形形色色的超级材料

科学家们凭借奇思妙想,合成出了种种功能神奇的人工材料。这些被称为超级材料的合成材料或许会改变世界。

相比微晶格金属能够站在蒲公英种子上,超轻材料中的另一代表气凝胶看起来像是虚拟的物体。作为一种液体被空气完全替换的胶体,气凝胶看起来如同一团烟雾,但它却是太空飞船穿过大气层时的绝佳绝缘材料。美国国家宇航局的“星尘”号飞船曾带着气凝胶搜集彗星星尘样品。

还有一种材料,和超轻多孔材料一样也具有蜂窝组织,却能改变光和弯曲波。目前已有德国科学家在实验室制造出了这种超材料,在一定的条件下可实现隐形。数百年来人们希望穿上隐形斗篷来去自如的愿望有望达成。在研究这种超材料结构的基础上,科学家还发现,经过精心计算以及钻孔,有望因此改变地震波,保护重要的建筑或装置遭到地震或海啸的破坏。

会自我修复的仿生塑料则是另一种超越人们认知的超级材料。伊利诺伊大学的Scott White就研制出了这样一种会“流血”会自我修复的塑料。这种聚合物内嵌有一种由液体构成的“血管系统”,会流出红色液体,但随着光照、温度和酸度变化,伤口能自动愈合。这种新型塑料主要取材于水而非有毒物质,不仅能反复利用,相对于传统的塑料也更为环保。这种塑料有望用于手机电脑外壳、汽车清漆甚至医药等多种领域。

我国科学家近年来在超级材料研究方面也屡有突破。据最新报道,中国科学院上海硅酸盐研究所的研究人员利用细小的管状石墨烯,构成一个拥有与钻石同等稳定性的蜂窝状结构,从而制备出了一种泡沫状材料。这种新材料能够支撑起相当于其自身重量40万倍的物体而不发生弯曲。还可以被挤压成其原始大小的约5%,而能依然恢复其原来的形态。这种材料的特性意味着可以作为防弹衣的内部和坦克的表面作为缓冲垫。

2014年6月12日,《自然》杂志上发表了材料科学家燕山大学田永君教授领导的研究团队与吉林大学马琰铭教授以及美国芝加哥大学王雁宾教授合作的超硬材料研究成果,他们在高温高压下成功地合成出硬度两倍于天然金刚石的纳米孪晶结构金刚石块材。

咨询机构预测认为,超材料全球市场规模在2010-2020年间将以高达41%的年复合增长率发展。专家认为,新材料将会成为科学研究中一个很重要的切入点和方向,将会对众多领域带来冲击和影响,并产生新的产业。