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세라믹 공학계의 스타
버지니아 공대 불가사리의 이중 규모 단결정 미세 격자의 그림. 출처: Ling Li(Virginia Tech) 및 James C. Weaver(Harvard University)FEBRUARY 10, 2022
금속 및 폴리머 기반 재료와 비교하여 세라믹은 고온 및 부식성 환경을 더 잘 견딜 수 있지만 취성 특성으로 인해 종종 파손되기 쉽습니다. 이 동작은 세라믹 폼이 일반적으로 구조 구성 요소로 사용되지 않는 이유를 설명하는 이러한 재료의 경량 다공성 버전을 만들려는 혁신가에게 잠재적으로 문제를 일으킬 수 있습니다. 경량의 고강도 세라믹 재료를 개발하는 도전적인 과제에 직면하여 기계 공학 조교수 Ling Li는 디자인 영감을 위해 예기치 않은 협력자에게 의지 했습니다 . 이 특이한 해양 종의 복잡하고 고도로 정렬된 광물화된 골격 시스템을 조사함으로써 Li와 그의 연구팀은 완전히 새로운 종류의 고성능 경량 세라믹 복합 재료를 개발할 수 있는 예상치 못한 특성 조합을 발견했습니다. 사이언스 매거진은 그들의 연구 결과를 최근 커버 스토리에 실었습니다. 다공성으로 가벼움 자동차 및 항공 우주 제조 산업과 같은 산업은 더 나은 연비와 강도의 경제성을 결합하여 강하고 가벼운 재료를 설계하는 데 큰 관심을 가지고 있습니다.
더 강한 재료는 일반적으로 밀도가 높고 무게가 더 나가기 때문에 산업계에서는 이 균형을 맞추기가 어렵습니다. 자연은 수백만 년의 진화를 통해 다공성 물질을 사용하여 이 문제를 해결하는 독창적인 방법을 생각해 냈습니다. 내부 다공성의 도입은 잠재적으로 매우 가볍고 기계적으로 효율적인 재료를 생성합니다.
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불가사리 Protoreaster nodosus의 이소골 기반 골격 출처: Ting Yang, Hongshun Chen, Zian Jia, Zhifei Deng, Liuni Chen, Ling Li 다공성 물질의 몇 가지 예가 자연에 존재합니다. 여기에는 인간의 골격계, 식물의 줄기, 꿀벌의 벌집이 포함됩니다. 이러한 천연 물질 을 현미경으로 관찰하면 작은 공극이나 챔버로 채워져 있음을 빠르게 발견할 수 있습니다. 자연적인 성장은 이러한 다공성 생물학적 구조를 매우 효율적으로 형성하며, 그 형성은 종종 예기치 않게 복잡한 내부 기하학을 초래합니다. 생물 및 생체 영감 재료 연구실에서 Li와 그의 팀은 세라믹 발포체 및 건축 재료의 기계적 약점을 해결하기 위한 새로운 재료 설계 원칙을 개발하는 것을 목표로 천연 경량 세라믹 구조를 조사하고 있습니다.
"우리의 전반적인 목표는 새로운 다공성 물질을 개발하기 위해 자연에서 배우고 영감을 얻는 것입니다."라고 Li가 말했습니다. "자연은 강하고 손상에 강한 다공성 재료를 설계하기 위한 많은 좋은 재료 교훈을 제공합니다." 이전에 팀은 갑 오징어 (오징어의 내부 골격) 의 독특한 챔버 기반 바이오세라믹 구조가 부력 조절을 허용하면서 동시에 강하고 뻣뻣하며 골절에 강하다는 것을 발견했습니다. 이 프로젝트 및 이와 유사한 다른 프로젝트는 팀이 마이크로 규모에서 자연의 다공성 디자인에 대한 추가 응용 프로그램을 조사하도록 동기를 부여했습니다.
불가사리의 이중 규모 단결정 미세 격자의 그림. 출처: Ling Li(Virginia Tech) 및 James C. Weaver(Harvard University) 불가사리 골격: 자연적으로 설계된 세라믹 격자 이 작업에서 Li와 그의 팀은 덩굴성 불가사리의 골격에 눈을 돌렸습니다. 인도 태평양 지역 전역에 널리 분포되어 있는 이 종의 말린 해골은 종종 가정 장식용으로 사용됩니다. 이 불가사리는 등쪽 표면에서 올라와 포식자를 낙담시키는 원뿔 모양의 돌출부가 있습니다. NCFL(Nanoscale Characterization and Fabrication Laboratory)에서 이 불가사리 골격의 샘플을 관찰하면서 Li와 Ph.D. 학생 Ting Yang(이 논문의 공동 제1저자이자 현재 Massachusetts Institute of Technology의 박사후 연구원)은 다음과 같은 관찰을 했습니다. 미시적 규모에서 불가사리 골격은 매우 규칙적으로 배열된 격자 구조를 나타냈습니다. 가지들은 이전에 연구된 갑오징어와 성게 가시의 다공성 구조와 상당히 다릅니다. 사실, 이 불가사리의 독특한 골격 조직은 이 무척추 동물 그룹에서 보고된 가장 높은 구조적 규칙성을 보여줍니다.
이러한 규칙적인 격자형 구조는 현대 인간 건설 프로젝트에서 일반적으로 사용되는 스페이스 프레임 트러스 구조와 현저한 유사성을 나타냅니다. 연구팀은 불가사리 골격이 탄산칼슘(분필)의 결정 형태인 방해석으로 만들어졌기 때문에 이 천연 세라믹 격자 재료가 어떻게 기계적 보호를 달성했는지 궁금했습니다. 밖에서 노는 것에 익숙한 어린이는 보도 분필이 매우 부서지기 쉽고 부서지기 쉽다는 것을 알고 있습니다. 그러나 불가사리의 몸은 높은 강도와 유연성을 보여줍니다. 이 구조의 기본 원리를 밝히면 더 강한 다공성 세라믹을 만드는 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
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소골의 다이아몬드-TPMS 구조 제공: Ting Yang, Hongshun Chen, Zian Jia, Zhifei Deng, Liuni Chen, Ling Li 팀이 발견한 것은 예상치 못한 일이었습니다. 다른 불가사리 종과 마찬가지로, 옹이 있는 별의 골격은 이소골이라고 하는 밀리미터 크기의 많은 골격 요소로 구성됩니다. 이 소골은 연조직과 연결되어 동물이 유연하고 움직일 수 있도록 합니다. Li와 그의 팀은 각 소골이 수학적으로 설명할 수 있을 정도로 균일한 미세격자 구조로 구성되어 있으며 에펠탑의 구조와 유사한 정맥으로 노드를 통해 연결된 가지로 구성되어 있음을 발견했습니다. 더욱 흥미롭게도 연구팀은 원자의 정렬로 인해 미세격자의 균일한 구조가 본질적으로 원자 수준에서 단결정 구조임을 발견했습니다. "이 독특한 물질은 방해석의 단결정 조각에서 조각된 주기적인 격자와 같습니다."라고 Li가 말했습니다. "이 거의 완벽한 미세 격자는 이전에 자연에서 보고되거나 합성으로 제작된 적이 없습니다. 대부분의 매우 규칙적인 격자 재료는 재료를 작은 결정과 결합하여 합성물을 생성하여 만들어지지만 이것은 새로운 것입니다. 단일 조각으로 성장합니다."
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소골에서 다이아몬드-TPMS 구조의 골격 네트워크 제공: Ting Yang, Hongshun Chen, Zian Jia, Zhifei Deng, Liuni Chen, Ling Li 이 구조를 통해 불가사리는 특정 방향으로 골격을 전략적으로 강화하여 보호 기능을 강화할 수 있습니다. 또한, 동물은 선택된 방향과 특정 영역을 따라 가지를 두껍게 만들어 인체가 신체 활동에 적응하기 위해 다공성 뼈의 국부적 기하학을 변경하는 능력을 보유하는 것과 유사한 방식으로 기계적 성능을 향상시킬 수 있는 것으로 보입니다. 불가사리에서 연구자들은 구조가 설계의 규칙적인 격자 패턴을 수정하는 것으로 보이는 영역도 발견했는데, 이는 미세 격자가 파손될 때 균열 확장을 억제하는 기능입니다. 생물광물화 전문가이자 버지니아 공대 지구과학부 교수이자 CP Miles 교수인 Patricia Dove는 이 생물학적 발견이 생물에서 영감을 받은 혁신 분야에 큰 영향을 미칠 수 있다고 말했습니다. Dove는 "매우 약탈적인 해저 환경에 사는 불가사리와 기타 극피동물은 생존에 중요한 재료 혁신의 세계를 보여주고 있습니다."라고 말했습니다. "해수와 일부 유기 성분만 사용하여 생물학은 불가사리와 같은 놀라운 골격의 형성을 지시합니다. 근본적인 기계 공학 특성에 대한 이 새로운 연구는 새로운 재료 설계의 개척자로서 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다."
주기적인 미세격자 구조를 보이는 많은 이소골로 구성된 불가사리 골격계를 보여주는 주사전자현미경 이미지. 크레딧: 링 리(Virginia Tech)
무엇 향후 계획? 자연적 미세구조의 구조를 아는 것은 큰 발전을 의미했지만 Li와 그의 팀은 더 많은 질문을 했습니다. 그 생물들이 해골을 성장시키는 방식에 열쇠가 있었습니까? 그것들을 재생산하는 방법에 약간의 빛을 비출 수 있었습니까? Li와 그의 동료들은 연구 및 교육 목적으로 이러한 복잡한 격자 구조의 대규모 버전을 모델링하고 생성하기 위해 3D 프린팅을 사용했으며, 이러한 고유한 기하학적 구조의 복잡성을 이해하는 데 유용한 접근 방식입니다. Li의 팀이 만든 3D 인쇄 모델은 실제로 시각적으로 영감을 주었지만 새롭고 더 강력한 세라믹 마이크로 아키텍처를 시장에 출시하는 데 필요한 기술은 아직 미래에 있습니다. 현재 3D 프린터는 마이크로미터 수준의 구조를 생산하지만 세라믹 프린팅은 여전히 최종 제품을 소성해야 하므로 제어할 수 없는 작은 구멍과 균열이 많이 생길 수 있습니다. 이러한 결함은 구조를 극도로 취약하게 만듭니다. 불가사리 골격과 3D 인쇄 스케일 모델이 있는 Ling Li. 출처: 버지니아 공대의 Alex Parrish Li는 "자연은 실온과 주변 압력에서 복잡한 구조를 형성하기 위해 미네랄 전구체를 조립할 수 있습니다."라고 말했습니다. "그것은 현대 인간의 기술로는 현재 달성할 수 없는 것입니다. 버지니아 공대는 자연에서 발견되는 광물 구조에 대한 연구에 큰 관심을 가지고 있으며, 이 흥미로운 연구 방향이 언젠가는 광범위한 바이오 영감의 개발로 이어질 수 있기를 바랍니다. , 더 강하고 더 가벼운 재료." 이 논문의 다른 저자로는 버지니아 공대 대학원생인 Hongshun Chen, Zhifei Deng, Liuni Chen, 박사후 연구원 Zian Jia, Harvard University의 James C. Weaver, Bowdoin College의 Emily Peterman이 있습니다.
추가 탐색 기어다니고, 색을 바꾸고, 부서진 부분을 자가 치유하는 불가사리 모양의 소프트 로봇 추가 정보: Ting Yang et al, A damage-tolerant, dual-scale, single-crystalline microlattice in the knobby starfish, Protoreaster nodosus, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abj9472 . www.science.org/doi/10.1126/science.abj9472 저널 정보: 과학 버지니아 공대 제공
https://techxplore.com/news/2022-02-star-world-ceramic.html
.Study describes challenges and opportunities for detection of high-frequency gravitational waves
연구는 고주파 중력파 탐지를 위한 도전과 기회를 설명합니다
José Tadeu Arantes, FAPESP 일관된 GW 소스의 예. 크레딧: Nancy Aggarwal FEBRUARY 10, 2022
-전자기(EM) 파동과 중력파는 우주를 대규모로 연구할 수 있는 유일한 수단입니다. 수천 년 동안 전자만이 가시광선의 수신을 기반으로 한 고대인의 육안 천체 관측이나 전파에서 감마선에 이르는 다양한 EM 스펙트럼 대역에서 작동하는 오늘날의 초망원경으로 사용될 수 있었습니다. 중력 효과는 천체의 상대적인 움직임에서 추론할 수 있습니다.
-중력파의 첫 번째 직접 측정은 2015년에야 이루어졌습니다. 그것은 레이저 간섭계 중력파 관측소(미국의 LIGO와 이탈리아의 처녀자리 탐지기에 의해 영향을 받았습니다. 당시 미디어가 강조했듯이 위업은 우주 조사를 위한 완전히 새로운 창. 창은 지금까지 10Hz(10Hz)에서 10kHz(104Hz) 범위의 비교적 좁은 주파수 대역에서만 탐색 되었습니다 .
-메가헤르츠(10^ 6 Hz)에서 기가헤르츠(10^ 9 Hz) 에 이르는 훨씬 더 높은 주파수에서 중력파를 감지하는 문제와 기회는 전염병이 발생하기 전인 2019년 이탈리아 트리에스테에서 열린 대면 회의의 초점이었습니다. 그곳의 워크숍 토론에 대한 논평과 주제에 대한 문헌에 대한 리뷰는 이제 상대성이론의 생활 리뷰(Living Reviews in Relativity ) 저널에 실린 기사에 실렸습니다 . 저자 중 한 명은 브라질 국립우주연구소(INPE)의 선임 연구원인 Odylio Denys de Aguiar입니다. 이 계획은 Aguiar가 수석 연구원이었던 정기 연구 보조금과 주제별 프로젝트를 통해 FAPESP의 지원을 받았습니다.
-"고려된 스펙트럼 대역에서 방출하려면 초소형 물질이 극도로 높은 주파수 에서 진동해야 합니다 . 이것은 예를 들어 지름이 1km 미만이고 질량이 태양의 질량보다 작은 미니 블랙홀에서 발생할 수 있습니다. 지구의 질량"이라고 Aguiar는 말했습니다. 이 기사에서 연구원들이 언급했듯이 "10kHz 이상의 주파수에서 방출할 만큼 충분히 작고 밀도가 높은 천체 물리학 물체는 알려진 바 없습니다.
-더 높은 주파수에서 중력파의 발견은 따라서 입자 물리학의 표준 모델을 넘어선 새로운 물리학을 나타냅니다. , 예를 들어 이국적인 천체 물리학 물체(예: 원시 블랙홀 또는 보존성) 또는 상전이, [… 모든 탐지는 새로운 물리학에 관한 이러한 이론적 공식을 확인, 수정 또는 배제합니다. ] 천문학과 우주론은 전자기파 에 기반한 관측 이 스펙트럼의 가시광선 부분을 넘어 더 높은 주파수 대역에 도달하면서 눈에 띄게 발전했습니다.
-유사하게, 10kHz 이상의 주파수에서 중력파를 감지하면 우주에 대한 새로운 창이 열릴 것입니다. Aguiar는 "특히, 빅뱅과 현재 마이크로파 형태로 포착된 배경 우주 복사 방출 사이의 기간에 대한 정보를 얻을 수 있을 것"이라고 말했습니다. "거의 400,000년 동안 지속된 그 기간 동안 전자기 복사는 물질에 너무 강력하게 결합되어 자유롭게 전파될 수 없었습니다. 그러나 중력파는 방해 없이 이동할 수 있으며 이제 감지될 수 있는 배경을 형성할 수 있습니다." 주요 장애물은 기술입니다.
-"주파수가 높을수록 파동의 진폭이 작아집니다. 이것은 EM 스펙트럼과 마찬가지로 중력파 스펙트럼도 음의 지수를 갖는 주파수의 함수로서 거듭제곱 법칙을 따르기 때문입니다."라고 Aguiar는 설명했습니다. "다시 말해서, 우주의 천체 물리학 및 우주론적 소스의 예상 진폭과 주파수가 10 미만인 중력파를 감지하는 주요 프로젝트의 감도를 보여주는 웹 사이트 의 그래프에서 볼 수 있듯이 자연은 저주파에서 더 관대합니다.
kHz." 이 기사에서 검토한 다양한 제안 중 어느 것도 필요한 민감도에 도달하지 못했습니다. 기껏해야 6배 낮은 감도 수준을 달성할 수 있습니다. 그러나 저자들은 중력파 연구의 위대한 선구자 중 한 명인 Kip Thorne에 따르면 50년도 채 되지 않아 레이저 간섭계가 감도가 너무 낮아서 "실험적 관심이 거의" 없었다고 회상합니다. 학생 Charles Misner와 박사 과정 고문인 John Archibald Wheeler. Thorne은 LIGO 레이저 간섭계로 중력파를 처음 감지한 후 2017년 노벨 물리학상을 수상했습니다. Aguiar에 따르면, 고주파 중력파 를 감지하는 기술 솔루션 은 반드시 수십억 달러의 프로젝트가 필요한 것은 아니지만 획기적으로 혁신적이어야 합니다.
추가 탐색 중력파: LISA와 새로운 기본장 감지 추가 정보: Nancy Aggarwal et al, MHz ~ GHz 주파수에서 중력파 검색의 도전과 기회, 상대성 이론의 생활 리뷰 (2021). DOI: 10.1007/s41114-021-00032-5 FAPESP 제공
https://phys.org/news/2022-02-opportunities-high-frequency-gravitational.html
- The first direct measurements of gravitational waves were made only in 2015. It was influenced by the Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO in the USA and the Virgo Detector in Italy. As the media at the time emphasized, the feat is an entirely new window for space investigation. The window has so far ranged from 10 Hz (10 Hz) to 10 kHz (104 Hz)). It was searched only in a relatively narrow frequency band of
-"Emitting in the spectral bands considered requires microscopic matter to vibrate at extremely high frequencies. This can happen, for example, in mini-black holes less than 1 km in diameter and with a mass less than that of the Sun. The mass of the Earth," said Aguiar. said. As the researchers noted in the article, "There are no known astrophysical objects that are sufficiently small and dense enough to emit at frequencies above 10 kHz.
- The discovery of gravitational waves at higher frequencies thus represents a new physics beyond the standard model of particle physics. , e.g. exotic astrophysical objects (e.g. primordial black holes or conservatives) or phase transitions, […] Any detection confirms, modifies or excludes these theoretical formulations of new physics. ] Astronomy and cosmology have advanced markedly as observations based on electromagnetic waves reach higher frequency bands beyond the visible portion of the spectrum.
-Similarly, sensing gravitational waves at frequencies above 10 kHz will open up a new window into the universe. "In particular, it will give us information about the period between the Big Bang and the emission of background cosmic radiation now captured in microwave form," Aguiar said. "During that period, which lasted nearly 400,000 years, electromagnetic radiation was so strongly bound to matter that it could not propagate freely. But gravitational waves can travel unhindered and can now form a background that can be detected." The main obstacle is technology.
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memo 2202110532 my thought experiment oms storytelling
If the sample 1.oms version upgrade vix_a is placed close to the coordinate axis y, the meaning of high frequency can be expressed. haha. Multipurpose oms theory.
Anyway, the high frequency beyond imagination can be expressed with the sample 1.oms upgraded version. Although no astrophysical objects are known to be small and dense enough to emit at frequencies above 10 kHz, they may represent new physics beyond the standard model of particle physics at higher frequencies of gravitational waves.
Of course, at this frequency (sample 1.oms version upgrade vix_a, coordinate axis y), it will appear very commonly in the pre-Big Bang quark supermassive sample 1.2 qoms superuniverse again based on the temperature transformation coordinate axis x. uh huh
Here, the high-frequency coordinate axis y-axis and the main role of the big bang event are the same as the Higgs bar high-temperature y-coordinate axis, and the infra-low frequency and ultra-low temperature Higgs bar x-coordinate axes become the same. The question is whether the ultra-high frequency is in the material world space-time y, and the ultra-high-temperature Higgs bar is also in y, but there is overlap in terms of whether they interact or are the same concept.
If the high frequency is the Higgs bar high temperature vix concept, they conflict with each other. High frequency has vix_a(n!), Higgs bar high temperature has vix_n!(a). uh huh Is this nested? The universe takes on a surprising regression to the singularity at sample 1.2 qoms. Wow!
sample 1.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a
Sample 1.2 qoms (standard)
0100000010=0,2
0010000100
0001000001
0010001000
0001010000
0000100100
0000100010
2000000000
0000001001
sample 2. oss(standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
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