我自高中時就踢足球,倒不是因為有一顆報效祖國的熊熊野心,主要還是因為隔壁排球社女生比例太高,覺得不方便才選擇了足球。高中時的足球老師很不錯,教我們從基礎技能練起,傳球、過人、停球、射門等等,但有一項我一直做不好,那就是「開大腳」。我也採用了老師所教的技巧,但距離始終不像一個男生的腳力,當時懷疑自己是不是還是更適合排球。

後來我分析,可能還是自己沒掌握到技巧,因為踢球時我總會感覺到腳趾頭和趾甲隱隱作痛。但當時我並沒有在意,覺得可以再悟一悟老師的技巧。

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線上社區設有匿名樹洞、二手閒置、租房、交友、失物招領、互助、求職考公、分享等各個功能板塊!!!(使用說明放在文末)

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最近有2022屆准果殼想要一份入學攻略,我調研了學校官方、非官方的媒體和國科大官方網站(一應的公眾號名片都放在「果殼媒體」中了,大家感興趣可以關注一下)。

然後,站在巨人的肩膀上給大家匯總了第一份「果殼校園百科全書」,希望大家能開心、順利地開啟果殼生活!

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有沒有友友像掌柜一樣,一到春天,天氣只要稍微轉暖了那麼一點點,妥妥就進入春困模式。從周一到周七,每天睜開眼,不續上點兒咖啡因,腦子都是麻的。

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先進芯片是當前信息社會和人工智能時代的最底層科技基石,掌握新一代芯片的材料、工藝、器件、設計、製造是相當長時間內科技戰略創新的主戰場之一。由於經典的幾何微縮的摩爾定律在2003年90nm節點,和等效的摩爾定律在2020年7nm節點都相繼失效,硅基晶體管的微縮速度大大降低,主要原因是晶體管在多個幾何維度進入了亞10nm尺度,傳統半導體材料的量子效應開始顯現,繼續微縮遇到了很大的材料、工藝、器件結構、製造良率和成本的挑戰。因此,在後摩爾時代,如何通過基礎研究,尤其是芯片新材料和新型器件的創新推動下一代高性能芯片的發展是當前最有挑戰性的研究方向之一。

以過渡金屬二硫屬化合物為代表的層狀半導體材料是被認為是最有潛力的芯片新材料之一,由多種層狀半導體材料材料組成的橫向結,例如同質結、異質結、混合多級結與超晶格結等,具有多種可調諧的電學與光學特性,為下一代高性能電子器件發展提供了全新的研究自由度,也為開發基於新原理與結構的並超越傳統半導體材料的新一代芯片提供了全新的研究方略。

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韌帶是關節周圍靈活而堅硬的組織,以支持身體運動,表現出優越的韌性和抗疲勞能力。然而,在合成彈性體中很少看到這樣的機械性能組合,因為在材料設計中,拉伸性、剛度、韌性和抗疲勞性似乎是不相容的。
近日,清華大學王朝副教授團隊通過層次化的交聯設計解決了這種長期存在的不相容問題。所得到的彈性體可承受30000 %的拉伸,楊氏模量為18 MPa,韌性為228 MJ m-3,優於所有已報道的合成彈性體。此外,疲勞閾值高達2682 J m−2,與韌帶(~ 1000 J m−2)的數量級相同。研究者發現,由Li+-O相互作用和PMMA納米聚集體組成的動態雙交聯網絡允許分層能量耗散,使彈性體成為軟機器人中的人工韌帶。相關工作以「Superstretchable, yet stiff, fatigue-resistant ligament-like elastomers」為題發表在最新一期的《Nature Communications》。
圖1. 已報告的超拉伸、剛性和堅韌聚合物的總結。
具體來說,研究者所提出的這種新的動態雙交聯設計,是將兩種不同強度的動態鍵整合到單一聚合物中。一方面,研究者在PEGA刷子狀結構中加入了一種高度動態的Li+-O離子偶極子相互作用,以消除大部分的機械應力。另一方面,使用剛性和鬆散填充的PMMA納米疇來提供剛度和強度。
圖2. 結構設計
【聚合物設計】
研究者提出了一種甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯基共聚物,該共聚物由兩部分組成:a)軟刷狀PEGA嵌段和b)剛性PMMA嵌段(圖2a)。在這種策略中,弱交聯是由鋰離子和聚乙二醇側鏈之間的離子偶極子相互作用提供的。Li+-O離子-偶極子相互作用具有較高的結合親和力和動力學性質,有望使材料同時具有高彈性和拉伸性能。PMMA嵌段可以聚合成鬆散的納米結構域,並利用主鏈上手性碳帶來的體積斥力作為剛性但動態的交聯劑。
圖3. 機械性能
【高拉伸性和剛度】
將預選量的MMA單體、EGA單體、鋰鹽和光引發劑混合,製備所述共聚物。紫外輻射後得到透明彈性體(圖3a)。在這些MEG聚合物中,MMA含量的增加導致硬度的提高,但拉伸性能的降低,這表明較高的MMA含量有利於形成更大尺寸的PMMA納米結構域(圖3b)。令人驚訝的是,當比例降低到7:4時,樣品可以達到30000%的拉伸而不斷裂。MEG2-Li和MEG3-Li的伸長率(超過30000 %)遠高於單獨的PMMA (λ = 104%)和PEGA (λ = 280%)(圖3c)。考慮到截面面積的收縮,特別是超過30000 %的拉伸,修正後的材料真實抗拉強度更能代表實際應力,可達到110 MPa(圖3d)。
如圖3f所示,經過3次加載,拉伸4次,材料的應力-應變循環曲線幾乎與初始狀態重疊,表明在弛豫過程中離子-偶極子相互作用可以完全改變。經過3次加卸載循環後,MEG2-Li的楊氏模量變化不明顯(圖3g)。令人驚訝的是,MEG2-Li聚合物可以在很大範圍內保持彈性。當拉伸到小於λ = 1300%時,材料仍然可以完全回復。
圖4. 韌性和抗疲勞性能。
【高韌性和抗疲勞性能】
此外,MEG2-Li的韌性高達228 MJ m−3,比PMMA (0.11 MJ m−3)和PEGA (0.087 MJ m−3)高出3個數量級。通過衝擊實驗進一步顯示了高韌性。一個1.5公斤重的尖銳錐形錘從0.1米的高度被釋放到MEG2-Li板(厚度1.0 mm)上,聚合物板受到了如此高的衝擊,但仍然完好無損。
圖4a展示了材料的抗撕裂能力,一個25 mm寬、5 mm缺口的試樣可以拉伸到λ = 2,100%,而沒有裂紋擴展,斷裂能量為95265 J m−2。此外,聚合物在切成兩半後,在室溫下隨着時間的推移可以自我癒合。在室溫下修復24小時,自癒合效率可達98%(圖4b、c)。
研究者對交聯PDMS、MEG2和MEG2-Li進行了疲勞試驗。λ = 250%時,PDMS試樣在一個周期內發生斷裂。然而在MEG2和MEG2-Li彈性體的試驗中,即使循環10000次,裂紋也沒有擴展,並達到穩定狀態(圖4d)。
利用其超拉伸、剛性和抗疲勞的特性,研究者進一步展示了MEG2-Li作為機器人人工韌帶的應用。實驗過程為:將初始試樣彎曲90°(半徑為7.6 cm),然後回到垂直狀態,重複10000次。僅僅10次循環後,PDMS試樣就完全破裂了(圖4f)。然而,即使循環10000次,MEG2-Li仍然保持彈性,沒有裂紋萌生(圖4g)。
【小結】
總之,在這項工作中研究者提出了一種新的雙交聯設計,以實現可超拉伸、剛性、抗疲勞的類韌帶彈性體。除了由分級能量耗散帶來的超拉伸性能和高強度外,剛性PMMA納米疇和高度動態Li+-O相互作用賦予聚合物突出的疲勞閾值。這種設計策略可以推廣到其他抗疲勞和剛性橡膠材料,同時這些材料在軟機器人和生物醫學應用中有廣泛的應用。

名稱:材料科學前沿

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美東時間4月28日,福建農林大學蘇松坤研究員團隊牽頭聯合法國圖盧茲第三大學Martin Giurfa教授團隊、澳大利亞國立大學張少吾教授在國際頂級學術期刊《Science》發表題為「Food Wanting is Mediated by Transient Activation of Dopaminergic Signaling in the Honey Bee Brain」(蜜蜂腦部瞬時激活的多巴胺信號調控食物慾望)的最新研究成果(圖1)。該研究首次發現並證實蜜蜂腦部多巴胺調控食物慾望(Food Wanting),揭示了蜜蜂(昆蟲)擁有與哺乳動物類似的由多巴胺調控的食物慾望系統。該研究為高等動物乃至人類基本生理需求「食物慾望」的比較進化研究提供了創新性的重要科學證據;為蜜蜂採集性狀相關的分子基礎研究和優良蜂種培育提供新的思路;也為人類多巴胺相關的生理心理和學習記憶障礙等健康問題的研究提供新的生物模型。

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文|《中國科學報》記者 趙廣立

4月30日,《中國科學報》獲悉,一項總投入達100億元、面向基礎研究領域的社會資助項目——「新基石研究員項目」正式發布。

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來源 |科學網 作者:孟凌霄、新智元(好睏 David)

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