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一大波新材料横空出世,改变世界超出你想象(六十八)

军民融合科技创新资讯平台2019-11-05 15:46:05

可注射进身体的止血绷带

来源:生物谷


弹片穿透性损伤是战场上需要克服的重要障碍,处理不好就会造成死亡。考虑到大出血带来的高死亡率,目前急需可以自行快速注射的材料来防止大量出血造成的死亡。



图片来源:Texas A&M University


通过使用一种制备点心常用的胶凝剂,来自仿生纳米材料和组织工程实验室的研究人员已经成功开发出了一种可以注射的绷带来阻止出血并促进伤口修复。


研究人员使用kappa-角叉菜胶和纳米硅形成了一种可以注射的水凝胶以促进凝血,并可以控制释放药物促进伤口愈合。


可注射的水凝胶是一种很有潜力的促使内出血和外伤出血凝血的材料,因为这些生物材料可以以微创的形式注射到伤口部位。一种理想的可注射绷带应该可以在注射到伤口处后自行固化,并促使自然的凝血链式反应。此外,可注射凝胶应该在达到凝血之后启动伤口修复反应。


这项研究使用了一种从海藻中获得的常用的增稠剂——kappa-角叉菜胶,用于设计可注射的水凝胶。水凝胶是一种3维水溶性高分子网络,可以模拟人体组织的结构。


当kappa-角叉菜胶和硅基纳米颗粒混合后就获得了注射溶胶,而纳米颗粒带的电荷赋予了水凝胶的止血能力。特别是血浆蛋白和血小板可以在凝胶表面形成血液吸附物,从而启动凝血反应。


研究人员还发现这些可注射绷带可以缓慢释放治疗药物用于伤口修复。纳米颗粒表面的负电荷可以与药物发生静电反应,从而导致药物的缓慢释放。

美国研发新型金属泡沫装甲材料

来源:北方防务


科研最新研究表明,不锈钢复合金属泡沫可以抵御在其附近45.72厘米处起爆的燃烧榴弹所产生的1524米每秒速度的爆炸破片冲击,提供比现有装甲材料更高的防护性能,而且该新型材料还具有显著的减重优势。这种钢复合金属泡沫的重量仅为当前所用轧制均质钢装甲的1/3,10毫米厚的钢复合金属泡沫板就可以阻止所有尺寸从15平方毫米到150平方毫米的破片冲击。


复合金属泡沫照片


研究人员建立了钢复合金属泡沫板的数值模拟模型,并利用该模型预测了5083铝合金装甲(目前在市场上具有与16.75毫米钢复合金属泡沫类似的重量和厚度)对抗榴弹的性能。结果显示,虽然重量与钢复合金属泡沫板类似的5083铝合金装甲板也可抵御所有破片冲击,但铝合金装甲会发生弯曲并且破片侵彻深度更深。这会使装甲板产生更多损伤,并将大量应力传递给装甲后的士兵或装备。而钢复合金属泡沫通过空心微球的局部变形吸收爆炸冲击波和破片能量,因此所产生的应力更小,能提供更高的防护性能。目前,研究人员已测试钢复合金属泡沫对手持式突击武器、辐射和极高温的防护性能。


接下来,研究人员将利用简易爆炸装置和大口径弹药对钢复合金属泡沫进行测试。这种钢复合金属泡沫可以在不牺牲安全性的情况下取代轧制钢装甲,大幅减轻车辆重量,显著提高燃油经济性和车辆性能。

3D全息显示立体视觉超表面材料

来源:光行天下


人眼的立体视觉来自于左眼和右眼观看同一物体时存在着视差,这一原理被用在3D显示领域,典型的应用比如有立体电影。其原理为,通过两台摄像机沿不同角度拍摄同一场景,然后在屏幕上以不同偏振态的光线投射,带有偏振眼镜的观众的左眼和右眼将观看到不同的影像。然而,立体电影通常需要两台以上的摄像机,和两套独立的放映系统,因此系统的体积、重量、功耗和成本都较高。


最近,科研人员发明了一种基于超表面材料的立体全息显示技术。这种全息显示技术,只需要一片薄薄的毫米量级大小的玻璃全息片,就可以把两种不同偏振态的全息图案投射到远场,配合偏振眼镜即可感受立体视觉。具有结构简单而紧凑、可批量复制等特点的立体视觉全息技术,为全息显示提供了一种全新的工作模式,在信息光学的诸多领域有着诱人的应用前景。


立体视觉超表面是由大小不同的电介质纳米砖阵列组成,不同大小的纳米砖对应的等效折射率也不相同,因此可用于调制入射光波的相位。由于在水平方向和垂直方向可以独立的调制入射光波的相位,立体视觉超表面可以让水平和垂直方向振动的入射激光分别生成一套全息图,且这两套全息图的偏振态相互垂直,实现了偏振复用的功能。基于以上原理,设计出4台阶相位量化的偏振独立超表面材料;作为应用实例,设计了一款独立偏振的衍射光学扇出元件,仿真得到了两种不同排布的22均匀光点、但却是同一个扇出元件生成的,从而证实了这种器件独特的相位调制特性。最后,科研人员提出了利用超表面实现立体视觉傅里叶全息的设想,以设计武汉大学校徽全息图为例,给出了校徽中四层深度信息对应的全息设计效果,并进行了局部图案的仿真验证,从而证实了利用立体视觉超表面的偏振复用特性、实现不同全息图案的可行性。



石墨烯混凝土

来源:石墨烯资讯


现代工程技术的进步不断推动超高性能多功能建筑材料的发展。这些材料必须表现出非常强的耐久性和机械性能,并且必须具备非常强的综合性能满足多种用途,以适合未来新兴的结构应用。学术界普遍认为,全球应用最广泛的混凝土建筑材料未来必须实现纳米级的设计,其化学和物理力学性能可以在现有基础上大幅度的真正提高。


近日消息,埃克塞特大学的专家开发出了一项开创性的新技术,该技术使用纳米工程技术将石墨烯纳入传统的混凝土生产。利用该技术制备出一种新的更绿色、更坚固、更耐用的石墨烯-混凝土纳米复合材料,可能会给建筑行业带来革命性的变化。


与标准混凝土相比,新型石墨烯多功能纳米工程混凝土的各项性能显示出前所未有的改善和提高。其中,抗压强度增加高达146%,抗折强度增加79.5%,同时其导电和导热性能也有所改善,特别突出的是,与普通混凝土相比,其透水性出人意料地降低了近400%,使得这种新型复合材料非常适用于易遭受水淹的地区的建筑。



并且,所有测试的混凝土样品均满足英国和欧洲的施工标准。至关重要的是,该新型石墨烯增强混凝土还大幅减少了传统混凝土生产工艺过程中的碳排放,使其更具可持续性和环保性。


该研究团队坚定的认为,这项新技术可以为其他纳米材料融入混凝土铺平道路,从而进一步实现全球建筑业的现代化。

包覆核燃料安全的新材料

来源:中核集团官网


研究人员最近开发了一种新的材料,用于包覆核燃料棒以提高核安全。



这种新材料是铁、铬和铝的合金。在过去的 60 年里,民用核电站的燃料棒一直用不断发展的锆合金包裹着。这种新合金不使用锆。锆在正常操作中很好用,因为它吸收的中子很少。然而,如果一个反应堆失去了冷却水,锆就会使相关问题恶化,因为它会在高温下与蒸汽发生反应,最终产生大量的热和氢气。


研究小组试图开发一种材料,在符合锆合金性能的同时,尽可能不产生氢。目前,正在进行行业测试和评估。2018 年 2 月,它被放入乔治亚州一个核电站的核反应堆里进行测试。


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