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一大波新材料来袭:最黑材料、变形材料、隐身斗篷

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如果说钢铁、水泥是传统产业的重要基础,那么新材料就是发展战略性新兴产业的基石。新材料在技术上的突破,往往会引起一些划时代的产业革命。比如上世纪60年代,高纯硅半导体材料的出现,使大规模集成电路得以实现,人类从此进入了电子化信息时代。

最近,科学家们研发出了一大波堪称黑科技的新材料——最黑材料、变形材料、隐身斗篷、动态晶体……它们的出现有怎样的重大意义?将引发怎样的变革?让我们一起来看看吧:

 

1 世界最黑材料:可吸收99.8%的光线

据研究人员称,这种名叫VantablackS-VIS的材料能够吸收几乎所有入射光(99.8%),从而让精密的光学仪器得以发挥最佳性能。

Vantablack S-VIS在研发中使用了一种碳纳米管混合物。使用喷雾前后要执行很多步骤,才能达到超低反射率的效果。改良后的版本将在更多领域得到使用,如在航天领域。它可以覆盖在更大、更复杂的形状和结构表面。在喷涂该产品之后,这款黑色的涂料能让3维立体的物体看上去像一个2维平面的、黑色的洞,让你根本看不清其表面的细节。

但该喷雾不能用于会发生直接接触或擦碰的地方,并且只能用在能承受100摄氏度高温的固定表面上。

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2 神秘材料:能随时改变形状、大小、硬度

科学家近日研制出了一种能够改变形状和大小的新型材料。该材料由若干个单独的模块构成,每个模块包含6个开口的正方体,在气动传输器的作用下进行变形。效果可参看动图。

在它形状改变的同时,硬度也会发生改变。研究人员称,这为该材料在长度、宽度和高度之外,又增加了一种维度。这意味着它可以用来制造一种独特的材料,处于某个形状时容易变形,处于另一个形状时则坚硬无比。

 

3 超材料蒙皮:隐身斗篷

近日美国爱荷华州立大学的研究人员研发了一种柔性、可伸缩的超材料蒙皮(Meta-skin),这种超材料由多排镶嵌在硅胶片上的镓铟锡合金环形谐振器组成,具有导电能力,能控制电流通过。据称改材料能够帮助物体躲过雷达的侦察,并有望被用来制作隐形斗篷。

该课题组研究人员指出,与目前传统的隐身技术只能吸收某一狭窄频段的电磁波不同,“超材料蒙皮”可通过拉伸,使其中的环形谐振器随之变形,从而变化吸收的雷达波频率,因此其具有吸收所有频段雷达波的潜力,效果就像一块“雷达波海绵”一样。

研究人员承认,要为隐形轰炸机披上“隐身斗篷”,使飞机从肉眼前消失,还需要等待纳米技术的进一步发展。但课题组相信,他们的技术可使这一梦想变成现实。

 

4 可调节透明度的窗玻璃

美国哈佛大学研究人员日前开发出一种新工艺,只需轻调电压,就能迅速改变窗玻璃的透明度。

据报告称,他们开发的新型可调窗玻璃中间是一层玻璃或者塑料材料,两侧覆盖了透明、柔软的弹性体,弹性体上又喷了银纳米线涂层。银纳米线涂层尺度很小,不会散射照射其上的光线。但是,当施加一个外部电压时,情况就发生了变化。

在外加电压的作用下,两侧的银纳米线获得能量向彼此运动,从而对弹性体挤压导致其变形。由于银纳米线在表面的分布不均匀,所以弹性体也呈不均匀变形。这导致表面粗糙,散射光线,玻璃就会变得模糊。

研究人员介绍说,关键一点是,整个变化过程发生在不到一秒钟的时间内。此外,他们还发现,弹性体表面的粗糙程度与外加电压相关。电压值越高,表面就会变得越粗糙,玻璃也就越模糊。

此前基于化学反应的可调玻璃,利用的是基于真空沉积的镀膜方法,成本高且工艺复杂。哈佛研究负责人戴维·克拉克说,他们研发的这一新工艺实质上是一种物理变化,因此整个过程更加简单,成本也更低,更有可能实现商业量产。比如银纳米线涂层可以直接喷涂或者粘贴到弹性体上,适宜应用到大型建筑的玻璃上。

研究人员下一步将尝试使用更薄的弹性体,这样只需要更低的电压就可以调节透明度。

 

5 新型电池:利用热电波发电,无毒、便携

现代生活中电池设备无处不在,从智能手机和电脑到电动汽车,这些电池大多是由有毒物质如锂(锂难以处理,全球供应有限)制造的。如今,麻省理工大学的研究人员提出了利用热、不使用金属或有毒物质的替代发电系统。

这种新方法基于一项发现:碳纳米管在从一端到另一端渐进地加热时,可以产生电流。例如,在碳纳米管上镀一层可燃烧材料,然后从一端点燃它,让它像保险丝一样燃烧。

这一现象是由麻省理工大学化学工程系的“卡本•杜布斯”荣誉教授迈克尔•斯特拉诺,及同事在2010年发现的。现在,斯特拉诺和他的团队使这一过程的效率增加了不止一千倍,并已生产出设备,可以输出电量,产生的电量与今天最好的同重量级的电池相当。

斯特拉诺表示,效率的提高,使得这一技术从实验室的好奇,步入到其他便携式能源技术(例如如锂离子电池或燃料电池)可以攻克的范围内。而锂材料如果被暴露于外界空气极易燃烧,而这一技术使用的材料更为安全并且可再生。

 

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文章来源:中关村杂志

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