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訂作不畏高溫的奈米微晶合金

NanoScience
・2012/09/24 ・934字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

美國研究人員結合熱力學分析模型及實驗,製作出一種在1000°C的高溫下依然穩定的新型鎢奈米微晶合金。由於一般奈米微晶在高溫環境下通常不穩定,因此這是一項突破性的研究成果,並且對於研發具高強度及耐衝擊性的材料而言將有著極大助益。

對相同金屬形成的結構而言,奈米微晶比尺寸較大的塊材要來得強韌許多,可惜它卻較為不穩定。自然界的物體傾向處於低能量狀態,奈米微晶為降低其表面能而傾向生成較大的晶粒。特別是在高溫環境下,奈米微晶的晶粒會成長並結合,導致金屬軟化,而高溫熱處理卻是金屬製程裡相當常見的步驟。儘管研究人員試圖尋找避免晶粒成長的方法,但一直未找到令人滿意的解決方案。

最近,麻省理工學院(MIT)的Christopher Schuh研究團隊研發出一種新方法,所設計製造出高溫時不會發生晶粒成長結合的奈米微晶合金。Schuh表示,他們先計算合金內所有原子/鍵結的能量,包含在晶體環境中、晶界及晶體之間,再依此計算結果設計製作合金。他們特別計算了不同合金元素對整體結構能量的影響,並試圖找出能穩定晶界的元素,以得到能穩定維持的奈米微晶狀態。

研究人員從計算結果獲得不同金屬所需之比例,並依此成功合成出高溫環境下依舊穩定的奈米微晶金屬。他們也研究了通常不會混合在一起的金屬合金,有些甚至未曾被製作過。例如他們在研究鎢合金時,就考慮了12種不同的元素,其中包含鈦、鉻、銅與銀等。Schuh指出,傳統設計合金時通常不會考量到晶界,而是專注於這些不同金屬間的相容程度,然而晶界對於創造出穩定的奈米微晶卻極為重要,因此他們在計算中納入這些因素。

該團隊所製造的一款鎢鈦合金含有20%的鈦原子,其晶粒大小僅有20 nm。實驗發現該合金在1100°C的退火溫度下一星期後,依舊維持穩定並具有絕佳強度。這種材料適合用於需要高耐衝擊性的應用上,譬如工業機械或裝甲鋼板等。

Schuh表示,他們研發的方法很容易推廣用來製造其他強度與穩定度一樣好或更好的新奈米結構材料,或許還能滿足額外的特性需求如抗腐蝕性等。該團隊目前正在詳究如何將其理論方法推廣到其他合金與結構。詳見Science|DOI: 10.1126/science.1224737。

資料來源:Nanocrystalline alloys can take the heat. NanoTech.org [Aug 24, 2012]

譯者:丁逸勳(台灣海洋大學材料工程研究所)
責任編輯:蔡雅芝

轉載自奈米科學網


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。