微信掃碼進(jìn)行關(guān)注
隨時(shí)隨地手機(jī)看最新資訊動(dòng)態(tài)
9975次瀏覽
【中玻網(wǎng)】多種新材料即將改變世界
記憶玻璃、蝦絲、自我修正的高分子材料、氣凝膠、方鈷礦、人工骨髓、納米電源、木材、新型甲骨,你知道這些新材料嗎?他們可能在未來的若干年改變我們的生活。
比如,人工骨髓可以為白血病的治療提供新希望;指甲蓋大小的記憶玻璃能存一座圖書館信息;替代塑料又環(huán)保的蝦絲……
下面,我們來看看其中的幾種“奇材”。
記憶玻璃可逃避核爆開的摧毀
早在1996年,美國哈佛大學(xué)的物理學(xué)家就設(shè)想,將信息寫入一種耐久的、類似玻璃的透明材料。玻璃能抵抗高溫的炙烤、化學(xué)物質(zhì)的腐蝕和機(jī)械力的損傷,甚至還有防彈功能。
科學(xué)家為實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想著實(shí)下了一番功夫,倒不是玻璃難造,而是激光束難以準(zhǔn)確控制,稍不注意,刻出的微小圖案就有差錯(cuò)。好在這個(gè)問題在剛過去的2014年得到了解決。日本一家公司一聽說這個(gè)成果,就迫不及待地想抓住機(jī)遇,要將這一技術(shù)用于熔融石英(一種類似玻璃的材料),開發(fā)新型信息存儲(chǔ)產(chǎn)品,計(jì)劃2015年推向市場。
英國物理學(xué)家卡贊斯基也對(duì)這個(gè)技術(shù)感興趣。他考慮能否在石英上刻出同時(shí)帶有5種信息的刻痕,也就是不僅反映三維空間(長、寬、深)的變化,還記錄入射激光脈沖的強(qiáng)度和偏振性。這樣信息儲(chǔ)存密度比日本這家公司的高8倍,可以在指甲大小的石英材料上保存萬億字節(jié)的信息,即可以存500萬本每本10萬字的書,差不多可以將一座大型圖書館塞進(jìn)2個(gè)“指甲”。而且,卡贊斯基依據(jù)測試結(jié)果推測,這種材料所儲(chǔ)存的信息可以耐1000℃高溫,可以逃過核爆開的損毀,可以安然保存100億年,“這個(gè)壽命差不多與目前市場同在,與日月同輝……”卡贊斯基驕傲地說。
記憶玻璃技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用后,警方可以在1個(gè)“指甲”內(nèi)追蹤案犯若干年前的行蹤。此外,氣象臺(tái)可以在“指甲”內(nèi)追蹤地球上的風(fēng)云變幻,未來的人類乃至外星人也能借助這種技術(shù)了解我們這幾代人的生活狀態(tài)和文明成果。
自我修正的高分子材料汽車能自我修正刮痕
想象一下:汽車能自我修正刮痕,不需再次噴漆,不用織補(bǔ)沙發(fā)座椅;大橋不會(huì)老舊,橋墩和橋梁能自我翻新;飛機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身能不斷自我更新,永不磨損和銹蝕,乘坐永遠(yuǎn)舒適、安全。
2001年,美國工程師斯科特·懷特研制了一種類似塑料的材料。它由很多微型膠囊構(gòu)成,一旦某處出現(xiàn)裂痕或空洞,里面的微型膠囊就會(huì)破裂,向破損處釋放具有修正作用的試劑,使裂痕得到修正,材料再次聚合。懷特將這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,做成涂層,用來保護(hù)各種設(shè)備,從橋梁到直升機(jī)旋翼,使其免遭惡劣環(huán)境的侵害。
目前絕大多數(shù)自我修正高分子材料只能修正很小的裂紋或凹痕,寬度大概100微米,相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑。2014年初,懷特的研究團(tuán)隊(duì)宣布發(fā)明了一種可修正3厘米寬裂痕的材料。目前這種材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)還有很多路要走。不過,只要科學(xué)家努把力,再加上些研究經(jīng)費(fèi),10年內(nèi)有可能造出靠前種實(shí)用的修正大尺寸裂紋的自我修正材料。
人工骨髓 白血病患者可用于移植骨髓
骨髓既是重要的造血器官,又是重要的免疫器官。如此重要的器官,一旦發(fā)生病變,問題就很嚴(yán)重。白血病就是一類造血干細(xì)胞異常的惡性疾病。
德國圖賓根大學(xué)的科學(xué)家考慮,可否研制人工骨髓用于白血病患者的移植呢?這一想法的關(guān)鍵是模仿造血干細(xì)胞生存的復(fù)雜微環(huán)境,涉及特殊材料和特殊結(jié)構(gòu)。骨髓中造血區(qū)域的骨頭高度疏松,類似海綿,這種環(huán)境不僅調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞和骨髓細(xì)胞,而且能實(shí)現(xiàn)多種類型細(xì)胞之間信號(hào)物質(zhì)的效率高交換。因此,研制人工骨髓既要模仿骨髓的硬環(huán)境,又要模仿其他細(xì)胞(造血干細(xì)胞之外的)組成的軟環(huán)境。
研究人員在乙二醇液體中加入很細(xì)的食鹽,讓乙二醇聚合成半軟半硬的狀態(tài),再放入水中使食鹽溶解,留下食鹽顆粒原來所占的空間,模仿出多孔如海綿的松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)。為了讓這個(gè)人工松質(zhì)骨更容易吸附細(xì)胞,他們在聚乙二醇上連接特殊的氨基酸片段,模擬細(xì)胞與松質(zhì)骨間的界面。較后,將造血干細(xì)胞和骨髓干細(xì)胞混合,一起種入人工松質(zhì)骨,組裝成年人工骨髓。骨髓干細(xì)胞及其后代能分泌多種化學(xué)物質(zhì),構(gòu)成造血干細(xì)胞需要的化學(xué)微環(huán)境。經(jīng)過10天培養(yǎng),一切如愿,造血干細(xì)胞數(shù)量和比例大大提升,證明人工骨髓順利研制成功。
這種人工骨髓不僅為白血病的治療提供新思路、新希望,也為揭示天然骨髓的一系列特性奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
納米電源 摩擦起電能達(dá)18伏
摩擦起電與靜電是日常生活中非常普遍的現(xiàn)象,但能量很微弱,也很難收集和利用,成為人們忽略的一種能源形式。不過現(xiàn)在不同了,普通人隨手放電很可能成為實(shí)現(xiàn),而且電的來源就是摩擦。
美國佐治亞理工學(xué)院的華裔科學(xué)家王中林教授2006年發(fā)現(xiàn),氧化鋅納米棒受力彎曲時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的電壓,于是他想到用納米棒做成納米電源。
幾經(jīng)實(shí)驗(yàn),有人想到摩擦起電,將摩擦與納米電源聯(lián)系起來:將兩塊材料的摩擦面做成齊整密布、具有壓電效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)。這樣兩塊材料來回摩擦,會(huì)產(chǎn)生群體壓電效應(yīng),造成群體納米電源疊加。說起來容易做起來難,橫向摩擦很容易損壞納米結(jié)構(gòu)、磨平接觸面。他們的解決方案是,不讓兩塊材料做水平摩擦,而做上下移動(dòng)。也就是將兩塊材料的納米結(jié)構(gòu)插入對(duì)方的縫隙,造成摩擦起電,就像兩只手的手指不斷交叉、分開,來回摩擦。這樣手就是柔性薄膜,手指就是納米電較,在它們間實(shí)現(xiàn)摩擦起電,從而創(chuàng)造了電壓達(dá)18伏的摩擦納米電源系統(tǒng)。
這樣的摩擦式納米電源已經(jīng)可以為體積很小的微納電子器件供電,可使這樣的器件結(jié)構(gòu)變簡單,生產(chǎn)工藝簡化,制造成本下降,使用壽命延長,利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)與實(shí)際應(yīng)用。
木材 互相插接能建125米高樓
把針葉林木材一端做成鋸齒形結(jié)構(gòu),互相插接,再用膠水加固,既輕巧又堅(jiān)固,這種材料在建筑領(lǐng)域掀起了應(yīng)用高潮。澳大利亞墨爾本維多利亞港有一座10層高的建筑叫福泰大廈,2012年建成,就是用木材建成的小樓樓,也是世界上較高的木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑。不過,這個(gè)紀(jì)錄很快就要被打破。坐落在挪威卑爾根市的一棟高49米的14層居民樓,也是木材建的,預(yù)計(jì)2015年下半年就會(huì)完工。
美國一家有名的建筑公司研究認(rèn)為,用木頭為主要材料建造一幢125米高的摩天大樓,在技術(shù)上完全可行,木頭之外只要輔以高度度的水泥連接即可。經(jīng)測算,這種建筑的能耗和溫室氣體排放量(碳足跡)只是鋼筋混凝土建筑的25%~40%。
英國劍橋大學(xué)的植物生物化學(xué)家鮑爾·杜普利考慮,可以充分利用植物體內(nèi)的抗壓結(jié)構(gòu)。
杜普利和建筑師以及高分子相關(guān)人士組成的團(tuán)隊(duì)已獲得了一筆資助,開展細(xì)胞壁分子結(jié)構(gòu)的研究。他們用不同樹種的木材制成樣品,放入磁共振儀內(nèi),測定樣品內(nèi)的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)。他們的短期目標(biāo)是找到幾種高分子物質(zhì),希望它們注入木材后能起到加固作用;長期目標(biāo)是希望破譯細(xì)胞壁分子結(jié)構(gòu)的信息,從而進(jìn)一步從遺傳角度設(shè)計(jì)出強(qiáng)度更高、可用作建造“摩天木樓”的樹木新品種。
除了建筑,木材在其他領(lǐng)域也大有用武之地。木材及其衍生品可用于生產(chǎn)生物燃料,也有人設(shè)想將其做成柔軟又便宜的紙制品,替代硅制造電子產(chǎn)品——或許未來的電腦將擁有紙做的芯片。
新型甲骨 再續(xù)文明數(shù)千年
文字發(fā)明以后,人類將信息記錄在動(dòng)物的骨頭上,形成甲骨文。有趣的是,龜甲和獸骨的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)與人體骨骼相同,都是羥基磷灰石。近20年來全世界有大量科學(xué)家投入研究,人工合成、修飾、加工羥基磷灰石,期望能解除傷者和患者的痛苦。由于天然骨的羥基磷灰石有特殊的納米結(jié)構(gòu),科學(xué)家需要合成納米級(jí)羥基磷灰石。在此基礎(chǔ)上,才能仿生制備有活性的人工骨,幫助骨骼迅速恢復(fù)健康。
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的科學(xué)家朱英杰教授,在用水熱法探索廉價(jià)、快速、大量合成羥基磷灰石的研究中,偶然發(fā)現(xiàn)得到的納米羥基磷灰石又細(xì)又長。朱英杰教授就產(chǎn)生一個(gè)大膽的設(shè)想,可否合成大量又長又細(xì)(保持納米級(jí)直徑)的納米線,像紙漿纖維那樣做成大片紙張呢?這樣醫(yī)生可以剪取任意大小、任意形狀的紙片,任意疊加厚度,方便輕松地修補(bǔ)奇形怪狀的骨缺損,也許可以就此解決羥基磷灰石臨床應(yīng)用的較后一道難題。
于是朱英杰教授調(diào)整配方,輔以超聲波控制合成過程,終于合成長納米線,制造出羥基磷灰石紙。這種紙又白又軟,可折疊,不含任何農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系成分,只是石頭本質(zhì)(羥基磷灰石嘛),耐腐蝕,零污染。尤為奇特的是它不怕火,1000℃以上的火焰燒烤,上面書寫的文字也不會(huì)消失——這不是人類書寫的較好載體嗎!
朱英杰教授希望自己不經(jīng)意間發(fā)明的新書寫載體,從此保全人類文明免于火災(zāi),至少可用于需要較久保存的檔案。不過,這種羥基磷灰石紙與人體細(xì)胞的“關(guān)系”不太好,細(xì)胞不太愿意待在紙上繁衍生息。然而,他的成果已經(jīng)令全世界為之轟動(dòng),在發(fā)明了與甲骨成分和結(jié)構(gòu)相同的新型書寫載體的成就面前,小小沮喪又何妨?
版權(quán)說明:中玻網(wǎng)原創(chuàng)以及整合的文章,請(qǐng)轉(zhuǎn)載時(shí)務(wù)必標(biāo)明文章來源
免責(zé)申明:以上觀點(diǎn)不代表“中玻網(wǎng)”立場,版權(quán)歸原作者及原出處所有。內(nèi)容為作者個(gè)人觀點(diǎn),并不代表中玻網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。中玻網(wǎng)只提供參考并不構(gòu)成投資及應(yīng)用建議。但因轉(zhuǎn)載眾多,或無法確認(rèn)真正原始作者,故僅標(biāo)明轉(zhuǎn)載來源,如標(biāo)錯(cuò)來源,涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)與我們聯(lián)系0571-89938883,我們將第一時(shí)間更正或者刪除處理,謝謝!
【中玻網(wǎng)】為保證鋼化爐體能夠平穩(wěn)的升降,需要注意以下幾點(diǎn)來維護(hù)和保養(yǎng)鋼化爐體的升降傳動(dòng)裝置:1、爐頂升降傳動(dòng)裝置:梯形螺桿潤滑:在爐頂...
2024-05-08
【中玻網(wǎng)】昨日純堿主力合約2401大幅上漲,收于2385元/噸,上漲76元/噸,漲幅3.29%,F(xiàn)貨方面,昨日純堿市場產(chǎn)銷持穩(wěn),純堿開...
2023-11-30
【中玻網(wǎng)】近日,有很多用戶向蘭迪機(jī)器咨詢鋼化爐輥道的拆卸、清洗和安裝問題,就此,蘭迪工程師謝工為大家做出解答:1、玻璃鋼化爐陶瓷輥道如...
2023-11-16