未来已经提前到来丨十大“未来派”材料
发布时间: 2016-01-13

      有些时候,一些超前的科学技术会让我们有一种错觉:未来已经提前到来。材料领域的这种现象尤其明显,新材料可以飞速提升其应用领域的发展速度。


气凝胶


                                 

在吉尼斯记录中,气凝胶拥有多达15个吉尼斯纪录,远多于其他材料,或称“凝烟”。通过对氧化铝,氧化铬,氧化锡,或者碳的液态凝胶进行超临界干燥,就可以制成气凝胶。气凝胶中99.8%是空隙,使得它看起来是半透明的。气凝胶是一种令人惊奇的绝缘体,如果你拥有一个气凝胶制成的挡板,你就可以很容易抵挡住喷火管对你的喷射。它既可防冷,又可挡热。可以在月球上构建一个暖罩。气凝胶的内部分形结构拥有不可思议的界面面积,边长1英尺的立方气凝胶的内部界面面积有一个足球场那么大。尽管密度很低,但是由于其绝缘的性能,被看做是一种未来军用盔甲的一部分。


                                



碳纳米管


                                 

碳纳米管是碳原子组成的长链,它们被在化学上称为最强的化学键sp2键连接在一起,甚至比组成钻石的sp3键都要强。碳纳米管拥有许多突出的物理性质,例如弹性电子传输(非常适合于电子学应用)和极高的拉伸强度,而只有这种拉伸强度的材料才有可能被用于建造太空电梯。碳纳米管的比强度是48,000kN/kg,是目前已知材料中最好的。而高碳钢只有154kN/kg。强度相差300倍。用它都完全有可能建造10万多米的高塔。



隐身材料


                                          

即便没有哈利波特的隐身斗篷,科学家们也已经为我们展现了不少关于隐身能力的种种场景。除了魔法,隐身或许可以通过一些视觉技巧或新材料来实现。2004年,日本东京大学教授推出了一款宽大外衣,人们只需穿上这件外衣,就可以让人“难以辨认”。事实上,这款名为“隐身衣”的发明并非是真正的隐身,它只是利用“视觉伪装”而达到让人无法辨明的目的。它是由回射性物质构成,具体的做法是在整个衣服上涂上了一层回射性物质,衣服上还装配了照相机。原理是将衣服后面的场景由摄影机拍摄下来,然后将图像转换到衣服前面的放映机上,再将影像投射到由特殊材料制成的衣料上。


                         

一位华裔科学家不久前发表文章称找到3D打印可隐形超材料的方法,一种使用金属、塑料和其它物质3D打印超材料的方法。使用这种方法3D打印出来的超材料具有一种奇特的“负折射”的特性,也就意味着这种材料可以实际上使光波倒退。


块体钻石


                              

制造厚膜钻石的CVD设备已经开始规划,可以预测不远的将来制造块体钻石的设备将是一个发展的趋势。钻石是一种完美的建筑材料,它异常坚固,但是又轻;由常见的碳元素合成,几乎完全地导热,拥有几乎在所有材料中最高的熔点和沸点。通过掺杂微量元素,可以制造出很实用的各种颜色的钻石。想象一个拥有成千上万活动部件的喷气式飞机,如果由精心调配的钻石合成,将会比现如今最好的F-22更加地强大。


块体富勒烯


                             

钻石强度虽高,但是钻石纳米棒,或称非晶富勒烯,具有更大的强度。非晶富勒烯具有各向同性体模量为491GPa,而钻石只有442GPa。而且纳米结构的富勒烯具有漂亮的五颜六色的外表,虽然富勒烯具有比钻石更强的强度,但是制造成本非常昂贵。经过“钻石时代”之后,通过我们掌握技术的不断成熟,会逐渐过渡到“富勒烯时代”。



非晶金属

                             

非晶金属,或称金属玻璃,是由原子结构不规则的金属组成,它比钢铁的强度至少大2倍,由于金属晶体具有一定的屈服强度点,当应力大于屈服强度的时候,金属会出现塑性变形,但是金属玻璃由于具有非晶的结构,可以分散掉撞击的能量,从而提高材料的强度。非晶金属通过在金属结晶之前快速地冷却熔融金属而合成的。非晶金属可能是军方在本世纪中期采用钻石盔甲之前的备选材料。从绿色角度讲,非晶金属特有的电性质可以使电网的效率提高40%左右,因此可以降低数千吨化石燃料的燃烧。



超合金


                         

超合金是一种金属的统称,这种金属可以在1100℃极高温下工作,它在发动机引擎领域中尤其是超热的涡轮中广泛应用。它们经常用于先进的吸氧反应设计中,如冲压喷气发动机和超音速冲压发动机。当我们在高空中超音速飞行时,正是超合金保证了我们的正常飞行。



金属泡沫


                             

当把泡沫剂粉末状的氢化钛添加到熔融的金属铝中之后冷却它就可以得到金属泡沫金属泡沫强度高质量轻具有75-95%的空隙因为具有良好的强度重量比金属泡沫可以用于建造宇宙聚集地有些金属泡沫甚至于比水还轻可以建造海上漂浮城市。



透明氧化铝


                            

透明氧化铝比钢铁强3倍多而且透明。应用透明有氧化铝的地方很多。想像一下,如果摩天楼或者生态建筑完全用透明氧化铝建成,是多宏伟的一件事情。未来的轮廓可能是这样的:未来人们居住的房屋将会是一个个漂浮的黑色的不透明的私人房屋的点,而不是象现在的大片的住宅的庞然大物。如果用透明氧化铝建造的空间站在近地轨道游弋,当它飞过人们头顶的时候,将不会像一系列的黑色点状房屋那么令人害怕。



电子衣物


                                 

如果你和我在2020年相遇并交谈,我可能已经穿上电子衣物。如果我们能把电脑穿在我们自己身上时,为什么还要携带那些随时都可以扔掉的电子配物?我们未来会开发出随心所欲播放自己喜欢的视频的衣物。如果我们能穿上睡衣,并在上面随时显示出夜空景象,是多么令人陶醉的事情。而且还可以通过随便抬一下手就可以播一个电话,或者翻一下领,就可以激活一个电子设备。可以随想随说,电子衣物的前途是无限的。


       总的说来,这些“未来派”材料使我们的世界越来越像科幻小说,不过这也不是什么坏事。新材料总会不停地出现,只有与未来挂上钩才会是一种很酷的“未来派”材料。






-END-