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

科学家揭开尿素在生命起源中的秘密角色

科学家揭开尿素在生命起源中的秘密角色研究人员开发出一种观察液体中化学反应的新方法，揭示了涉及尿素等分子的反应，这些分子可能促成了地球生命的出现。这项技术涉及一种能产生细小液体射流的特殊仪器和X射线光谱学，使科学家们能够研究在短短飞秒内发生的反应。这一突破是在苏黎世联邦理工学院物理化学教授汉斯-雅各布-沃纳（HansJakobWörner）领导的同一研究小组先前研究的基础上取得的。这项工作针对在气体环境中发生的反应得出了类似的结果。为了将X射线光谱观测扩展到液体，研究人员必须设计一种仪器，能够在真空中产生直径小于一微米的液体射流。这一点至关重要，因为如果射流再宽一些，就会吸收部分用于测量的X射线。利用这种新方法，研究人员得以深入了解地球上生命出现的过程。许多科学家认为，尿素在其中发挥了关键作用。尿素是含有碳和氮的最简单分子之一。更重要的是，尿素极有可能在地球非常年轻的时候就已经存在，20世纪50年代的一项著名实验也表明了这一点：美国科学家斯坦利-米勒（StanleyMiller）调制了一种据信构成地球原始大气层的气体混合物，并将其暴露在雷暴条件下。这产生了一系列分子，其中之一就是尿素。根据目前的理论，尿素可能已经富集在当时没有生命的地球上的温暖水坑中--通常称为原始汤。随着汤中水分的蒸发，尿素的浓度也随之增加。在宇宙射线等电离辐射的作用下，这些浓缩的尿素有可能经过多个合成步骤产生丙二酸。反过来，这可能产生了RNA和DNA的组成元素。苏黎世联邦理工学院和日内瓦大学的研究人员利用他们的新方法，研究了这一长串化学反应的第一步，以找出浓缩尿素溶液在电离辐射下的表现。要知道，浓尿素溶液中的尿素分子会自行成对，即所谓的二聚体。研究人员现在已经能够证明，电离辐射会导致每个二聚体中的一个氢原子从一个尿素分子移动到另一个。这样，一个脲分子就变成了质子化的脲分子，而另一个脲分子则变成了脲自由基。后者具有很高的化学反应活性--事实上，它的反应活性非常高，很有可能与其他分子发生反应，从而形成丙二酸。研究人员还设法证明，氢原子的这种转移发生得非常快，大约只需要150飞秒，即150四十亿分之一秒。Wörner说："这个反应速度如此之快，以至于理论上可能发生的所有其他反应都会被这个反应所取代。这就解释了为什么浓缩尿素溶液会产生尿素自由基，而不是承载会产生其他分子的其他反应。"Wörner和他的同事们希望研究导致丙二酸形成的下一个步骤，希望这将有助于他们了解地球生命的起源。至于他们的新方法，一般也可用于研究液体中化学反应的精确顺序。"一系列重要的化学反应都发生在液体中，不仅包括人体中的所有生化过程，还包括与工业相关的大量化学合成，"沃纳说。"这就是为什么我们现在扩大了高时间分辨率X射线光谱的范围，将液体中的反应也包括在内，这一点非常重要"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382767.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382767.htm

科学家在"闪电化石"中发现奇怪的新物质

科学家在"闪电化石"中发现奇怪的新物质在2012年夏天的一场雷雨中，闪电击中了佛罗里达州新里奇港的一棵树，闪电熔化了树根周围的土壤和沙子，形成了一种被称为弗古拉石的结构，外号"闪电化石"。该物业的业主发现并将闪电石卖给了南佛罗里达大学（USF）的地质科学家马修-帕塞克。由于雷击的极端能量所产生的奇怪的化学反应，闪电石可以成为耐人寻味的矿物宝藏。而当南加州大学的研究小组打开这块石头时，他们发现了一种奇怪的亚磷酸钙的新形式。帕塞克说："我们从未见过这种材料在地球上自然出现--在陨石和太空中可以找到类似的矿物，但我们从未在任何地方见过这种确切的材料。"通过详细检查这块被雷劈后的石头，研究小组拼凑出了这种材料可能的形成过程。众所周知，在佛罗里达这样的潮湿地区，铁会在树根周围积聚，而雷击导致铁燃烧，并与树根周围沙子中的硅融合。同时，树本身的碳也燃烧了，这些元素一起发生了化学反应，形成了闪电化石和其中新的亚磷酸盐材料。当研究小组试图在实验室里重新创造这种新材料时，他们无法得到正确的配方。这表明这种材料的形成需要非常特殊的条件，例如如果加热时间过长，它就会变成陨石中发现的类似矿物。该团队计划继续调查这种材料，以弄清它是否有资格作为一种新的矿物被正式宣布。这项研究发表在《自然-通讯-地球与环境》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354359.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354359.htm

科学家在小行星表面发现水分子

利用NASA现已退役的索菲亚平流层红外天文台（SOFIA）提供的数据，美国西南研究所科学家首次在两颗小行星的表面探测到水分子。这一发现为揭示太阳系中水的分布提供了新线索。研究团队利用SOFIA收集的数据研究了4颗富含硅酸盐的小行星。SOFIA上的“暗天体红外相机”提供的观测结果显示，其中两颗小行星Iris和Massalia发射出特定波长的光，表明其表面存在水分子。虽然科学家此前已在返回地球的小行星样本上探测到水分子的存在，但此次是首次在小行星表面发现水分子。SOFIA对月球的观测显示，一立方米土壤内可能蕴藏着12盎司水，这些土壤遍及月球表面。研究表明，Iris和Massalia上水的丰度与月球上的相似，这些水也可能与月球表面的矿物结合，或附着在硅酸盐中。Iris和Massalia的直径分别为199公里和135公里，与太阳的平均距离为2.39天文单位。via匿名标签:#NASA#小行星频道:@GodlyNews1投稿:@GodlyNewsBot

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程日本冈山大学教授沈建仁等人成功捕捉到了负责植物光合作用的蛋白质中存在的催化剂吸收水分子的瞬间。研究报告发表在本周出版的《》期刊上。光合作用是指植物和藻类利用阳光分解水和二氧化碳、产生能量和氧气的反应。名为“光系统Ⅱ”的约20个蛋白质与叶绿素组成的复合体吸收光能，从水分子中分离电子和氢离子，形成氧气分子的过程是光合作用的开始。研究团队此前捕捉到水分子被光系统Ⅱ吸收之后的情形，但不知道这一过程中发生了什么。研究团队在X射线激光设施“SACLA”中，利用持续数十飞秒(1秒的1000万亿分之一)的X射线进行闪光拍摄，捕捉到了光系统Ⅱ蛋白质的快速活动。用可见光照射蛋白质，在促进反应的同时，通过X射线照射分析了吸收水分子后立体结构发生变化的情形。沈教授表示，今后将对光系统Ⅱ的最后一步，也就是出现氧分子的过程进行分析。如果能解析植物的光合作用，并应用其原理，或有望实现人工光合作用。来源，图：圆形的大型放射光设施“SPring-8”和直线型的X射线自由电子激光设施“SACLA”频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

科学家利用新一代中子反射镜揭开物质的内在秘密

科学家利用新一代中子反射镜揭开物质的内在秘密林雪平大学薄膜物理学部研究员FredrikEriksson说："与其提高中子源的功率（这是非常昂贵的），不如专注于改进光学技术。"中子与质子一起构成原子核。根据原子核中中子数量的不同，元素的性质也会不同。此外，中子还可用于对不同材料进行非常细致的分析。这种方法称为中子散射。这种测量在被称为中子源的特殊中子研究实验室进行。欧洲中子源（ESS）就是这样一个实验室，目前正在隆德郊外建造。该项目投资20亿欧元。ESS和其他中子源可以比作先进的显微镜，让科学家能够研究各种材料及其特性，直至原子级别。从研究原子结构、材料动力学、磁性到蛋白质功能，它们被广泛应用于各种领域。中子从原子核中释放出来需要巨大的能量。当中子在中子源中释放出来时，它们必须被捕获并被引向目标，也就是要研究的材料。特殊的反射镜用于引导和偏振中子。这些被称为中子光学。尽管ESS将拥有世界上最强大的中子源，但实验中可用的中子数量有限。为了增加到达仪器的中子数量，需要改进偏振光学。林雪平大学的研究人员通过在几个重要点上改进中子光学技术来提高效率，现在已经实现了这一目标。林雪平大学博士生AntonZubayer观察磁控溅射过程。图片来源：OlovPlanthaber"我们的镜子具有更好的反射率，从而增加了到达目标的中子数量。"物理、化学和生物系博士生兼《科学进展》（ScienceAdvances）上发表的这篇文章的第一作者安东-祖拜尔（AntonZubayer）说："镜子还能更好地将中子极化为相同的自旋，这对极化实验非常重要。"他继续说道："同时，由于不再需要大型磁铁，镜子可以放置在离样品或其他敏感设备更近的地方，而不会影响样品本身，这反过来又使新型实验成为可能。此外，我们还减少了漫散射，这意味着我们可以降低测量中的背景噪音。"技术创新与未来展望反射镜是在硅衬底上制造的。通过一种称为磁控溅射的工艺，可以在基片上镀上选定的元素。这种工艺可以在基板上镀上多层薄膜，即多层膜。在这种情况下，可以使用铁和硅薄膜，并与同位素富集的碳化硼混合。如果各层的厚度与中子波长的数量级相同，并且各层之间的界面非常光滑，那么中子就能以相位相交的方式从镜面射出，从而产生高反射率。林雪平大学物理、化学和生物系副教授FredrikEriksson和博士生AntonZubayer。图片来源：OlovPlanthaber弗雷德里克-埃里克森认为，每一个中子都是宝贵的，中子光学效率的每一点提高都对改进实验非常有价值："通过增加中子的数量和反映更高的中子能量，为包括物理学、化学、生物学和医学在内的各个学科的开拓性实验和突破性发现提供了机会。"事实中子分析利用了中子既能像波又能像粒子的特性。反过来，这些中子可以具有两种不同的自旋。能够使用极化中子（即只有一种特定自旋的中子）主要对磁性研究非常重要。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425487.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425487.htm