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2001 年 5 月 31 日 · 第 7 版

本页目录(5 篇)

钻石:当之无愧的多面手 它似乎不只是姑娘们最好的朋友,而且还是工程师最好的朋友。更不用说外科医生、物理学家……

【英国《焦点》月刊5月号文章】题:优质材料(作者 朱利亚·鲁滨逊)
    用途广泛
    钻石素有“姑娘们最好的朋友”的美誉,频频出现在戒指上、头饰上和《粉红豹》系列电影中。闪闪发亮的钻石数百万年前形成于压力极大、温度极高的地壳深处。钻石用于美学目的只是其诸多用处中的一小部分。如今,许多钻石是人工合成的,用途广泛,可以制成外科手术刀和速度极快的微芯片。
    实验室每年生产180吨钻石,大约是地层开采出来的9倍。其强度、透明度和抗蚀性之高足以使之成为21世纪的工程材料。现在已经有了钻石制成的微型集成电路散热器、关节替代物上的钻石涂层和航天探测器上的钻石窗户。不久,还可以用钻石涂层保护汽车变速箱,强度极大的钻石纤维将用于加固超轻型飞机。
    钻石远远不只是漂亮的石头。它有一系列鲜明的特征。作为科学界已知的最坚硬的材料,它具有耐强酸强碱腐蚀的性能,还是极佳的热导体。这意味着钻石除了纯粹的装饰作用之外还有许多用途。因为它的散热效果非常好,比硅还要强许多倍,工程师希望在钻石片上制造微芯片。他们可以把更多的电子元件放入更小的空间而不至于使电路过热,从而制造出新一代速度极快的计算机。
    人工合成
    钻石非同寻常的特性的关键在于它的结构。碳可以同其他分子形成4个坚固的化学键,因此它成了如此之多的有机化合物的基础,也是生命的基础。4个碳原子连在一起形成规则的晶格,这就是金刚石晶体。碳的另一种存在形式是铅笔中的石墨。
    天然钻石30亿年前形成于地壳以下200公里处的地幔中的岩浆。后来夹杂在金伯利岩之类的火成岩中一起上浮。熔化的岩石靠近地表时冷却形成管装脉矿,其中常发现有天然钻石。
    现在,大多数钻石的来源没有那么浪漫——它们是在巨大的水压中利用石墨和金属催化剂制成的。布里斯托尔大学化工学院的保罗·梅说:“这是模仿天然钻石形成于地球深处的自然条件。”这一技术被称为高温高压合成技术,其温度高达1300摄氏度,每平方英寸要承受1300吨的压力。
    然而珠宝商不用担心。合成钻石无法取代天然钻石。人造钻石通常要小一些,呈粉末状或者细砂状,颜色为黄褐色。德比尔斯公司销售部钻石贸易公司的莱斯利·科尔德哈姆说:“我见过的最大的人造钻石只有半个拇指指甲大。它的形状为六边形,一眼就能看出不是天然的。”这类钻石被用于机床打钻、打孔和切割。
    德比尔斯、通用电气等公司从20世纪50年代早期就开始制造合成钻石。几乎任何富含碳的物质都可以制成钻石。通用电气公司的化学家罗伯特·温特弗曾经用花生酱制造钻石。
    最新应用
    现在使用一种较新的工艺——化学气相淀积(CVD)———来制造超硬度钻石涂层。CVD在高温低压的条件下用碳蒸气覆盖某物体,在其表面形成一层小的钻石晶体。这些晶体最终聚合在一起形成巨大的宝石。这类钻石通常在切成片状后被制成解剖刀或者其他工具。
   &nbspCVD技术激发了科学家的兴趣。梅说:“我们第一次获得了可供工程应用的处于最佳性能的钻石形式。”他利用CVD技术通过在钨丝上生成涂层制造出钻石纤维。钻石纤维只有头发那么粗,但是强度极高。这种纤维可以用于加固多种材料。他说:“我们可以设想机器部件使用耐磨的钻石涂层,使用钻石纤维加固的部件,以及许多其他方面的应用。”
    甚至连位于日内瓦的欧洲核子研究中心的粒子物理学家都在观察物质性质的量子试验中使用合成的钻石晶体。科学家在研究电子、正电子等亚原子粒子互相碰撞时需要利用钻石的极端特性——钻石可以吸收粒子碰撞时释放的大量能量。梅解释说:“他们利用钻石来‘观察’形成的粒子流。”
    因此,钻石似乎不只是姑娘们最好的朋友,而且还是工程师最好的朋友。更不用说外科医生、物理学家……

振动技术提高塑料强度

【美国《科学日报》网站5月29日文章】题:用振动技术生产更坚固的环保塑料
    电话、电视机零部件、计算机鼠标、个人计算机的内部元件,以及其他一些日用产品,都是利用一种称作注射模型法的技术生产的。美国利哈伊大学的一位教授研制的一种用程序控制的简便装置,通过振动添加到注模中的熔融塑料,生产更坚固的环保塑料产品。
    利哈伊大学机械工程和机械学副教授约翰·库尔特说,虽然由于回收塑料质量差,会降低产品强度,而只能使用少量回收塑料,但这项振动辅助技术能使制造商回收一度无用的非环保塑料,而生产的产品却仍比用未经振动的新塑料生产的产品坚固。
    研究人员曾试图振动加热的塑料,但是大多数方法需要昂贵的机器和不同的模子。库尔特及其同事发现,通过振动把液态塑料送入模子的螺旋进料机,就可以无需振动模子而达到相同的效果。库尔特对螺旋进料机的液压系统稍加改动,并设计软件,在进料机向模子注入塑料时,控制其作低频振动。
    库尔特说,振动能提高塑料的强度,因为振动改变了塑料分子定向和排列。未经振动的塑料分子可能粘在模子的内壁上,或者折叠起来。振动却能轻轻晃动分子,使它们混合得更均匀,并使其能够尽量伸展开来。
    库尔特说:“如果该项技术得到推广,那么任何利用注射模型法的公司,都能以低廉的价格照搬我们所做的事情,还很可能做得更好。实际要做的就是改变控制液压系统的信号。”
    库尔特发现,振动加入50%废聚苯乙烯的混合物后生产的产品,强度超过使用100%新聚苯乙烯、但不经振动生产的产品强度。他认为,最后可能证明,振动技术能利用大量回收塑料比提高塑料产品强度这一事实更重要。

海豚和鲸为何自杀 专家怀疑海象病毒作祟

【埃菲社悉尼5月26日电】澳大利亚科学家发现,生活在南极水域的海象身上携带着一种会引起脑炎的病毒,这种病毒可能会影响海豚、鲸和那些食用海豚肉和鲸肉的人。
    澳大利亚昆士兰州医学研究学院生物学家安德烈斯·祖尔比尔说,研究人员发现,澳大利亚以南2000公里处麦夸里岛的7万头海象患有的脑炎、黄热病和登革热等病与这种致命病毒有关。
    祖尔比尔强调,虽然尚未发现在麦夸里岛的工作人员患有脑炎,但不能排除将来发生这种事的可能性。
    此外,像海豚和鲸这些在南极水域生活或穿行的海洋哺乳动物可能会感染这种病毒,并将病源传播到岛外。
    在日本、秘鲁和一些太平洋国家,人们视海豚肉和鲸肉为美味佳肴,有人甚至愿付高价购买品尝。
    昆士兰州医学研究学院的研究人员,对脑炎在南极海生物中的传播渠道进行了调查,他们怀疑这种病毒可能是造成每年在海滩上搁浅的海豚和鲸神秘死亡的原因。祖尔比尔说,海豚和鲸在浅水区自杀的无法解释的行为,可能是因为它们传染了病源,丧失了意识。
    这种海象病毒的携带者是一种以吸食麦夸里岛的牲畜的血为生的虱子。

简讯

微软与美国在线争夺客户
    法新社5月29日报道,微软公司利用全世界最大的网络服务提供商美国在线提价的机会,斥资5000万美元发起一项旨在吸引该公司客户的活动。微软公司吸引客户的措施包括在全国进行广告宣传、提供3个月的免费服务、从7月1日起每月无限时上网的收费为21.95美元等,这比美国在线提价后的价格便宜近2美元。
    美国发现在永恒动态下的液态状蛋白质
    美国《科学美国人》网站5月29日报道,长期以来,医学教科书一直将蛋白质描绘成静态的分子,然而美国宾夕法尼亚大学科学家一项新的研究表明,蛋白质远非静态的,甚至在动态中呈液态状。科学家是将蛋白质放置在13种不同的温度下观察其活动而得出这一结论的。
    国际空间站遇到小麻烦
    俄塔社5月29日报道,安装在空间站外面的加拿大机械手的电子控制系统出了不太严重的技术问题。宇航员发现机械手在安装空间站部件时不合操作规则。但机械手没有失灵,已启用备件。
    美俄将合作生产新型喷气式飞机
    美联社5月29日报道,波音公司和俄罗斯的飞机制造公司将考虑合作设计新型喷气式飞机的计划。波音公司副总裁托马斯·皮克林称波音公司正同俄罗斯伊柳辛和苏霍伊两家公司就该计划进行合作。双方正着手创造飞机生产的技术条件和制定商业计划。

美开发饮用水中砷吸附剂

【美国《科学美国人》网站5月29日报道】摄取大量的砷与各种癌症和其他疾病有关。然而,如果把饮用水中的砷含量限制得很低,那么可能要耗资数十亿美元。不过桑迪亚国家实验所研制的新材料可能有助于降低成本。
    为制成吸附砷的化学物质,该所研究人员首先选择已知的能吸引负电荷原子团,即阴离子的矿物族,例如含有砷的化合物砷酸盐。他们随后利用超级计算机模拟技术快速评定这些矿物的上千种变体和化合物捕集砷的能力,选出一些有希望的矿物———称作特殊阴离子纳米处理吸附剂(SANS)。研究小组目前正在实验室里确认SANS的能力。他们让受砷污染的水流过SANS,然后测定流出水中的砷含量。
    这些研究人员下一步希望在新墨西哥州阿尔伯克基的一座计划建造的城市净水厂,以及乡村社区的一些规模较小的供水系统检验这些吸附剂。该研究小组成员帕特·布雷迪说:“目前能把城市用水中的污物和泥沙过滤出来,但是以低廉的成本清除十亿分之几这样数量级的污染物是一种有难度的新挑战。”