您当前的位置:首页 > 编译报道
  • 摘要:

    物理化学研究所Matthias Karg教授的“Colloids and Nanooptics”小组提出了一种简单而精确的技术来开发高度有序的颗粒层。该小组正在使用具有水凝胶状结构的微小,柔软且可变形的球形聚合物珠粒。

    水凝胶是水溶胀的三维网络。例如,我们熟悉这些结构,作为婴儿尿布中的超吸收剂,能够吸收大量液体。

    在这些水凝胶珠子中,只有几纳米的微小金或银颗粒,Karg的团队在HHU中使用金属盐在还原过程中合成。 “我们可以非常精确地调整金颗粒的大小,因为水凝胶壳可渗透溶解的金属盐,从而允许金核连续过度生长。”这些核 - 壳颗粒的结构可以与樱桃的结构大致比较,其中硬核被软浆包围。然而,来自实验室的颗粒大约小十万倍。

    然后,位于杜塞尔多夫的研究人员可以使用这些水凝胶珠的稀释溶液来生产薄单层。他们将珠子应用于水面,其中高度有序且色彩缤纷的闪光层自组装。它们将该层从水表面转移到玻璃基板上。这种转移使整个玻璃基板闪烁。

    用电子显微镜观察该层显示出规则的六角形有序粒子阵列。 “这些是它们壳中的金颗粒,”博士生Kirsten Volk解释说,“我们发现它们排列在一个高度有序的层中。”确定层的颜色的是金颗粒:它们反射具有特定波长的可见光,这些波长会干扰并因此产生不同角度的不同颜色的印象。

    “这些薄层对于光电子学非常有意义 - 即使用光传输和处理数据。也可以使用它们来构建小型激光器,”Karg教授解释说。这些纳米激光器的尺寸仅为纳米,因此构成了纳米光子学领域的关键技术。

    在最近发表在ACS应用材料与接口杂志上的一项研究中,杜塞尔多夫的研究人员已经克服了这种纳米激光器的主要障碍。他们成功地通过入射光在金颗粒中产生了集体共振。这意味着金颗粒不会单独激发;相反,所有激发的粒子都在共振。这种集体共振是构建激光器的基本先决条件。发表的研究结果的特殊方面是,不仅可以非常容易地和大规模地创建颗粒层,它们也特别薄。

    对于光电应用和纳米激光器,谐振模式必须在薄层中进一步放大。 Karg教授:“接下来我们将尝试通过掺杂发射器来进一步放大共振。从长远来看,这也可以让我们实现电动纳米激光器。”

    ——文章发布于2019年5月20日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:13
  • 摘要:

    已经创建了合成蛋白质,其以可预测和可调节的方式响应其环境而移动。这些运动分子是在计算机上从零开始设计的,然后在活细胞内产生。

    为了发挥作用,天然蛋白质通常以精确的方式改变其形状。例如,血液蛋白血红蛋白必须在结合并释放氧分子时弯曲。然而,通过设计实现类似的分子运动一直是一个长期的挑战。

    5月17日的“科学”杂志报道了成功设计出响应pH变化而改变形状的分子。 (pH值是从碱性到酸性的化学规模。)

    华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所领导了多机构研究。

    研究人员着手创造合成蛋白质,在中性pH值下自组装成设计配置,并在酸存在下快速拆解。

    结果显示,这些动态蛋白质按预期移动,可以使用其pH依赖性运动来破坏脂质膜,包括内体上的脂质膜,这是细胞内的重要区域。

    这种膜破坏能力可用于改善药物作用。递送至细胞的大量药物分子通常滞留在内体中。坚持到那里,他们无法实现他们预期的治疗效果。

    内体的酸度不同于细胞的其他部分。该pH差异作为触发设计分子运动的信号,从而使它们能够破坏内体膜。

    “能够以可预测的方式设计合成蛋白质的能力将推动新的分子药物浪潮,”资深作者,大学医学院生物化学教授,蛋白质设计研究所所长David Baker说。 “因为这些分子可以使内体透化,所以它们作为药物输送的新工具具有很大的前景。”

    长期以来,科学家一直试图设计内体逃逸。

    “破坏细胞膜可能是有毒的,因此重要的是这些蛋白质只有在合适的条件下才会在适当的时间内激活,一旦它们进入内体,”最近贝克实验室的博士后研究员斯科特博肯说。最近的项目。

    Boyken通过添加一种叫做组氨酸的化学物质,在他的设计蛋白质中实现了分子运动。在中性(既不是碱性也不是酸性)条件下,组氨酸不带电荷。在少量酸的存在下,它会吸收正电荷。这阻止它参与某些化学相互作用。组氨酸的这种化学性质使得团队能够制造在酸存在下分解的蛋白质组装。

    “设计具有活动部件的新蛋白质一直是我博士后工作的长期目标。因为我们从头开始设计这些蛋白质,我们能够控制组氨酸的确切数量和位置,”博肯说。 “这让我们可以调节蛋白质在不同的酸度下分解。”

    来自威斯康星大学,俄亥俄州立大学,劳伦斯伯克利国家实验室和霍华德休斯医学研究所的Janelia研究园区的其他科学家为这项研究做出了贡献。

    那些在OSU的Vicki Wysocki小组中使用天然质谱法来确定导致蛋白质分解所需的酸量。他们证实了设计假设,即在蛋白质之间的界面处含有更多的组氨酸会导致组件突然崩溃。

    威斯康星大学药学院Kelly Lee实验室的合作者表示,设计蛋白质以pH依赖性方式破坏人工膜,这反映了天然膜融合蛋白的行为。

    在HHMI的Janelia研究园区的Jennifer Lippincott-Schwartz实验室进行的后续实验表明,这些蛋白质也破坏了哺乳动物细胞中的内体膜。

    可以逃避内体的重新设计的病毒是最常用的药物递送载体,但病毒具有局限性和缺点。 研究人员认为,仅由设计蛋白质制成的药物传递系统可以与病毒传递的效率相媲美而没有固有的缺点。

    ——文章发布于2019年5月16日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:1
  • 摘要:

    生产水泥对我们的气候造成了巨大损失:全球每年二氧化碳排放量的8%左右可归因于这一过程。然而,对水泥的需求持续上升。来自马丁路德大学Halle-Wittenberg(MLU)的地球科学家团队已经找到了一种生产更环保和可持续替代品的方法。在“建筑与建筑材料”杂志中,他们描述了工业废渣如何用于生产高质量,气候友好型材料。

    水泥的基本原料是石灰石,在大型熔炉中转化为水泥熟料。这一过程对环境的影响是灾难性的:“每吨石灰石在水泥生产过程中释放出大约一吨的二氧化碳。其中大部分是由石灰石本身排放的,”MLU地球科学家HerbertPöllmann教授说。研究人员补充说,更换水泥生产中的石灰石将带来巨大的节约潜力。然而,所生产的材料需要具有与传统水泥相同的有益特性。

    在寻找替代原材料时,哈勒的研究人员发现了两种工业废料:来自高岭土和铝生产的残余材料。 “我真的不喜欢工业废物这个术语。实际上工业残留物仍可以非常有效地使用,例如生产替代形式的水泥,”Pöllmann说。对于这项新研究,他的团队测试了不同的混合比例,并分析了新生产的水泥的物理性质。该研究表明,这两种工业残余物可用于生产与常规混合物具有相同性质的水泥。

    MLU矿物学家研究的两种残余物质的优点是它们不含二氧化碳,可以在进一步加工过程中释放出来。 “你可以用它们来生产大量具有优良性能的水泥,”Pöllmann解释道。在这项新研究中,他和他的团队还详细描述了更环保的水泥的混合比和生产步骤。根据研究人员的说法,生产者可以完全转换为更加气候友好的材料,也可以生产使用较低比例的石灰石的水泥混合物,因此也更加适应气候。

    然而,这个过程确实有其局限性:“没有足够的工业残余物来满足全球对水泥的需求,”Pöllmann说。因此,他的团队也在寻找合适的天然产品,例如火山灰或各种矿物资源,这些产品尚未在工业上使用并且也不释放二氧化碳,例如各种类型的粘土。

                                                                                   ——文章发布于2019年5月20日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:0
  • 摘要:

    一个相对简单的过程可以帮助扭转气候变化的趋势,同时也能带来健康的利润。这是斯坦福大学领导的一篇新文章中提出的有希望的愿景之一,该论文强调了一种看似违反直觉的解决方案:将一种温室气体转换为另一种温室气体。

    该研究于5月20日发表在Nature Sustainability上,描述了将极其强大的温室气体甲烷转化为二氧化碳的潜在过程,二氧化碳对全球变暖的影响要小得多。故意将二氧化碳释放到大气中的想法可能看起来令人惊讶,但作者认为,将甲烷换成二氧化碳是气候的重要净效益。

    “如果完善,这项技术可以将大气层恢复到工业化前的甲烷和其他气体浓度,”主要作者Rob Jackson说,他是斯坦福地球能源与环境科学学院地球系统科学的Michelle和Kevin Douglas教授。

    基本的想法是,一些甲烷排放源 - 例如水稻种植或牛 - 可能非常难以消除或昂贵。 “另一种方法是通过甲烷去除来抵消这些排放,因此对大气变暖没有任何净效应,”该研究的共同作者,斯坦福森林环境研究所的Perry L. McCarty主任Chris Field表示。

    问题和可能的解决方案

    在2018年,甲烷 - 其中约60%由人类产生 - 达到大气浓度,比工业化前水平高2.5倍。尽管大气中的二氧化碳含量要高得多,但甲烷在气候系统释放后的前20年内变暖的效率要高84倍。

    将平均全球温度稳定在工业化前水平2摄氏度以上的大多数情景取决于减少进入大气的二氧化碳总量以及通过植树或地下封存等方法去除大气中已有的二氧化碳的策略。然而,该研究的作者指出,除去其他温室气体,特别是甲烷,可以提供一种互补的方法,他们指出了天然气对气候的巨大影响。

    大多数消除二氧化碳的方案通常假设数十亿吨在数十年内被移除,并且不会将大气恢复到工业化前的水平。研究人员表示,相比之下,通过从大气中去除约32亿吨气体并将其转化为相当于全球工业排放量几个月的二氧化碳量,甲烷浓度可恢复到工业化前水平。如果成功,该方法将消除迄今为止所有全球变暖原因的大约六分之一。

    甲烷很难从空气中捕获,因为它的浓度很低。然而,作者指出,沸石是一种主要由铝,硅和氧组成的结晶材料,可以起到吸收甲烷作为海绵的作用。 “多孔分子结构,相对较大的表面积和在沸石中容纳铜和铁的能力使它们成为捕获甲烷和其他气体的有希望的催化剂,”人类和科学学院Monroe E. Spaght化学教授Ed Solomon说。 。

    整个过程可能采用巨型装置的形式,电风扇迫使空气通过翻滚室或充满粉末或粒状沸石和其他催化剂的反应器。作者建议,然后可以加热捕获的甲烷以形成和释放二氧化碳。

    有利可图的未来

    将甲烷转化为二氧化碳的过程可以通过碳排放价格或适当的政策获利。 如果本世纪碳抵消的市场价格上涨到每吨500美元或更多,正如大多数相关评估模型预测的那样,从大气中去除的每吨甲烷价值可能超过12,000美元。

    一个足球场大小的沸石阵列每年可以产生数百万美元的收入,同时从空气中去除有害的甲烷。 原则上,研究人员认为,将更有害的温室气体转化为效力较低的温室气体的方法也适用于其他温室气体。

    虽然在不久的将来,将大气中的温室气体减少到工业化前的水平似乎不太可能,但研究人员认为,通过这样的策略可以实现这一目标。

                                                                                              ——文章发布于2019年5月20日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:0
  • 摘要:

    有史以来第一次可以使用新型激光仪器同时并极其精确地测量四种罕见的二氧化碳(CO2)分子变体。因此,能够在形成结合CO 2的碳酸盐和碳质化石的过程中完全独立于其他参数来测量温度。作为一种新型的地热测量仪,基于激光光谱的测量装置对于研究地球历史上的气候条件等科学学科具有重要意义。它由德国 - 法国研究团队开发,并得到海德堡大学环境物理学家的大量贡献。

    科学正在研究二氧化碳原子结构单元的分布,以便更好地了解地球上关键的地球化学和生物地球化学循环以及气候过程。关于地球历史上冰期冰期和间冰期暖期的知识主要基于这种方法。二氧化碳的同位素分布的分析也用于其中CO 2被矿化的碳酸盐。一种新方法涉及检查同一分子的不同变体之间的同位素分布,尤其是稀有分子变体。

    仅在最近几年,才有可能使用高精度质谱法测量CO 2和碳酸盐的原子组成,使得碳酸盐的形成温度可以从分子的多个变体出现的相对丰度直接推断出来。在热力学平衡中,不同变体之间的同位素分布仅取决于温度,并且不受其他参数的影响。 “因此,这种方法在地球物理学和气候研究中被证明是一种特别强大而独特的物理温度计,”海德堡大学环境物理研究所同位素物理学研究员Tobias Kluge博士表示。

    为了最精确地量化稀有二氧化碳变体 - 大于1万分之一 - 德国 - 法国团队首次使用红外激光,克鲁格博士将其作为基本技术突破。在对莱茵河上游海沟的不同热液系统进行的初步研究中,科学家们使用他们的新激光仪器根据二氧化碳确定了与当地地下水相对应的温度。 “测量的温度也与同步质谱分析的结果一致,”该研究的主要作者Ivan Prokhorov解释说,他在Ruperto Carola的海德堡基础物理研究生院获得博士学位,现在在德国国家计量研究所工作。 (PTB)在不伦瑞克。

    ——文章发布于2019年5月20日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:1
  • 摘要:

    2016年8月,1988年燃烧的黄石国家公园地区再次燃烧。不久之后,2016年10月,生态学家莫妮卡特纳和她的研究生团队参观了公园,开始评估景观。

    威斯康辛大学麦迪逊分校的综合生物学教授特纳说:“我们看到这些地区的一切都在燃烧,我们以前从未见过这种情况。”他自1988年以来一直密切研究黄石公司对火灾的反应。“这令人惊讶。 “

    在一份于2019年5月20日发表在“美国国家科学院院刊”上的一项研究中,特纳和她的团队描述了当黄石公司每100至300年适应一次火灾时会发生什么 - 而不是在不到30年的时间内燃烧两次。研究人员表示,我们所知道的黄石面临着一个不确定的未来,他们希望回答的一个重大问题是森林是否可以恢复。

    随着国家科学基金会的快速反应研究资助,特纳和她的团队于2017年夏天返回黄石,研究重新燃烧的区域。其中包括枫树火灾,它燃烧了1988年北叉火灾后再生的28年长的松树林和贝里火灾,其中包含了1988年哈克火灾和16年后再生的28年生的松树林。在2000年的Glade Fire之后再生的树木。

    在每个区域,他们与1988年或2000年燃烧的区域相比,但在2016年没有燃烧。

    在一些地区,火灾严重烧毁,除了幼树的树桩外,其余的都没有。曾经散落在森林地面上的原木燃烧起来,留下了他们以前自我的负面影子 - 鬼影 - 他们在那里倒下了。

    “一切都消失了,”特纳说。 “这真令人惊讶。”

    通常情况下,大多数被火烧死的树木仍然存在多年。地面火灾会在树上留下死针。皇冠火烧掉了针,但留下了直立的树干。然而,在特纳的团队抽样的18个重新烧毁的地块中,有四个看到火灾如此严重,他们不得不想出一个新名称来描述它们:冠火加。在这些中,99%的先前树木的茎干燃烧。

    2011年,特纳集团的模拟工作挑战了先前存在的观念,即年轻的森林缺乏足够的树木形状的燃料和倒下的原木以维持严重火灾。 2016年的火灾证实了他们的预测。

    研究报告的共同作者,研究生Kristin Braziunas说:“我们的想法是,如果火灾频繁发生,我们就会看到一些自我限制,年轻的森林将无法重新燃烧。” “我们明确地看到情况并非如此 - 即使只有16岁,这些森林也有足够的燃料以尽可能高的严重程度燃烧。”

    该团队还发现2016年火灾后第一年重建的松树幼苗数量下降了六倍。在一些重新烧毁的森林中,再生率显着降低。茂密的年轻森林被改造成更稀疏的森林。

    Lodgepole松树以其血清的锥体而闻名,它们适合在火中开放并释放它们的种子,一旦火焰熄灭,用厚厚的新树木补充森林。从历史上看,100到300年的火灾间隔使树木成熟并建立了种子库。

    但是年轻的树木尚未积累储蓄,因此快速重新燃烧就像在资金补充之前进入银行账户。

    研究人员还发现,重新烧毁的森林失去了显着的碳储存能力。在2016年的火灾中消耗了森林地面上近三分之二的原木。这些死木块是碳汇,储存了树在活着时吸收的碳。燃烧时,它们会将碳释放到大气中。

    特纳解释说,一旦古老的森林被烧毁,森林需要大约90年的时间才能恢复其失去的碳。

    “我们关注碳储存和回收,因为森林在全球碳循环中起着非常重要的作用,”Braziunas说道,他在加入特纳的研究小组之前花了七年多的时间在俄亥俄州的奥伯林市担任市政消防员。

    Braziunas采用了先前由特纳的合作者Rupert Seidl创建的模型来估计森林需要多长时间才能恢复它在2016年火灾中失去的大气中的碳,树木损失,木材消耗量下降和树木再生减少密度。她发现这需要150多年,假设森林在那个时候不再燃烧。

    “我们基本上能够重建森林在火灾发生之前的样子,有多少棵树以及它们有多大,”Braziunas说。 “因为我们还测量了附近没有燃烧的树木(树木),我们可以比较重燃后发生的事情以及模型中的场景。”

    她和特纳说,这一估计代表了一个最好的保守情景。随着气候变暖和干旱频率增加,森林很可能在短时间内再次燃烧。

    然而,森林长期以来一直表现出弹性。

    特纳说:“景观看起来与过去不同,”但这并不意味着它们不会美丽。将会有物种受益,物种会看到它们的范围收缩。

    “改变将会发生,变化将比我们想象的更快发生,”她补充道。 “我们正在学习系统如何响应,但我们不知道它将来会在多大程度上具有弹性或适应性。但我还没准备好把它写下来。我们过去一直很惊讶。”

    该研究得到了NSF资助DEB-1719905,联合消防科学计划16-3-01-4,威斯康星大学麦迪逊分校信托基金会,威斯康星州校友研究基金会UW2020计划,哥伦比亚大学地球研究所和哥伦比亚大学的支持。气候与生活中心。其他合着者包括哥伦比亚大学的Winslow Hansen和华盛顿大学的Brian Harvey。

                                                                                               ——文章发布于2019年5月20日

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:0
  • 摘要:

    本研究采用新型Ag-Ti反应复合钎焊技术将碳纤维增强碳基复合材料(C / C)与镍基高温合金GH3044连接。系统研究了显微组织演变机理以及工艺参数对钎焊接头组织和剪切强度的影响。结果表明,在钎焊保持阶段,液相中的Ti(α-Ti)将转化为β-Ti(高于1020℃)或与Ag反应形成AgTi(低于1020℃)。固相β-Ti或AgTi抑制熔融填料的损失,从而形成较厚的夹层,有利于减轻接头的残余应力。钎焊后,可以得到原位合成相增强的Ag基复合夹层和少量残留的Ti颗粒。值得注意的是,增强相具有不同的钎焊参数。在较弱的参数(较低的Ti含量,较低的温度和较短的保温时间)下,增强相主要是原位合成的AgTi相和残余的Ti颗粒,其中Ag基复合材料中间层具有良好的可塑性和低的热膨胀系数。结果,进一步有效地减轻了关节的残余应力。在较强的参数下,增强相主要为脆性相Ti2Ni和Cr1.93Ti1.07,这增加了复合夹层的脆性。使用Ag-20Ti(Wt。%),在1020℃下钎焊30min的接头的最大剪切强度达到45.8MPa。

    ——文章发布于2019年5月17日

    来源机构: 材料科学与工程杂志A卷 | 点击量:50
  • 摘要:

    AlMgZn相(T相) - 沉淀硬化铝合金中令人感兴趣的强化相未得到足够的重视,并且与通常研究的η-MgZn2相非常不同。本研究的重点是Zn-Mg比率低于1.0的Al-5.1Mg-0.15Cu-xZn合金。这与通常已知的Zn / Mg比大于2.0的7xxx系列合金不同。通过原子探针断层扫描和透射电子显微镜研究了Al-5.1Mg-0.15Cu-xZn合金的时效硬化响应行为,Mg-Zn或Mg-Cu原子聚集,以及不同硬化相的析出之间的关系。根据结果??,Zn的加入刺激了相干T“析出物的沉淀,但抑制了S-Al2CuMg和β-Al3Mg2相。这导致具有高Zn含量的合金中的时效硬化响应增强和加速。具有更细T“析出物的3.0Zn(重量%)合金表现出最佳的时效硬化响应,接着是具有T'析出物的2.0Zn(重量%)合金和具有T沉淀物的1.0Zn(重量%)合金。 。具有高Mg /(Al + Zn + Cu)比的团簇不能作为将Mg-Zn团簇转变成T“沉淀物的有效前体,从而导致较弱的时效硬化响应和较低的1.0Zn硬度(wt。 %) 合金。此外,尽管T相来自不同的合金,但是对于较大的颗粒尺寸,它们的Mg /(Al + Zn + Cu)比率达到恒定值3/7。这挑战了传统平衡T沉淀物的化学组成。

    ——文章发布于2019年5月17日

    来源机构: 材料科学与工程杂志A卷 | 点击量:51
  • 摘要:

    镁合金的变形和断裂特性受第二相颗粒的强烈影响。本研究综合考察了第二相粒子的三维微观结构,单个粒子的力学性能及其对AZ80镁合金体变形行为的影响。 X射线显微断层摄影已被用于量化第二相颗粒(Mg17Al12和Al8Mn5)在体积,形态和尺寸方面的3D微观结构。此外,为了阐明第二相颗粒对合金的整体变形的贡献,使用纳米压痕获得单个颗粒的机械性能。发现两种第二相颗粒都表现出比基质更高的弹性模量和硬度。使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的组合的压痕后分析显示在两个颗粒上形成的凹痕附近存在堆积。此外,基于三维微观结构的有限元模拟预测损伤始于高应力集中位置处颗粒的破裂,这通过断口分析得到证实。

    ——文章发布于2019年5月16日

    来源机构: 材料科学与工程杂志A卷 | 点击量:20
  • 摘要:

    奥氏体哈德菲尔德钢板表现出相对较低的屈服强度0.4-0.5GPa和锯齿状流动,尽管具有优异的拉伸强度和延展性以及高度持续的应变硬化。为了克服这些缺点,通过使用超高强度马氏体热压成型(HPF)钢板的辊压粘合制造多层钢(MLS)板。在Hadfield / HPF界面附近,渗碳和脱碳层是由Hadfield(1.2%的C)到HPF(0.23%的C)层的碳扩散形成的,并且可以产生一种非常薄的多层35厚度为μm。 Hadfield / HPF MLS板的所有拉伸性能(屈服强度; 946MPa,拉伸强度; 1291MPa,伸长率; 44.5%)优于Hadfield板的拉伸性能。有趣的是,在目前的MLS板材中,持久伸长率高达44.5%,高于Hadfield钢,这是一个非常独特和有趣的特征。 MLS板材的强度和延展性的同时增强通过以下贡献来解释:1)填充的双晶形成,2)几何必要的位错(GND)的产生,以及3)薄界面层内的背应力的增加。

    ——文章发布于2019年5月17日

    来源机构: 材料科学与工程杂志A卷 | 点击量:21