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

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

新的防腐蚀聚合物会突出展示损害部位 可自我修复并可回收利用

新的防腐蚀聚合物会突出展示损害部位可自我修复并可回收利用腐蚀和老化最终将影响人类建造的几乎所有建筑与装备，从摩天大楼再到桥梁、飞机、火车和汽车，莫不如此。开发新的抗腐蚀材料和涂层是一个持续的需求，现在科学家们已经开发出一种新材料，具有大量人们急需的特性。这种新材料被称为聚苯亚甲基，或简称PPM，它可以被喷到一个表面上，在那里它硬化成一个固体聚合物涂层。为了测试它作为腐蚀屏障的性能如何，该团队进行了一项加速老化实验，将铝合金样品暴露在有或没有PPM涂层的盐溶液中，涂有30和50微米厚的PPM层的金属在加速老化的许多周期后没有显示出明显的腐蚀。PPM还显示了自我修复能力。当研究小组故意划伤涂层，然后将其暴露在溶液中时，发现它能迅速自行修补断裂处。这是因为溶液与下面的铝发生反应，导致该区域升温并融化聚合物，使其刚好流入缺口，缺口被填满后，溶液和金属之间的接触被打破，冷却下来的涂层就会再次变硬。这种聚合物也会对这种损坏发出预先警告，提醒需要人为干预。PPM在紫外光下会发出荧光，但如果它被损坏就不会发出荧光，这样就可以清楚地检查出可能难以发现的裂缝。即使在其寿命结束时，这种超强的材料也不会停止--它可以被回收并应用于新的表面。相比之下，类似的聚合物只能被扔进垃圾场或焚烧。在测试中，研究人员将其移除并回收，材料仅损失了5%，即使经过五个循环的重复使用，其性能也没有下降。研究人员目前正在为这种材料申请专利，而进一步的工作将研究如何改进这种配方。该研究发表在《聚合物》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345711.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345711.htm

革新电化学：纳米多孔模型电极的创新

革新电化学：纳米多孔模型电极的创新研究人员开发了一种突破性的模型膜电极，其特点是在纳米多孔膜内排列有序的空心巨型碳纳米管(gCNT)阵列。这种新型电极是通过在阳极氧化铝(AAO)上开发一种均匀的碳涂层技术而构建的，从而产生具有不同尺寸纳米孔的垂直排列的gCNT。该模型旨在最大限度地减少接触电阻并增强对电化学行为的理解。关键的突破在于这种新型电极的构建。研究人员在铝基板上形成的阳极氧化铝(AAO)上开发了一种均匀的碳涂层技术，消除了阻挡层。由此产生的共形碳涂层显示垂直排列的gCNT，纳米孔的直径范围为10至200nm，长度为2μm至90μm，覆盖小的电解质分子到生物相关的大物质，如酶和外泌体。与传统的复合电极不同，这种独立的模型电极消除了颗粒间的接触，确保接触电阻最小——这对于解释相应的电化学行为至关重要。模型膜电极显示出对孔径的广泛可控性。图片来源：刘宏宇“这种模型电极的潜力是巨大的，”该研究的通讯作者之一潘正泽博士说。“通过使用具有广泛纳米孔尺寸范围的模型膜电极，我们可以深入了解多孔碳电极内发生的复杂电化学过程，以及它们与纳米孔尺寸的内在相关性。”此外，gCNT由低结晶堆叠石墨烯片组成，在低结晶碳壁内提供无与伦比的导电性。通过实验测量和内部程序升温解吸系统的利用，研究人员构建了低结晶碳壁的原子级结构模型，从而能够进行详细的理论模拟。为这项研究进行模拟部分的AlexAziz博士指出，“我们的高级模拟提供了一个独特的镜头来估计无定形碳内的电子跃迁，揭示了控制其电行为的复杂机制。”该项目由高级材料研究所(WPI-AIMR)设备/系统组首席研究员HirotomoNishihara教授领导。这些发现在材料科学的顶级期刊之一《高级功能材料》中有详细介绍。最终，这项研究代表了我们在理解非晶基多孔碳材料及其在探索各种电化学系统中的应用方面向前迈出了重要一步。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363081.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363081.htm

日本化学家开发出自带发光特性的自愈材料

日本化学家开发出自带发光特性的自愈材料理化学研究所CSRS研究人员开发的一种突破性自愈合荧光材料为更耐用的有机太阳能电池和更广泛的应用提供了潜力，符合可持续消费和生产的目标。2019年，理化学研究所CSRS的侯兆民及其团队使用稀土金属催化剂成功共聚了乙烯和异丙烯。由此产生的二元共聚物具有显著的损伤自愈特性。这种共聚物的软组分（乙烯和异丙烯的交替单元）与乙烯-乙烯链的硬结晶单元结合在一起，成为物理交联点，形成了纳米相分离结构，这被证明是自愈合的关键。由乙烯、异丙烯和芘乙烯基取代苯乙烯组成的三元共聚物花纹薄膜的荧光和自愈特性。资料来源：理化学研究所在这一成功的基础上，他们在单体中加入了发光单元苯乙烯，然后形成了包括异丙烯和乙烯在内的聚合物。这一过程只需一个步骤，就能合成具有荧光特性的自愈材料。"荧光材料非常有用，可用于有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）和太阳能电池。然而，这些材料的主要问题之一是使用寿命短。我们的新材料有望延长产品的使用寿命并提高可靠性。"还有一个惊喜，事实证明，由此产生的共聚物不仅坚韧，而且还能在没有外部刺激或能量的情况下实现自我修复。它的拉伸强度在24小时内完全恢复，与二元共聚物相比，显示出很高的自愈速度。这种材料即使在水、酸性和碱性溶液中也能自我修复，因此可用于各种环境。这种共聚物的网络结构包括由苯乙烯-苯乙烯单元和结晶乙烯-乙烯纳米域形成的物理交联点，以及由交替单元组成的软段，从而促进了自我修复。这种材料还显示出一种附加特性。研究小组通过光刻技术成功地将二维图像转移到了荧光自修复薄膜上。虽然图像在自然光下仍不可见，但在紫外线下却可以辨认，这表明这种薄膜有可能用作信息存储设备。即使在图像的作用下，薄膜仍能保持良好的自愈合和弹性特性。"我们通过一步反应合成的这种材料，使我们能够通过调整单体的成分来控制其光学和机械性能。我们认为，它能为开发在各种实际环境中具有高度自愈能力的新型功能材料做出重大贡献，"侯说。"这项研究符合联合国的可持续发展目标（SDGs），尤其有助于实现"目标12：确保可持续的消费和生产模式"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426894.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426894.htm

年轻恒星的化学图谱揭示了银河系的奥秘

年轻恒星的化学图谱揭示了银河系的奥秘了解其他星系的结构相对容易，因为我们可以从远处观察它们，但我们位于银河系的圆盘内，距离边缘约3万光年。因此，除了我们附近旋臂的形状和它是一个棒旋星系的事实之外，我们很难了解到很多细节。与此同时，由于所有气体和尘埃的遮挡，我们无法直接看到银河系远端宽阔的弧线。为了了解更多信息，霍金斯转而使用化学制图法，即根据化学成分来定位星系中的天体。大天区多天体光纤光谱望远镜（LAMOST）和盖亚太空望远镜提供了20亿个天体的化学成分，利用这些数据，他能够看到仅靠光线无法看到的东西。霍金斯特别在寻找年轻恒星，这些恒星以其金属性为标志，或者说比氢和氦更重的元素浓度更高。这些重元素在年轻恒星中比在老恒星中更为普遍，因为随着宇宙年龄的增长，会产生更多的这些元素。宇宙大爆炸后的第一批恒星几乎完全由氢和氦组成，其中还加入了一些微量元素。随着老恒星的死亡，特别是当它们作为超新星爆炸时，有更多的重元素被新恒星吸收。由于新恒星往往形成于银河旋臂的前缘，那里的气体和尘埃就像经过的波浪一样集中在一起，因此寻找它们的化学特征可以揭示出旋臂结构的细节。与此同时，如果缺少这些特征，则表明旋臂之间存在差距。霍金斯说："一个重要的启示是，旋臂确实富含金属。这说明了化学制图在确定银河结构和形成方面的价值。它有可能全面改变我们对银河系的看法"。这项研究发表在《皇家天文学会月刊》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372265.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372265.htm