超声检查往身上涂的凝胶是什么?

万物杂志·2021-09-29
沙漠底下是什么?电池为什么会爆炸?鱼死了为什么会翻身上浮?

超声检查涂的凝胶是什么?

图源:Wikimedia Commons

做超声检查的医护人员在用探头接触体检者之前,总会先涂抹一层透明凝胶。你可能以为它是润滑剂,但这只是它的次要作用。

这种凝胶的正式名称是超声耦合剂,它的主要用途正如它的名字,是用来“耦合”的媒介。超声检查用人耳听不到的超声波(频率大于20千赫)扫描人体,并把回声信号转换成体内的图像信息。B超呈现的是不同亮度 (Brightness) 的黑白图像,而彩超则是在此基础上以彩色呈现组织的血流情况。

超声图像显示的早期胎儿 | 图源:Wikimeidia Commons

然而作为机械波,声波的传播会受介质变化影响。虽然超声设备的探头挨着皮肤,但干接触难免隔着空气。由于空气和人体这两种完全不同的介质声阻抗相差大,声波在二者的界面上会被大量反射,在进入人体前已经损失很多声能。

超声检查的线阵探头 | 图源:Wikipedia

为了让声波顺利抵达体内,就需要一种能够挤掉空气,并且声阻抗和人体差不多的媒介,这就是超声耦合剂充当的角色。凝胶态的物质能充分填充探头和皮肤间的空隙,和人体相似的声阻抗减少了声能损失。做妇科B超检查时憋尿也是类似的原理。

除了要满足这些物理特性,直接接触人体的超声耦合剂还得足够舒适、安全。早期超声耦合剂使用矿物油、植物油等成分,有的刺激皮肤,有的难清理,还有的声学特性不够理想,于是逐渐被淘汰。

如今的超声耦合剂主要是卡波姆树脂等高分子材料,还会添加润滑剂(如甘油)、保湿稳定剂(如丙二醇),以及抗菌成分(如植物提取物)等等,就当给皮肤敷了个“面膜”。

沙漠底下是什么?

图源:Pixabay

沙子都是岩石风化的产物,沙漠底下大概率是光秃秃的基岩,但令我们好奇的是沙漠下是怎样的地形?又埋藏着哪些古老的秘密?

沙漠里的沙子可厚达数百米,虽然很难把那么多沙子挪走,但我们早已有了雷达这种“透视”技术。雷达发射的是无线电波,这种电磁波穿越障碍的能力强,也被用于通讯。天上的遥感雷达和地面上的探地雷达都可以“透视”地下,不过目前只有几米到十几米的深度。

探地雷达 | 图源:Wikipedia

NASA曾利用遥感雷达对地球表面进行大规模测绘,先进的合成孔径雷达对云雾、植被和干燥地面都有一定穿透力,而且成像分辨率也比较高。

撒哈拉沙漠下的湖床 | 图源:NASA’s Shuttle Radar Topography Mission

探测结果让他们意外发现撒哈拉沙漠下的远古湖床与河道。其中一个湖床面积超过10万平方千米,形成于25万年前。原来世界上最大的干沙漠也曾是一片水草丰饶的绿洲。

自然变迁沧海桑田,被沙漠掩埋的地方过去可能是湖床,也可能是山峦。而曾在这些地方建立的文明早已淹没在漫漫沙海中。

电池为什么会爆炸?

图源:Wikipedia

电动自行车、汽车和手机电池都曾出现过自燃或爆炸事故,它们使用的都是技术成熟且已经普及的锂离子电池。正常使用时,锂离子电池是相当安全的。但没有任何东西是绝对安全的,各种因素都可能导致意外发生。

锂离子电池内部一直在随着充放电稳定地发生电化学反应,锂离子在正负极间规律循环。一旦这种稳定被打破,电池就可能变成不定时炸弹。

适宜锂离子电池化学反应的温度范围比较窄,损耗的化学能和电能会转化成多余的热量。如果在没有保护机制的情况下过量充电、内/外电路发生短路,或外界温度过高,都可能导致热失控,引发自燃。如果电池内部压力积聚过大,又没有泄压阀,还可能发生爆炸。

电池热失控的反应可以分为三个阶段:首先是固体电解质的界面膜分解,电极与电解质反应,产生热量。接着隔膜坍塌,内部短路,电能转化成热能。最后正负极直接发生剧烈的氧化还原反应,释放大量的热。

为了让电池更便携,它们被制造得越来越小,电容量越来越大,这意味电池能量密度变大,也增加了安全隐患。不过,合格的电池都会有相应的保护机制,这也是研发人员在努力的方向。而使用者则需要 警惕电池质量不达标、电池或充电设备老化以及拆装不当等问题。

鱼死了为什么会翻身上浮?

图源:Pixabay

无论你是不是养鱼“杀手”,应该都见过水面上翻着肚皮的死鱼。

鱼整体的密度和它所在水体差不多,所以浮起来对它们来说还挺自然的。对于硬骨鱼类,肚子里的鱼鳔是它们调节浮力的关键。它就像个气囊,能够通过鳃或食道进出气体,调节鱼的身体密度。

鱼鳔(S、S’)| 图源:Wikipedia

鱼鳔的位置就在鱼的脊椎下面、消化道上面。从鱼的整体结构看,更重的肌肉和骨骼集中在鱼背部,而鱼鳔则在靠下的鱼肚子中。这就不奇怪,为什么鱼死的时候会翻身了。

当然,光靠鱼鳔,鱼是没法灵活沉浮的,还得有鱼身和鱼鳍的运动配合。鲨鱼等软骨鱼类没有鱼鳔,但它们有油脂丰富的大肝脏,还有强有力的鱼鳍等因素辅助。

不过,鱼也不都是一死即浮,还得看鱼鳔当时的充气情况。也有鱼死后会先下沉,如果没等到大鱼把它们吃掉,尸体就会先由微生物分解,在鱼肚子里产生气体,让鱼像气球一样上浮。等鱼肚子漏气后,它们还是可能沉下去。

一个悲伤的故事:咸鱼翻身也可能是挂了……

本文来自微信公众号“把科学带回家”(ID:steamforkids),作者:万物,36氪经授权发布。

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