为房间降温并自我清洁

比玻璃更透光的新型材料能为房间降温并自我清洁该团队的这一成果被称为"基于聚合物的微光子多功能超材料（PMMM）"，它采用了薄膜的形式，可以贴在普通玻璃片上。它的特殊性能来自于其表面的微观结构，表面刻有金字塔图案，每个金字塔的宽度仅为10微米。这些迷你金字塔能散射73%的光线，因此这种材料看起来像磨砂玻璃。尽管如此，这种材料的透光率竟然比普通玻璃还要高，达到95%，而大多数玻璃的透光率只有91%。研究小组表示，这不仅能为人们提供更舒适的照明，也能为植物提供更舒适的照明。"当这种材料被用于屋顶和墙壁时，它可以为工作和生活提供明亮但无眩光且隐私受到保护的室内空间，"该研究的主要作者GanHuang说。"在温室中，高透光率可以提高产量，因为光合作用效率估计要比玻璃屋顶的温室高出9%。"PMMM最酷的能力是它能够将热量直接传送到外层空间，从而冷却房间。这听起来像是科幻小说中的情节，但这是一种经过充分研究的现象，被称为辐射冷却，它利用了地球大气层对红外线波长是透明的这一事实。测试表明，通过将宇宙作为一个巨大的散热器，这种材料能使房间保持比周围空气低6°C（10.8°F）的温度。最重要的是，这种薄膜具有自洁功能。布满微小金字塔的表面能在水滴下保持一层空气，因此水滴会直接滚落，带走灰尘或污垢。从技术上讲，这使得它具有152度的超疏水接触角。黄说："这种材料可以同时优化室内阳光的利用，提供被动冷却，减少对空调的依赖。该解决方案具有可扩展性，可无缝集成到环保型建筑建设和城市发展计划中。"这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432501.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432501.htm

研究人员拥玻璃涂层加固DNA 新材料强度是钢的4倍

研究人员拥玻璃涂层加固DNA新材料强度是钢的4倍虽然DNA因其密集的数据存储特性而闻名，但作为一种纳米级建筑材料，它也可以大有作为。它可以拉伸或皱缩，甚至可以自我组装成各种形状。另一方面，玻璃看似易碎，但其破碎倾向通常来自裂缝等缺陷--无瑕疵的玻璃可以坚固得令人难以置信。有趣的是，小块玻璃几乎总是完美无瑕的。新研究的研究人员正是利用了这一点。他们首先利用DNA进行编程，使其自我组装成格子状。然后将其涂在玻璃材料上，形成只有几百个原子厚的玻璃层。最终的结果是涂有玻璃的DNA细链，这种DNA细链在两种材料的支持下获得了强度，而且重量很轻，因为这些DNA细链形成了一个包围着大部分空隙的框架。上图：DNA如何自组装成晶格形状的示意图。下图：材料在不同放大倍数下的显微镜图像/康涅狄格大学科学家们在测试中发现，他们的玻璃DNA纳米晶格材料的抗压强度高达5千兆帕斯卡（GPa），这种强度是钢的四倍，但密度只有钢的五分之一。该研究的共同通讯作者Seok-WooLee说："在给定的密度下，我们的材料是已知强度最高的。"研究小组的下一步工作是对配方进行实验，包括尝试不同的DNA结构，以及将玻璃换成碳化物陶瓷等材料，看看能否使其更加坚固。该研究的共同通讯作者奥列格-刚（OlegGang）说："利用DNA创建设计好的三维框架纳米材料并使其矿化的能力，为工程力学性能带来了巨大的机遇。但在将其作为一项技术加以应用之前，我们仍需开展大量研究工作。"这项研究发表在《细胞报告物理科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373147.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373147.htm

时装品牌推出由 99% 空气和 1% 玻璃组成的"空气包"

时装品牌推出由99%空气和1%玻璃组成的"空气包"在巴黎时装周上，时尚品牌coperni推出了AirSwipe，这是一款由NASA的二氧化硅气凝胶制成的包袋，该纳米材料可以承受1200摄氏度的极端高温和4000倍于自身重量的压力，是地球上最轻的固体，AirSwipe也是该材料迄今制成的最大物体。线索：@ZaiHuabot投稿：@TNSubmbot频道：@TestFlightCN

一种廉价的成分可能会减少生产混凝土时对气候的影响

一种廉价的成分可能会减少生产混凝土时对气候的影响混凝土是由水泥和骨料混合而成的，骨料是石头和沙子等材料的颗粒状混合物。在窑中烧制石灰石、粘土和其他材料，产生我们熟悉的灰色粉末，即普通波特兰水泥（OPC）。在材料烧制时，以及在混合物受热时发生的化学反应中，会排放出二氧化碳。根据国家预拌混凝土协会的数据，每生产一磅（0.45公斤）混凝土会释放0.93磅（0.42公斤）的二氧化碳。虽然烧制过程可以从使用化石燃料修改为使用可再生能源的电力，但二氧化碳排放的第二个因素，即化学反应带来了更多挑战。当矿物混合物被加热到2552°F（1400°C）以上时，它从碳酸钙和粘土转变为熟料的混合物--主要是硅酸钙和二氧化碳。然后，这些二氧化碳逃逸到空气中。随着时间的推移，大气中的二氧化碳与混凝土中的氧化钙发生反应，在一个被称为碳化的过程中将二氧化碳矿化为碳酸钙。碳化作用与制造混凝土时发生的情况正好相反。虽然碳化使混凝土能够封存（捕获和储存）二氧化碳，但它也会削弱混凝土，特别是固化的混凝土，降低其内部碱度，导致用作加固的钢筋被腐蚀。固化是保持浇注混凝土内部水分水平的过程，这导致混凝土更坚固、更耐用、多孔性更低。麻省理工学院的一个研究小组已经设计出一种方法来解决早期阶段的二氧化碳问题，即在材料凝固之前的混凝土搅拌和浇筑过程中，通过引入一种非常便宜的成分：碳酸氢钠，又称小苏打。研究人员发现，通过添加碳酸氢钠替代品，与水泥生产有关的二氧化碳总量的15%可以在早期阶段被矿化。研究人员使用的复合材料是碳酸钙和水合硅钙的混合物，是一种全新的材料。该研究的通讯作者AdmirMasic说："这一切都非常令人兴奋，因为我们的研究通过在生产和浇注过程中纳入二氧化碳矿化的额外好处，推进了多功能混凝土的概念。"此外，"新"混凝土的凝固速度更快，而不会失去任何机械性能。研究人员说，这将使建筑业能够更快地完成工作。早期阶段的混凝土碳化并不新鲜，但麻省理工学院的发现强调了在预固化阶段封存二氧化碳的能力。Masic说："我们的新发现可以进一步与最近在开发低碳足迹的混凝土外加剂方面的其他创新结合起来，为建筑环境提供更加绿色，甚至是负碳的建筑材料，将混凝土从一个问题变成解决方案的一部分。"对这种混凝土的长期性能的研究正在进行。该研究发表在PNASNexus杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351985.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351985.htm

计划在新加坡建造的海洋工厂每天可捕获10吨二氧化碳并生产300千克氢气

计划在新加坡建造的海洋工厂每天可捕获10吨二氧化碳并生产300千克氢气根据世界银行的数据，2020年全球人均二氧化碳（CO2）排放量为4.3公吨（9500磅）。考虑到这一数字，加州大学洛杉矶分校塞缪利工程学院的研究人员一直致力于从海洋中捕捉大气中的二氧化碳，以减少二氧化碳的排放。继2023年在洛杉矶和新加坡成功推出两套基于海水的二氧化碳去除试验系统之后，加州大学洛杉矶分校及其新创公司Equatic正着眼于该项目的下一阶段：一个耗资2000万美元、名为Equatic-1的全规模示范工厂。他们得到了新加坡国家水务局、公用事业局（PUB）、新加坡国家研究基金会（NRF）和加州大学洛杉矶分校碳管理研究所（ICM）的支持。加州大学洛杉矶分校Samueli可持续发展教授兼ICM主任GauravSant说："推广碳清除解决方案需要技术、大胆而坚定的合作伙伴，以及对及时和可衡量的成功的关注。我们非常幸运能与新加坡的合作伙伴一起创造这一共同愿景，将Equatic的解决方案推广到商业规模和世界各地。"Equatic工艺采用电解法，将电流通过邻近海水淡化厂的海水。它引起化学反应，将水分解成氢气和氧气，同时将溶解的二氧化碳和大气中的二氧化碳以固体钙镁材料的形式安全地储存至少1万年。该工艺通过去除溶解的二氧化碳，激活并扩大了海洋的天然二氧化碳储存能力，同时使海洋能够吸收更多的温室气体。来自ICM和Equatic的研究人员和技术扩展专家团队将前往PUB位于新加坡西部大士的研发设施，在未来18个月内开始建造世界上最大的海洋二氧化碳去除工厂。Equatic-1将分两个阶段建造。从3月份开始，第一阶段的设计目标是到2024年末，每天去除一公吨（约2205磅）二氧化碳。2025年初，安装另外九个模块将完成第二阶段。10个模块投入运行后，Equatic-1预计每天可从海水和大气中去除10公吨二氧化碳。新加坡的试点工厂在每天去除0.1公吨（220磅）二氧化碳后被认为是成功的；Equatic-1的去除率是它的100倍。该技术还能同时每天生产近300公斤（660磅）负碳氢气。"2023年投入使用的中试系统提供了重要的性能数据，证实了我们的二氧化碳去除效率、制氢率和工艺的能源需求，"Equatic联合创始人兼ICM副主任DanteSimonetti说。"这些发现有助于根据中试系统确认的放大性能，确定Equatic-1的设计和工程路线。"公共事业局制定了到2045年实现净零排放的目标，为此采取了三管齐下的方法：用可再生太阳能替代化石燃料；投资研发以减少水处理过程中所需的能源；捕捉并清除释放到大气中的碳。"我们很高兴能与加州大学洛杉矶分校和Equatic进一步合作，开发出一种与PUB海水淡化厂具有潜在协同效应的解决方案，"PUB首席工程与技术官CheeMengPang表示。"在PUB，我们坚信与学术界和私营部门合作实现的技术进步是应对气候变化带来的复杂挑战的关键。"Equatic-1的模块化设计降低了通常与扩大技术创新规模相关的风险。该系统还将使用在美国能源部高级研究计划局-能源（ARPA-E）的支持下新开发的选择性阳极来生产氧气，同时消除海水电解过程中产生的无用氯副产品。这开辟了一条以千兆吨级去除二氧化碳并同时生产氢气的新途径，氢气是一种清洁燃料，对交通和工业应用的脱碳至关重要。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421797.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421797.htm