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一大波新材料横空出世,改变世界超出你想象(第122期)

日本研发出高效吸光性材料

日本研究人员最新研发出一种高效的吸光性材料,其可见光和红外线的吸收率都超过 99%,新材料将有望应用于影像器材等领域。

吸光性材料是指光线照射在材料上,于照明之外并无透射,也不产生映射和大块的耀斑,在吸收光线后材料较少反射出光。要大幅提高材料光吸收率和耐久性,需要在材料表面进行纳米级的微细加工,形成圆锥形空洞构造,相关技术挑战巨大。

日本产业技术综合研究所领衔的研究小组首先利用加速器发出的离子束照射树脂材料以制造一些细小的孔,再经过化学处理使小孔扩展成圆锥形,使树脂材料拥有了精密的表面构造,最后以这种树脂材料为模子,填充上混合了碳的黑色硅橡胶,就制成了高效吸光的 “黑暗” 材料。新材料对可见光和红外线的吸收率分别超过 99.5% 和 99.9%。

研究人员称,这种材料经久耐用,未来有望应用于望远镜和照相机等对光吸收极为敏感的设备。

我国学者制备出沸石棉纤维紧急止血救生衣

浙江大学化学系研究团队用沸石棉纤维复合材料,制备出一件 “紧急止血救生衣”。该救生衣外表与普通 T 恤没有区别,但能在关键时刻止住喷流的动脉血,为抢救生命赢得时间。

相关研究人员介绍,失血过多是意外创伤致死的首要原因,大动脉出血则十分凶险。作为血液从心脏通往各个组织的交通要道,动脉内血液的流速可超过 50 厘米/秒。一旦发生破裂或损伤,在短时间内血液就会大量流失。

常见的沸石止血产品是一种粉状物,此前已被广泛用于重度出血时的院前急救。但沸石止血产品在使用时会产生高温,导致伤口灼烧,影响愈合。

研究人员对沸石止血产品进行了改造,将沸石材料植入棉纤维上,制备出柔性、安全、便捷的新型止血复合材料,并制作成衣物。在电子显微镜下可以看到,止血衣的一根根棉纤维上附着有许多小圆球,直径在 5 微米左右。

“沸石止血不是简单的物理吸附现象。我们发现,沸石能从血液中捕获并活化凝血酶,使其持续高效工作,从而大大增强人体本身的凝血机制。沸石棉纤维复合材料只需植入很少的沸石,就能够达到催化凝血的效果,避免使用时的高温灼伤和凝血酶失活问题。” 相关研究人员说。

研究人员表示,沸石棉纤维复合材料可制成用于不同伤口的止血产品,可成为户外运动、极限运动的保护装备,也可作为急救装备,在交通、地震等意外事故中发挥作用。

零下23℃超导材料最高临界温度刷新

超导材料能无损耗传输电能,但其应用却因超导态严苛的低温要求而受限。因此,实现室温超导成为科学家的重要目标,如今他们离这一目标越来越近。在最新一期《自然》杂志上,美德两国科学家组成的研究小组发表论文称,他们实验证实,高压下的氢化镧在250K(K代表绝对温标开尔文,250K大约为-23℃)下中具有超导性。而250K,是迄今为止超导材料中已证实的最高临界温度。

过去的一个世纪里,科学家一直在寻找能在室温下具有超导性的材料,随着越来越多的超导材料被发现,最高临界温度的纪录也在不断刷新,逐步向室温目标迈进。在2018年,两个独立研究小组几乎同时报告称,压缩的氢化镧化合物可能在更高的温度下表现出超导性,其临界温度范围从215K—280K不等。这一理论预测在当时引起了广泛关注。

此次,美德两国研究人员通过实验验证了这一理论预测。他们使用一种被称为金刚石压腔的设备,利用两颗金刚石挤压一小块儿镧样品,使其在170吉帕的高压下转化为氢化镧化合物——LaH10,然后用X射线探测其结构和成分。研究人员观察到LaH10具有零电阻、在外加磁场作用下临界温度会降低、同位素效应(临界温度依赖于同位素质量的现象)这3个超导材料特征,但因样本量太小而无法对超导材料的另一个重要特征——迈斯纳效应(一种超导体对磁场的排斥现象)进行观测。他们表示,其所观察到的3个特征已可以证明,在250K的温度下,氢化镧在超过100万倍地球大气压下会变成超导物质。

250K,是目前人类高温超导的最新纪录,比此前的最高临界温度增加了50K左右。研究人员称,这是向实现室温超导目标迈出的令人鼓舞的一步。而同期《自然》杂志上刊发的评论文章则指出,这一研究结果表明,科学家对超导材料的研究可能进入了一个新阶段,开始从靠经验规则、直觉或运气发现超导体向由具体理论预测指导研究过渡。

百年时间里,人类已实现数万种材料的超导,但室温超导一直还是“终极目标”。这是因为,目前大多数超导体仍然仅在接近绝对零度的温度下工作。其意味着实际应用中需要依赖昂贵的低温液体——例如液氦等来维持低温环境。也因此超导应用的成本急剧增加,甚至维持低温的成本,都要远超材料本身的价值。如今诞生的又一全新纪录,标志着科学家实现室温超导的步伐正在加快,也代表着我们距离跨入无电力损耗的全新时代更进了一步。

全新氧化钼二维材料问世

莫斯科国立钢铁合金学院国家研究型技术大学与美国内布拉斯加大学林肯分校合作,开展二维材料合成及其性能研究,并在纳米技术科学期刊中发表了关于氧化钼(MoO2)方面的工作成果。

二维材料的特征在于其厚度非常小(通常小于1纳米),因此可用于创建现代电子设备上使用的分层异质结构,比如晶体管、传感器、太阳能电池和发光二极管等。二维材料的创建和研究是现代材料科学中最有前景的方向之一。

莫斯科国立钢铁合金学院国家研究型技术大学研究人员德米特里·穆拉托夫表示,他们通过化学沉积法从气相中获得了二维材料氧化钼,然后使用分析方法对其进行全面研究,并将进一步研究如何利用这些成果。他表示,新材料可用于创建异质结构和纳米器件,如晶体管、传感器、光电探测器等。

据悉,该大学功能纳米系统和高温材料教研室已经开发出用于太阳能电池、发光二极管和传感器的过渡金属硫属化物,正在研究将氧化石墨烯作为改善各种钢耐腐蚀性的涂层的方法。

研究人员开发出可以冷却房屋的木材

木头内部有一系列微小的结构,用来把水和营养物质输送到活树的各个部分。科学家们现在已经找到了如何利用这些小结构保持家里凉爽的方法。马里兰大学和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员说,这种材料可以节省20%的空调费用。

这项研究利用了纤维素纳米纤维和木材内部的天然维管室,以一种能在材料中产生光学性质的方式进行处理,从而能够散热。研究小组去除了木质素,木质素是木材的一种成分,它能增强木材的强度并增加颜色。结果是一种由纤维素纳米纤维制成的浅色材料。

然后将木材压缩以恢复其强度,并添加一种超疏水化合物来保护它。其结果是一种比钢强度更高的亮白色建筑材料,可以用来建造屋顶和去除建筑物的热量。散热性能不需要电。在亚利桑那州一个炎热晴朗的日子里进行的测试表明,即使在一天中最热的时候,冷却木材的温度也比周围空气温度低5-6华氏度。它也比天然木材冷12度。

该团队估计,如果用于自2004年以来建造的建筑物,新木材将节省20%的空调费用。在炎热的环境中为家降温是最大的能源消耗之一。没有迹象表明这种木材何时可以用于商业部署。

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