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mqjiang 2009-5-16 12:18

作者：Professor Michael F Ashby （剑桥大学，工程系）本文摘自Materials-a brief history. Philos Mag Lett 88, 749-755 (2008). 该文是为纪念材料学家Manuel Amaral Fortes而写。一，材料发展的时间轴二，材料－性质（强度－密度）空间边界的扩张史前，50000BC 50BC 1500AD 1900AD 1945AD Present day 作者简介： Prof MF Ashby Royal Society Research Professor, Principal Investigator, Engineering Design Centre CBE, 1997 F.Eng., 1993 FRS, 1979 Ph.D., Cambridge University, Cambridge 1961 M.A., Cambridge University, Cambridge 1959 B.A., Natural Science (Metallurgy), Cambridge University, Cambridge, 1957 (First Class Honours) Michael Ashby has been associated with the Engineering Design Centre since its inception, as one of the three Principal Investigators. He received his Bachelors degree and Doctorate in Natural Sciences at the University of Cambridge and then joined the Institute for Metal Physics at the University of Gttingen, Germany, working with Professor P. Haasen from 1962 to 1965. From 1966 to 1973 he held the post of Professor of Applied Physics in the Division of Engineering and Applied Physics at Harvard University. He is a member of the Royal Society, the Royal Academy of Engineering and the U.S. National Academy of Engineering. Since 1973 he has been a member of the Cambridge University Engineering Department where he holds the post of Royal Society Research Professor. Professor Ashby was the Editor of Acta Metallurgica from 1974 to 1995 and is now Editor of Progress in Materials Science.

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参加第二次空间材料会议

fyang 2009-4-26 16:14

会议结束后去参观清华园

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荷叶效应与纳米涂层

eloa 2009-4-12 20:16

云无心发表于 2009-03-29 20:05 (本文刊发于《百科知识》) 雨过天晴，让我们来看看叶子上的水珠吧。多数的叶子上，水珠是这个样子的。（图片来源： http://www.flash-screen.com/ ）有的叶子上，水珠晶莹剔透，可以滚来滚去，就象下面的荷叶。即使在上面浇一些污水，也不会在叶子上留下污痕。如果建筑物的外墙、露天的广告牌等等表面也象荷叶一样，不就可以永保清洁而免去清洗的麻烦了吗？这种具有自清洁能力的表面，在人们搞明白了出污泥而不染的原因之后，通过应用纳米技术已经实现了。一、从接触角谈起为什么有的叶子上的水珠是球形，可以滚来滚去，有的叶子上却很扁，乖乖的呆在一个地方不动呢？让我们看看下面这幅图：一滴水在固体表面上，整个图中有三个界面。红色的是固体和水的界面，蓝色的是固体和空气的界面，黑色的是水和空气的界面。黑色的的那个界面是弯曲的，如果我们从红色黑色和蓝色交界的地方沿着黑色曲面的方向画一条线来，就叫做那个曲线在那个点的切线。在图中，就是绿色的那条线。红线和绿线之间有个夹角，我们把它叫作接触角。如果接触角很大，是什么样子呢？当接触角很大的时候，水珠就呈现球形，水和叶子接触的地方（相当于上面这幅图中的红线）非常小，水不会再一个地方呆着，整个水珠可以滚来滚去。如果接触角很小，又会是什么样子呢？这就是一般的叶子上水珠的形状。扁扁的，水和叶面的边界很大（就是红线很长）。接触角很小，水珠也不能随便移动。进一步想，如果接触角非常小，比如说是零度了，会是什么情况呢？没错，没有蓝色的线了，所有的固体都被水给占了。日常生活中，如果我们的碗或者玻璃不太干净，比如说有油，那么就触角就会比较大，我们就能看到水珠。如果用洗涤灵把它们洗得很干净，放滴水上去，水就立刻铺开，看不到水珠了。接触角物理原因有点抽象。我们需要从表面能的概念出发来理解：增加任何两种物质的界面，都需要一定的能量，这个量在数值上等于这两种物质构成的界面的界面张力。我们比较熟知的表面张力是空气和水的界面张力。其实不仅是空气和液体之间，空气和固体，液体和固体之间也存在着界面张力。再看看上面的图，一滴水放在固体表面制造了三种界面：黑色的空气和水的表面，红色的水和固体的界面，还有蓝色的空气和固体的界面。把各自的界面张力乘以界面面积，加起来就得到了整个体系的界面能。具体的数学推导就不作了，我们来考虑两种极端情况。如果气固界面张力很大而液固界面张力很小，显然大自然倾向于把水滴完全铺开，（谁都喜欢干省力气的活），这就是洗干净的普通玻璃的情况。相反，如果液固界面张力很大而气固界面张力很小，大自然很倾向于让空气与固体接触而让液体一边呆着，这就是荷叶或者羽毛的情况。而中间的情况，气固和液固两个界面张力谁也没能一统天下，接触角就是双方妥协划分势力范围的结果。其背后的决定因素还是大自然喜欢省力气，即整个体系的表面能最低。在具体划分的时候，空气和液体之间的表面张力也会跳出来插一杠子，所以接触角是由固体、液体、气体三方相互之间的界面张力来决定的。如果我们不想让水留在固体表面，就要增大接触角。比如说，水在一般的布上接触角很小，水到了上面就把布打湿了。但是用布来做雨伞的时候，我们把一些特殊的物质涂在布上，这样布的接触角就变得很大，就不会被雨水打湿了。我们的头发，还有许多动物，象猫啊狗啊，一下雨就被打湿了。鹅和鸭这些动物的毛就不会被打湿，往它们身上浇点水，它们一扑腾，水就掉光了。这也是因为水在我们的头发，或者猫狗毛上的接触角很小，而在鸟的羽毛上就很大。二、荷叶效应人们知道接触角和表面张力已经很多很多年了，但是很长的时间内却无法作出荷叶那样的表面来。也就是说，人们找不到那么疏水的物质，可以是使接触角象荷叶表面那么大。荷叶表面，有着什么样的秘密呢？直到二十世纪七十年代，因为扫描电子显微镜的使用，人们才开始明白荷叶高度疏水的原因。下面是用电子扫描显微镜看到的荷叶表面。荷叶表面原来非常的粗糙！左边的照片上的标度是20微米（微米是千分之一毫米），也就是说，荷叶表面布满了大小在几微米到十几微米之间的突起。如果把这些突起继续放大，如右边的图，每个突起上还布满了更小的突起，或者说细毛。荷叶的超强疏水性，原来不仅跟表面疏水性有关，还跟这种超微结构有关。为什么这样的粗糙结构就能产生超强的疏水性呢？我们来看下面的图：前面说了，接触角的形成是减小整个体系总界面能的结果。对于一个疏水的固体表面来说，当表面不平有微小突起的时候，有一些空气会被关到水与固体表面之间，水与固体的接触面积会大大减小。具体的数学推导在这里就省略了，总之，科学家们可以从物理化学的角度用数学来证明：当疏水表面上有这种微细突起的时候，固体表面的接触角会大大增加。当接触角不是特别大的时候，象第一副图中的草叶上，水滴呈半球形，而半球形是无法滚动的。如果有了这种超微结构，象荷叶表面，接触角接近180度，水滴接近于球形。而球，可以很自如地滚动。即使叶子上有了一些脏的东西，也会进入水中被水带走。这样接触角非常大的表面（通常大于150度），就被称为超疏水表面，而一般的疏水表面只要接触角大于90度就行了。超疏水表面的特性就在于：水在上面形成球状滚动，同时带走上面的污物，这样的表面就具有了自清洁的能力。三、荷叶效应的应用自清洁表面自然界里具有自清洁能力的超疏水表面，除了荷叶之外，还有芋头之类的植物以及鸟类的羽毛。这种自清洁除了保持表面的清洁，对于防止病原体的入侵还有特别的意义。象荷叶芋头这样的植物，即使生长在很脏的环境中也不容易生病，很重要的原因就是这种自清洁能力。即使有病原体到了叶面上，一下雨也就被冲走了。如果不下雨的话，叶面很干燥，病原体还是生存不了。明白了荷叶效应的物化原理，科学家们就开始努力模仿这种表面。有了正确的理论指导，应用研究的发明进展很迅速。现在，材料学家们可以通过表面处理产生这样的超疏水表面，也可以用疏水的微米或者纳米粒子做成涂料，来产生自清洁涂层。具体的技术这里就不介绍了，下图是一个仿荷叶表面的例子，是不是跟前面图中的荷叶表面非常相似？下面的图是水滴在这种材料表面的形状。材料是相同的，右边是光滑的常规表面，左边是按照荷叶效应做出来的超疏水表面（仿荷叶表面）。在光滑表面上，水滴不会滚动，如果把表面倾斜，它只能滑动，不能有效地把表面上的污物带走，类似于第一张照片中草上的水滴。而仿荷叶表面上的水滴接近球形，如果把表面倾斜，它就可以滚动，从而把表面上的污物带走。在1997，荷叶效应这个词的英文Lotus Effect 甚至被注册成了商标。随后的几年中，基于荷叶效应的涂料问世，在越来越多的建筑中得到了应用。根据该公司自己提供的数字，现在已经有几十万座建筑使用了这种涂料。下图是效果图，水滴滚过的地方，脏东西被带走，留下了干燥清洁的表面。

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琴声里的材料信息

yyzhao 2009-3-8 01:04

妻子和我都是乐盲，但像大多数华人家庭一样，我们希望孩子们能从小学一点音乐，既陶冶情操，又养成能坐得住的习惯。第一架钢琴是一架旧钢琴，琴键好像是象牙的，可见是有些年头了。用了三四年之后，寿命也到了。在买第二架的时候，我们还是选了一架老钢琴。其实，老钢琴不见得比新钢琴便宜多少，只是喜欢那份古朴。不事张扬地搁在那里，像个见过世面的读书人，悠然自得，从那里飘出来的音符，好像也透着一点古色古香和一份从容优雅。你还别说，老钢琴的音色与新钢琴确实不同。老钢琴浓郁浑厚，新钢琴清脆悦耳。把个人的音乐喜好暂且放在一边，我们不妨探讨一下差异背后的原因。老钢琴和新钢琴之间的音质差别，是不是与材料有关呢？以科学家的思路来看，声音似乎很简单，用两个参数就可以描述：频率和强度。无论是美妙的音乐，还是恼人的噪音，都是声波的频率和强度随时间变化的函数。音乐的基本单元是音符，每一个音符大概都对应某一个频率。乐器不过是一个或数个振动体，这些振动体以不同的频率振动，就发出一系列的声音。振动体的固有振动频率或共振频率不仅取决于振动体的形状和尺寸，更取决于制造振动体所用材料的物理性能，具体地说，就是弹性模量和比重。钢琴的关键发声部件是琴弦、钢质琴板和音箱腔体。琴弦是一系列粗细长短各异的钢丝，有些钢丝外面还缠绕了铜丝。钢质琴板的主要作用是固定琴弦，使琴弦的长度尽量保持恒定，同时，琴板还与琴弦一道形成共振体。与老钢琴相比，新钢琴的琴弦应该不会有太大的变化，音色的微小差异估计来自琴板。钢质琴板是工业革命的产物，发明还不到200年，最初是铸铁件，后来改成煅钢件。几十年前的锻件，可能包含很多杂质和微细裂纹，而现在的锻件，缺陷会少很多。成份纯净、组织均匀的钢板，声音清爽高扬；反之，则声音厚实低沉。女儿的十指在琴键上飞速地跃动，动人的旋律马上充满了房间。我的思绪里，不仅有美妙的音乐，也有颤动的琴弦和琴板。追根索源，朴实的材料是所有华美事物的载体。

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[小红猪]总有一款是你想要的

eloa 2009-2-25 08:53

小红猪小分队发表于 2009-02-24 11:35 让我们回想一下三十年前，如果你年纪够大的话，也许会记得一件今天看起来很平常但在当时却非常重要的事件。1979年，日本NET公司在东京创建了第一个移动电话网络。在几十年的时间里，这东西一直是富豪们的玩具。谁能想到今天移动电话的数量已经达到了世界总人数的一半？这并不是现代技术革命中唯一的闪光点。你以前是否能想到有一天可以将所有的唱片收藏都放在口袋里？或者是一个跨越全球的实时通讯和信息分享系统? 预测未来不过是白费功夫，但我们还是决定冒险一试。接下来，我们会评估10件最酷发明的前景，在未来30年里，它们也许会像手机、iPod和互联网那样改变我们的生活，甚至会改变得更多。 1. 超视（Super-vision）谁愿错过体验一双真正X光眼镜的机会呢？也许你并不总是喜欢看见的景象，不过有了这种近乎超人的视力，你就能透视坚固的墙壁、偷窥邻居或者照看楼上的孩子。遗憾的是，虽然孩子们的漫画背面有类似的广告，它们实际上还不存在。然而现在有一些科技发明能带给你稍逊一筹的好东西。与可见光不同，无线电波可以穿透固体材料。2006年，英国剑桥咨询公司（Cambridge Consultants）的工程师宣布，他们已经发明了一种手提箱大小的棱镜200系统（Prism200），它能发射超宽频雷达脉冲，并通过聆听反射信号来探测砖墙后面的人。根据该公司的说法，这些脉冲信号能穿透超过40厘米厚的建筑材料，侦察长达15米范围内的活动。他们认为，这种设备可以用来跟踪人质。不过它有着一个致命的弱点：为了避免被墙或者其他固定建筑误导，它被设计成只记录那些能够产生快速变化回波的物体。换句话说，它只能探测到移动中的人。不过，就算是人像也很难躲过鄂温毕伯（Erwin Biebl）雷达探测器的侦查。德国慕尼黑工业大学的毕伯小组已经研制出了一种设备，它能透过一扇紧闭的大门识别呼吸乃至心跳这样细微的活动。他的小组发现，在433兆赫和24千兆赫之间的无线电波能够穿透皮肤和骨骼，不过会被肌肉（譬如心脏）周围的脂肪层部分地反射回来。他们利用这个特性，使用多普勒效应来识别由心脏跳动或者肺部活动引起的亚厘米级的活动。（作者： Colin Barras ） 2. 隐身术（Disappearing act）没什么幻想像隐身斗篷这样迅速地从科幻小说中转入了现实。第一种方法公布于2006年，不过只对微波有效。从那之后，这个领域就挤满了制造哈利波特式斗篷的尝试。斗篷让一个物体消失，靠的让电磁波绕行，使那些波看上去像是直接穿过去一样。目前来说，实现这个目标的唯一办法是使用超材料（metamaterial），它由电子元件组成，能和光产生相互作用，并能以可控的方式引导光线。理想的斗篷应该对一个大范围内的可视频率都能起作用。制造这些元件并不容易。它们必须很小，比那些与之相互作用的光的波长要短。去年，加州大学伯克利分校的一个团队首次制造了一种能将可见光向后弯曲、而不是加以反射的材料。英国圣安德鲁斯大学的乌尔夫莱因哈特（Ulf Leonhardt）也展示了超材料是如何对一定范围的频率起作用的。更加难以置信的是，香港科技大学的一组研究人员已经设计出如何藏匿远处物体的方法。他们提出使用能互相抵消光学性能的辅助材料（complementary material）。偏振于单个平面的波在穿透一种材料的时候会变得扭曲，不过当它穿透辅助材料的时候，这种扭曲会被抵消，这样看上去就好像那里没有任何东西。　（作者： Justin Mullins ） 3. 不动手的治疗 (Hands-free healing) 现代无线电话的功能已经超出了《星际航行》中的通话设备，不过，要让老骨头医生麦考伊（BonesMcCoy）的那台能即时显示内伤的便携式医用扫描仪变为现实，还有待时日。但这样的设备一旦问世，也许还能更进一步：工程师们正在开发一种便携式扫描仪，它不仅能定位动脉撕裂这样的内伤点，还能在瞬间让它们愈合。这种设备的秘诀是高频声波。医生们已经在使用超声波束来检查母亲腹中的婴儿。如果增加波束强度，并将其集中在一点上，它就会产生足以煮熟身体组织的热量。西雅图华盛顿大学的劳伦斯克鲁姆（Lawrence Crum）展示了高强度超声波能烧灼出血的动脉。他的超声波技术公司（ultrasound Technology），已经研发出一种手持设备，能让医生在刺穿血流丰富的器官的同时烧灼伤口。克鲁姆希望，今年能在人体上试验这种设备。弱超声波束还能用于定位出血动脉所特有的快速血液流动现象。美国政府的国防部高等研究计划局（DARPA）正在资助一个综合了上述两种方法的项目：重伤者声学凝血设备（Deep Bleeder Acoustic Coagulation），这种便携式装备能使用超声波来定位和密封出血的血管。该设备是一副能缠在受伤四肢上的护腕，内置一组超声波收发器构成。收发器发射低能超声波来扫描受伤的动脉。一旦定位了一根泄漏的血管，就会飞快地对进行治疗。为避免对健康组织造成伤害，光束分几路进入人体，然后小心翼翼地在患部聚合，再用叠加的热量愈合伤口。（作者： Ben Crystall ） 4. 蜘蛛还是壁虎？（Spider VS gecko）蜘蛛侠的动作看似容易，可为了复制他在屋顶的滑稽姿势，研究者们已经爬了好些年的墙了。难点很清楚：要想悬挂在摩天大厦的一侧，任何一套蜘蛛服的的手套和鞋都必须能够支持一个人的平均重量。而且在必要时，手脚都应该能轻易从大厦表面抽离――使用超强力胶水可不行。为了获得灵感，研究者们抛开蜘蛛，研究起了壁虎。2003年，英国曼切斯顿大学的安德烈盖姆（Andre Geim）设计出了一种有着极小绒毛的材料，它可以模仿壁虎脚上的那些绒毛。在很小尺寸下起作用的分子间范德瓦尔斯力会让每根绒毛粘住墙壁，壁虎腿上有上百万根这样的绒毛，会产生很强的吸力。在盖姆设计的材料上，绒毛是一种叫做卡普顿（kapton）的物质做成的；将一平方厘米的材料使劲按在一个垂直平面上，就可以支撑起一公斤的重量。　（作者： Ben Crystall ）不过，要将这种材料做到以使用的大小还是会有许多困难。譬如，要做出能支撑一个人的面积，就需要更长的绒毛，但是过长绒毛又会缠在一起。意大利都灵理工大学的尼可拉普格诺（Nicola Pugno）也许有解决办法。2007年，他提出了一种冷杉状的设计：用较长碳纳米管做树干，较短的纳米管做分叉。现在，他已经做出了单个能够支持10公斤左右重量的手套。不过自然界还是做得更好。人造绒毛中的污垢会降低粘着力。壁虎的脚掌可是能自行清洁的，这种本领远远超出了目前的设计。（作者： Colin Barras ） 5. 你来发电（You power）你现在使用的手机算得上新时代的奇迹。不过，不管它有多复杂，电量耗尽的时候就没用了。如果能不用电池，而是从你周围的世界中收集这个小玩意所需的能量，听起来怎么样？首先，你能把它插在衬衣里。2008年，乔佐治亚理工大学的王中林用生长在Kevlar纤维绳上的氧化锌纳米线织了一块布。当这块材料被弯曲或者挤压的时候，它就会产生微小的电流。王和他的团队发现，他们能用金属薄膜覆盖每根纤维，从而收集这些电流。心脏起搏器这样植入体内的小配件可以靠你自身提供动力。斯坦福大学的大卫特兰（David Tran）的团队设计出了一种使用心脏供电的设备。这个小发明靠推动一小块磁铁在一个小线圈中前后移动来产生电力。磁铁放置在一根装满液体的硅树脂管里，管的两端各附一个气囊，整个设备则放置在心脏里。心脏跳动时，气囊被轮流挤压、推动液体和磁铁沿管子前后移动。德州大学奥斯汀分校的亚当海勒（Adam Heller）制造出了一种能植入动脉的燃料电池，它使用血液中的葡萄糖作为燃料。　（作者： Colin Barras ） 6.喷气背囊（Jet packs）在各种梦想机器中，个人喷气式飞机有着不同寻常的地位，毕竟工程师们已经建造和驾驶它们有几十个年头了。更准确的名称是著名的火箭带（Rocket belt），它出现在1965年的007电影《霹雳弹》里，出现在1984年洛杉矶奥运会的开幕式上，出现在2005年的《新科学家》杂志里。从第一台火箭带起飞到现在已经有40年了，不过上述机器都按照同样的原理工作，也遇到了同样的致命限制。火箭带通过将过氧化氢分解成快速扩张的水蒸汽和氧气来产生推力。问题是，每台机器只能携带足够30秒左右飞行的推进剂。谁会想要这样的机器呢？ 1999年，坐落在加州圣克拉拉的千禧喷射机公司（Millennium Jet）制造了一台个人飞行器，它安装了两块垂直镶嵌的水平旋翼，靠一台活塞发动机提供能量。尽管这架机器很有前途，但它却在一次测试飞行中坠毁了，而公司也在2003年结束了经营。如果没有新西兰基督城的马丁飞行器公司（Martin Aircraft），这项事业就会到此为止。后者在2008年7月发射了一台完全不同的喷气背囊。这台机器是由两个涡轮喷气发动机，而不是一个火箭发动机来供能。因此它算得上是一台真正的喷气背囊。两台涡轮喷气发动机靠转动两片垂直放置的水平旋翼获得升力。它使用标准的汽车燃料，一个油箱就能飞行30分钟，航程50公里左右，还配有紧急情况下使用的降落伞。坏消息是，它的造价在10万美元左右，相当于一辆高档轿车了。但马丁公司已经开始收到订单，并有望在2009年上半年生产出第一批机器。我以前认为这是件有钱小孩的玩具，但军方、搜救人员和很多其他团体都对这个产品表现出了兴趣。公司的创立者格兰马丁（Glenn Martin）说。马丁的喷气背囊有点大，与其说是用带子捆在身上，倒更像是人走进一台机器。不过，如果你一直盼望穿喷气背囊上下班，那么现在就开始存钱吧。　（作者： Justin Mullins ） 7.我的另一辆车是艘太空船（My other car is a spaceship）想在自己的空间飞行器里感觉失重的自由或者观看日落？随时闯入太空的愿望也许并没有那么荒唐。最大的困难是找到一种经济的方法将飞船发射升空。常规途径是在金属管内装满高能燃料，然后点燃管的一端，这样的发射方式一次就得一亿美元。减少花费的一种方式是加装机翼：机翼产生的升力能帮助飞船穿过大气往上爬，减少所需的燃料，从而降低飞船的载重。这就是维贞银河（Virgin Galactic）和XCOR宇航（XCOR Aerospace）这两家私人公司所采取的策略,他们正在研制能将付费乘客送入太空的飞行器。维贞银河将于2010年开始营业，届时，火箭运载机会把公司研制的太空船二号（Space Ship Two）送到15公里的高空，然后，飞行器与运载机分离，它的火箭会将它送入更深的太空。XCOR的空间飞行器天猫（Lynx）体积较小，且全程中自己飞行，起降都同普通飞机一样。公司最近宣布，他们的每张票价是9万5千美元，约为太空船二号的一半。不过，天猫只能到达61公里的高空，不能算正式进入太空――通常认为，100公里以上才算太空――而太空船二号则打算做到这一点。不过，为什么不彻底省掉机载燃料呢？按照光机科技公司（Lightcraft Technologies）的工程师莱克米拉伯（Leik Myrabo）的说法，个人空间飞行器能够靠来自地表的微波光束推动进入太空轨道。米拉伯已经花了十年时间研发一种借助地面激光器向上推动的小型空间飞行器。当光波束打在飞船底部时，会形成一个爆炸的等离子区，朝着天空的方向推动飞行器。他已经设计出了一种使用微波束的系统，他还说，该系统在2025年就能将一个载人的轻型飞行器运至低地球轨道。米拉伯认为，一次常规发射的花费就够他发射1000次了。我能想象个人航天飞行器在接下来的50到100年之内起飞。英国的太空技术公司EADS Astrium的帕特里克伍德（Patrick Wood）这样说。（作者： David Robson ） 8.水下呼吸（ Breathe underwater ）计算装备了水肺，你呆在水下的时间也要受到你背上空气供应的限制。然而海洋是含有氧气的，为什么我们不能像鱼一样到处游动，从水中提取所需的空气呢？ 2002年，一位潜水员就这样在游泳池里潜了半个小时，他靠一副人工鳃从水中提取呼吸用的氧气。这台使用高科技硅膜的装置是由日本东京的富士公司（Fuji Systems）研制的。它允许气体通过，但隔绝液体，因此，水中的氧气能够渗透进来，二氧化碳也能渗透出去，就像鱼鳃一样。不过近期你还不能看到戴着人工鳃的潜水员，因为简单的渗透鳃产生的氧气远远不够。以色列发明家阿兰波德纳（Alan Bodner）已经尝试用一个小装置来解决这个问题，它利用了香槟效应：当压力减少时，溶解在水中的气体就会冒着泡跑出来。波德纳已经展示，他的方法可以产生出足够呼吸的气体。那么问题解决了吗？很遗憾，还没有。我们需要大量的氧气，而一公升海水里根本就没有那么多溶解的氧气。因此无论这种提取方法有多有效，都需要提取大量的水才能得到足够多的氧气。另外，尽管你不需要携带氧气，但你必须要带上电池和造气装备，这意味着出错的可能也更大。然而人工鳃在其他应用上的前景也许更加乐观。利用燃料电池供能的水下机器人可以用鳃来获取氧气。在潜艇或者水下栖息地中，它也能用来去除过量的二氧化碳，或许还能同时提高氧气供应量。（作者： Michael Le Page ） 9. 你说，它译（You speak，it translates）在《银河系漫游指南》中，道格拉斯亚当斯（Douglas Adams）想象出一种黄色的巴别鱼。把它放在耳朵里，它能够利用脑电波能量，无意识的大脑频率和一种叫做心灵感应矩阵的东西来实现即时语言翻译，使得不同物种之间的对话变得很容易。伊拉克的美军正在使用一种装置，它不是黄的，也不能放在你的耳朵里，不过它有望成为万能翻译器。士兵们使用的是由加州SRI国际公司（SRI International）开发的伊拉控（IraqComm）系统，它由一台安装了语音识别和翻译软件的笔记本电脑组成。冲着麦克风说阿拉伯语，这个软件能识别阿拉伯词组并将它们写下来，然后译成英语。停止说话之后，电脑语音就会说出翻译的英语来。如同其他类似的软件，伊拉控像人一样靠研究对话来学习翻译。它能在一连串阿拉伯语句和英语译文之间查找统计学上的关联。例如，当阿拉伯词haar出现的时候，正确英译里的热（hot）也随着出现。如果这种情况出现地足够频繁，软件就会得出结论：这两个词是一个意思。如果有足够的例句，这个软件还能学习语法。一个类似系统是在手持PDA上运行、由卡内基梅隆大学研发的译言者（Speechalator）。先别指望这种软件能处理自然流畅的语言。伊拉控工作得不错，因为它是针对士兵需要的五万个单词设计的。但话题越广泛，软件就越难区分不同语境中词组的意思。我们会做到那一步的， SRI的克里斯丁普莱柯达（Kristin Precoda）说。　（作者： Jim Giles ） 10. 嗅-视系统（Smell-o-vision）不管是令人垂涎的烤肉大餐的香味，还是女性身上让人陶醉的香水气息，抑或是鏖战中火药刺鼻的硫磺味，气味都是一种很强大的力量。想象一下看电视或打视频游戏时，如果画面伴随着适当的香味，效果会怎么样? 这就是嗅-视系统的原理：让电视能配合正在放映的画面生成气味。目前还不清楚为什么我们接收到特定的分子后会嗅到特定的气味，也无法预测一种新分子的气味，或合成一种有特定气味的新分子。然而，最新进展显示，这些科学难题能够部分回避；甚至在我们真正了解嗅觉的工作原理之前，嗅-视系统就可能成为现实。我们把气味分成大概36种类型，例如木类的，草类的，粪便类的，花类的等等，艾弗瑞吉尔伯特（Avery Gilbert）说。吉尔伯特是一位嗅觉科学家，曾在数字香气公司（DigiScents）工作，该公司在90年代晚期研究过嗅-视觉技术，不过现在已经倒闭。公司打造过一台能生成大部分日常气味的模型设备。吉尔伯特说，这些气味虽然算不上对自然气味的完美复制，但都能被分辨出来。对大银幕来说，嗅-视系统并不陌生。1950年代的剧院就使用了粗糙的嗅-视系统，在那之后也曾间歇使用。最近，一些经过选择的放映点在播放电影《新世界》（The New World）多个场景时都使用了嗅-视系统。释放香气已经不再困难，但嗅-视觉还有着更多的问题。比如怎样防止释放的各种气味不会混合成你不想要的气味？或者比画面逗留的更长久？索尼的研究者们也许已经有了答案，那就是完全绕过鼻子，直接跟大脑打交道（《新科学家》2005年4月7日第10页）。索尼的计划可以从一个专利申请中窥得一二，它描述了使用超声波信号来直接刺激脑的特定部位，从而使观众或者游戏玩家的脑能感觉到气味。遗憾的是，到目前为止，还没有听到索尼生产相应硬件的风声。　　（作者： Bijal Trivedi ）

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如果你是一枚贝类

eloa 2009-2-13 10:52

Fujia 发表于 2009-02-13 1:36 如果你是一枚贝类-确切来说，软体动物(Mollusca)之贝类动物，你将怎么建造你的房子-你的贝壳？从这点来讲，你的住房压力一点都不逊于中国广大的未婚男青年，虽然你可能没有个撒泼的女朋友或凶悍的丈母娘，也没有无良房产商来炒作价格，更没有环球金融危机在威胁你的钱包。但你如果没有房子，小命就基本不保。海平面上下虎视眈眈的虾兵蟹将，不沉的鱼也不落的雁，都在觊觎你柔软的身躯，作为周末安慰他们撒泼女朋友的情人节大餐。于是你晓得了你需要一个结实坚强的房子，不可以是豆腐渣工程，不可以像四川灾区的教学楼一样一垮千里。如果你被一个螃蟹或一条鱼袭击，那你的房子需要有足够的抗击稳定压力（static loading）的性能。如果有鸟嘴试图啄开贝壳，或者偶尔海浪抛起几块板砖（岩石）向你砸过来，那你的房子必须有抗击不断变化的外力袭击（dynamic loading）的性能。如果有不厚道的海鸥，直接把你啄到高空往地上摔，那你的房子最好能重一些，让它叼不起来。如果你还很不幸碰到一些有尖嘴的鸟或是一些海螺，试图在你的贝壳上钻孔，那你的房子还需要有抵抗摩擦与化学物侵蚀的能力，而且最好贝壳要厚一些，这样鸟们的嘴很难钻透你的房子，无法伤害到你。再如果，你碰到了个无良海星，想要把你的贝壳撬开一条缝，好让自己的胃伸进去饱食一餐，那么你的房子一定要粘合得很好，而且贝壳不容易被弯曲。你能长大真不容易。在这样艰苦的环境下，你终于成长为了一位出色的材料学家与建筑工程师。说来惭愧，人类直到大概4000年前才懂得修建茅草屋作为原始的复合材料建筑。而要到上世纪70年代才开始大面积使用复合材料。当材料学家花费大量金钱时间研究，却还在使用石器时代的技术在制造无机材料，你却早在几亿年前，已制造了人类无法媲美的无机复合材料，熟练地建筑房子了。当开始建筑你的屋子时，你先分泌出一层蛋白质等有机物，形成一个最外层，并搭建起了一个房屋的结构。这个房屋是多层建筑，房间的形状因你喜好而定，有球形，长方形，管形等。每个房间并不整齐排列，而是稍微错开位置。这样有助于房屋的稳定性。当遭遇外界袭击时，错开的层间结构有助于吸收冲击能量，不至于一下全部坍塌。有了房间的结构后，就地取材地，你吸收了海水里的钙离子与碳酸离子，形成坚硬的石灰石（碳酸钙），建筑了每个房间的墙壁与地板。在每一层房间，你填进了不同的石灰石材料。一般置于较外层的是方解石(calcite)，形成的棱柱层（prism）有助于防止化学物侵蚀。置于最内层的为霰石（aragonite）。霰石是许多珍珠的组成成分，温润晶莹，对你而言是很漂亮的室内装潢材料。更难得的是它组成的珍珠母层（nacre）有非常高的强度，可以抵御房屋外敌人的侵犯。这样坚实的材料可以造就非常强大的房屋。比如作为珍馐之一的鲍鱼（Haliotis），它的贝壳比人类所能制造的所有无机材料都要强韧，甚至可以与金属媲美。如果一个汽车从它的贝壳上碾过，鲍鱼的美梦都不会被惊醒。再比如擅长潜水的鹦鹉螺（Nautilus），它用贝壳作为浮力罐，通过调节贝壳里的空气含量来调节自己在海里的高度。它的贝壳几乎完全由刚强的珍珠母层组成，才足以抵抗贝壳内的气压冲击。在理想的状况下，贝壳是越厚越大越好，这样房子也会更坚硬更刚强。但事实上，所有你的兄弟姐妹的房子都不大，有一些的房子甚至比它的个子还小。很显然，建造一个大房子非常耗时耗力劳民伤财，搞不好房子没建好，你先自己埋进去了。另外，如果房子太大太重了，也影响你的活动。自然选择是神奇的，在于它总能为你的生活选择一个最佳的方式。著名的无肠贝（Solemya parkinsoni），专门生活于污水排放口等地方。在这个艰苦的环境里，悬浮碎屑相当多，很容易把无肠贝埋进去。因此，无肠贝的贝壳很小且薄，但韧性十足。当它游泳时，它的贝壳张开把水包入腔内，再收缩迅速把水从体后方排出。这种反射力量使它迅速前进，而且每1-2秒钟便能重复一次这种动作，无肠贝便可以快速游泳，逃离被掩埋的命运。还有一种扇贝叫江瑶贝（Pinna），喜欢住在海里的泥滩上，它的贝壳薄却也很韧。当某鱼前来袭击时，它便迅速把身体从海平面下拔起，缩进贝壳的一个小角落里，并紧紧地闭合了贝壳。由于贝壳韧性很足，可以弯曲到使内层边缘非常牢固并大面积地粘合在一起，让某鱼只能望贝兴叹。如果某鱼不忿一定要咬一下贝壳，只能得到满嘴的石灰石。当愤怒的鱼离去后，江瑶贝可以在几个小时内迅速修补好它的房子。这么看来你的房子是不可战胜了，你似乎也这么认为。突然有人类持着钯锨向你走近，对你伸出了贪婪的手。不远处的人类的房子里，有一大锅烧开的滚烫的水.. Reference J.D.Currey, Mechiancal properties of mollusc shell, Symposia of the society for experimental biology , Cambridge University Press, 1979 Jannie M. Benyus, Biomimicry: Innovation inspired by nature , William morrow and company, Inc. New York, 1997

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国家重点基础研究发展计划2009年度重要支持方向（材料、纳米领域）

lijiang1977 2009-2-11 11:17

一、材料领域 1. 光电功能晶体的分子设计、微结构设计与制备科学的研究发展与完善非线性光学晶体分子设计的理论体系，拓展深紫外非线性光学晶体的研究成果，在中远红外非线性光学晶体方面取得突破。发展与完善有序微结构晶体的理论体系，拓展微结构晶体中的功能集成，发展微结构工程学，并在新规律、新效应，新技术的应用方面有所突破。发展制备科学，开拓大尺寸大功率激光晶体、微 - 纳有序微结构晶体、超薄膜晶体制备的新理论、新方法、新工艺。 2. 钢铁材料的基础研究针对建筑、汽车、核电等所需钢材的服役性能的不同需求，基于合金化、固态相变、力学性能与组织结构的稳定性的理论，建立钢铁科学与工程的体系，发展按需调控钢材组织与性能的理论、方法与工艺。为彻底变革作为 CO 2 污染源的基于碳还原的冶金工业，开展基于氢还原的冶金工艺学基础研究，研究氢还原反应动力学以及热量、质量、动量的传输，氢冶金反应器的设计理论、方法以及工艺，氢冶金工艺流程及新工艺的评价体系，低能耗、低成本、制氢工艺等。 3. 微生物冶金基础研究在以铁氧化为特征的微生物冶金过程研究和实现了微生物浸矿行为由表现型向基因型转变的基础上，阐明硫氧化体系中浸矿行为与微生物群落和功能变化规律，将已有成果应用于不同类型及更低品位的矿物资源，进一步扩大生物冶金菌种资源，在高效菌种功能基因组学、铁硫体系微生物催化与氧化、多场耦合生物浸出机制等方面取得突破，形成我国低品位原生硫化矿的生物冶金技术原型。 4. 介观尺度材料特性与服役行为表征的基础研究基于微电子元器件和微机电系统内介观材料性能变异的尺寸效应及其多场服役的特点，研究多层异质薄膜体系在典型服役过程中的失效机制，揭示材料在电 / 热 / 力多场耦合下的失效规律，阐明介观体系在多场作用下的输运、流变、相变的微观机制，提炼表征材组分结构、介观性能、服役行为的可量化参量，发展介观系统的原位表征、在线检测的新方法、新技术。 5. 聚合物基复合材料的多层次结构和性能研究研究以有机聚合物为基通过纤维、颗粒复合的增强机制。研究复合材料体系中组分、相、结构、形态、表面 / 界面相对材料使用性能的影响，揭示其内在规律，并用于指导聚合物基复合材料的设计、合成、制备，获得高性能、低成本有重要应用前景的新型聚合物基复合材料，并解决复合材料加工中典型的瓶颈问题。 6. 高温合金材料的基础研究针对我国先进动力系统对关健部件所用高温结构材料的重大需求，重点开展高温合金材料的合金设计、合金元素的强化机制、超纯化冶金及微量元素控制，高温合金材料的凝固成形 ( 定向凝固及单晶生长 ) 和加工成形 ( 加工形变与粉未治金 ) 机理，复杂构件的制备与加工，冶金缺陷的形成机理与控制，服役条件下高温合金的损毁机制，高温氧化机理、高温防护涂层体系的建立及表征等研究。 7. 新型高容量储氢材料的关健基础科学问题的研究研制具有高储氢密度、低操作温度、可控放氢的储氢材料。关注轻金属元素、轻金属基化合物与氢的相互作用和新型储氢材料的设计，轻金属基氢化物的结构测定及其在吸 / 放氢过程中结构的变化，低维储氢材料制备及其吸 / 放氢反应的热力学与动力学，微观结构调制和添加催化相对储氢材料储氢特性的影响，探索轻元素体系及非可逆储氢材料体系。 8. 新型医用金属材料的相关基础研究研究生物相容性、力学相容性的优异的新型医用金属材料设计与制备，具有生物活性、医疗作用的材料表面改性及界面行为；发展生物可降解的新型医用金属材料，特别关注植入人体内的安全性。二、纳米研究重大科学研究计划 1 ．纳米材料与纳米技术在环境保护领域中的应用基础研究重点研究用于水中污染物检测的纳米材料与技术，探索高效、高通量、智能检测表征系统的新原理、新方法；纳米材料与技术用于水中低浓度、高毒性、难降解污染物治理的新原理和新方法、发展相关的高效、无二次污染的关键治理技术。 2 ．纳米材料在能源领域中的应用基础研究重点研究发展太阳能电池中的减反结构和广谱吸收技术等，大幅度提高硅基太阳能电池转换效率（大于 50% ）。研究纳米催化剂中结构效应和限域效应的基础问题，以及在重要化学反应中的应用基础。 3 ．生物医学应用纳米功能材料、器件的基础研究重点研究结合新型生物分子探针或特殊生物纳米结构的多功能纳米复合材料及相关器件，发展面向重大疾病与常见病的早期诊断、有效干预与康复治疗的材料和技术。基于纳米技术的高可靠性可植入、介入用医学器械。 4 ．纳米技术改善药物功效的关键科学问题重点研究采用纳米材料与技术发展针对重大疾病与常见病的药物新剂型，改善其溶解性与成药性，提高生物利用度与疗效，或具有缓控释特性；探索纳米技术为基础的新剂型的检测与生物安全性等评定方法。 5 ．新型纳米加工技术研究重点研究高精度、大面积、可重复、低成本的新型纳米加工原理方法与关键技术；在功能材料上实现二维、三维功能性纳米结构、探索在纳米器件、高灵敏度传感器上的应用。 6. 基于纳米材料、纳米结构的器件原理和应用基础研究重点研究有关高密度、低功耗、非挥发存储器件及新型纳米光电探测器件关键性科学问题和技术，重点加强对纳米磁性自旋存储器、纳米半导体量子点存储器、相变存储器、光电探测器的规模制备实用化技术的研究。探索基于新原理、新结构的纳米器件和关键科学问题。 7 ．新型纳米结构表征技术研究重点研究高效、高分辨率、智能检测表征系统的新原理、新方法，利用新型光源发展原位、动态的纳米结构检测表征技术。基于新原理新技术的纳米测量、表征仪器和设备，发展纳米器件和材料中缺陷与界面结构的定量表征技术。 8 ．新型纳米材料与结构重点研究有重大应用前景的纳米材料及纳米结构的可控制备与性能研究。新型纳米材料和纳米结构的性能及其纳米尺度效应研究。面向基础原材料性能升级的纳米结构与服役行为研究。

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断裂力学之父：格里菲斯

热度 1 yyzhao 2009-2-10 19:38

上大学的时候，有一门材料力学课，那里边提到过格里菲斯（A.A. Griffith）和他的材料断裂理论。我后来的研究工作主要是金属材料的制备，虽然也测试它们的力学性能，但很少涉及脆性断裂，因此对断裂力学几乎没有涉猎。近来研究金属复合泡沫，这种材料的压缩变形过程很有特色，有时候是塑性的，有时候是脆性的，要搞清它的变形机理，只能从头研习材料力学。打开每一本材料力学教科书，有关断裂的部分都是从格氏理论讲起，几乎无一例外。在格氏之前，人们认为断裂强度是材料的本征性能，每一种材料都应该具有大致固定的数值。可是实际情况却并非如此，不同材料呈现不同的断裂行为，每种材料的断裂强度变化巨大，不同样品的测试值可以相差一两个数量级。 1920年，格氏发表了他那篇著名的论文：The phenomenon of rupture and flow in solids。该文次年刊登在皇家学会的Philosophical Transactions杂志上。他认为，材料内部有很多显微裂纹，并从能量平衡出发得出了裂纹扩展的判据，一举奠定了断裂力学的基石。格氏是利物浦大学工程系最著名的校友，这使我对他的生平产生了兴趣。格氏摄于1937年格氏1893年出生于伦敦，1911年毕业于曼岛的一所中学，获得奖学金进入利物浦大学读机械工程，1914年以一等成绩获得学士学位，并获得最高奖章。1915年，格氏到皇家航空研究中心工作，并与G.I. Taylor一起发表了用肥皂膜研究应力分布的开创性论文，该文获得机械工程协会的金奖。同年，格氏获得利物浦大学工程硕士学位。1921年，格氏以他的断裂力学成名作获得利物浦大学工程博士学位。其后，格氏历任空军实验室首席科学家，航空研究中心工程部主管等职，在航空发动机设计方面做出了同样卓越的贡献，与他在断裂方面的名望相比，这些成就就少为人知了，感兴趣的朋友可以到网上查查。格氏于1939年加盟劳斯莱思公司，1941年当选皇家学会院士，1960年退休，1963年辞世，享年70岁。系里的主会议室是以格氏名字命名的，走进会议室，我常常会想到他。当格氏发表那篇使他名留千古的文章时，才二十六岁。与格氏相比，我们的工作是微不足道的，但我们至少可以领略格氏理论之美，并运用它去加深我们对一些新材料的理解。步巨人之后尘，不亦快哉！有关网页 http://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Arnold_Griffith http://www.imechanica.org/node/49

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材料三巨头

yyzhao 2009-1-25 08:26

前天，为庆贺Goodhew、Bacon、Pond教授退休，系里举办了小型学术研讨会和晚宴。来客都是曾与古、贝、庞三位教授共过事的英国材料界翘楚，小小会堂，名人云集。既有精彩的学术演讲，又有学界的趣闻轶事，对我来说，这真是非常愉快的一天。利物浦大学的材料专业不大，只有十个教员，但实力不俗，在每七年进行一次的全英研究评估中总能名列前茅，最近一次更是高居第二，仅次于剑桥。如此骄人的名次，并非侥幸，与其良好的传统不无关系。具体到这一次，则是得益于这三位名教授的影响力。古教授是个多面手，主要研究领域是高分辨显微分析，近来又专注于材料教育。古教授精力充沛，具有超常的领导才能，历任系主任、院长、副校长等职，很早以前就已经入选皇家工程院院士。贝教授是材料模拟计算方面的专家，不仅学问做得好，人品也是没得说，典型的绅士。贝教授多次任系主任、院长等职，公正无私，备受同事的敬重。贝教授在利物浦呆的时间最长，材料能有今天，贝教授功不可没。去年，贝教授也当选英国皇家工程院院士，国际同行又为其举办了专场研讨会。庞教授是晶体学和相界面方面的权威级人物。庞教授专著于学问，做人做事都讲究原则，对弱势者总有一份同情心，比如，对外国学生就呵护有加。三位教授在学术界驰骋四五十年，成就卓著，都获得过英国材料协会的大奖，在世界材料界也有不小的影响。能与这样一些杰出而有趣的人共事，真是一件荣幸的事。

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材料类SCI杂志及其影响因子（更新版）

huangxy04 2008-11-20 18:17

杂志 IF 2005 IF 2006 IF 2007 SCIENCE 30.927 30.028 26.372 NATURE 29.273 26.681 28.751 NAT MATER 15.941 19.194 19.782 MAT SCI ENG R 10.517 17.731 14.400 PROG MATER SCI 5.586 10.229 20.846 ANNU REV MATER RES 11.219 10.400 4.765 NANO LETT 9.847 9.960 9.627 ADV MATER 9.107 7.896 8.191 J AM CHEM SOC 7.419 7.696 7.885 PHYS REV LETT 7.489 7.072 6.944 ADV FUNCT MATER 6.770 6.779 7.496 SMALL 6.024 6.408 MRS BULL 3.944 5.671 5.168 INT MATER REV 4.533 5.382 3.500 CHEM MATER 4.818 5.104 4.883 CRYST GROWTH DES 3.551 4.339 4.046 J MATER CHEM 3.688 4.287 4.339 APPL PHYS LETT 4.127 3.977 3.596 CARBON 3.419 3.884 4.260 ACTA MATER 3.430 3.549 3.624 PHYS REV B 3.185 3.107 3.172 PHYS REV A 2.997 3.047 2.893 NANOTECHNOLOGY 2.993 3.037 3.310 ELECTROCHIM ACTA 2.453 2.955 2.848 CURR OPIN SOLID ST M 2.770 2.662 1.677 J ELECTROCHEM SOC 2.190 2.387 2.483 EUR PHYS J E 2.503 2.373 2.025 J MATER RES 2.104 2.354 1.916 J APPL PHYS 2.498 2.316 2.171 SCRIPTA MATER 2.228 2.161 2.481 CORROS SCI 1.922 1.885 1.895 APPL PHYS A-MATER 1.990 1.739 1.857 THIN SOLID FILMS 1.569 1.666 1.693 MATER CHEM PHYS 1.136 1.657 1.871 SURF COAT TECH 1.646 1.559 1.678 PHIL MAG LETT 1.169 1.539 1.878 SMART MATER STRUCT 1.670 1.510 1.512 MAT SCI ENG A-STRUCT 1.347 1.49 1.457 APPL SURF SCI 1.263 1.436 1.406 ADV ENG MATER 1.297 1.402 1.463 J AM CERAM SOC 1.586 1.396 1.792 MATER RES BULL 1.380 1.383 1.484 METALL MATER TRANS A 1.232 1.366 1.278 J NON-CRYST SOLIDS 1.264 1.362 1.319 PHILOS MAG 1.47 1.354 1.486 MATER LETT 1.299 1.353 1.625 MAT SCI ENG B-SOLID 1.281 1.331 1.330 MAT SCI ENG C-BIO S 1.599 1.325 1.486 J NUCL MATER 1.414 1.261 1.643 J ALLOY COMPD 1.370 1.25 1.455 PHYS STATUS SOLIDI A 1.041 1.221 1.214 J MAGN MAGN MATER 0.985 1.212 1.704 CURR APPL PHYS 1.000 1.184 1.291 WEAR 1.404 1.180 1.395 COMP MATER SCI 1.494 1.104 1.135 J MATER SCI-MATER EL 0.781 1.029 0.947 REV ADV MATER SCI 1.019 1.122 J MATER SCI 0.901 0.999 1.081 PHYS STATUS SOLIDI B 0.836 0.967 1.071 MATER TRANS 1.103 0.927 1.018 METALL MATER TRANS B 0.874 0.910 0.621 PHYSICA B 0.796 0.872 0.751 PHYS SOLID STATE+ 0.699 0.690 0.650 CORROSION 0.853 0.687 0.695 J MATER PROCESS TECH 0.592 0.615 0.816 J MATER SCI TECHNOL 0.175 0.384 0.468 RARE METALS 0.326 0.378 0.204 MATER CORROS 0.471 0.500 0.678 MACH SCI TECHNOL 0.500 0.352 0.621 SCI CHINA SER E 0.400 0.328 0.265

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纳米大师----王中林

huangxy04 2008-11-17 19:09

王中林教授于1982年毕业于西安电子科技大学，并于同年考取中美联合招收的物理研究生(ＣＵＳＰＥＡ)，1987年获亚利桑那州立大学物理学博士学位，现任美国佐治亚理工学院纳米科学和技术中心主任，是国内外著名的纳米技术专家。王中林教授已在国际一流刊物上发表期刊论文400余篇，会议论文140余篇，拥有专利8项，出版4本专著和15本编辑书籍。其中11篇发表在美国《科学》和英国《自然》期刊上），他论文被引用的H因子(h-index)是67。王中林教授因其对纳米技术领域的材料科学以及基础发展做出的杰出及持续的贡献，2002年当选为欧洲科学院院士，2004年当选为世界创新基金会院士，2005年当选为美国物理学会院士。王中林教授是从1992年到2002年10年中纳米科技论文被引用次数世界个人排名前25位作者之一。2006年，王教授首次发明了纳米发电机，成为了纳米科技领域的轰动性新闻，被中国两院院士评为2006年世界科学十大发现之一。2007年，王教授以前瞻性的发展观首创了纳米压电电子学(Nanopiezotronics)的全新研究领域和学科，有机地把压电效应和半导体效应在纳米尺度结合起来。最近，王教授又爆出纳米纤维发电的新闻，文章发表在《自然》(Nature 451 (2008) 809)上，在国际上产生了巨大的影响。

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材料类SCI杂志及其影响因子

热度 1 huangxy04 2008-11-17 11:45

杂志影响因子（ 2006 ） SCIENCE 30.028 NATURE 26.681 NAT MATER 19.194 MAT SCI ENG R 17.731 PROG MATER SCI 10.229 ANNU REV MATER RES 10.4 NANO LETT 9.96 ADV MATER 7.896 J AM CHEM SOC 7.696 PHYS REV LETT 7.072 ADV FUNCT MATER 6.779 SMALL 6.024 MRS BULL 5.671 INT MATER REV 5.382 CHEM MATER 5.104 CRYST GROWTH DES 4.339 J MATER CHEM 4.287 APPL PHYS LETT 3.977 CARBON 3.884 ACTA MATER 3.549 PHYS REV B 3.107 PHYS REV A 3.047 NANOTECHNOLOGY 3.037 ELECTROCHIM ACTA 2.955 CURR OPIN SOLID ST M 2.662 J ELECTROCHEM SOC 2.387 EUR PHYS J E 2.373 J MATER RES 2.354 J APPL PHYS 2.316 SCRIPTA MATER 2.161 CORROS SCI 1.885 APPL PHYS A-MATER 1.739 THIN SOLID FILMS 1.666 MATER CHEM PHYS 1.657 SURF COAT TECH 1.559 PHIL MAG LETT 1.539 SMART MATER STRUCT 1.51 MAT SCI ENG A-STRUCT 1.49 APPL SURF SCI 1.436 ADV ENG MATER 1.402 J AM CERAM SOC 1.396 MATER RES BULL 1.383 METALL MATER TRANS A 1.366 J NON-CRYST SOLIDS 1.362 PHILOS MAG 1.354 MATER LETT 1.353 MAT SCI ENG B-SOLID 1.331 MAT SCI ENG C-BIO S 1.325 J NUCL MATER 1.261 J ALLOY COMPD 1.25 PHYS STATUS SOLIDI A 1.221 J MAGN MAGN MATER 1.212 CURR APPL PHYS 1.184 WEAR 1.18 COMP MATER SCI 1.104 J MATER SCI-MATER EL 1.029 REV ADV MATER SCI 1.019 J MATER SCI 0.999 PHYS STATUS SOLIDI B 0.967 MATER TRANS 0.927 METALL MATER TRANS B 0.91 JOM-US 0.887 PHYSICA B 0.872 PHYS SOLID STATE+ 0.69 CORROSION 0.687 J MATER PROCESS TECH 0.615 J MATER SCI TECHNOL 0.384 RARE METALS 0.378 MATER CORROS 0.5 MACH SCI TECHNOL 0.352 SCI CHINA SER E 0.328

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看完热闹看门道——奥运中的科学（三）

songshuhui 2008-9-4 14:36

科学松鼠会发表于2008-01-3 星期四 0:00 分类: 专辑 , 奥运 | | 摘自《奥运中的科技之光》，赵致真著。经赵致真先生授权，科学松鼠会网络发布，转载请注明。撑杆跳高演变的历史是一个经典的例证，讲述了新兴材料如何将这项古老运动推向峰巅。撑竿跳的变迁 1994年7月31日，意大利塞斯特里尔田径场，号称跳高沙皇的乌克兰运动员布勃卡揭竿而起，把自己的身体撑向蓝天，一举越过了6.14米横杆。这是人类克服地球引力的凯歌，也是人类体育运动目前所达到的高度上限。在布勃卡时代，天下好手参加撑杆跳高比赛常常只有亚军可争了。撑杆跳高究竟起源于何时已经很难考证。在远古的年代里，人们撑着一根木杆或长矛跨过溪流，越过短墙，腾上马背此后渐渐发展为一项体育运动。1789年，德国人普茨跳过了1.83米，这大约是历史上第一个有案可考的撑杆跳高纪录。早期撑竿跳高 1896年的第一届奥运会上，撑杆跳高就成为最引人入胜的正式比赛，不过属于体操项目。当时使用的撑杆大多由山胡桃木制成。美国运动员威廉.霍亚特靠着这种沉重、坚硬、粗笨的实心木杆，创造了3.3米的世界纪录。幼年时代奥运会的滑稽故事在撑杆跳高项目中也不乏其例。1904年在美国圣路易举办的第3届奥运会上，日本选手左间代.富士从容不迫把撑杆插到地上，然后以极其麻利的动作来了个顺竿爬，直到高过横杆时才轻松跳下。他的这种杂技表演不仅令观众目瞪口呆，也叫裁判不知所措。此后才制定了起跳后握杆双手不能交替移动的游戏规则。 1896年雅典奥运会美国运动员泰勒（右）获撑竿跳高第二名用竹竿取代木杆，是撑杆跳高历史上的重大进步。竹竿更富有弹性，天然的中空结构使撑杆的重量减轻有利于快速助跑。1908年伦敦奥运会上，美国耶鲁大学学生吉尔伯特第一次使用竹杆跳过3.71米获得冠军。他随后从巴黎购买了大量竹竿行销到美国各地。盛产上乘竹子的日本曾领尽风骚，洛杉矶奥运会上，日本选手西田修平仅以1厘米之差直逼霸主美国队，柏林奥运会两位日本运动员把奖牌切开再焊接成两块银、铜各半奖牌，这类奇迹和轶事都发生在日本撑杆跳高的辉煌时代。而历经5年时间阴干和炮制的日本撑杆工艺也首屈一指，各国好手几乎都把来自竹乡上野、四国的日本撑杆视为珍稀的上选。竹竿时代的世界纪录上升到了4.77米。第二次世界大战没有理睬古奥运会神圣休战的原则，第12、13届奥运会成为历史上永远的空白。作为交战双方，欧美国家从日本进口竹竿的渠道也完全阻断。而苦难中的人类并没有因战争而丧失撑杆跳高的兴致，他们被迫另辟蹊径，早在1920年代便有人尝试的金属撑杆开始备受青睐。和自然生长的竹竿相比，这种用瑞典钢和铝合金制成的空心撑杆更加轻便光洁，尺寸标准，坚牢柔韧，运动员可以更放心大胆加快助跑和提高握杆点而不用再担心折戟沉沙。世界纪录因此而提高到4.80米。另外一项看似简单却功不可没的发明，是插杆斗的使用。早期的撑杆为了防止打滑，都在末端安上一个或者一组粗大的铁钉。1908年伦敦奥运会上，美国运动员吉尔伯特在撑杆的落地处挖了个坑，结果被视为犯规。直到1924年，木制的插杆斗才成为撑杆跳高的标准配置，从此运动员有了一个稳定可靠的支点。 1952年，当更轻、更韧、更富有弹性的玻璃纤维撑杆第一次在赫尔辛基奥运会出现时，谁也没有预料到撑杆跳高将进入一个梦幻般的新时代。1961年美国运动员戴维斯创造了玻璃纤维撑杆的第一个世界纪录4.83米。次年2月，约翰.尤尔西斯跳过4.89米。1964年弗莱德.汉森把世界纪录提高到5.28米。短短几年间，撑杆好手群雄竞起你追我赶，世界纪录墨迹未干便再被刷新，直到突破6米大关。和其他任何田径项目相比，这种势如破竹的跃进都是绝无仅有的。玻璃纤维撑杆本身显然没有能量，究竟是何种原因导致了它如此立竿见影的功效呢？我们如果以刚性的木杆和柔性的纤维杆进行对照来做一番简略讨论，将会看到力学中关于能量转换的最生动演示。玻璃纤维杆由于重量大大减轻，使运动员持杆助跑的速度得以猛增，而聚集在杆上的动能是和助跑速度的平方成正比的。再说刚性撑杆和地面的接触是硬碰硬的撞击，而柔性的纤维杆落地后则更像弹簧的压缩，两者造成的能量损失和对人体的冲击震荡显然大不相同。而当玻璃纤维杆变成一条大弧，运动员握杆点和插穴斗的直线距离则如一根弦，和直挺挺的不可压缩的木杆相比，人-杆转动半径明显缩短，竖杆的力矩大大减少，这意味着运动员能够轻易地提高握杆点。如果把手中的撑杆当作一个能量转换器将水平方向助跑的动能转换为一定高度的重力势能，那么玻璃纤维杆的最大魅力则来自于它对能量的有效贮存和释放。当纤维撑杆被压弯后积蓄了变形势能，然后将运动员弹向空中，等于运动员把水平助跑挣来的钱存入银行，接着及时提取出来支付垂直上升和跨越横杆需要付出的费用。撑竿跳高中的双钟摆效应，指的是以穴斗为支点，以撑竿为主体的长摆，和以肩关节为支点，以人为主体的短摆。木杆的摆长是不变的，运动员握竿点的轨迹几乎完全是一个陡起的圆弧，而玻璃纤维杆的摆长是变化的，运动员身体重心位移是一个平滑的曲线。这十分有利于提高摆动的角速度和减少能量转换中的损失。如果进行更深层次的观察和研究，就会发现撑杆材料的革命带来了撑杆跳高整体技术动作模式的变化，运动员起跳后不再是无所作为地等待被抛掷，而是开始了一系列精巧、细致、复杂的杆上动作。悬垂摆体、后仰举腿、引体转体、最后以杆上单手倒立的英姿腾越过杆，这是何等令人惊叹的高难度技巧。有人把撑杆跳高比作跳高加体操的确不无道理。号称女布勃卡的俄罗斯运动员伊辛巴耶娃本来就是体操运动员出身，只因身高不幸长到了173厘米才被迫改行，也许多亏了体操的童子功，成全了她创造5.01米世界纪录的辉煌之梦。对于撑杆跳高的极限，人们做过多种预测，根据能量守恒的公式计算出水平助跑动能最多可以转化为大约5米的垂直势能，但显然遗漏了运动员腾空后获得新的能量份额。所谓撑杆跳，跳和撑都是题中应有之义。算总账的时候不光要看到地面上水平助跑积蓄的初始能量，还要加上悬空后手臂一挽一推、身体翻转旋转而新挣来的后续能量。今天竞技场上的撑杆经过不断更新换代，玻璃纤维和尼龙已经被更加轻便、坚韧而富有弹性的碳素纤维和多种复合材料所取代。通过精密的实验和计算，根据撑杆从上到下受力的差异和弯曲的弧度来设计不同部位最合理的强度，现代的撑杆制作工艺日臻完善和成熟，而纳米材料的应用也许会让撑杆跳高百尺竿头，更进一步。对撑杆材料革命的疑虑和抱怨虽然一直没有停息，但谁也不愿意再回到擀面杖和竹筒子的年代。撑杆跳高演变的历史是一个经典的例证，讲述了新兴材料如何将这项古老运动推向峰巅。上一篇：科技伴奥运同行标签：奥运 , 撑杆跳 , 材料 , 科技之光

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游泳“画皮”——“鲨鱼皮四代”是不是在忽悠人？

songshuhui 2008-9-2 11:05

waterOrO 发表于2008-08-4 星期一 21:21 分类: 专辑 , 奥运 , 心理 , 物理 | | 如果比速度，大概不如田径，但是比谁穿的少，短池游泳大概要数一数二了吧？但是在北京奥运会的水立方里，我们恐怕会悲痛的发现，无论是青筋暴起的肌肉男们还是身材魔鬼的一塌糊涂的美女们，身上都将像粽子一样越包越严实，直接剥夺了观众们大好的养眼机会。是什么让他们不顾全球变暖的大趋势，逆流而上越穿越多的呢？ (上图：菲尔普斯展示鲨鱼皮四代（快速皮肤IV)激光竞速者）泳衣界的巨鳄，英国的Speedo公司就是传说中的那个幕后推手。为了实现其领导全球泳装科技的目的，该公司从1992年开始革新泳衣面料。但是直到2000年悉尼奥运会，索普凭借着鲨鱼皮一代拿下三金两银后，各国才对这种新面料泳衣的热情才达到了高潮。2004年雅典奥运会上，表面布满点状颗粒的鲨鱼皮二代更是出尽了风头47名运动员披着鲨鱼皮到台上领奖。2007年，鲨鱼皮三代下水不到一年，21项世界纪录就被改写。今年二月，赶在北京奥运会前，鲨鱼皮四代正式推出，39项世界纪录据说已经作古，更是有50多个国家的运动员，宁可和赞助商们撕破脸皮，也要移情别恋，纷纷钻进SPEEDO的鲨鱼皮囊里。各位观众，松鼠会广告时段到此结束，下面那么我们将以流体松鼠waterOrO挑剔的眼光来看看这传说中耗资上百万英镑的鲨鱼皮研究到底靠不靠谱吧。先爽一个视频： http://www.youtube.com/watch?v=dvMdqvO3R9geurl=http://www.ath1337.net/lzr-racing-swim-suits-new-technology-or-cheating/ 这个视频给我们展现了第四代鲨鱼皮（快速皮肤FASTSKIN IV-激光竞速者LZR - RACER）的研发过程。Speedo公司利用了自己庞大的签约运动员名单，扫描了世界上四百余名顶尖的游泳运动员的几何外形用来制作阻力实验的模型。但是报道中没有提及Speedo的研发团队Aqualab（水运动实验室）究竟是怎样利用这些数据的。他们只采用了一个运动员的数据？还是把运动员的几何外形都进行了平均？或是针对每个运动员都进行了模拟？如果是最后一种情况的话，这个工作量别说三年，就是三十年也很难完成。测试了上百种面料以后，研究人员把目光集中在了两种合成材料上：LZR pulse（激光脉冲），一种疏水性材料，它就像沾满露珠的荷叶那样，即使泡在水中也不会被浸湿；和LZR panel(激光面板)，一种表面附加塑料薄膜的纤维材料。这两种材料被粘附到阻力模型表面从而进行流体力学的相关实验。 Speedo公司聘请了拥有世界上最先进水槽之一的新西兰奥塔格大学和长期致力于流体阻力研究的美国航天航空局(NASA)来进行阻力实验。不过，各位看官千万不要被那个航天飞机发射的视频蒙到，实际上NASA只是使用了低速风洞对泳衣的纤维材料进行了测试，不像很多报道中宣称的那样，该实验用的风洞是用来测试航天飞机飞行阻力的。风速28米每秒的低速风洞实验足以模拟泳池中两米每秒的游速（空气和水是性质不同的流体，为了能模拟出水中的现象，风速要经过换算调整到比较高的水平）。而航天飞机阻力实验主要是测试高超音速（大概音速的三到五倍）下航天飞机飞行状况的。风速达到音速以上，热效应将会非常严重。能在音速下的气流中游泳，而且还能保证自己穿着泳衣，估计超人都要羡慕的羞愤自尽的。阻力实验选定了LZR Panel材料。随后，研究人员使用该材料制作了实验泳衣，并带到了澳大利亚运动学院进行了真实泳池中的实战测试。测试结果令研究人员们异常兴奋，穿着LZR Panel泳衣的测试比穿普通训练泳衣快4%。这在五十米短池比赛中就等于超前了两米，相当于一个身位的巨大优势。同时耗氧量降低5%，能有效延长运动员的巅峰表现。可以说，如果这种材料如此成功的话，对于游泳这种决胜于百分之一秒的运动来说，是否采用鲨鱼皮就是生死存亡的决定因素了。最令人激动的是，Speedo还第一次完全从流体力学原理出发，提出了泳衣塑形的划时代概念。这个概念由流线型塑体、振动抑制和无缝拼接三个点子组成。利用泳衣可调的弹性，LZR-RACER会把身体上阻力比较大的部位收紧，把运动员的身体塑造成更接近流线型的形状，并且减少了肌肉和水之间因为压力剧烈波动引起的振动。这种振动会干扰流过身体的流线，消耗身体的动能，从而降低运动员的速度。同时，鲨鱼皮四代还用超声波拼接，制成了无缝天衣，大大降低了接合处对流线的扰动。一旦流线可以光滑的经过身体表面，运动员就可以对水流的扰动最小，将阻力最小化。如果通过实验来一步步验证这些令人激动的概念设计的话，工作量将超出想象。因此，流体力学家们只能求助于计算流体力学，即通过计算机对运动员在水中的受力进行模拟。从理论上来讲，世界上所有的流体的运动都可以通过一组被称为纳维尔-斯托克斯方程(Naviar-Stokes Equations)来描述。这也是流体力学的可爱之处流体力学家们从来不用像化学家那样记忆无穷无尽复杂的化学式。同时，纳维尔-斯托克斯方程也是所有流体力学家们的噩梦该方程臭名昭著的复杂和难解。目前为止，科学家们只能通过各种费尽心机的手段，得到尽量接近真实的数值解。不过，经过数十年的发展，这个方法已经发展成为一门学科计算流体力学，并羽翼丰满，可以大量应用于工程实际了。大到星际爆炸，飓风肆虐，大洋环流，火山爆发，油轮和客机航行，小到浮游生物游动，心血管流态都可以通过计算机模拟出来。这大大节省了实验成本，提高了数据精度和完整程度。目前，一级方程式赛车比赛和美洲杯帆船赛已经成为流体力学运用到竞技运动的典范。国内，据说北京航空航天大学曾经为排球运动进行过相关的风洞实验。但是计算流体力学的案例就很有限了。（我们学校的男排已经和职业队一起征战甲A联赛好几个赛季了，不无我们流体力学所的功劳。）（计算流体力学模拟结果：经过一名游泳运动员的水流速度场）（计算流体力学模拟结果：经过一名游泳运动员的流线图）（计算流体力学模拟结果：经过一名游泳运动员的流线图（近））英国诺丁汉大学的研究组就受邀进行了相关的计算流体力学模拟研究。他们采用了运动员在水中滑行的动作，即双手合并前伸，双腿向后绷直的姿态进行模拟，从而得到相应的阻力。应用ANSYS公司的先进网格划分软件，研究人员可以更精确的模拟出紧贴运动员身体表面的流动速度和压力的细节，从而指导泳衣的设计。从模拟结果来看，与鲨鱼皮二代相比，改进后总阻力据说降低了24%。这个结果似乎非常具有说服力，但是仔细分析起来，这个研究还是有着巨大的缺陷。首先，游泳不全是一个静止的滑行过程。大部分时间里，运动员要在水面进行大幅度的剧烈运动。如果诺丁汉大学只考虑了一个姿态显然是不够的。其次，由于运动员在水面运动，模拟计算需要涉及空气和水的复杂相互作用，大量的气泡和飞溅的水滴使模拟计算几乎成为了不可能完成的任务，所以最后研究只集中在水下滑行段。最后，运动员的泳姿对速度的影响更大。而且很多时候，划水动作是通过制造漩涡来产生推力的，和身体表面的摩擦阻力关系并不大。但是，由于追求身体形状的流线型，泳衣压缩了肌肉，反而可能让运动员划水的时候觉得碍事，使正常的技术动作变形。从计算流体力学的角度来讲，模拟划水的过程需要动态网格这一不成熟的技术来支持。所以，通过这个不到位的研究就把流线型塑体的概念引入，未免有些哗众取宠之嫌了。（计算流体力学模拟结果：经过一名游泳运动员的阻力分布图）然而不可否认，由于Speedo先前的实验研究还是具有一定的可信度，并在实际测量中进行了证实，因此笔者认为该泳衣在速度上还是具有一定优势的。不过，LZR-RACER泳衣更重要的优势则来自于竞技运动的心理战术。就像一位试穿该泳衣的运动员说的那样：如果我认为穿着的不是世界上速度最快的泳衣，我是不可能有信心战胜自己战胜别人的。最近，中国游泳队赞助商Nike公司终于顶不住各个国家队对成绩的追求的压力彻底缴枪投降，发表声明允许在全球范围内赞助的所有国家游泳队改穿其他品牌参加北京奥运。中国泳联从全球LZR-RACER唯一的供货商，一家设在葡萄牙的制衣厂定做了58套鲨鱼皮。有队员表示，穿这种泳衣非常难受，恨不得马上把它脱掉，所以会在水里拼命的游。不管如何，LZR-RACER是攒足了心理优势。加上最近，国际泳联免费为Speedo公司宣传，宣布Speedo公司采用的新材料并不违反国际泳联关于泳衣不得使用增加浮力和速度的规定。鲨鱼皮四代就此摧枯拉朽般的占领了奥运泳衣市场的大片江山，宣告了Speedo上百万英镑的研究经费没有白白砸出去，取得了营销市场的绝对性胜利。不过普通人想试试这种鲨鱼皮四代还是要付出高昂的代价的。一套LZR-RACER售价高达600美金，而且需要专人帮助花四十分钟才能穿上，更要命的是，这种泳衣的寿命太短，只允许穿六次。话说回来，无论是Speedo是在真忽悠，还是真的取得了重大突破，都让我们更进一步了解了一个时髦的科学计算流体力学，套用郭德纲的话就是：真让我欣慰！计算流体力学并不是那样遥不可及，像航天飞机，苏-27战斗机，一级方程式赛车那样高高在上。而是可以应用到所有和水和空气阻力过不去的地方。在未来，它还会进一步把它的威力展现在竞技体育，和人们日常生活的方方面面的。花絮：人们最早认为裸泳速度最快，但是由于太拉风，并没有人在比赛中采用过。但是运动员担心体毛茂盛，把头发胡子，身体各处的体毛都剃光来减少阻力却是普遍现象。后来，据说荷兰科学家经过研究得到了穿泳装比裸泳速度更快的结论。这个研究的目的，研究的独立性和可信度还值得进一步讨论。而且，研究者是否只是研究了欧美人的身体呢？亚洲人体毛较少，会不会有不同的结论呢？但是有一点是肯定的，本着和谐社会，八荣八耻的精神，我们还是不提倡裸泳的，所以泳池中的科技研发战将愈加激烈。参考资料和相关链接：松鼠会安婆婆从另一个角度来看鲨鱼皮四代： http://songshuhui.net/archives/654.html ANSYS公司关于LZR-RACER研究的描述： http://www.ansys.com/magazine/issues/06-12-2008-ansys-advantage/01-sports.pdf 经济学家杂志的报道： http://www.economist.com/displaystory.cfm?story_id=11527308 百度百科计算流体力学： http://baike.baidu.com/view/70002.htm Speedo公司提供的一系列泳衣研发视频（果然市场推广有两把刷子，视频做的相当酷）： http://www.speedo80.com/lzr-racer/video_player/play/computational_fluid_dynamics Popular Science上的报道： http://www.popsci.com/entertainment-gaming/article/2008-03/can-swimsuit-be-too-good 标签： Aqualab , Speedo , 材料 , 流体力学 , 游泳 , 空气阻力 , 运动 , 运动员

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这篇文章估计是材料领域引用(效率)最高的了

mqjiang 2008-7-30 10:01

1. Title: Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set Author(s): Kresse G, Furthmuller J Source: COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE Volume: 6 Issue: 1 Pages: 15-50 Published: JUL 1996 Times Cited: 4,052 PRB一期中引起其的就有数次 ========================= 平均每年被引用将近340次. 期刊2007Impact factor为: COMP MATER SCI 0927-0256 3169 1.135 0.21 262 6.1 工作一定要做冒泡的,期刊不一定很牛,影响也可以很大. 这对我们以后的工作绝对有启示意义.

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新材料创新高人谈[拮取]

encke 2008-3-15 22:31

ghwu,国内磁性形状记忆合金专家我们在议论研究方向时，有时喜欢用一个形容词传统。意指那些研究历史很长，从业人员众多，知识积累厚实，基本原理明确，甚至实用程度都已经很高了的研究内容，研究课题和研究方向。但是，最近却频频出现了这么一种现象：一些公认创新性很高的发现（尤其是与材料紧密相关）是来自似乎已经没有油水的课题里和仅采用了相当普通的方法的实验中。比如超导临界温度突破BCS理论的 MgB2化合物，就是一个传统得不能再传统的东东了。前几年该发现被发表在Science上的时候，他人的评论中就show出了一瓶市售的MgB2商品，说明这个身怀绝技的大侠，被我们采购回来以后，就放在化学品柜里不知被冷落了多少年了。又如现在号称21世纪能源救星的GaN发光二极管，其形成n型导电的突破性进展，绝对没有采用任何当时认为先进的实验方法：它是在全世界研究组的天才精英们纷纷撤出之后，由一个看不出眉眼高低，死命坚持的日本傻B在一次错误操作后偶然发现的！再拿我们这个领域来说，磁性形状记忆合金Ni2MnGa所属的基本合金结构，Heusler合金，是一个叫Heusler的德国人确认，并在1903年命名的。而Ni2MnGa的磁性和马氏体相变共存的特性，早在上个世纪80年代，就已经被英国人Webster研究得很清楚了。但是，磁相关形状记忆性质的真正发现，却迟至1996年（美国人和俄国人至今还在为是谁发在那年表了第一篇代表性文章而暗地里较劲呢）。而磁性形状记忆合金的马氏体相变被磁场驱动的梦想，也是在研究了Ni2MnGa之后近10年，由日本人用电弧炉熔炼出来的。这些事例并不否认现代科学研究需要鲜活生猛的研究对象和先进精密的研究手段，只是说明传统的研究课题不一定就不出好东西。在科学的奥林匹克中夺冠靠什么？抛开意识形态的东西不说，无非拼资金，拼设备，拼人力。有些研究应当属于相当豪华的消费，需要大笔的资金，支持极端的实验条件，购买昂贵的精密仪器。在这些研究领域，要和老外对付上述三拼，显然咱们中国人比较吃力。相反，在比较传统的研究领域里，制备和测量设备相对简单和成熟，也就花钱相对不多。因而人的聪明才智方面的拼搏，在决胜中所占的分量就大大增加了。我们发展中国家虽然钱财设备是个弱点，但人可不笨呢。因此，不幸就读在钱不多，设备旧的学校院所里的弟兄们，做哪一类研究获得创新性结果的可能性大，就是不言而谕的了。另外，本人也曾经对着被人做过不知多少遍的课题发过牢骚。但我的师兄跟我说了一句话（后来还真应验了）：你干吧，人的运气是不一样的。我看这也是让人能够安心传统研究工作的一个方面吧。

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高人再谈新材料创新[拮取]

encke 2008-3-15 22:12

新材料创新高人谈,自有一番风趣.很好的启示,共享之. ghwu,国内磁性形状记忆合金专家日本故事一发表评论人： ghwu 最早的磁性形状记忆合金，Ni2MnGa，是美国人发现的。因为这个材料的磁性和马氏体相变早在80年代就报道了，当时没有人注意。但是，马氏体相变将带来形状记忆效应，这是人人都知道的。MIT的一个教授，雇用了一个乌克兰的博士后，把Ni2MnGa的磁性和形状记忆效应联系在一起，就算发现了磁性形状记忆合金了。后来，日本人/美国人合作，报道了CoNiGaAl系列材料，这是第二个成员。此后，中国人报道了Ni2FeGa，成为第三个成员。后来日本人报道了Ni2MnAl，算是家庭里添了一个成员，但是个残疾人，因为只有相变而没有形状记忆。再后来，中国人发现了Mn2NiGa。从晶体结构和磁结构来说，这是这个家族中比较特殊的一个新成员：亚铁磁性的，且晶体结构与其他不同。故事就发生在这个时候。早在80年代，一种叫Ni2MnIn的合金，被很多人系统地研究了。但是，没有马氏体相变和形状记忆效应。到了2005年，日本人改变了这个合金的成分，在其中只有大约3％的成分变化区域里，发现了马氏体相变，而且，最重要的是，这种相变是可以由磁场来驱动的。此前的所有磁性形状记忆合金，其相变只能由温度来驱动。因此，这是这个材料领域里一个很大的突破。发现在3％的成分范围中的材料性质，那一定是拉网式的材料搜索才能实现的。可见日本人是踏踏实实地工作了许多年才找到了这个区域。赢家不是得意洋洋的美国人，也不是心浮气躁的中国人。尽管这两种人也在做同样的事情。如果把发现新材料比喻成从一锅馒头里找出一个带豆沙馅的包子。那么，美国人就是从兜里掏出一个有全球定位功能的仪器，搜索一遍，然后下了个霸气的否定结论走开了。日本人则是老老实实坐在一边，一个一个地吃，吃到发现豆沙包为止。然后还要把剩下的也吃完。而中国人呢？先论证甚么样的有可能有豆沙，然后心惊胆战地开始吃。没等吃几个，就自己停下，退了下来，嘴里喃喃地自责着：罪过，罪过，吃了两个还没有发现豆沙，浪费了这些馒头。标题：台湾故事二则发表评论人： ghwu 台湾清华大学教授金重勋先生给我讲过一个故事，他们材料系的一个教授，晚上突然起身，用红蓝墨水各揉了一小团面，分别放入两个注射器。把注射器口对口连接，然后推某一颜色面团进入另一个，最后发现，只要六次，两团面一定混合均匀。据说，这个发明获得了很好的应用（用在哪里忘记了）。好像也是台湾清华大学的一个教授，发明了高熵合金这个概念和做了很多的工作（据说目前明显的成果不多，但这个想法很高明）。我去过台湾，发现那里的大学教授们很清闲，甚至懒散。可是他们的思想非常活跃，总是突发奇想。真羡慕这些阿扁统治下生活在水深火热环境中的教授们。标题：美国故事一发表评论人： ghwu 我的美国同行，也是在寻找新的磁性形状记忆合金。他们财大气粗，定做了一台设备，可以把两种磁性过渡金属和一种半导体元素（合成Heusler结构磁性形状记忆合金的最基本元素）同时溅射到相当大的一张Si片上，可以一次获得上百个不同成分的分区样品。还有可以对每个分区进行基本磁性分析的微区SQUID和进行结构分析的微区x-ray XRD分析的检测设备。可以把上百个样品中是否有结构相变和磁相变的信息一网打尽。熟悉这个行当的朋友知道，这是寻找新材料的利器。看来，新材料都是他们的了。但是，最近几年的新磁性形状记忆合金都不是这些仪器所有者发现的。而是那些使用电弧炉熔炼，一个个样品合成，一个个分析的研究者发现的。其中日本人发现最多。我的老美同行常常指着别人的新材料惊呼：我们曾经做过的！而马上遗憾为什么最终成果不是他们的。美国人具有最新的武器，但是远没有征服世界。美国人具有最先进的实验设备，但并没有囊括全部重要科研成果。

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