Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Nowy materiał naśladuje szkliwo zębów, ale jest bardziej wytrzymały. Przyda się inżynierom

Recommended Posts

Szkliwo to najtwardszy materiał biologiczny wchodzący w skład naszego organizmu. Znane jest ze swojej wyjątkowej sztywności, twardości, lepkosprężystości, stabilności i wytrzymałości. Mimo, że jego grubość liczona jest w milimetrach, jest wyjątkowo odporne na deformacje i uszkodzenia. A wszystkie te właściwości zawdzięcza swojej wyjątkowej strukturze. Teraz uczeni z Chin i USA stworzyli materiał, który naśladuje tę strukturę dzięki specjalnie pokrytym nanowłóknom. Jego właściwości mechaniczne są lepsze od właściwości szkliwa, dzięki czemu nowy materiał znajdzie szerokie zastosowanie w inżynierii.

Hewei Zhao z Beihang University w Pekinie i jego zespół rozpoczęli pracę od zsyntetyzowania nanowłókien hydroksyapatytu o długości 10 mikrometrów. Następnie pokryli je warstwą amorficznego nadtlenku cynku, który tworzy silne wiązania z hydroksyapatytem. Włókna następnie poprzeplatano molekułami poli(alkoholu winylowego), a całość zamrożono. Miksturę poddano działaniu dwukierunkowego gradientu temperatury. Utworzyły się równolegle ułożone kryształy lodu, co wymusiło na włóknach zajęcie przestrzeni pomiędzy kryształami i ułożyło je wszystkie w tym samym kierunku. W końcu całość poddano liofilizacji i kompresji. W wyniku całego procesu otrzymano gęste sztuczne szkliwo zbudowane z równolegle ułożonych i ściśle przylegających warstw nanowłókien hydroksyapatytu pokrytych nadtlenkiem cynku.

Szczegółowe analizy wykaząły, że taka struktura wytrzymuje naprężenia przekraczające 140 MPa, a podczas rozciągania zwiększa swoją długość zaledwie o 1,8% przed rozerwaniem. Co ważne, Zhao i jego zespół wykazali, że materiał ten można masowo produkować i nadawać mu dowolny kształt.

Szczegółowy opis materiału opublikowano na łamach Science.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Tkanina jest tym, co sprawia, że różnica między normalnym spódnicy, a doskonałymi to niebo, a ziemia. Tkaniny są dostępne we wszystkich rodzajach wzorów, kolorów, stylów, wzorów itp., ale to zależy od Ciebie, która tkanina będzie pasować do Twojego celu najlepiej.
      Twój pierwszy cel powinien być wybór tkanin, które nie marszczą się łatwo. Łatwość pielęgnacji jest kolejną optymalną cechą, ponieważ będziesz musiała często prać swoją spódnicę. Jeśli jednak wolisz kupować tkaniny z nadrukami lub innymi ozdobami zamiast tkanin jednolitych, pamiętaj, że takie tkaniny są trudniejsze do uszycia.
      Należy również wziąć pod uwagę warunki pogodowe, w których najczęściej będziemy nosić spódnice. Jeśli zawsze pada deszcz, gdzie mieszkasz, to wodoodporne tkaniny są właśnie dla Ciebie! Są one mocne
      Z jakiego materiału można uszyć spódnicę?
      Wybór materiału na spódnicę zależy wyłącznie od Ciebie. Na początek określ rodzaj spódnicy, którą chcesz uszyć. Materiał jest kluczowy, ponieważ decyduje o kroju odzieży. Powinnaś wybrać tkaninę na spódnicę na podstawie jej właściwości, kolorów i użyteczności. Idealna będzie spódnica wykonana z higroskopijnego, lekkiego, a zarazem trwałego materiału. Jeśli ktoś jest alergikiem lub ma wrażliwą skórę, może lepszym rozwiązaniem będzie materiał antyalergiczny?
      Spódnice to element odzieży, który musi być wykonany z odpowiednich materiałów. Powinnaś wiedzieć, czy się marszczy, jak się zachowuje, czy się gniecie i czy oddycha. Dlatego kupując materiał na spódnicę, należy go dotknąć, aby stwierdzić, czy dobrze się na Tobie leży. Tkaniny24 bawełniane, jedwabna satyna, len, skóra, wiskoza czy sztruks to jedne z najpopularniejszych opcji.
      W sezonie zimowym natomiast na myśl przychodzą szlachetne wełny.
      Spódnice wykonane z wełny są zarówno modne jak i wysokiej klasy. Spódnica wełniana to doskonały wybór na zimę, ponieważ zapewnia ciepło, a jednocześnie wygląda bardzo elegancko i fajnie. Być może zszokuje Cię fakt, że wełna ma dużą higroskopijność, co oznacza, że skutecznie chroni Twoje ciało przed wilgocią.
      Na co zwracać uwagę wybierając materiał?
      Przed zakupem tkaniny na spódnicę, należy wziąć pod uwagę kilka kryteriów.
      Jaki jest skład?
      Skład materiału ma kluczowe znaczenie. Dostępne są materiały naturalne, syntetyczne i imitacje. Włókna mają różne właściwości i ceny, więc to do Ciebie należy wybór rodzaju materiału, który będzie dla Ciebie najlepszy.
      Wybierz rozsądnie gramaturę
      Zawartość włókien w spódnicy zależy od ilości materiału użytego do jej uszycia. Im większa gramatura, tym więcej włókien zostało użytych do jej produkcji. Niższa gramatura oznacza lżejszą spódnicę, która może być przezroczysta, ale również bardziej elastyczna.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed ponad 3000 lat w północnej części Luizjany, w miejscu znanym jako Poverty Point, mieszkały społeczności łowiecko-zbierackie. Naukowcy sądzili dotychczas, że były to proste społeczności, ale archeolog Tristram R. Kidder z University of Washington w Saint Luis przekonuje, że to fałszywy obraz. Wiele bowiem wskazuje na to, że byli wśród nich zręczni inżynierowie oraz osoby zdolne do zorganizowania prac na masową skalę.
      W Poverty Point znajduje się masywny kopiec o wysokości 22 metrów, kilka mniejszych kopców oraz sześć koncentrycznych półkolistych struktur. Wszystko to jest dziełem łowców-zbieraczy, którzy około 3400 lat temu przemieścili ponad 1,5 miliona metrów sześciennych ziemi, by wznieść te struktury. Kidder uważa, że zbudowali w ten sposób ważne miejsce pielgrzymkowe. Zostało ono nagle opuszczone pomiędzy 3200 a 3000 lat temu, a wydarzenie to zbiega się w czasie z powodziami w dolinie Mississippi i zmianami klimatu.
      Na brzegach konstrukcji znaleziono liczne artefakty, co wskazuje, że ludzie tam mieszkali. Jednak najbardziej zaskakujące jest tempo wzniesienia kopca i koncentryczny półokręgów oraz ich niezwykła odporność na warunki atmosferyczne.
      Kidder i jego zespół prowadzili prace na stanowisku Ridge West 3, tym samym, które z 1991 roku badał znany archeolog Jon Gibson. Teraz, dzięki wykorzystaniu nowoczesnych technik badawczych, w tym datowania radiowęglowego, analiz mikroskopowych i pomiarów magnetycznych, naukowcy dowiedli, że struktury powstały bardzo szybko. Nie zauważono bowiem żadnych śladów wietrzenia pomiędzy poszczególnymi warstwami, a takie ślady by były, gdyby zrobiono chociażby krótką przerwę w budowie. To zaś oznacza, że w krótkim czasie zorganizowano dużą grupę ludzi, którzy pod kierownictwem i zgodnie z planem byli w stanie wznieść masywne struktury. Taki sposób organizacji przeczy postrzeganiu prostych społeczności łowiecko-zbierackich.
      Tym, co jeszcze bardziej imponuje, jest odporność całej struktury na warunki zewnętrzne. Jest ona praktycznie nienaruszona. Tymczasem Poverty Point znajduje się zaledwie ok. 320 km od Zatoki Meksykańskiej. Z powodu jej bliskości w miejscu tym mamy do czynienia z intensywnymi opadami, co czyni wszelkie konstrukcje ziemne niezwykle podatnymi na erozję. Gdy uczeni zbadali materiał wykorzystany do budowy kopca i półokręgów, okazało się, że składa się on ze starannie dobranych proporcji gliny, mułu i piasku. Rzymianie mieli swój słynny beton, a Chińczycy budowali trwałe konstrukcje z ubijanej ziemi. Tutejsza ludność opracowała przepis na takie mieszanie różnych materiałów, by uzyskać z tego bardzo trwały materiał. Był on odporny na erozję, mimo że go nie ubijano. To coś, na co współcześni inżynierowie wciąż nie wpadli, stwierdza Kidder.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowy nieorganiczny materiał, o bardzo niskim przewodnictwie cieplnym może poprawić wydajność energetyczną urządzeń. Obecnie nawet 70% generowanej energii jest marnowana w postaci ciepła odpadowego. Zjawisko to jest nie tylko bardzo niekorzystne dla środowiska naturalnego, ale również prowadzi do przegrzewania się urządzeń, spadku ich wydajności i trwałości. Jednak część tego ciepła można by odzyskiwać i zamieniać w energię za pomocą materiałów o niskiej przewodności cieplnej.
      Przewodność cieplna ciał stałych bierze się z zachowania ich fononów, czyli wibracji struktury krystalicznej. Można ją zmniejszyć na dwa sposoby. Albo skrócić drogę rozpraszania fononów, albo je spowolnić.
      Droga rozpraszania fononów zależy od ich wzajemnego rozpraszania oraz rozpraszania się na defektach materiałów lub ich granicach. Z kolei prędkość grupy fononów zależy od struktury i składu materiału. Dotychczas próbowano skracać drogę rozpraszania fononów poprzez wprowadzanie celowych defektów w materiałach czy też poprzez zmianę interakcji grup fononów na styku różnych warstw materiałów.
      Naukowcy z University of Liverpool wyprodukowali kompozytowy materiał, w którym warstwy BiOCl i Bi2O2Se pooddzielali od siebie warstwami Bi4O4SeCl2. W ten sposób uzyskali materiał, którego przewodność cieplna w temperaturze pokojowej w kierunku ułożenia warstw wynosi zaledwie 0,1 W K/m. To jedna z najlepszych wartości wśród materiałów nieorganicznych, jedynie 4-krotnie większa niż przewodność cieplna powietrza.
      Punktem wyjścia dla trwających pięć lat badań było zrozumienie, w jaki sposób struktura materiału pozwala na kontrolowanie przewodnictwa cieplnego. W efekcie uzyskali materiał, którego przewodnictwo cieplne jest niższe niż każdej z jego składowych z osobna. To zaś pokazało, jak ważna jest struktura atomowa i lokalizacja poszczególnych atomów, bo to one zdecydowały o uzyskaniu tak pożądanych cech nowego materiału.
      Autorzy badań, Matt Rosseinsky, Jon Alaria i ich zespół, chcą teraz tak zmodyfikować nowy materiał, by zyskał on właściwości termoelektryczne. Planują też wykorzystać swoje doświadczenia do pracy nad materiałami, którymi można będzie powlekać turbiny gazowe. Materiały takie muszą mieć przewodność cieplną niższą niż szkło, czyli poiżej 0,9 W/K/m.
      To jednak nie wszystko. Zdaniem autorów, łączenie materiałów o różnym ułożeniu atomów w celu zmniejszania przepływu ciepła, to bardzo obiecujący kierunek badań. Te materiały możemy udoskonalać osobno, optymalizując ich struktury, zanim jeszcze je połączymy, stwierdzają.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) postanowili sprawdzić, w jaki sposób kwaśne i słodkie napoje wpływają na szkliwo zębów w skali nano. By ocenić zmiany mechaniczne i morfologiczne zachodzące w czasie indukowanej napojami erozji szkliwa, zespół posłużył się mikroskopem sił atomowych (AFM).
      Nieleczona, utrata szkliwa może prowadzić do różnych problemów, w tym przebarwień, pęknięć czy nadwrażliwości. Raz uszkodzone szkliwo nigdy się już nie odbuduje, dlatego badania wyjaśniające, jak erozja szkliwa się rozpoczyna i rozwija, zwłaszcza w najwcześniejszych etapach, mają spore znaczenie dla utrzymania zdrowia zębów.
      Doktorzy Panpan Li i Chungik Oh wybrali do badań 3 popularne napoje: Coca-colę, Sprite'a i sok pomarańczowy. Za pomocą AFM badano topografię powierzchni i sporządzano mapę modułu sprężystości.
      Od ochotników w wieku 20-35 lat, którzy odwiedzili KAIST Clinic, pozyskano 5 zdrowych zębów trzonowych. Po wyrwaniu trzymano je w wodzie destylowanej. Napoje kupiono i otwarto tuż przed eksperymentem z zanurzaniem.
      Naukowcy zaobserwowali, że wraz z czasem zaburzenia chropowatość powierzchni szkliwa znacząco rosła, a moduł sprężystości drastycznie spadał. Zademonstrowano, na przykład, że po 5 min przebywania w cieczy moduł sprężystości był 5-krotnie niższy.
      Dodatkowo Koreańczycy zaobserwowali preferencyjne wytrawianie uszkodzonego szkliwa. Zbyt mocne szczotkowanie zębów i pasty z cząsteczkami polerującymi, które są reklamowane jako sposób na usunięcie biofilmu, mogą zaś powodować zadrapania szkliwa.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od kiedy na całym świecie, w związku z epidemią COVID-19, gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na maseczki, pojawiły się problemy z zapewnieniem tego środka ochronnego pracownikom służby zdrowia. Stąd też apele, o noszenie własnoręcznie wykonanych maseczek. Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne informuje na łamach swojego pisma ACS Nano, że maseczkę najlepiej wykonać z połączenia bawełny i  syntetycznego szyfonu. Najlepiej odfiltruje ona aerozole.
      Najdrobniejsze z wydychanych przez nas cząstek z łatwością prześlizgują się przez różne tkaniny. Stąd też rodzi się pytanie, z jakich materiałów powinna być wykonana maseczka domowej roboty. Postanowił na nie odpowiedzieć Supratik Guha i jego koledzy z University of Chicago.
      Naukowcy wykorzystali specjalną komorę do mieszania aerozoli, w której wytwarzali cząstki wielkości od 10 nm do 6 mn. Wentylator kierował aerozole w stronę tkaniny, a zespół sprawdzał, liczbę i rozmiary cząstek aerozoli, które przedostały się przez tkaniny. Okazało się, że najlepszym rozwiązaniem jest połączenie jednej warstwy gęstej bawełny z dwiema warstwami szyfonu. W badaniu użyto szyfonu składającego się w 90% z poliestru i 10% z lycry. Taka maseczka zatrzymuje – w zależności od wielkości cząstek – od 80 do 99 procent aerozolu.
      Szyfon można zastąpić naturalnym jedwabiem lub flanelą i całość sprawdzi się niemal równie dobrze.
      Naukowcy wyjaśniają, że gęsto utkany materiał, jak bawełna, działa jak bariera mechaniczna. Z kolei szyfon czy naturalny jedwab, które przechowują statyczne ładunki elektryczne, działają jak bariera elektrostatyczna.
      Najważniejsze jest jednak dokładne zakładanie maseczki. Jej niewłaściwe założenie, gdy powietrze będzie uciekało bokiem, zmniejsza skuteczność maseczki nawet o 60%.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...