微小线径金属丝电阻率研究论文

纳米材料技术作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。下面我给大家分享一些纳米材料与技术3000字论文， 希望能对大家有所帮助！纳米材料与技术3000字论文篇一：《试谈纳米复合材料技术发展及前景》 [摘要]纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性，引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，纳米技术将成为21世纪的主导技术。 [关键词]高聚物纳米复合材料 一、 纳米材料的特性 当材料的尺寸进入纳米级，材料便会出现以下奇异的物理性能： 1、尺寸效应 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。 2、表面效应 一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。 纳米微粒尺寸d(nm) 包含总原子表面原子所占比例(%)103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与 其它 原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。 3、量子隧道效应 微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际 应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。 二、高聚物/纳米复合材料的技术进展 对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类： 1、高聚物/粘土纳米复合材料 由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。 2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料 用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性 方法 。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的 发展 ，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。 3、高聚物/碳纳米管复合材料 碳纳米管于1991年由S.Iijima 发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。 碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30-50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。 在电性能方面，碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明，在塑料中含2%-3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。 三、前景与展望 在高聚物/纳米复合材料的研究中存在的主要问题是：高聚物与纳米材料的分散缺乏专业设备，用传统的设备往往不能使纳米粒子很好的分散，同时高聚物表面处理还不够理想。我国纳米材料研究起步虽晚但 发展 很快，对于有些方面的研究 工作与国外相比还处于较先进水平。如：漆宗能等对聚合物基粘土纳米复合材料的研究;黄锐等利用刚性粒子对聚合物改性的研究都在学术界很有影响;另外，四川大学高分子 科学 与工程国家重点实验室发明的磨盘法、超声波法制备聚合物基纳米复合材料也是一种很有前景的手段。尽管如此，在总体水平上我国与先进国家相比尚有一定差距。但无可否认，纳米材料由于独特的性能，使其在增强聚合物 应用中有着广泛的前景，纳米材料的应用对开发研究高性能聚合物复合材料有重大意义。特别是随着廉价纳米材料不断开发应用，粒子表面处理技术的不断进步，纳米材料增强、增韧聚合物机理的研究不断完善，纳米材料改性的聚合物将逐步向 工业 化方向发展，其应用前景会更加诱人。 参考 文献 ： [1] 李见主编.新型材料导论.北京：冶金工业出版社，1987. [2]都有为.第三期工程科技 论坛 ——‘纳米材料与技术’ 报告 会. [3]rohlich J，Kautz H，Thomann R[J].Polymer，2004，45(7)：2155-2164. 纳米材料与技术3000字论文篇二：《试论纳米技术在新型包装材料中的应用》 【摘 要】作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。进入20世纪90年代，纳米科学得到迅速的发展，产生了纳米材料学、纳米化工学、纳米机械学及纳米生物学等，由此产生的纳米技术产品也层出不穷，并开始涉及汽车行业。 【关键词】纳米技术 包装材料 1 纳米技术促进了汽车材料技术的发展 纳米技术可应用在汽车的任何部位，包括发动机、底盘、车身、内饰、车胎、传动系统、排气系统等。例如，在汽车车身部分，利用纳米技术可强化钢板结构，提高车体的碰撞安全性。另外，利用纳米涂料烤漆，可使车身外观色泽更为鲜亮、更耐蚀、耐磨。内装部分，利用纳米材料良好的吸附能力、杀菌能力、除臭能力使室内空气更加清洁、安全。在排气系统方面，利用纳米金属做为触媒，具有较高的转换效果。 由于纳米技术具有奇特功效，它在汽车上得到了广泛的应用，提升汽车性能的同时延长使用寿命。 2 现代汽车上的纳米材料 (1)纳米面漆。汽车面漆是对汽车质量的直观评价，它不但决定着汽车的美观与否，而且直接影响着汽车的市场竞争力。所以汽车面漆除要求具有高装饰性外，还要求有优良的耐久性，包括抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀和抗划痕的性能。纳米涂料可以满足上述要求。纳米颗粒分散在有机聚合物骨架中，作承受负载的填料，与骨架材料相互作用，有助于提高材料的韧性和其它机械性能。研究表明，将10%的纳米级TiO2粒子完全分散于树脂中，可提高其机械性能，尤其可使抗划痕性能大大提高，而且外观好，利于制造汽车面漆涂料;将改性纳米CaCO3以质量分数15%加入聚氨酯清漆涂料中，可提高清漆涂料的光泽、流平性、柔韧性及涂层硬度等。 纳米TiO2是一种抗紫外线辐射材料，加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，可同时增强涂料的强度、光洁度和抗老化性;以纳米高岭土作填料，制得的聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料不仅透明，而且吸收紫外线，同时也可提高热稳定性，适合于制造汽车面漆涂料。 (2)纳米塑料。纳米塑料可以改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能：强度高，耐热性强，比重更小。随着汽车应用塑料数量越来越多，纳米塑料会普遍应用在汽车上。主要有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。阻燃塑料是燃烧时，超细的纳米材料颗粒能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层，起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用，从而起到阻燃作用。 目前汽车设计要求规定，凡通过乘客座舱的线路、管路和设备材料必须要符合阻燃标准，例如内饰和电气部分的面板、包裹导线的胶套，包裹线束的波纹管、胶管等，使用阻燃塑料比较容易达到要求。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等，这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用，可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升，使塑料的物理性能得到明显改善。 抗紫外线老化塑料是将纳米级的TiO2、ZnO等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中。这些填充粉体对紫外线具有极好的吸收能力和反射能力，因此这种塑料能够吸收和反射紫外线，比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上。据报道这类材料经过连续700小时热光照射后，其扩张强度损失仅为10%，如果作为暴露在外的车身塑料构件材料，能有效延长其使用寿命。抗菌塑料是将无机的纳米级抗菌剂利用纳米技术充分地分散于塑料制品中，可将附着在塑料上的细菌杀死或抑制生长。这些纳米级抗菌剂是以银、锌、铜等金属离子包裹纳米TiO2、CaCO3等制成，可以破坏细菌生长环境。据介绍无机纳米抗菌塑料加工简单，广谱抗菌，24小时接触杀菌率达90%，无副作用。 (3)纳米润滑剂。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品，它不会对润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂和减磨剂等产品产生不良作用，只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。由于这些微小烃类分子间的相互吸附作用，能够完全填充金属表面的微孔，最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。与高级润滑油或固定添加剂相比，其极压可增加3倍-4倍，磨损面减小16倍。由于金属表面得到了保护，减小了磨损，使用寿命成倍增加。 另外，由于纳米粒子尺寸小，经过纳米技术处理的部分材料耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍。目前纳米陶瓷轴承已经应用在奔驰等高级轿车上，使机械转速加快、质量减小、稳定性增强，使用寿命延长。 (4)纳米汽油。纳米汽油最大优点是节约能源和减少污染，目前已经开始研制。该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。它能对汽油品质进行改造，最大限度地促进汽油燃烧，使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可。交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为，汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后，可降低其油耗10%～20%，增加动力性能25%，并使尾气中的污染物(浮碳、碳氢化合物和氮氧化合物等)排放降低50%～80%。它还可以清除积碳，提高汽油的综合性能。更令人注意的是，纳米技术应用在燃料电池上，可以节省大量成本。因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。根据实验结果，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放，故其能替代昂贵的超低温液氢储存装置。 (5)纳米橡胶。汽车中橡胶材料的应用以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶的生产中，橡胶助剂大部分成粉体状，如炭黑、白炭黑等补强填充剂、促进剂、防老剂等。以粉体状物质而言，纳米化是现阶段橡胶的主要发展趋势。新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂，而不再局限于使用炭黑或白炭黑，汽车中最大的改变即是，轮胎的颜色已不再仅限于黑色，而能有多样化的鲜艳色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上，新的纳米轮胎均较传统轮胎都优异，例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10万次提高到50万次。 (6)纳米传感器。传感器是纳米技术应用的一个重要领域，随着纳米技术的进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。半导体纳米材料做成的各种传感器，可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。纳米材料来制作汽车尾气传感器，可以对汽车尾气中的污染气体进行吸附与过滤，并对超标的尾气排放情况进行监控与报警，从而更好地提高汽车尾气的净化程度，降低汽车尾气的排放。我国纳米压力传感器的研制已获得成功，产品整体性能超过国外的超微传感器，缩小了我国在这一技术领域与世界先进国家存在的差距。有专家认为，到2020年，纳米传感器将成为主流。 (7)纳米电池。早在1991年被人类发现的碳纳米管韧性很高，导电性极强，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍， 密度只有钢的1/6。我国科学家最近已经合成高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究一举跃入世界先进行列。此种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可做成燃料电池驱动汽车，储氢材料的发展还会给未来的交通工具带来新型的清洁能源。 结语 随着材料技术的发展，纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革，未来汽车技术的发展，有极大部分与纳米技术密切相关，纳米材料和纳米技术将会给汽车新能源、新材料、新零部件带来深远的影响。对于汽车制造商而言，纳米技术的有效运用，有效地促进技术升级、提升附加价值。相信在不久的将来，纳米技术必将在汽车的制造领域得到更广泛的应用。 参考文献 [1]肖永清.纳米技术在汽车上的应用[J].轻型汽车技术，2004.12. [2]潘钰娴，樊琳.纳米材料的研究和应用[J].苏州大学学报(工科版)，2002. [3]周李承，蒋易，周宜开，任恕，聂棱.光纤纳米生物传感器的现状及发展[J].传感器技术，2002，(1)：18～21 纳米材料与技术3000字论文篇三：《试谈纳米技术及纳米材料的应用》 摘要：本文主要论述了纳米材料的兴起、纳米材料及其性质表现、纳米材料的应用示例、纳米材料的前景展望，以供与大家交流。 关键词：纳米材料;应用;前景展望 1.纳米技术引起纳米材料的兴起 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。80年代初，德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的 热点 。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2.纳米材料及其性质表现 2.1纳米材料 纳米(nm)是长度单位，1纳米是10-9米(十亿分之一米)，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 2.2纳米材料的特殊性质 纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。 3.纳米材料的应用示例 目前纳米材料主要用于下列方面： 3.1高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料 纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和;喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末;再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。 3.2纳米结构软磁材料 Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals，德国的Vacuumschmelze GmbH和法国的 Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的 Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。 3.3电沉积纳米晶Ni 电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall-Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为 EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15%。晶间开裂抗力大为改善。 3.4Al基纳米复合材料 Al基纳米复合材料以其超高强度(可达到1.6GPa)为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如 Fe、Ni)。通常必须用快速凝固技术(直接淬火或由初始非晶态通火)获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化(导致拉神状态下的塑性不稳定性)。这类纳米材料(或非晶)可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为0.8～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为Gigas TM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑性行为：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500%。 4.纳米材料的前景趋向 经过我国材料技术人员多年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生;用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用;分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。 近年来还有一些引人注目的发展趋势新动向，如：(1)纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头;(2)巨电导的发现;(3)颗粒膜巨磁电阻尚有潜力;(4)纳米组装体系设计和制造有新进展。

编译 | 未玖

Nature , 29 July 2021, VOL 595 , ISSUE 7869

《自然》 2021年7月29日，第595卷，7869期

天文学 Astronomy

Light bending and X-ray echoes from behind a supermassive black hole

超大质量黑洞背后的光弯曲和X射线回声

作者： D. R. Wilkins, L. C. Gallo, E. Costantini, W. N. Brandt & R. D. Blandford

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摘要

黑洞周围吸积盘的最内层区域受到X射线的强烈辐射，这些X射线是由黑洞附近一个高度可变的致密冕区发射出来的。吸积盘反射的X射线和时间延迟提供了事件视界外的环境视图。IZwicky1（IZw1）是附近的窄线赛弗特1星系。

先前对来自吸积盘的X射线混响的研究表明，冕区由两部分组成：一个扩展的、缓慢变化的组成部分，延伸到内部吸积盘的表面；以及一个准直的核心，其光度波动从底部向上传播，主导着更快速的变化。

研究组报告了在IZw1中超大质量黑洞周围发射的X射线耀斑的观测结果。他们通过X射线发射谱中相对展宽的铁K线和康普顿峰，探测到来自吸积盘的X射线反射。对X射线耀斑的分析揭示了光子的短暂闪烁，与黑洞后面重新出现的辐射相一致。

这些光子的能级移动确定了它们来自吸积盘的不同部分。这些光子在吸积盘的远端反射，在黑洞周围弯曲并被强大的引力场放大。观察黑洞周围弯曲的光子证实了广义相对论的一个关键预测。

Abstract

The innermost regions of accretion disks around black holes are strongly irradiated by X-rays that are emitted from a highly variable, compact corona, in the immediate vicinity of the black hole. The X-rays that are seen reflected from the disk, and the time delays, provide a view of the environment just outside the event horizon. I Zwicky 1 (I Zw 1) is a nearby narrow-line Seyfert 1 galaxy. Previous studies of the reverberation of X-rays from its accretion disk revealed that the corona is composed of two components: an extended, slowly varying component extending over the surface of the inner accretion disk, and a collimated core, with luminosity fluctuations propagating upwards from its base, which dominates the more rapid variability. Here we report observations of X-ray flares emitted from around the supermassive black hole in I Zw 1. X-ray reflection from the accretion disk is detected through a relativistically broadened iron K line and Compton hump in the X-ray emission spectrum. Analysis of the X-ray flares reveals short flashes of photons consistent with the re-emergence of emission from behind the black hole. The energy shifts of these photons identify their origins from different parts of the disk. These are photons that reverberate off the far side of the disk, and are bent around the black hole and magnified by the strong gravitational field. Observing photons bent around the black hole confirms a key prediction of general relativity.

材料科学 Materials Science

Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution

金色金属水溶液的光谱证据

作者：Philip E. Mason, H. Christian Schewe, Tillmann Buttersack, Vojtech Kostal, Marco Vitek, Ryan S. McMullen, et al.

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摘要

绝缘材料原则上可以通过施加压力制成金属。如果是纯水，估计需要48兆巴的压力，这超出了目前的实验能力，可能只存在于大型行星或恒星的内部。事实上，最近的估计和实验表明，在实验室可达到的压力下，水充其量是只具有高质子导电性的超离子水，而不是具有导电电子的金属水。

研究组表明，在水与碱金属反应时，通过大量掺杂电子可制备金属水溶液。尽管具有高浓度溶剂化电子的液氨类似金属溶液早已为人所知并被表征，但碱金属与水之间的爆炸性相互作用迄今为止仅允许制备具有较低的亚金属电子浓度的水溶液。

研究组发现，水-碱金属反应的爆炸行为可以通过在1 0-4 毫巴的低压下将水蒸气吸附到真空室喷射的钠-钾合金液滴上来抑制。这种设计导致在金属合金液滴表面形成短暂的金色金属水液层。利用光学反射和同步辐射X射线光电子能谱证实了该液层的金属特性，每立方厘米掺杂约5 1 021 个电子。

Abstract

Insulating materials can in principle be made metallic by applying pressure. In the case of pure water, this is estimated to require a pressure of 48 megabar, which is beyond current experimental capabilities and may only exist in the interior of large planets or stars. Indeed, recent estimates and experiments indicate that water at pressures accessible in the laboratory will at best be superionic with high protonic conductivity, but not metallic with conductive electrons. Here we show that a metallic water solution can be prepared by massive doping with electrons upon reacting water with alkali metals. Although analogous metallic solutions of liquid ammonia with high concentrations of solvated electrons have long been known and characterized, the explosive interaction between alkali metals and water has so far only permitted the preparation of aqueous solutions with low, submetallic electron concentrations. We found that the explosive behaviour of the water–alkali metal reaction can be suppressed by adsorbing water vapour at a low pressure of about 1 0-4 millibar onto liquid sodium–potassium alloy drops ejected into a vacuum chamber. This set-up leads to the formation of a transient gold-coloured layer of a metallic water solution covering the metal alloy drops. The metallic character of this layer, doped with around 5 1 021 electrons per cubic centimetre, is confirmed using optical reflection and synchrotron X-ray photoelectron spectroscopies.

Linear-in temperature resistivity from an isotropic Planckian scattering rate

各向同性普朗克散射率的线性温度电阻率

作者：Gaël Grissonnanche, Yawen Fang, Anaëlle Legros, Simon Verret, Francis Laliberté, Clément Collignon, et al.

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摘要

传统金属的电阻率随温度呈二次方下降，而各种“奇异金属”的电阻率当温度降至零时却随温度呈线性下降。这种线性温度电阻率归因于电荷载流子以 ħ/τ = αkBT 给出的速率散射，α为统一阶常数，ħ为普朗克常数， kB 为玻尔兹曼常数。

散射率和温度之间的这种简单关系在各种各样的材料中都可以观察到，这表明散射的基本上限是“普朗克极限”，但对这个极限的根本起源，人们知之甚少。

研究组报告了对 La1.6 xNd0.4SrxCuO4 （一种空穴掺杂铜酸盐）的角相关磁阻测量，在最低测量温度下呈现出线性温度电阻率。角相关磁阻显示了一个明确定义的费米面，该面与角分辨光电子能谱测量结果定量一致，并显示了在普朗克极限下饱和的线性温度散射率，即α=1.2 0.4。

值得注意的是，研究组发现这个普朗克散射率是各向同性的，也就是说，它与方向无关，这与“热点”模型的预期相反。该研究表明，奇异金属的线性温度电阻率源于达到普朗克极限的与动量无关的非弹性散射率。

Abstract

A variety of ‘strange metals’ exhibit resistivity that decreases linearly with temperature as the temperature decreases to zero, in contrast to conventional metals where resistivity decreases quadratically with temperature. This linear-in-temperature resistivity has been attributed to charge carriers scattering at a rate given by ħ/τ = αkBT , where α is a constant of order unity, ħ is the Planck constant and kB is the Boltzmann constant. This simple relationship between the scattering rate and temperature is observed across a wide variety of materials, suggesting a fundamental upper limit on scattering—the ‘Planckian limit’—but little is known about the underlying origins of this limit. Here we report a measurement of the angle-dependent magnetoresistance of La1.6 xNd0.4SrxCuO4 —a hole-doped cuprate that shows linear-in-temperature resistivity down to the lowest measured temperatures. The angle-dependent magnetoresistance shows a well defined Fermi surface that agrees quantitatively with angle-resolved photoemission spectroscopy measurements and reveals a linear-in-temperature scattering rate that saturates at the Planckian limit, namely α = 1.2 0.4. Remarkably, we find that this Planckian scattering rate is isotropic, that is, it is independent of direction, in contrast to expectations from ‘hotspot’ models. Our findings suggest that linear-in-temperature resistivity in strange metals emerges from a momentum-independent inelastic scattering rate that reaches the Planckian limit.

Incoherent transport across the strange-metal regime of overdoped cuprates

过掺杂铜酸盐奇异金属区的非相干输运

作者：J. Ayres, M. Berben, M. Čulo, Y.-T. Hsu, E. van Heumen, Y. Huang, et al.

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摘要

奇异金属具有非常规的电学性质，如线性温度电阻率、随温度平方变化的逆霍尔角和线性场磁电阻。即使是在具有简单能带结构的空穴掺杂铜酸盐材料中，确定这些集体异常的起源也颇有难度。普遍共识是，铜酸盐中奇异金属丰度与超导圆顶内掺杂p*处的量子临界点有关。

课题组研究了两个掺杂水平超过p*的超导铜酸盐家族的高场面内磁阻。在所有掺杂中，磁阻呈现正交标度，在高场温比下变为线性，这表明奇异金属区域远远超出p*。

此外，磁阻的大小比传统理论预测的要大得多，并且对杂质散射和磁场方向都不敏感。这些观察结果，再加上对零场和霍尔电阻的分析，均表明尽管铜酸盐奇异金属区域只有一个带，但它有两个电荷区，一个包含相干准粒子，另一个包含标度不变的“普朗克”耗散体。

Abstract

Strange metals possess highly unconventional electrical properties, such as a linear-in-temperature resistivity, an inverse Hall angle that varies as temperature squared and a linear-in-field magnetoresistance. Identifying the origin of these collective anomalies has proved fundamentally challenging, even in materials such as the hole-doped cuprates that possess a simple bandstructure. The prevailing consensus is that strange metallicity in the cuprates is tied to a quantum critical point at a doping p* inside the superconducting dome. Here we study the high-field in-plane magnetoresistance of two superconducting cuprate families at doping levels beyond p*. At all dopings, the magnetoresistance exhibits quadrature scaling and becomes linear at high values of the ratio of the field and the temperature, indicating that the strange-metal regime extends well beyond p*. Moreover, the magnitude of the magnetoresistance is found to be much larger than predicted by conventional theory and is insensitive to both impurity scattering and magnetic field orientation. These observations, coupled with analysis of the zero-field and Hall resistivities, suggest that despite having a single band, the cuprate strange-metal region hosts two charge sectors, one containing coherent quasiparticles, the other scale-invariant ‘Planckian’ dissipators.

化学 Chemistry

A radical approach for the selective C–H borylation of azines

氮杂芳环选择性C-H硼化反应的自由基途径

作者：Ji Hye Kim, Timothée Constantin, Marco Simonetti, Josep Llaveria, Nadeem S. Sheikh & Daniele Leonori

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摘要

硼官能团通常被引入取代芳香碳氢键，以通过分子片段的偶联加速小分子多样化。目前基于过渡金属催化碳氢键活化的方法对许多（杂）芳香族衍生物的硼化是有效的，但对氮杂芳环（含氮芳香族杂环）的适用性有限，而氮杂芳环是许多医药和农药产品的关键成分。

研究组报告了一种使用稳定且廉价的胺硼烷试剂的氮杂芳环硼化策略。光催化作用将这些低分子量材料转化为高活性的硼自由基，并将其有效地添加到氮杂芳环构建块中。

这种反应活性为s p2 碳-硼键组装提供了一种机械上的替代策略，其中过渡金属介导的碳-氢键活化和氮杂芳环有机金属中间体的还原消除的基本步骤被直接的、Minisci式的自由基加成所取代。

胺-硼基自由基的强亲核特性通过靶向氮杂芳环最活跃的位置，包括与碱性氮原子相邻的具有挑战性的位置，使碳-硼键的形成具有可预测性和位置选择性。这种方法使目前基于碳氢键活化策略无法靠近的芳香族位置得以靠近，并成功制备出硼化材料，否则将很难制备。

研究组已将此工艺应用于将胺-硼烷官能团引入复杂和工业相关产品中。主流交叉偶联技术使硼化氮杂芳环产品多样化，从而使芳香族氨基硼烷成为化学合成的重要组成部分。

Abstract

Boron functional groups are often introduced in place of aromatic carbon–hydrogen bonds to expedite small-molecule persification through coupling of molecular fragments. Current approaches based on transition-metal-catalysed activation of carbon–hydrogen bonds are effective for the borylation of many (hetero)aromatic derivatives but show narrow applicability to azines (nitrogen-containing aromatic heterocycles), which are key components of many pharmaceutical and agrochemical products. Here we report an azine borylation strategy using stable and inexpensive amine-borane reagents. Photocatalysis converts these low-molecular-weight materials into highly reactive boryl radicals that undergo efficient addition to azine building blocks. This reactivity provides a mechanistically alternative tactic for s p2 carbon–boron bond assembly, where the elementary steps of transition-metal-mediated carbon–hydrogen bond activation and reductive elimination from azine-organometallic intermediates are replaced by a direct, Minisci-style, radical addition. The strongly nucleophilic character of the amine-boryl radicals enables predictable and site-selective carbon–boron bond formation by targeting the azine’s most activated position, including the challenging sites adjacent to the basic nitrogen atom. This approach enables access to aromatic sites that elude current strategies based on carbon–hydrogen bond activation, and has led to borylated materials that would otherwise be difficult to prepare. We have applied this process to the introduction of amine-borane functionalities to complex and industrially relevant products. The persification of the borylated azine products by mainstream cross-coupling technologies establishes aromatic amino-boranes as a powerful class of building blocks for chemical synthesis.

地球科学 Earth Science

A process-based approach to understanding and managing triggered seismicity

用基于过程的方法来理解和管理人为触发的地震活动

作者：Bradford H. Hager, James Dieterich, Cliff Frohlich, Ruben Juanes, Stefano Mantica, John H. Shaw, et al.

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摘要

人们越来越担心由人类活动引发的地震活动，即应力的微小增加会导致构造承载的断层破裂。这些人类活动包括采矿、蓄水、开发地热田、提取碳氢化合物和水，以及向地下储层注入水、C O2 和C H4 等。

在缺乏足够信息来理解和控制人为触发地震过程的情况下，政府建立了基于经验监管的框架，并取得了不同程度的成功。20世纪70年代初在美国科罗拉多州Rangely油田进行的现场试验表明，地震活动可能通过循环地下流体压力高于或低于某阈值来开启或关闭。

研究组报告了一种多学科方法的开发、测试和实施，用于管理人为触发的地震活动，使用全面和详细的地下信息来校准地质力学和震源物理学模型。然后，他们通过将这些模型的预测结果与校准后的后续观测结果进行比较，来进行验证。

研究组在意大利南部地震活跃的Val d'Agri油田使用了该模型，证明了基于过程的方法可成功管理人为触发的地震活动，并将其应用于油气田开发。在其他地方应用该方法亦有助于管理和减轻人为触发的地震活动。

Abstract

There is growing concern about seismicity triggered by human activities, whereby small increases in stress bring tectonically loaded faults to failure. Examples of such activities include mining, impoundment of water, stimulation of geothermal fields, extraction of hydrocarbons and water, and the injection of water, C O2 and methane into subsurface reservoirs. In the absence of sufficient information to understand and control the processes that trigger earthquakes, authorities have set up empirical regulatory monitoring-based frameworks with varying degrees of success. Field experiments in the early 1970s at the Rangely, Colorado (USA) oil field suggested that seismicity might be turned on or off by cycling subsurface fluid pressure above or below a threshold. Here we report the development, testing and implementation of a multidisciplinary methodology for managing triggered seismicity using comprehensive and detailed information about the subsurface to calibrate geomechanical and earthquake source physics models. We then validate these models by comparing their predictions to subsequent observations made after calibration. We use our approach in the Val d’Agri oil field in seismically active southern Italy, demonstrating the successful management of triggered seismicity using a process-based method applied to a producing hydrocarbon field. Applying our approach elsewhere could help to manage and mitigate triggered seismicity.