科學(xué)家又解鎖一個新材料，盤點材料界的那些超級“大佬”
文章來源：賢集網(wǎng) 更新時間：2023-12-20 15:13:11
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近日，中國科學(xué)家在材料科學(xué)研究領(lǐng)域取得了一項重大突破，成功發(fā)現(xiàn)了一種新型超級材料。這種材料具有極高的強度、韌性和導(dǎo)電性，有望引發(fā)材料科學(xué)領(lǐng)域的革命。 據(jù)悉，這種新型超級材料是由中國科學(xué)院金屬研究所的研究團隊發(fā)現(xiàn)的。該團隊通過巧妙地設(shè)計材料成分和結(jié)構(gòu)，成功合成了一種具有特殊性質(zhì)的鋁合金。這種鋁合金比目前市面上的所有鋁合金都要輕，但同時又具有極高的強度和導(dǎo)電性。 研究表明，這種新型超級材料在很多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，它可以用于制造更輕、更堅固的航空航天設(shè)備，從而大大提高飛行器的性能；也可以用于制造更耐腐蝕、更耐磨的機械設(shè)備，從而提高設(shè)備的使用壽命。此外，這種材料在電子、生物醫(yī)學(xué)和環(huán)保領(lǐng)域也具有巨大的潛力。 日常生活中我們總會看到一些神奇的現(xiàn)象，這些神奇的現(xiàn)象背后，有時是發(fā)揮著神奇材料的“特異功能”，今天就來給大家炫一把“技”，展示展示這些神奇材料中的“大佬”，看看你見過幾個？ 1. 最耿直的材料——磁鐵 磁鐵作為日常的材料來說，為大眾所知，好像自然而然理所當(dāng)然的存在，因為磁鐵并不是人發(fā)明的，而是天生的。 古希臘人和中國人發(fā)現(xiàn)自然界中有種天然磁化的石頭，稱其為“吸鐵石”。這種石頭可以魔術(shù)般的吸起小塊的鐵片，而且在隨意擺動后總是指向同一方向。 中國四大發(fā)明之一指南針就是來源于此。當(dāng)然應(yīng)用的區(qū)域也是相當(dāng)?shù)膹V泛的。磁鐵的“身份證”如下。 名稱：磁鐵 特性：異極相吸，同極排斥 組成：磁鐵的成分是鐵、鈷、鎳等原子，其原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較特殊，本身就具有磁矩 分類：永久磁鐵、軟磁 應(yīng)用領(lǐng)域：信息存儲、用于發(fā)動機、創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計、懸浮桌子、鍛煉器材、重力感應(yīng)概念腕表等 入選理由：中國文化深受中庸之道的影響，磁鐵依然保持這種要么拒要么留的耿直性格，十分難得 2. 最具潛力的材料——蜘蛛絲 有沒有意識到，你正在接觸一種非常有潛力的超級材料。蜘蛛絲的強度是普通鋼鐵的5倍以上，馬達加斯加BARK蜘蛛絲的強度更是達到普通鋼鐵的十倍。 蜘蛛絲的彈性勝于橡皮圈，蜘蛛絲的彈性使得它可以吸收三倍于Kevlar材料的能量（Kevlar材料是彈性比最強的材料之一）。 如果讓蜘蛛產(chǎn)絲的話，量肯定很小。但是2010年，Wyoming大學(xué)將蜘蛛絲基因植入山羊體內(nèi)，成功得到蜘蛛山羊。利用苜蓿的易種植性能，還有科學(xué)家將蜘蛛絲基因植入苜蓿，其蜘蛛絲的蛋白質(zhì)含量高達20%~25%。1999年，RAJAMANGALA研究所的人員使用16層蜘蛛絲可以抵抗9毫米口徑的來福槍。蜘蛛絲作為未來的超級材料也是指日可待的。 名稱：蜘蛛絲 特性：高強度、高彈性 組成：蜘蛛絲由提供強度的蛋白質(zhì)鏈和提供靈活性的非連接區(qū)域組成 來源：利用轉(zhuǎn)基因植物或者動物，產(chǎn)出比蜘蛛更多的蜘蛛絲 應(yīng)用領(lǐng)域：防彈衣、水下粘結(jié)材料、人造皮膚、安全氣囊材料、醫(yī)療、軍事、建筑等領(lǐng)域 入選理由：蜘蛛絲看似柔弱，完整一張網(wǎng)，輕輕一拂，便七零八落。這柔弱后面的堅強，堅強背后的心性是最值得我們期待的地方 3. 最黑的材料——Vantablack（super black） 有一種黑叫做Vantablack，有了它，所有的細節(jié)都會消失，比如說，如果用它制作一條香奈兒的小黑裙，當(dāng)穿上它的時候，人體就會像幽林一樣的漂浮在空中，但是，造價太高。 Vantablack自被創(chuàng)造出來，被吐槽的最多的也就是：它太黑了。這種“超黑”涂層由碳毫微管組成，每個碳毫微管都只有人類頭發(fā)的一萬分之一細，這種納米管小到光線無法進入，只能穿過其間的縫隙。以至于其看起來特別黑。 它太黑了，以至于人類的眼睛無法理解看到的東西。形狀和輪廓缺失了，只留下看起來像一片深淵的物質(zhì)。鋁箔紙本身是折疊成了山川的形狀，但是覆蓋上去以后一切都遮蓋住了。 名稱：Vantablack（小名：super black） 特性：可吸收照射其上的99.96%的光線 組成：利用比頭發(fā)細一萬倍的碳納米管所制造 來源：英國薩里納米系統(tǒng)公司（Surrey NanoSystems） 應(yīng)用領(lǐng)域：天文攝影機、望遠鏡以及紅外線掃描系統(tǒng)、提高天文望遠鏡觀看最暗恒星的能力、軍事領(lǐng)域等 入選理由：眼前一黑，什么也沒看到（知道黑色為什么顯瘦了嗎？因為看不到起伏的波紋以及紋路，比如說你的小肚子） 4. 最火的材料——石墨烯 石墨烯自被發(fā)現(xiàn)以來，就被不斷地推向最火熱的頂端，畢竟石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料；幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；目前世上電阻率最小的材料：因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管；結(jié)構(gòu)雖然簡單，但是用途卻是廣泛的。 名稱：石墨烯 特性：透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池 組成：是只有一個碳原子厚度的二維材料 來源：2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯 應(yīng)用領(lǐng)域：單分子氣體偵測、石墨烯納米帶、集成電路、石墨烯晶體管、透明導(dǎo)電電極、導(dǎo)熱材料/熱界面材料、超級電容器、海水淡化、太陽能電池、石墨烯生物器件、抗菌物質(zhì)、石墨烯感光元件 入選理由：2010年石墨烯發(fā)現(xiàn)者獲得諾貝爾獎，本就出身高等學(xué)府的石墨烯更是頭頂光環(huán)照亮整個世界，關(guān)于石墨烯的巨大潛力連起來可以繞地球三圈。 5. 最輕的材料——氣凝膠 接下來的大佬不簡單啊，80%都是空氣，曾經(jīng)獲得吉尼斯紀(jì)錄“最輕的固體”稱號，我知道，你們已經(jīng)知道了，它叫——氣凝膠。 氣凝膠不同于我們傳統(tǒng)思維中的“膠”，它是一種固體物質(zhì)形態(tài)，因其密度極低，所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍煙”。也因為其體內(nèi)80%的空氣組成所以有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能。 名稱：氣凝膠 特性：低導(dǎo)熱、低密度、高空隙、氣體以及油污的過濾、光線分散 分類：SiO?氣凝膠、碳氣凝膠、金屬氧化物氣凝膠 來源：最早是在1931年，由S.Kistler采用超臨界干燥方法成功制備出SiO?氣凝膠，是一種固體物質(zhì)形態(tài) 應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)、建筑、交通運輸、家用保溫和冷鏈物流、功能性裝備等領(lǐng)域 入選理由：憑的是身材，身輕賽飛燕 6. 最隱忍的材料——無聲金屬 眾所周知，金屬材料是又厚又重，建筑工地上批零乓啷想必大家都深有體會，但是在材料界，有一種合金，它就算砸地上也是很輕微很細小的聲音，顧思明意，它叫——無聲金屬。 無聲金屬的發(fā)現(xiàn)是個意外，但是卻極大的改變?nèi)藗兊纳睿芏喑Ｒ姷牡胤剑加兴纳碛埃拖褡冃谓饎偅憧赡懿徽J(rèn)識它，但你肯定有用到它。 名稱：無聲金屬 特性：金屬或者合金的制品在跌落、碰撞、摩擦等幾乎不發(fā)出聲音或者聲音極其微弱 組成：錳~銅-鋁-鐵-鎳合金 來源：在20世紀(jì)中葉，英國研究團隊在研究合金時，無意將含有錳-銅合金鑄塊掉在地上，獲得了具有減振特性的錳~銅-鋁-鐵-鎳合金 應(yīng)用領(lǐng)域：航空航天、汽車制造、土木建筑、機械制造、火車車輪、家用電器等方面運用 入選理由：我們多少次被金屬跌落的聲音驚醒，金屬像個淘氣的小朋友，掄起巴掌打下去，哭聲震耳，總感覺不能安靜地承受外來的打擊。這種金屬戰(zhàn)勝本能，用實際行動證明什么樣叫打不還手，罵不還口，三腳踹不出個聲響來。 7. 水量最好的材料——高吸水樹脂 高吸水性材料運用的很多，最常見的也是最熟悉的——衛(wèi)生巾以及紙尿褲。 高吸水性樹脂一般可以吸收相當(dāng)于樹脂體積100倍以上的水分，最高的吸水率可達1000倍。為什么擠壓也不漏，是因為在一定溫度和壓力下，高吸水樹脂能自發(fā)地吸水，水進入樹脂中，使整個體系的自由焓降低，直到平衡。 若水從樹脂中逸出，使自由焓升高，則不利于體系的穩(wěn)定。分析表明，高吸水樹脂吸收的水在150°C以上仍有50%封閉在凝膠網(wǎng)絡(luò)中。因此，常溫下即使施加壓力，水也不會從高吸水樹脂中逸出，這是由高吸水樹脂的熱力學(xué)性質(zhì)決定的。 名稱：高吸水樹脂 特性：具有親水基團、能大量吸收水分而溶脹又能保持住水分不外流的合成樹脂 組成：含有親水基團和交聯(lián)結(jié)構(gòu) 來源：最早由 Fanta 等采用淀粉接枝聚丙烯腈再經(jīng)皂化制得 應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)和園林、工業(yè)、食品工業(yè)用吸水劑，水果和蔬菜的保鮮劑等 入選理由：目測酒量應(yīng)該也不錯 8. 性格最怪的材料——超材料 隱身是真的可以。 超材料是一類由亞波長結(jié)構(gòu)單元作為基本單元構(gòu)成的具有自然材料不具備的超材料物理特性的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或材料，在長波長條件下，具有等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，電磁參數(shù)依賴于其基本構(gòu)成單元的諧振特性。 由于超材料可實現(xiàn)與以前常規(guī)材料截然不同的折射，因此人們對隱身的研究注意力也從單純的吸波研究擴展到了控制電磁波的繞射從而達到隱身的目的。 名稱：超材料 特性：具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料、具有常規(guī)（或傳統(tǒng)）材料不具備的超常物理性質(zhì) 分類：自我修復(fù)材料——仿生塑料、熱電材料、鈣鈦礦、光操縱材料等 來源：科學(xué)家沿著菲斯拉格的理論，依靠一些間隔僅有1毫米的幾千分之一的人工結(jié)構(gòu)，將材料的單元結(jié)構(gòu)（人工原子和人工分子）集合，通過不同的結(jié)合結(jié)構(gòu)和排列設(shè)計制造出各種超材料 應(yīng)用領(lǐng)域：高速列車、新型地面行進裝備、航空航天、國防科技、地面智能機器人等領(lǐng)域 入選理由：性格和遺傳以及成長環(huán)境有關(guān)，超材料出身決定了他們不正常的性格和不平凡的未來。（曾經(jīng)以為，有了隱身衣，就可以瞞著爸媽偷偷吃零食，后來發(fā)現(xiàn)，躲在被子里也是一樣的效果） 9. 記性最好的材料——形狀記憶合金 它的“記憶”，不是真的記憶。是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發(fā)生的變形，恢復(fù)其變形前原始形狀的合金材料，即擁有“記憶"效應(yīng)的合金。 記憶合金之所以具有變形恢復(fù)能力（“記憶”）是因為變形過程中材料內(nèi)部發(fā)生的熱彈性馬氏體相變。形狀記憶合金中具有兩種相：高溫相奧氏體相，低溫相馬氏體相。根據(jù)不同的熱力載荷條件，形狀記憶合金呈現(xiàn)出兩種性能——形狀記憶效應(yīng)以及偽彈性。 名稱：形狀記憶合金 特性：在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發(fā)生的變形，恢復(fù)其變形前原始形狀的記憶合金 來源：1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的形狀 應(yīng)用領(lǐng)域：航空航天、機械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個領(lǐng)域 入選理由：千錘百煉，煎炒烹炸后大部分材料已經(jīng)忘了自己的“材”樣，只有這位仍不忘初心，回復(fù)原形 10. 最跨界的材料——非晶態(tài)玻璃（金屬玻璃） 一說到玻璃，大眾的反應(yīng)是玻璃板，易碎。但是在科學(xué)家眼里，玻璃是任何能從液體冷卻成固體而無結(jié)晶的材料。大多數(shù)金屬冷卻時就結(jié)晶，原子排列成有規(guī)則的形式稱作晶格。如果不發(fā)生結(jié)晶并且原子依然排列不規(guī)則，就形成金屬玻璃。 不像玻璃板，金屬玻璃不透明或者不發(fā)脆，它們罕見的原子結(jié)構(gòu)使它們有著特殊的機械特性及磁力特性。這也是金屬玻璃被稱之為“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”的原因。 名稱：非晶態(tài)金屬（又稱金屬玻璃） 特性：強度高于鋼，硬度超過高硬工具鋼，且具有一定的韌性和剛性 來源：20世紀(jì)30年代，Kramer第一次報道用氣相沉積法制備出金屬玻璃，在1950年，冶金學(xué)家學(xué)會了通過混入一定量的金屬——諸如鎳和鋯，去顯出結(jié)晶體，1960年，美國加州理工學(xué)院的Klement和Duwez等人采用急冷技術(shù)制備出Au75Si25金屬玻璃 應(yīng)用領(lǐng)域：航天方面，現(xiàn)在衛(wèi)星收集太陽能維持運轉(zhuǎn)的伸展機構(gòu)；金屬玻璃可用來制造動能破甲、穿甲彈。電壓變壓器芯體；手表表殼、高檔手機、手提電腦外殼，以及在汽車重要部件上的應(yīng)用 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_537681.html 來源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。 |
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