前沿

陶瓷基形状记忆材料

供稿 / 朱崇恺

氧化锆陶瓷材料的原子结构

　　最近，权威杂志《自然》发表了麻省理工学院材料科学与工程系的科斯利托夫教授的新论文，他提出用陶瓷制成新型形状记忆材料，而非金属。

　　形状记忆材料是一种智能材料，加热可以触发它的变形功能——从一种形状恢复为另一种形状。

　　他解释说，形状记忆材料本身有两种不同的形状，通过刺激，可以触发切换。这些“刺激”包括温度、机械应力、电场或磁场——以施加力的方式使材料转换形状。

　　“之前的形状记忆材料都是基于金属材质制作的，”克里斯托夫说，“如果在原子水平上改变材料的形状，就会对材料产生很多损害。原子必须重新洗牌，改变它们的结构，随着原子的移动，它们很容易进入错误的位置，从而产生缺陷，损坏材料。”

　　金属的延展性很强，因此它们的抗损坏性更强。相比之下，陶瓷不会像金属一样弯曲变形，而是会受力断裂，抗损能力要次于金属。“这项工作想要做的是设计一种新的陶瓷，其形状在宏观上仍然可以转换，但在材料内部，在原子尺度，更温和。”

　　研究的结果是得到了氧化锆的新变种，并在结构中引入了一些不同的元素。这些元素“溶解”在晶格中，使之在原子尺度上更加柔和。其原子结构有两种不同的排列方式。诸如温度变化之类的外部刺激，可以触发材料的形状转变——从一种形状转变为另一种形状。

两色激光来合力进行快如闪电的3D打印

供稿 / 朱崇恺

　　
在光片3D打印中，红色和蓝色激光互相垂直射入，用于在微米级精确快速地打印物体

　　用塑料3D打印物体有精确、快速、经济实惠的优点。然而，更快的打印速度和更高的分辨率仍然是有待完成的技术挑战。近日，来自卡尔斯鲁厄理工学院、海德堡大学和昆士兰科技大学的研究团队在实现这一目标方面取得了显著的进步，他们新开发的激光打印工艺可以在眨眼之间打印出微米大小的零件。

　　立体光刻3D打印是目前最流行的塑料3D打印工艺之一，3D物体被一层一层地投影到装满树脂的容器中，树脂通过紫外光固化。

　　在这种新的3D打印技术中，蓝色激光束被投射到装满液体的树脂容器中，负责预激活树脂；红色激光束提供固化树脂所需的额外能量。在打印机中，蓝色激光束使用具有高帧速率和高分辨率的显示器将图像投射到液态树脂中，红光形成薄薄的“光片”，垂直穿过蓝色光束。两种不同颜色激光束协同工作，大大提高了3D打印的速度。打印过程是二维进行的，对比之下，如果只使用单一光源，打印过程将是一维的。

再纺蚕丝比蜘蛛丝韧性强70%

供稿 / 朱崇恺

　　
蚕丝茧

　　提起蚕丝时，你可能会联想到昂贵的丝绸面料。但是今天，丝基材料用途广泛——生物医学领域的缝线、手术网材料，监测健康的丝质贴片，亦或是保护种子免受干旱损害的涂层。

　　地球上最强韧的天然丝来自蜘蛛而不是蚕。但规模化养殖蜘蛛且量产蜘蛛丝是不可行的。蜘蛛需要很大的空间来结网，而且不会生产大量的蜘蛛丝，它们的侵略性和领地意识也很强，无法实现大规模养殖。

　　现在，科学家们针对这个问题提出了新的解决方案。他们开发了一种重新纺织蚕丝纤维的技术，制造出了比蜘蛛丝强韧70%的人造丝。简单点说就是将普通家蚕的蚕丝在化学溶液中煮沸，然后在金属和糖浴中固化制作出超强人造丝。论文作者——天津大学生物化学家林志博士说：“我们的发现扭转了之前认为蚕丝在机械性能上无法与蜘蛛丝竞争的看法。”

声音

歼20

　　打造大国重器，推动国防建设和军队装备发展，一直是航空人的神圣使命和光荣职责。—杨伟

　　中国科学院院士、歼20总设计师杨伟说，打造大国重器，推动国防建设和军队装备发展，一直是航空人的神圣使命和光荣职责。新时代十年，航空工业自主研制的各型航空武器装备实现“井喷式”发展，全面开启“2 0时代”。在2 0 2 2年第十四届中国航展上，航空工业参展阵容强大，三“2 0”——歼-2 0、运-2 0、直- 2 0齐聚珠海，大飞机“三兄弟”——运-2 0、C 91 9、鲲龙AG60 0M共舞蓝天，无人机“国家队”添丁列阵……破晓时刻，开始倒数吧。

数字

7个

7个地质遗产地

　　2 0 2 2年1 0月2 6日，国际地质科学联合会在西班牙公布全球首批100个地质遗产地名录，中国在浙江长兴同步举行新闻发布会。中国有7个地质遗产地成功入选，是全世界第一批中获得地质遗产地最多的国家之一。

　　国际地质科学联合会地质遗迹委员会副主席、中国地质大学教授张建平说，国际地科联地质遗产地是拥有国际意义的地质遗迹或地质过程的关键区域，入选该名录表明地质遗产地具有国际最高地学价值和研究水准，并得到了有效保护。

20倍

　　2022年10月20日，中国科学院国家天文台利用中国天眼（FAST）进行成像观测，在致密星系群——“斯蒂芬五重星系”及周围天区，发现了1个尺度约为200万光年的巨大原子气体结构。这个巨大原子气体结构，尺度比银河系大20倍。这是迄今为止在宇宙中探测到的最大的原子气体结构。观测宇宙中的原子气体是天体物理中一个非常重要的研究课题。宇宙中所有天体的起源都离不开原子气体。

　　中国天眼是当今世界上口径最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜，能够探测到远离星系中心的极其稀薄的弥散原子气体所发出的暗弱辐射，从而为研究宇宙中天体的起源打开了一个崭新的窗口。

中国天眼与巨大原子气体结构示意图

趣闻

首个人工毛囊问世

　　通过改造小鼠的胚胎皮肤细胞，日本横滨国立大学研究人员培育出1个月可长3毫米的毛囊。这是人类首次在实验室中培育出成熟的毛囊。该技术有望治疗脱发。相关研究于2 0 2 2年1 0月2 1日发表于《科学进展》。

　　哺乳动物的毛囊通常在胚胎中产生，是皮肤细胞和结缔组织相互作用的产物。

　　为了更好地理解这种相互作用，日本横滨国立大学的福田俊二和同事研究了毛囊类器官——一种微小、简单的器官。通过控制类器官的结构，研究人员能够促进毛囊的生长。

　　该团队的主要突破是实现了在一种特殊的凝胶中培养小鼠胚胎皮肤细胞的操作，使细胞可以重新再生为毛囊。这种凝胶可以让实验室中的这些细胞如同在体内一样，以相互攀越和围绕的方式生长。

　　该团队目前正在使用人类细胞重新进行实验。

“吃土”可以治疗肠道疾病，是真的吗？

　　2022年10月25日，发表在《自然—化学》上的一项最新研究成果表明——“吃土”也能调节肠道微生物组和治疗肠炎。

　　该科研团队受土壤组分启发，通过人工合成的方法构建由蒙脱土（天然土壤成分，俗称“观音土”）、淀粉颗粒和液态金属3种组分组成的土壤仿生材料，具有调控微生物功能的特质。这一具有响应性和调节性功能的新材料，不仅能提高微生物合成化学品的效率，还能够调节肠道菌群失调，恢复肠道微生态，在生物制造和生物医药领域有着应用潜力。

陆地哺乳动物最灵活的脸

　　非洲象拥有惊人的面部、耳朵和象鼻动作。其中，象鼻由比整个人体还多的肌肉组成，可以进行非常有力且精细的动作。

　　德国科学家研究了非洲象、亚洲象的面神经运动核，即控制这些动物面部肌肉的大脑结构。结果发现，其面神经运动核包含的面运动神经元比任何陆地哺乳动物都多。特别是非洲象，它们有特别突出的神经元簇，用来控制像手指一样的鼻尖。相关论文在2022年10月26日发表于《科学进展》。

　　（责任编辑 / 李晓霏 张丽静 美术编辑 / 胡美岩）