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分享 | 5種新材料：比不銹鋼鋒利的超級(jí)木材、摔不碎的玻璃

2021-12-22 14:02:13 作者：材易通來(lái)源：材易通分享至：

為高超音速飛行降溫的燃料？定制化“電療”對(duì)抗抑郁癥？既導(dǎo)熱又隔熱的神奇材料……每時(shí)每刻，全世界都有很多人在為更高效的未來(lái)做出努力，利用科技創(chuàng)造發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)未來(lái)航空，精準(zhǔn)醫(yī)療，能源轉(zhuǎn)型。

燃燒降溫兩不誤

圖片來(lái)源：澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)

高超音速飛機(jī)是指飛行速度大于5倍音速的飛機(jī)，它能大幅縮短旅行時(shí)間，但目前還僅存在于科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)中。要實(shí)現(xiàn)高超音速飛行，最亟待解決的技術(shù)挑戰(zhàn)之一，是高速飛行與空氣摩擦產(chǎn)生的超高熱量。

近日，澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員對(duì)此有了新的突破。他們使用3D打印開發(fā)出一種“微型化學(xué)反應(yīng)器”，這種換熱催化裝置有望使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料在為飛機(jī)提供動(dòng)力的同時(shí)，具備冷卻劑的功效，為高超音速飛行降溫。

研究人員使用3D打印技術(shù)制造出反應(yīng)器的各個(gè)部件，并在其表面涂覆了一層沸石，而金屬和沸石在融合之后能讓催化過程變得非常高效。研究人員表示：“隨著技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，我們希望這種新一代的超高效3D打印催化劑可以用于應(yīng)對(duì)過熱這一工業(yè)中永恒的挑戰(zhàn)。”下一階段，他們計(jì)劃使用特殊X-射線成像等更多先進(jìn)技術(shù)，以進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。

未來(lái)航空，一天環(huán)游世界不是夢(mèng)～

精準(zhǔn)抗擊抑郁癥

圖片來(lái)源：美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校

抑郁癥作為一種心理疾病，可能伴隨終身并且威脅生命健康。美國(guó)預(yù)防自殺基金會(huì)認(rèn)為抑郁癥是導(dǎo)致自殺的主要因素之一，然而嚴(yán)重的抑郁癥目前還沒有找到通行的有效治療藥物和手段。

日前，美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)家開發(fā)了一項(xiàng)精準(zhǔn)“深層腦刺激”（DBS）電療技術(shù)，成功改善了一位嚴(yán)重抑郁癥患者的癥狀?？茖W(xué)家團(tuán)隊(duì)首先找到患者大腦中的“抑郁電路”和相關(guān)的神經(jīng)生物標(biāo)記物，將帶有兩個(gè)電極的DBS設(shè)備植入，當(dāng)電極一端發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)記就會(huì)發(fā)出電脈沖，從而有效阻斷導(dǎo)致抑郁癥狀的信號(hào)。

每個(gè)人的大腦和神經(jīng)回路構(gòu)造都是獨(dú)一無(wú)二的，研究人員稱：“在此之前，精神病學(xué)領(lǐng)域還沒有能力做這種個(gè)性化的治療。這一突破展示了個(gè)性化診療巨大的潛力和前景。”

精準(zhǔn)醫(yī)療，為每一位抑郁癥患者帶來(lái)希望之光~

既能導(dǎo)熱又能隔熱的新奇材料

圖片來(lái)源：芝加哥大學(xué)

利用太陽(yáng)能等清潔熱能轉(zhuǎn)化為電能，是我們向低碳能源轉(zhuǎn)型的重要方法之一。例如NASA的火星探測(cè)器，它通過熱傳導(dǎo)發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力，但過多的熱量可能損壞電池和電子部件。同時(shí)具備優(yōu)秀導(dǎo)熱性和隔熱性的材料在自然界中并不存在，因此熱量管理一直是困擾工程師的一大難題。

近日，芝加哥大學(xué)的研究人員就發(fā)明了一種新材料，賦予了它特殊的導(dǎo)熱和隔熱性能。他們將超薄的晶體材料層層堆疊，每層的晶體原子按單一方向排列，但隨機(jī)旋轉(zhuǎn)每片材料，在每個(gè)平面上，晶體都呈現(xiàn)有序的朝向，但是在縱向上，卻是無(wú)序的。該團(tuán)隊(duì)研究人員Shi En Kim說(shuō)，它就像一個(gè)還沒整理好的魔方，不同的層面朝一個(gè)隨機(jī)的方向錯(cuò)開。在測(cè)試時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)熱量可以在這種材料平面方向上順利傳遞，但是在垂直方向上，這種材料具有良好的隔熱性能。這項(xiàng)成果將為研發(fā)各種創(chuàng)新材料開辟全新方向。

這種既能隔絕熱量，保護(hù)敏感的電子部件，又能傳導(dǎo)熱量，高效利用熱能的材料，為節(jié)能減碳的探索增加了更多想象空間。

能源轉(zhuǎn)型，創(chuàng)新一小步～

比不銹鋼鋒利的“超級(jí)木材”

圖片來(lái)源：論文作者Bo Chen等

日常使用的餐具刀，一般由不銹鋼或陶瓷制成，但美國(guó)馬里蘭大學(xué)的工程師創(chuàng)造出一種新方法使用木材制作刀具。這樣制成的餐刀，其鋒利程度是鋼制刀具的3倍，切牛排可毫無(wú)壓力。

提高木材強(qiáng)度的方法分為兩步。首先研究團(tuán)隊(duì)將木材在化學(xué)溶液中加熱至100攝氏度，減少其中木質(zhì)素的含量但保留了纖維素。該研究的負(fù)責(zé)人Teng Li教授說(shuō)：“纖維素是木材的主要成分，它的強(qiáng)度與密度高于大多數(shù)工程材料，如陶瓷、金屬和各類聚合物（鈦合金），但我們對(duì)木材的現(xiàn)有應(yīng)用完全沒有開發(fā)出它的全部潛力。”第二步，科學(xué)家們將木材壓縮、加熱烘干以除去水分。這樣制作出來(lái)的硬化木材是天然材料硬度的23倍，還消除了天然木材的缺陷。

這種硬化木材不僅適用于日常生活中，它在高性能材料應(yīng)用領(lǐng)域有巨大的潛力。另外，使用木材這樣的可再生資源，和更可持續(xù)的制造工藝，可以幫助我們創(chuàng)造一個(gè)更低碳的未來(lái)。

可再生環(huán)保餐刀，買它～

摔不碎的玻璃

圖片來(lái)源：麥吉爾大學(xué)

現(xiàn)代生活被各種電子屏幕環(huán)繞，而電子屏幕最主要材料之一為玻璃。因此，堅(jiān)固而有韌性的玻璃，是未來(lái)更有科技感的電子設(shè)備發(fā)展的根基。

加拿大麥吉爾大學(xué)的科學(xué)家從自然中汲取靈感，受到軟體動(dòng)物外殼內(nèi)層的啟發(fā)，制造出一種更堅(jiān)固且有韌性的新型玻璃亞克力復(fù)合材料。軟體動(dòng)物貝殼的內(nèi)層物質(zhì)，通常叫珍珠母，由平行排列的六角形霰石層（一種碳酸鈣）構(gòu)成，其磚塊狀的結(jié)構(gòu)排列，可使珍珠母達(dá)到幾乎和硅一樣的硬度?？茖W(xué)家在研究了它的微觀結(jié)構(gòu)后，用玻璃薄片和亞克力模擬它的排列形態(tài)，一開始制作出了一種非常堅(jiān)固但不透明的材料。隨后，為了透光，他們調(diào)整了亞克力的折射率，最終成功研制出真正透明的復(fù)合材料。研究人員表示，這種新材料硬度比普通玻璃堅(jiān)固3倍，抗裂性則提高5倍以上，可為智能手機(jī)或其他顯示器提供更堅(jiān)固的屏幕保護(hù)。

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