材料科学取得了哪些没有人谈论的进步?
Leonard Kelley拥有物理学学士学位,辅修数学。他热爱学术世界,并努力不断探索。
科学正以极快的速度发展。通常,它太快了任何人因此,一些新的发现和应用就落在了缝隙之间。这里只是其中的几个例子。我的意图是随着更多的发现而更新这个列表,所以每隔一段时间检查一下,我希望你也会发现没有人谈论的材料的进步。
旋转的海绵
水是神奇的。它破坏,它创造,它是你和我的主要组成部分。为了进一步证明水的神奇能力,由Ozgur Sahin领导的哥伦比亚大学的科学家们开发了一种蒸发驱动的100克汽车。是的,它很小,也不是很快,但它是一个原型,它的运动过程是惊人的。它使用了100条“孢子涂层胶带”,每条4英寸长,随着空气中H20水平的变化而膨胀和收缩。装满这种特殊纸的房间挂在一圈一圈的同心圆上,并被浸湿,从而增加了胶带的长度。环的一半在任何时候都是封闭的,而另一半暴露在空气中,允许蒸发。神奇之处在于。湿纸有一个质心,干纸也有,但随着蒸发的发生,扭矩中心开始移动,因此两者不在一条直线上。加上这纸卷向内,因为它干了,你有进一步的净扭矩变化。 As this spin occurs, a rubber band attached to the pivot axis spins and…voila, a vehicle is the result! While no one will be rushing to the store to get one, it could have applications in micromachinery (Tenning, Ornes).
拉伸用电
某些塑料的强度是其定义属性,或其多功能性。但有些具有压电性能,或者在物理改变时放电。Walter Voit(德克萨斯大学达拉斯分校)和Shashank Priya(弗吉尼亚理工学院和州立大学)的研究已经开发出由巴基球和碳纳米管增强的聚氟乙烯,有效地将材料中已经存在的压电效应提高了一倍。有趣的是,这种材料的作用很像肌肉,在电流下以类似的方式收缩和放松。通过在被动过程中利用这种效应,能量收集可能会变得更加有趣(Bernstein)。
平的镜头吗?
与提高计算机处理器速度相当的一场技术攻防战是对越来越薄的镜头的需求。许多技术领域将受益于更低曲率的透镜,哈佛大学的弗雷德里科·卡帕索(Frederico Capasso)和他的团队在2012年完成了这项工作。他们能够制造“微观硅脊”,使光以某种方式弯曲,这取决于入射角度。事实上,根据脊的位置,你可以想象得到许多焦距的可能性。然而,脊线只允许一个波长具有高精度,不适合任何日常手段。但进展正在取得,2015年2月,同一团队能够同时获得至少一些RGB波长(Patel“the”)。
海水淡化膜制造
信不信由你,第二次世界大战中破译密码的艾伦·图灵和计算机逻辑的名声也对化学做出了贡献。他发现了一个有趣的体系,比典型的产物/反应物更复杂。某些情况下,控制反应物的量可以导致产品具有不同的特性。与典型的水/有机法相比,将这种方法应用于膜生产可以获得更有调节和控制的模式,但允许有小孔可以让污染物通过。在这种图灵式体系中,聚合物与有机溶剂混合,而开始形成膜的化学物质与水混合,另一种减少反应的化学物质与另一种溶剂混合。这种水减少了反应,根据存在的量,人们可以得到点甚至条纹,从而实现更好的脱盐过程(Timmer)
打造更环保的塑料
传统塑料是由丁二烯制成的,而丁二烯的起源可以追溯到石油。这并不是一种可持续的材料。但多亏了特拉华大学、明尼苏达大学和马萨诸塞大学的研究,一种生产丁二烯的新途径可以从植物材料中产生。这一切都始于生物质来源的糖。这些糖被转化为糠醛,然后转化为四氢呋喃。在“含磷全硅沸石”的帮助下,四氢呋喃通过“脱氢脱环”过程转变为丁二烯。从生物质中提取丁二烯的典型产量约为95%,使其成为对环境不友好的来源(Bothum)的可行替代品。
Metalomesogens
有大量资金支持的高水平实验室取得了许多进展。所以,想象一下当布拉德·穆塞尔曼,盖尔斯堡诺克斯学院的一名大四学生,提交了一份题为“多线铜(II)羧酸金属素的轴向位点反应性”的荣誉项目。听起来很有趣,不是吗?的确如此,因为这是自上世纪60年代以来一直存在的一个领域的重大进步。金属素是液晶,也有一些固体性质,但遗憾的是,当用它们制造化合物时,很容易分解。布拉德研究了吸管、己内酰胺(尼龙的祖先)和溶剂的含量,希望能提供合适的条件。这些物质加入混合物,加热后溶液的颜色从蓝色变成棕色,这向布拉德暗示了金属mesmesogen发生转变的正确条件,为了继续这种转变,会加入一些甲苯。一旦冷却,就会形成晶体,x射线衍射和红外光谱随后就会证实材料是理想的。这种材料可能应用于不同化合物的合成,并减少在许多行业中经常遇到的废料(Chozen)。
重新烧录的功能纸
想象一下用普鲁士蓝和二氧化钛组成的纳米粒子层衬里标准原纸。当紫外线照射到这些层时,电子在这些层之间交换,使蓝色变成白色。在上面加一个滤镜,你可以把蓝色的文字印在白纸上,5天之内,文字就会消失,纸又变蓝了。然后用紫外线照射,瞧,又变成白纸了。最棒的是,这个过程可以在同一张纸上复制多达80次(Peplow)。
黑色塑料建筑
现在,回收塑料对人们来说是一个巨大的环保推动,但我们经常有一些塑料不能由塑料构成。这是因为塑料配方的高度细化,使得一些配方比其他配方更容易重复使用。以杂货店肉类包装中经常发现的塑料为例。它们的分子式不利于传统的回收方法,所以它们往往被直接扔掉。但Alvin Orbaek White博士(能源安全研究所)的研究表明,如何不仅重用塑料,还将其转化为碳纳米管,这是一种具有很高强度和导电性的多功能性能,无论是热和电。该团队能够提取储存在塑料中的碳,然后将其支架成纳米管结构。由于这种材料的重复使用是可能的,其他潜在的化学改道也可以探索(采购)。
聚合物水净化
科学家们开发了一种新的水过滤器,它的主要成分是糖。它被称为β -环糊精,是一种聚合物,新链被构建在一起,保持多孔性,同时增加表面积,导致纯化速度是竞争对手的15-300倍而且能够净化更多。成本呢?匹配,如果不低于那里。在我看来,我们得到了一个赢家(萨克塞纳)。
终极防水金属
科学家们已经研制出一种非常耐水的金属反弹就像一个橡皮球。制造它的诀窍在于以每小时1平方英寸的速度在黄铜、钛和铂上蚀刻不同的微纳米级设计。这种工艺的优点包括耐用性和迄今为止最好的防水材料之一(Cooper-White)。
作品的引用
伯恩斯坦,迈克尔。“新型塑料可以刺激新的绿色能源应用,即‘人造肌肉’。”Innovations-report.com.创新报告,2015年3月26日。2019年10月21日。
Bothum,彼得。“研究人员发明了制造可持续橡胶和塑料的工艺。”Innovations-report.com.创新报告,2017年4月25日。2019年10月22日。
Cooper-White。“科学家们的雄性金属非常防水,液滴会被弹开。”Huffingtonpost.com.赫芬顿邮报2015年1月22日。2018年8月24日。
Chozen, Pam。“打开荣誉项目。”诺克斯学院2016年春季:19-24。
马毛绳,杰弗里。“太阳能尝试两次。”科学美国人2015年4月:27。打印。
过程中,斯蒂芬。“孢子力量”。发现2016年4月:14。打印。
——“透镜下降。”科学美国人2015年5月:22。打印。
Peplow,马克。“打印、擦除、重写。”科学美国人2017年6月。打印。16。
购买,Delyth。“研究表明,黑色塑料可以创造可再生能源。”Innovations-report.com.创新报告,2019年7月17日。2020年3月4日。
Saxena,莎莉尼·。“可重复使用的糖基聚合物可以快速净化水。”arstechnica.com.孔蒂纳斯特。2016年1月1日。2018年8月22日。
十,玛丽亚。“水,水,到处都是。”科学美国人2015年9月:26。打印。
Timmer,约翰。"艾伦·图灵的化学假设变成了脱盐过滤器"arstechnica.com.孔蒂纳斯特。2018年5月5日。2018年8月10日。
©2018 Leonard Kelley