新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃

新型光学超材料可实现真正的单向透光玻璃在纳米尺度上控制和操纵光的能力为超材料在各个领域的应用开辟了广阔天地。现在，芬兰阿尔托大学的研究人员创造出了一种新的光学超材料，它可能使真正的单向透光玻璃成为现实。磁电（ME）效应的最一般形式是指材料的磁性和电性之间的耦合。在光学频率下，磁化对传统材料的影响可以忽略不计，但使用超材料则可以增强这种影响，在超材料中，光的电分量可以诱导磁化，而磁分量可以产生偏振。以往的研究表明，微波频率的磁性很强，在这一频谱范围内会产生明显的超材料效应。尽管经过了二十年的理论研究，但直到现在，人们还很难实现在这一范围之外工作的超材料。全电磁频谱示意图这种新型超材料依赖于非互惠磁电效应（NME）。非互易磁电效应意味着材料的磁化和偏振特性与光或其他电磁波的不同成分相关联。"到目前为止，NME效应还没有实现现实的工业应用，"该研究的主要作者沙迪-萨法伊-贾兹（ShadiSafaeiJazi）说。"大多数提出的方法只能用于微波，而不能用于可见光，而且也无法用现有技术制造出来"。研究人员利用现有技术和纳米制造技术成功克服了这些问题，创造出一种三维光学NME超材料，其单个元原子由传统材料钴和硅制成，可自发磁化。这种新型超材料为那些原本需要强大外部磁场才能发挥作用的应用铺平了道路，例如真正的单向玻璃。目前所谓的"单向"玻璃实际上只是半透明的，光线可以从两个方向穿过。当两侧亮度不同时，它就像单向玻璃。然而，基于NME的单向玻璃不需要这种亮度差异，因为光线只能够从一个方向穿过。"想象一下，在你的房子、办公室或汽车里有一扇装有这种玻璃的窗户，"Safaei说。"无论外面的光线如何，人们都无法看到里面的任何东西，而你却可以从窗户欣赏到完美的景色。"这种超材料还有可能阻挡现有太阳能电池向太阳辐射的热辐射，从而降低其捕获的能量，从而提高太阳能电池的效率。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418279.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418279.htm

新型材料LionGlass强度是普通玻璃的10倍 生产过程更环保

新型材料LionGlass强度是普通玻璃的10倍生产过程更环保从窗户到水杯，最常用的玻璃形式在技术上称为钠钙硅酸盐玻璃。制造这种常见材料需要温度高达1500°C(2732°F)的熔炉，这当然会消耗大量能源，并向大气中释放大量二氧化碳。最重要的是，这种玻璃由石英砂、纯碱和石灰石制成，后两者在熔化时都会释放二氧化碳。现在，宾夕法尼亚州立大学的研究人员改进了玻璃的配方，使其生产起来更加环保，同时也更加坚固。该团队将这种新型玻璃组合物系列称为“LionGlass”，通过将纯碱和石灰石替换为氧化铝或铁化合物，获得了新的功能。二氧化硅含量可以从40%到90%（按重量计）变化。更换碳酸盐不仅可以减少熔化过程中的直接排放，还可以将所需温度降低高达400°C(720°F)。这反过来又减少了约30%的能源消耗，从而减少了排放。更好的是，LionGlass的某些成分被发现具有比标准钠钙玻璃至少高10倍的抗裂性。该团队在维氏金刚石压头下测试了样品，发现即使在1千克（2.2磅）的力载荷下，玻璃也不会破裂-相比之下，普通玻璃在仅0.1千克（2.2磅）的载荷下就会开始破裂（0.2磅）。LionGlass的抗裂性可能比这个更高，但这是测试设备所能达到的最高水平。“我们不断增加LionGlass的重量，直到达到设备允许的最大负载，结果发现它根本不会破裂。”该项目研究员尼克·克拉克(NickClark)说。该团队表示，LionGlass的好处在现实世界中可以成倍增加。由于其强度较高，用该材料制成的产品可以更薄、更轻。“我们应该能够减少厚度，同时仍然获得相同水平的抗损伤能力，”该项目的首席研究员约翰·毛罗（JohnMauro）说。“如果我们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。即使在下游，对于运输而言，这也减少了运输玻璃所需的能源，因此这对每个人来说都是双赢的局面。”该团队已为LionGlass申请了专利，并希望能够尽快将其推向市场。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368893.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368893.htm

印尼最古老金字塔或建于25000年前 为何没有交集的不同文明都爱建金字塔？

印尼最古老金字塔或建于25000年前为何没有交集的不同文明都爱建金字塔？然而，最近的一篇考古研究指出，人类最古老的金字塔可能已经有25000年历史了，当时的人们还过着狩猎采集的生活，但是却也搭建了一个金字塔。该研究于10月20号发表在《考古勘探》杂志上，研究人员认为的最古老金字塔位于现在印度尼西亚西爪哇省的巴东山。这座山的顶部有一个小土坡，最初人们以为它只是一个普通的天然山丘，反倒是被它周围散落的各种巨大的人造岩石结构和纪念碑遗迹所吸引，将其称为巴东山遗址。图：巴东山遗址但随着大量的实地考察发现，很快人们就发现这不是一个简单的山丘，它下面埋藏着一个巨大的古代金字塔结构建筑，更有趣的是它的内部大概率还有一个很大的腔室，相当神秘。早在2018年的时候，就有研究指出这是一个高度在30米左右的金字塔结构，当时的科学家通过一些技术手段历经多年，分析出了这个古代建筑的分层结构，和可能的建造过程。但是，当时的研究受到了很多批评，而最新的研究更多的是对上一次研究的补充，以及提出了一些更准确的数据，确定这个遗址确实就是金字塔结构。首先，两次研究都表明，这个古老的建筑和其它古老的巨石建筑一样，是分阶段建成的，总共四个时期定居在那里的人们分别打造了它，所以建筑被分成了四个单元。巴东山金字塔的内部结构，AI翻译自Natawidjaja供图最新研究用放射性碳测年分析了这四个不同单元，并确定了时间，金字塔结构的最内层，也就是4号单元。它建造在一个天然熔岩山上，而建造的时间是在25000年前到14000年前之间的某个时间点。4号单元主要是由块状玄武安山岩，基本是未经过处理的石头堆砌起来的一个核心堆，具体厚度尚不清楚。在4号单元建成之后，这个地方很长一段时间里都没有被重新装饰过，直到公元前6000年至5500年之间，又有一批人开始用“精心雕刻”的岩柱和砾石土扩大了金字塔的核心堆，这就是3号单元。然后大约一千年后，这个金字塔再次被扩建，也就是修建了2号单元，有意思的地方是，每次修建的建造者似乎都是在有意在掩埋旧的部分。图：巴东山金字塔复原之后大概是这样的然后就是最后一个单元，它是在公元前2000年至1100年左右建造的，建造者添加了表层土壤，以及现在该遗址极具特色的石头梯田。整个金字塔结构基本就是这样，但是它特殊的地方是它的历史，实在是太悠久了，而且3号单元和2号单元的石头已经被修饰的非常精巧了，很难想象狩猎采集生活的居民怎么会拥有如此卓越的砌石能力。还有就是研究人员利用地震波探测山坡内部时，他们发现内部隐藏了一个高达10米洞穴或者房间，钻孔的时候水的快速流失也证明了这一点。这种神秘的内部结构给这座古老金字塔添加一些神秘色彩，而研究人员目前尚不清楚它具体是做什么的，四个阶段是否有相同的作用也不得而知。但是无论如何，它给神秘的金字塔增添了一份神秘，事实证明在发展农业之前，人们就热衷于金字塔了。那么，还有一个非常有趣的问题，为什么古代人们总是喜欢金字塔呢？许多人被埃及金字塔的神秘所吸引，认为现代人无法复刻出一座金字塔，其实这是一个很深的误解。以吉萨金字塔为例，它是最大的金字塔，同时它也是最奇怪的金字塔之一。你可能无法想象，在特殊的时刻（据信是春分和秋分时的黎明或黄昏），从高空俯瞰它会看到它是八边形结构，而不是四边形，因为它的四个侧面从底部到顶部都被非常微妙的凹痕均匀地分开。然而我要说的是，无论它有多巧妙，对于现代科技来说都不是太大的挑战，现代人要复刻吉萨金字塔最难部分的只是如何获取足够相同材料而已，如果材料可以替换，那么甚至不需要多钱就能复刻出来。从人类历史来看，人类确实热衷于金字塔，这种结构可以说是最常见的古代建筑，世界各地的不同文明都创造了金字塔，只是埃及的比较出名而已，而第二出名的应该就是美洲大陆玛雅人创造的金字塔。最大的玛雅金字塔是乔卢拉大金字塔，它的基座面积比吉萨金字塔还要大一些，但是高度相差甚远，它只有25米高。图：复原的乔卢拉大金字塔玛雅文明和古埃及是没有任何交集的，但是他们创造了相似的结构，很多人以此为基础认为金字塔有什么神秘力量在指引人类。其实，情况并没有那么复杂，原因非常简单，只是因为金字塔结构提供了一个简单且稳定的建筑结构，能让石头建筑建造得足够大而已。古代文明为了展示自己的实力通常就会把代表性建筑建到足够高大，就像我们现在不停追求世界最高楼一样。当他们用石头建造一些特殊象征的建筑时，很快就会找到金字塔结构。实际上，最早的埃及君主（法老）陵墓的建筑结构并不是金字塔，而是采用了一种由多层石头建造的阶梯式结构，金字塔结构是随着时间推移发展出来的，很明显人们发现要用石头建造吉萨金字塔这样大家伙，必须用金字塔结构。也正因为金字塔结构有着极强的稳定性，所以我们现在看到了世界各地有如此之多的金字塔，因为其它古老的、有着相似作用建筑可能都已经垮塌了，而金字塔能保留至今。原文：https://www.iflscience.com/worlds-oldest-pyramid-was-built-25000-years-ago-inside-this-indonesian-mountain-71414文献：https://doi.org/10.1002/arp.1912...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395191.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395191.htm

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

生态友好的防火包层材料由回收的玻璃制成

生态友好的防火包层材料由回收的玻璃制成DilanRobert副教授（左）和EversonKandare副教授与再生玻璃覆层样品合影皇家墨尔本理工大学由澳大利亚皇家墨尔本理工大学的一个团队开发的这种新覆层是由83%的碎玻璃组成的。它的其他成分包括聚合物粘合剂和阻燃添加剂。其中的粘合剂很重要，因为它们使覆层比以前开发的全玻璃覆层材料更坚硬，后者往往很脆。阻燃剂显然也相当重要，特别是考虑到如果覆层起火，它与建筑物之间的缝隙就像一个烟囱，使火势更加严重。作为一个额外的好处，再生玻璃覆层据称价格低廉，防水，并符合结构要求。它现在正通过与材料技术公司Livefield的合作进行商业化。首席科学家、皇家墨尔本理工大学的DilanRobert副教授说："通过在建筑覆层中使用大量的回收玻璃，同时确保它们符合消防安全和其他标准，我们正在帮助找到一个解决非常现实的废物挑战的办法。重新利用原本会被填埋的玻璃将带来环境、经济和社会效益"。关于这项研究的论文最近发表在《建筑与建材》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348881.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348881.htm

受蜘蛛启发的新型表面材料可以在水下数月依然保持干燥

受蜘蛛启发的新型表面材料可以在水下数月依然保持干燥在自然界行之有效的东西往往也能为人类所用。问题在于如何利用现有工具创造出所需的生物启发材料，而这有时说起来容易做起来难。现在，由哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）领导的研究人员已经做到了这一点，他们从一种水栖蜘蛛身上获得灵感，开发出了一种超疏水的金属表面；也就是说，它能拒水，并能在水下保持干燥数月之久。这项研究的共同作者之一乔安娜-艾曾伯格（JoannaAizenberg）说："生物启发材料研究是一个极其令人兴奋的领域，它不断将大自然中进化出的优雅解决方案带入人造材料领域，使我们能够推出具有前所未有特性的新材料。这项研究体现了揭示这些原理如何能够开发出在水下保持超疏水性的表面"。Argyronetaaquatica，又称潜水钟蛛，是目前已知的唯一一种几乎完全生活在水下的蜘蛛。数以百万计的粗糙憎水绒毛能捕获身体周围的空气，形成一个氧气库，并在蜘蛛的肺部和水之间形成一道屏障。蜘蛛毛发截留的薄薄一层空气被称为"底盘"（plastron）。几十年来，研究人员已经知道，从理论上讲，创造稳定的水下底盘是可能的。然而，在实践中，制造潜水钟蜘蛛那样的粗糙表面会使表面的机械强度降低，容易受到温度和压力微小变化的影响。而且在以前的实验中，表面只能保持干燥数小时。研究人员知道，润湿性对分子水平的表面特性非常敏感，并受到表面形貌的强烈影响。因此，他们创造了一种亲气钛合金表面--即能吸引和排出空气或气体气泡的表面--并利用电化学氧化形成氧化层，同时对形成的氧化物进行化学溶解，从而产生纳米级的粗糙度。为了测试这种表面的稳定性，研究人员对其进行了弯曲、扭转、冷热水喷射以及沙子和钢材磨蚀，结果发现它仍然具有亲气性。它在水中连续浸泡了208多天（在研究报告发表时，该表面仍浸泡在水中，没有任何降解迹象），并在装满血液的培养皿中浸泡了数百次。该表面能够大大减少大肠杆菌和藤壶的生长，并能完全防止贻贝附着。该研究的第一作者亚历山大-特斯勒（AlexanderTesler）说："我们使用了一种理论家20年前提出的表征方法，证明了我们的表面是稳定的，这意味着我们不仅制造出了一种新型的极具排斥性、极其耐用的超疏水性表面，而且我们还可以用不同的材料再做一次。"研究人员说，这种表面有多种用途。它可用于生物医学设备，以减少术后感染，或防止水下管道和传感器的腐蚀。它还可以与SEAS团队10多年前开发的另一种生物启发材料一起使用，这种材料被称为滑液注入多孔表面技术（SLIPS）。这项研究的合著者斯特凡-科勒（StefanKolle）说："这种系统的稳定性、简易性和可扩展性使其在现实世界的应用中非常有价值。通过这里展示的表征方法，我们展示了一个简单的工具包，它可以让你优化超疏水表面以达到稳定性，这极大地改变了你的应用空间"。这项研究发表在《自然-材料》（NatureMaterials）杂志上，下面两段由SEAS制作的视频展示了这种新型表面如何排斥水和血液。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388171.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388171.htm