热解碳的高抗磁性使它可以在磁铁上实现磁悬...
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细嚼慢咽从Tls2Xbr1
转采于2015-01-08 22:56:18
热解碳的高抗磁性使它可以在磁铁上实现磁悬浮。
这是一种碳的人造同素异形体，结构和石墨类似，不同的是在石墨的碳原子片层结构之间建立了共价键，使其有些类似云母。通常是在真空中加热纤维材料使其脱氢脱氧生成的，所以叫做热解碳（Pyrolytic carbon）。
像云母一样，热解碳在不同方向上的物理性质很不一样，尤其是晶体的劈开面上，是目前为止室温下抗磁性最强的材料——也就是说它会强烈排斥磁场，与钢铁受磁场强烈吸引的性质恰好相反。
这种奇妙的性质让它在磁悬浮技术上有了不错的应用前景。
有趣的实验
细嚼慢咽
零下几十度泡沫结冰的过程！
你爱喝可乐吗？这就是把你的牙齿泡在可乐里，任由其中磷酸腐蚀一年之后的样子，效果拔群。 人的牙齿表面有一层牙釉质，也叫珐琅质，主要成分是羟磷灰石，Ca5(PO4)3(OH)，一种可以由生物组织分泌形成的矿物。由于它本身就是一种磷酸钙盐，所以很容易与饮料里的磷酸发生反应，生成溶于水的磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2，最终导致牙齿被腐蚀。 不过这种反应也不是全然没有用，牙医补牙的时候可以用磷酸处理需要修补的牙齿表面，这能形成清洁而有极性的新表面，让粘合剂和修补材料粘得更牢固。
这张航拍照片显示的是丹麦海域的“号角礁”（Horn Rev）远岸海上风力发电站，距离陆地15公里。一期工程建成于2002年，由80个发电机组成，装机容量160MW，叶轮直径80米、中轴高70米、相邻中轴距离560米。由于天气和海浪不稳定，维护人员的主要交通工具是直升机。 图中可以看到，由于叶片的扰动，每个叶片后面都形成了美丽的尾迹云，不幸的是这会导致后面的叶片丢失20%左右的发电效率。
蜻蜓翅膀上那网状的细脉有种精致的美感，而这种美感里面真的隐藏着巧妙的数学机制，那就是被称作沃洛诺伊图的几何构造。 沃洛诺伊图（Voronoi Diagram）解决了这样一个问题：如何根据已知点划分平面，使得格子与点一一对应，并使平面上任取一点都与最近的已知点围在一起。做法也很简单，把这些点连接成三角形网络，然后作每一条边的中垂线，这些中垂线形成的划分就是所求。 至于蜻蜓的翅膀，脉里面是血管和神经，生长中越靠近脉的部分伸展越快，恰好就是沃洛伊图的意义，抻拉中自然就长成了这样。
这就是上一张图里捕捉空气折射率微小变化的特别的摄影技巧，其实非常简单，如果你是个摄影师，也很容如法炮制。 整个设备布局如图，注意那根红线：光源里发出的光在两个凹面镜之间变成了平行光线，当它们穿过折射率不均匀的空气时会发生不同程度的偏转，导致一部分光线不能汇聚到右侧凹镜的焦点上，于是成像就偏暗，这就勾勒出了空气密度的变化情况——事实上，被篝火扭曲的景象恍恍惚惚，也是这个原理，瞳孔就相当于那个有挡板的镜头，参1楼。 我想，如果能稍作改变，将凹面镜变成凸透镜，还能拍出彩色的照片。
用特殊技巧拍摄下的空气运动，左上是子弹射出枪膛，右上是点燃打火机，左下是人手发出的热量，右下是点燃的爆竹。 空气的折射率与它的密度和温度有关，这在篝火晚会上非常明显，但是空气通常的折射率变化都很小，肉眼无法观察，需要采用某些特别的拍摄技巧才能捕捉下来——这些镜头用了怎样的特别技巧，写在下一张。
从蜘蛛的纺绩器开始不断放大，直到看到其中隐藏的一个病毒。 每根蜘蛛丝都由几百数千根更细的纤维缠绕组成，它的微观结构保证了蜘蛛丝具有种种神奇的力学特性，就像许多科普读物里介绍的那样。但是这还不够细，侵入蜘蛛体表和体内的细菌和病毒都可能附着在蜘蛛丝上，就有了镜头中的景象。
这就是前一张大蓝闪蝶（Morpho menelaus）翅膀鳞片的细微结构，不断放大直到电子显微镜的扫描结果。 这些鳞片上的栅栏结构有很多层，在最细微的地方只有200纳米，而可见光波长有几百纳米，阳光经反射后会发生明显的干涉，其中蓝光因叠加而增强，于是让蝶翼显出鲜艳的蓝色。 这其实是一种特殊的防御机制，大蓝闪蝶在飞行中扑翼很慢，两次闪光之间的距离很远，鸟儿只能看到片片蓝光，却不知道真身在哪——而且它们毒性很强，除了人类鲜有天敌。 为了获取美丽的翅膀，巴西已大量商业饲养大蓝闪蝶。
从没有见到这么生动的实验向我们展示闪蝶翅膀上那灿烂的蓝色是怎么来的。 图上是一枚大蓝闪蝶（Morpho menelaus）的后翅，实验中将异丙醇液体洒在上面，翅膀瞬间退成了深绿色，而等异丙醇挥发，翅膀就又恢复了耀眼的蓝色。 这是因为闪蝶那种鲜艳的蓝色来自鳞片表面细微结构（参下张）对阳光的干涉，就像水面上的汽油会显出彩虹色一样，它们的鳞片对干涉掌握得恰到好处，能让几次反射的蓝光叠加增强，从而显出这种迷人眼的光学色；而鳞片被异丙醇浸润后光在介质中波长变短，于是就显出了深绿的颜色。
热解碳的高抗磁性使它可以在磁铁上实现磁悬浮。 这是一种碳的人造同素异形体，结构和石墨类似，不同的是在石墨的碳原子片层结构之间建立了共价键，使其有些类似云母。通常是在真空中加热纤维材料使其脱氢脱氧生成的，所以叫做热解碳（Pyrolytic carbon）。 像云母一样，热解碳在不同方向上的物理性质很不一样，尤其是晶体的劈开面上，是目前为止室温下抗磁性最强的材料——也就是说它会强烈排斥磁场，与钢铁受磁场强烈吸引的性质恰好相反。 这种奇妙的性质让它在磁悬浮技术上有了不错的应用前景。
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