研究人员揭示古罗马玻璃几个世纪以来腐蚀和结晶形成光子晶体的过程

研究人员揭示古罗马玻璃几个世纪以来腐蚀和结晶形成光子晶体的过程研究人员揭示了几个世纪以来腐蚀和结晶形成光子晶体的过程。大约2000年前，在古罗马，装满葡萄酒、水或异国香水的玻璃容器从集市的桌子上掉落，在地上摔成无数碎片。在随后的几个世纪里，这些碎片被埋在土层和碎石之下，并不断受到温度、湿度和周围矿物质变化的影响。现在，这些微小的玻璃碎片从建筑工地和考古挖掘中被发现，并展现出非同寻常的一面。它们的表面镶嵌着蓝色、绿色和橙色等五彩缤纷的颜色，有些还显示出闪闪发光的金色镜面。这些美丽的玻璃制品通常作为吊坠或耳环镶嵌在珠宝上，而更大更完整的物件则陈列在博物馆中。光子晶体及其意义对于塔夫茨大学Silklab工程学教授、材料科学专家菲奥伦佐-奥梅内托（FiorenzoOmenetto）和朱莉娅-圭德蒂（GiuliaGuidetti）来说，令人着迷的是玻璃中的分子如何经过数千年的重新排列并与矿物重新组合，形成所谓的光子晶体--原子的有序排列，以非常特殊的方式过滤和反射光线。光子晶体在现代科技中有许多应用。它们可用于制造波导、光开关和其他设备，在计算机和互联网上实现快速光通信。由于光子晶体可以阻挡特定波长的光，同时允许其他波长的光通过，因此可用于滤波器、激光器、镜子和防反射（隐形）装置。古罗马玻璃表面的光子晶体微观图。图片来源：GiuliaGuidetti在最近发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究中，奥梅内托、圭代蒂及其合作者报告了由玻璃的原始硅酸盐和矿物成分形成的独特原子和矿物结构，这些结构受周围环境的pH值和土壤中地下水水平波动的影响。这个项目始于一次参观意大利理工学院（IIT）文化遗产技术中心的偶然机会。欧梅内托说："架子上这块闪闪发光的美丽玻璃吸引了我们的注意。这是一块在意大利阿奎莱亚古城附近发现的罗马玻璃碎片。"中心主任阿里安娜-特拉维吉亚说，她的团队亲切地称它为'Wow玻璃'。他们决定仔细观察一下。研究人员很快意识到，他们看到的是大自然对光子晶体的纳米加工。奥梅内托说："在泥浆中沉积了两千年的玻璃，最终却成为了纳米光子元件的教科书式范例，这真的很了不起。"腐蚀与重建根据印度理工学院团队的化学分析，这块玻璃碎片的年代在公元前1世纪到公元前1世纪之间，产地是埃及的沙地--这与当时的全球玻璃贸易链条吻合。这块玻璃碎片的主体保留了其原有的墨绿色，但在其表面有一毫米厚的铜锈，几乎呈现出完美的镜面金色反光。奥梅内托和圭代蒂使用了一种新型扫描电子显微镜，它不仅能显示材料的结构，还能提供元素分析。圭代蒂说："这种仪器能以高分辨率告诉你材料是由什么构成的，以及元素是如何组合在一起的。"研究发现，铜绿具有一种分层结构，由高度规则、微米厚的二氧化硅层组成，密度高低交替，类似于被称为布拉格叠层的反射器。每个布拉格堆栈都能强烈反射不同的、波长相对较窄的光线。数十个布拉格叠层的垂直堆积形成了铜绿的金色镜面外观。这种结构是如何逐渐形成的呢？研究人员提出了一种可能的机制，这种机制经过了几个世纪的耐心研究。圭代蒂说："这很可能是一个腐蚀和重建的过程。周围的粘土和雨水决定了矿物质的扩散和玻璃中二氧化硅的周期性腐蚀。与此同时，结合二氧化硅和矿物质的100纳米厚层的组装也在循环进行。其结果是数百层结晶材料形成了令人难以置信的有序排列"。奥梅内托补充说："虽然玻璃的年龄可能是其魅力的一部分，但在这种情况下，如果我们能在实验室中大大加快这一过程，我们可能会找到一种方法来生长光学材料，而不是制造它们。"历史平行衰变和重建的分子过程与罗马城本身有一些相似之处。古罗马人热衷于建造长久的建筑，如渡槽、道路、圆形剧场和神庙。其中许多建筑成为了城市地形的基础。几个世纪以来，这座城市层层发展，建筑物随着战争、社会动荡和时间的流逝而兴衰。在中世纪，人们利用残破和废弃的古建筑材料进行新建。在现代，街道和建筑往往直接建在古代地基之上。圭代蒂说："玻璃表面生长的晶体也反映了城市发展过程中地表条件的变化，是城市环境历史的记录。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391943.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391943.htm

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分

科学家发现帮助古罗马混凝土自我修复的秘密成分混凝土是世界上最常用的建筑材料，但它并非不受损害。天气和压力会导致微小的裂缝，这些裂缝会发展成更大的裂缝，最终威胁到整个结构的完整性。这可能需要昂贵的维护或更换，以防止灾难性的损坏。相比之下，古罗马结构经受了两千多年的时间考验。为了找出原因，科学家们长期以来一直在显微镜下检查材料的样本，以研究其成分并发现赋予这种强度的成分。由意大利一个特定地区的火山灰制成的Pozzolanic材料，具有突出的特点。石灰也是如此，在以前的研究中发现，这有助于混凝土在码头等海洋环境中随着时间的推移变得更加坚固。一种常见的包含物--毫米大小的白色矿物块，称为石灰碎块--通常被视为一种副产品而被忽视，但在新的研究中，研究人员发现，它们的存在可能是有原因的。该研究的主要作者AdmirMasic说："这些石灰碎块的存在仅仅归因于低质量控制，这种想法一直困扰着我。如果罗马人为制造一种杰出的建筑材料付出了如此多的努力，遵循所有经过许多世纪优化的详细配方，为什么他们会在确保生产出混合良好的最终产品方面付出如此少的努力？这个故事一定有更多的内容。"左图：意大利Privernum考古遗址，本研究在那里收集了古代混凝土样品。右图。其中一个样品中的成分的假色图，其中有一个大的钙包合物（红色）MIT研究小组使用了一些成像和化学绘图技术来更仔细地检查石灰碎块，并发现它们是由碳酸钙类型的物质在高温下形成的。这表明它们是通过直接添加（或"热混合"）生石灰制成的，生石灰是一种比古罗马人假定使用的石灰形式更具反应性的形式。"热搅拌的好处是双重的，"Masic说。"首先，当整个混凝土被加热到高温时，它会出现如果只使用消石灰就不可能出现的化学成分，同时产生高温相关的化合物，否则就不会形成。第二，由于所有的反应都加快了，这种温度的提高大大减少了固化和凝固时间，使施工速度大大加快。"但更重要的是，这些石灰碎块在混凝土的自我修复中发挥了积极作用。热搅拌过程使夹杂物变脆，因此，当混凝土中形成微小的裂缝时，它们会比周围的材料更容易穿过石灰块。当水进入裂缝时，就会与石灰发生反应，形成一种溶液，重新硬化成碳酸钙并堵塞裂缝。它还可以与沸石材料反应，进一步加强混凝土本身。因此，研究小组说，这些石灰碎块不是不需要的副产品，而是有其存在的理由。这种自我修复机制可能是古罗马混凝土结构长寿的一个主要因素。为了测试这一假设，研究人员制作了古代和现代混凝土的热混合样本，然后将它们敲碎，并让水长时间流经裂缝。两周后，古代混凝土样本的裂缝已经愈合，阻止了水的流动。另一方面，现代材料则完全没有愈合。研究小组说，这一发现不仅有助于我们了解古代工程的秘密，而且也可以帮助改进现代混凝土配方。为此，研究人员正在采取步骤使这种材料商业化。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338305.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338305.htm

科学家鉴定出2000年前的罗马香水中包含的成分

科学家鉴定出2000年前的罗马香水中包含的成分鲁伊斯-阿雷博拉、卡尔莫纳市考古学家胡安-曼努埃尔-罗曼、卡莫纳大学研究人员丹尼尔-科萨诺和费尔南多-拉方特在瑞士科学杂志《遗产》（Heritage）上发表了一篇文章，分享了让世人"闻到"逝去的罗马帝国的整个技术和科学过程。香水的残留物是2019年在塞维利亚特街（CalleSevillat）的一座陵墓中进行考古干预时发现的，这些残留物被保存在一个石英雕刻的容器中，并且已经凝固，容器仍然完全密封。正如罗曼所解释的，这是一座集体坟墓，可能属于一个富裕的家庭，其中除了大量与葬礼仪式有关的物品（祭品和长裤）外，还发现了六个成年人的骨灰瓮，其中三个是女性，三个是男性。在其中一个玻璃骨灰瓮中，死者（30至40岁之间的女性）火化后的遗骸上放着一个布袋（布袋的残骸被保存了下来），里面装着三颗琥珀珠子和一个小水晶瓶（透明石英），水晶瓶被雕刻成双耳瓶的形状，里面装着香膏。过去，香水容器都是用吹制玻璃制成的，在极少数情况下，人们会发现用这种材料制成的香水容器，由于其坚硬的特性和难以雕刻的特点，这种香水容器非常珍贵和昂贵。除了容器的独特性之外，这次发现的真正非凡之处还在于它是完全密封的，香水的固体残留物被保存在里面，因此才有可能进行这项研究。鲁伊斯-阿雷博拉强调说，使用白云石（一种碳）作为塞子，并用沥青进行密封，是该容器及其内容物得以完好保存的关键。为了确定香水的成分，我们使用了不同的仪器技术，如X射线衍射和气相色谱-质谱联用技术等。据鲁伊斯称，通过分析可以确定，小圆柱形瓶塞是用白云石（石灰石）制成的，而沥青则用于完美的配合和密封。关于香水，已确定有两种成分：一种是基质或粘合剂，用于保存香气；另一种是香精本身，这些发现与老普林尼的描述不谋而合。在这种情况下，基质是一种植物油；根据分析中反映出的一些迹象，可能是橄榄油，尽管这一点无法得到确切证实。根据科尔多瓦大学（UniversityofCordoba）进行的化学分析结果，罗马散发着广藿香的味道，这种精油是从一种原产于印度的植物Pogostemoncablin中提取的，被广泛用于现代香水中，但在罗马时代还不知道它的用途。从发现这种精油的古墓的纪念碑特征，尤其是盛放这种精油的器皿的材质来看，这是一种非常珍贵的产品。这项研究是罗马香水领域以及广藿香作为精油使用方面的一项突破。目前正在对卡尔莫纳陵墓中保存的其他独特材料（如琥珀、织物和壁画中使用的颜料）进行进一步研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372593.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372593.htm

科学家发明韧性超强的新型氧化物玻璃

科学家发明韧性超强的新型氧化物玻璃在许多方面，玻璃都是现代技术中极具吸引力的材料。然而，玻璃固有的脆性使其容易出现裂缝和断裂，从而限制了其潜在的应用领域。为了在保留玻璃的优势特性的同时大幅提高其韧性，相关研究在很大程度上都未能取得预期成果。创新方法和工艺科学杂志《自然-材料》（NatureMaterials）上介绍的新方法从氧化物玻璃入手，这种玻璃具有相当紊乱的内部结构，是商业应用最广泛的玻璃材料。以含有硅、铝、硼和氧的硅酸铝为例，德国和中国的研究团队现已成功赋予其新的结构。为此，他们在拜罗伊特大学巴伐利亚实验地球化学和地球物理研究所（BGI）采用了高压和高温技术。玻璃状（左）和准晶状（右）毛玻璃的模拟结构。氧、硅、铝和钙元素的原子（从小到大）在周围结构中的有序程度越高，颜色越浅。图片来源：HuTang在10到15千兆帕的压力和大约1000摄氏度的温度下，硅、铝、硼和氧原子聚集在一起，形成类似晶体的结构。这些结构被称为"准晶体"，因为它们与完全不规则的结构差别很大，但它们并不接近晶体的清晰规则结构。利用光谱技术进行的经验分析和理论计算都清楚地显示了这种介于晶体结构和无定形不规则结构之间的中间状态。副结晶的影响即使将压力和温度降至正常环境条件下，铝硅酸盐玻璃中的副晶体结构依然存在。这些结构渗入玻璃后，玻璃的韧性比副结晶化之前高出许多倍。现在的韧性值高达1,99±0,06MPa(m)¹/²。这是氧化物玻璃前所未有的韧性。同时，玻璃的透明度并没有受到副晶结构的严重影响。该研究的第一作者HuTang博士在巴伐利亚实验地球化学和地球物理研究所(BGI)的高压压力机前。图片来源：UBT/Chr.研究人员解释说，玻璃的超常强化是由于从外部作用于玻璃的力，通常会导致玻璃破裂或内部裂缝，而现在主要是针对准晶体结构。它们溶解了这些结构的部分区域，并将它们变回无定形的随机状态。这样，玻璃作为一个整体就获得了更大的内部可塑性，因此在受到这些甚至更强的外力时也不会破裂或开裂。未来展望新研究的第一作者HuTang博士说："我们的发现强调了一种开发高耐受性玻璃材料的有效策略，我们计划在未来几年内继续开展这方面的研究。""副结晶导致的韧性增加表明，原子层面的结构变化会对氧化物玻璃的性能产生重大影响。"巴伐利亚实验地球化学和地球物理研究所的TomooKatsura教授博士补充说："在这个层面上，玻璃作为一种远未枯竭的材料，具有优化的巨大潜力。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379727.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379727.htm

美国星巴克咖啡饮料含玻璃碎片 超两万箱被召回

美国星巴克咖啡饮料含玻璃碎片超两万箱被召回（早报讯）美国食品和药物管理局（FDA）称，在一些星巴克咖啡饮料中发现玻璃碎片后，已召回超过2万5000箱饮料。《纽约时报》星期六（2月18日）报道，FDA指出，“发现了一个异物（玻璃）”，负责生产这款瓶装香草星冰乐（Frappuccino）的百事公司，已自愿召回相关饮料。此次被召回饮品被列会第二级召回（ClassII），意指造成“重大伤害或死亡的可能性较低，但仍有可能发生足够严重的不良事件，并造成不可逆转的后果”。据了解，受影响批次的有效期限为2023年3月8日、5月29日、6月4日和6月10日；若按每箱12瓶计算，被召回的饮瓶已超过30万个。目前尚不清楚是否出现相关的受伤报告，以及发现这块玻璃的过程。百事公司也未对此作出回应，但该公司在一份发给美国广播公司（ABC）的声明中说，星巴克零售店并没有售卖受影响产品，相关产品已从市场上下架。

Intel发明全新玻璃基板封装 互连密度提升10倍

Intel发明全新玻璃基板封装互连密度提升10倍现在，Intel宣布率先推出面向下一代先进封装技术的玻璃基板，计划在未来几年内推出相关产品，可在单个封装内大大增加晶体管数量、提高互连密度，使得合作伙伴与代工客户在未来数十年内受益。玻璃基板组装芯片的一侧玻璃基板测试芯片目前普遍采用的有机基板封装预计会在2020年代末期达到晶体管缩微能力的极限，因为有机材料耗电量比较大，存在缩微、翘曲的限制。相比之下，玻璃具有独特的性能，比如超低平面度(也就是极为平整)、更好的热稳定性和机械稳定性。使用玻璃材料制成的基板，具有卓越的机械、物理、光学特性，可以在单个封装中连接更多晶体管，提供更高质量的微缩，并支持打造更大规模的芯片，也就是系统级封装。玻璃基板测试单元IntelCEO基辛格展示玻璃基板测试晶圆Intel表示，玻璃基板更高的温度耐受可使变形减少50％，便于更灵活地设置供电和信号传输规则，比如无缝嵌入光互连、电容、电感等器件。同时，玻璃基板极低的平面度可改善光刻的聚焦深度，整体互连密度有望提升多达10倍，还能实现非常高的大型芯片封装良率。Intel的目标是到2030年实现单个封装内集成1万亿个晶体管，玻璃基板将是推动这一目标落地的强有力支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385259.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385259.htm