为爱鼓掌,它鼓得最响亮!|一周科技
欢迎收看一周科技。本周你将看到:①弯而不折的冰;②海象为爱鼓掌;③粪便化石中的甲虫;④凉爽的降温布料;⑤甲虫腿上的优质润滑剂。
折不断的冰
我们印象中的冰又硬又脆,对于纤细的冰碴,只要稍微施加压力就会让它折断。然而,下面这条纤细的小冰晶却极具弹性:即使弯曲成近乎圆圈,它依然没有折断[1]。
当然,制造这种冰需要特殊的工艺。这是一种单晶冰形成的超细纤维,直径在数百纳米到10微米之间。在低温环境下,研究者在针尖施加电场,让水蒸气分子在电场作用下慢慢生长形成冰晶。接下来,研究者将形成的冰晶纤维进一步降低温度,在-70℃至-150℃环境下测量了它们的弹性。结果显示,这些单晶冰纤维的弹性已经接近此前估计的理论极限。
视频演示:压弯纤细的单晶冰纤维时,它依然不会折断 | Xu et al.
除了富有弹性,这些单晶冰纤维的透明度也很高,因此它或许具有传输光的潜力——不过,必须在低温下保存会限制它的应用。目前,这些弹性小冰晶的主要用途还只是进行基础研究。
为爱鼓掌
本周动物视频:听海象如何为爱鼓掌——字面意义上的那种。
这是一只名叫“Sivuqaq”的雄性海象,它生活在加利福尼亚的一家动物园中。每到繁殖季节,这只海象总是热衷于用规律而持久的鼓掌吸引异性注意。掌声穿过水池和厚厚的有机玻璃,听起来依然十分清晰响亮。
最近发表的一项研究揭示了海象响亮掌声背后的秘诀[2]。高速摄影记录显示,响亮的声音源于空化效应:海象拍击前肢产生的高速水流可以在局部产生低压空泡,随后这种低压气泡又迅速被周围的水“压扁”,由此产生强烈的声响和冲击。
与粪长存
食肉动物的粪便容易矿化,形成粪化石;相比于扁平的化石,三维的粪化石往往能保留更多特征。在一块三叠纪时期的粪化石里,研究者就发现了丰富的甲虫遗骸;其中2个遗骸近乎完整,其他不少遗骸也保存了腿部和触角的精细结构。
降温织物
这种新型织物包含二氧化钛-聚乳酸复合材料与聚四氟乙烯层,它可以高效反射阳光,同时通过辐射冷却进一步降温。为测试织物的降温效果,研究者制作了一件特殊的衣服:它一半是新型织物,另一半是普通的棉织物。在阳光下的实地测试显示,新型织物覆盖的皮肤更好地保持了凉爽:与棉织物的一边相比,新型织物的一边温度低了大约4.8℃。同时,这种织物还展现出了优异的机械性能、防水性与透气性,可满足服装需求。
甲虫润滑剂
人体的一些关节内填充了滑液,可以用来减少摩擦。甲虫也会产生这样的润滑剂,且其减少摩擦的效果,甚至比不粘锅涂料还要好[5]。
大麦虫(Zophobas morio)是一种具有黑色外壳的甲虫。研究者通过冷冻扫描电镜发现,大麦虫腿部关节外壳的孔隙里,会渗出约1微米厚的蜡质物。这些物质可以随着关节的移动而扩散,对甲虫关节起到保护作用。研究者用小玻璃板在这种润滑剂上来回滑动,以模拟关节的移动,测验这种物质的润滑效果。结果发现,在没有任何润滑剂的情况下,玻璃板移动的摩擦系数为0.35,使用特氟龙时的摩擦系数为0.14,而使用甲虫润滑剂时则仅为0.13,说明这种物质可以有效减少摩擦。
至于人类是否能利用这种甲虫润滑剂来制造机器人、假肢等,则需要等到能够人工合成这种润滑剂再说——毕竟,如果从甲虫身上提取润滑剂,那成本可太高了。
参考文献
作者:麦麦,窗敲雨
编辑:窗敲雨
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