科学家发现能自我修复的金属

科学家发现能自我修复的金属这一发现是由桑迪亚国家实验室和德克萨斯农工大学的研究小组共同完成的。7月19日，《自然》杂志对他们的研究成果进行了介绍。在这幅桑迪亚国家实验室发现的金属纳米级自愈合艺术效果图中，绿色标记为裂缝形成的位置，然后重新融合在一起。红色箭头表示意外触发这一现象的拉力方向。资料来源：丹-汤普森，桑迪亚国家实验室桑迪亚材料科学家布拉德-博伊斯（BradBoyce）说："亲眼目睹这一切绝对令人震撼。我们已经证实，金属具有内在的自然自愈能力，至少在纳米级疲劳损伤的情况下是如此。"疲劳损伤是机器故障的常见原因。这种损伤表现为由于反复受力或运动而形成的微小裂纹。随着时间的推移，这些裂缝会不断扩大和扩展，直至最终导致设备断裂，用科学术语来说就是失效。博伊斯和他的团队看到消失的裂缝就是这些微小但后果严重的裂缝之一--以纳米为单位。博伊斯说："从我们电子设备的焊点到汽车的发动机，再到我们驶过的桥梁，这些结构经常会由于循环加载导致裂纹产生并最终断裂，从而发生不可预知的故障。当它们发生故障时，我们不得不面对更换成本、时间损失，在某些情况下甚至会造成人员伤亡。这些故障对美国的经济影响每年以千亿美元计。"桑迪亚国家实验室研究员RyanSchoell使用由KhalidHattar、DanBufford和ChrisBarr开发的专业透射电子显微镜技术研究纳米级疲劳裂纹。资料来源：克雷格-弗里茨，桑迪亚国家实验室虽然科学家们已经开发出了一些自修复材料，主要是塑料，但自修复金属的概念在很大程度上还停留在科幻小说的范畴。"金属的裂缝只会越来越大，而不会越来越小。甚至我们用来描述裂纹生长的一些基本方程也排除了这种愈合过程的可能性，"博伊斯说。然而，这一由来已久的观念在2013年开始受到MichaelDemkowicz的挑战，他当时是麻省理工学院材料科学与工程系的助理教授，现在是德克萨斯农工大学的全职教授。Demkowicz发表了一项基于计算机模拟的新理论，认为在特定条件下，金属应该能够焊接封闭磨损造成的裂缝。Demkowicz的理论是在桑迪亚国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室联合运营的能源部用户设施"集成纳米技术中心"无意中得到证实的。。现任田纳西大学诺克斯维尔分校副教授的哈立德-哈塔尔（KhalidHattar）和现供职于能源部核能办公室的克里斯-巴尔（ChrisBarr）在发现这一现象时正在桑迪亚进行实验。他们当时只是想评估裂缝是如何在一块纳米级的铂金中形成和扩散的，他们使用了自己开发的一种特殊电子显微镜技术，以每秒200次的速度反复拉扯金属的两端。令人惊讶的是，实验进行了大约40分钟后，破坏的方向发生了逆转。裂缝的一端重新融合在一起，就像在重走自己的路一样，没有留下任何痕迹。随着时间的推移，裂缝沿着不同的方向重新生长。了解这一理论的博伊斯与Demkowicz分享了他的发现。随后，这位教授在计算机模型上重现了实验，证实在桑迪亚看到的现象与他多年前的理论相同。他们的工作得到了能源部基础能源科学科学办公室、国家核安全局和国家科学基金会的支持。关于自修复过程还有很多未知数，包括它是否会成为制造环境中的实用工具。博伊斯说："这些发现在多大程度上具有普遍性将成为广泛研究的课题。我们展示了纳米晶金属在真空中发生的这种情况。但我们不知道这是否也能在空气中的传统金属中诱发。尽管存在种种未知，但这一发现仍然是材料科学前沿的一次飞跃。"Demkowicz说："我希望这一发现能够鼓励材料研究人员考虑，在适当的情况下，材料可以做出我们意想不到的事情。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372193.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372193.htm

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

科学家发现中风后刺激大脑自我修复的新机制

科学家发现中风后刺激大脑自我修复的新机制缺血性中风后，人们通常可以通过强化康复治疗恢复部分丧失的脑功能，这表明大脑在受伤后可以自我恢复。但直到现在，神经修复的内在机制仍然难以捉摸。众所周知，组织损伤后产生的各种脂质可以调节损伤后的炎症，因此东京医科齿科大学的研究人员将重点放在了这一点上。研究的通讯作者TakashiShichita说："有证据表明，组织损伤后会产生更多的脂质，并有助于调节炎症。我们研究了缺血性中风后小鼠体内脂质代谢物产生的变化。有趣的是，一种名为二氢-γ-亚麻酸（DGLA）的特殊脂肪酸及其衍生物的水平在中风后有所增加。"DGLA属于ω-6脂肪酸家族，具有已知的抗炎特性。研究人员深入研究后发现，PLA2GE2（磷脂酶A2组IIE）调节着DGLA的释放。通过操纵小鼠体内PLA2GE2的表达，他们发现它会影响脑细胞的恢复。缺乏这种酶会导致炎症加剧、神经元修复刺激因子表达降低以及组织损失增加。这一发现使研究人员进一步深入大脑修复途径。"当我们观察缺乏PLA2GE2的小鼠体内表达的基因时，我们发现一种叫做肽基精氨酸脱氨酶4（PADI4）的蛋白质水平很低，"该研究的第一作者AkariNakamura说。"PADI4调节[参与大脑修复的基因]的转录和炎症反应。值得注意的是，在小鼠体内表达PADI4限制了缺血性中风后组织损伤和炎症的程度！"从DGLA到PLA2GE2再到PADI4，研究人员绘制出了参与大脑修复的整个信号通路。虽然这项研究使用的是小鼠模型，但研究人员发现，在人类中，中风受损部位周围的神经元会表达PLA2GE2和PADI4，这表明我们体内也存在这种恢复途径。研究人员说，发现触发大脑修复的新机制可能会开发出促进PADI4作用的疗法，加快缺血性中风后的恢复。DGLA存在于植物油、谷物、大多数肉类和奶制品中，摄入后会在大脑中积累，这表明饮食疗法有可能预防中风后出现的神经损伤。目前，ω-3脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）是唯一因其抗炎特性和降低心脏病风险的能力而得到推广的营养补充剂。"虽然还需要进行详细的临床研究，但我们的发现可能会改变目前认为只有EPA或DHA才有益于预防动脉粥样硬化和血管疾病的模式"。这项研究发表在《神经元》（Neuron）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376349.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376349.htm