科学家又解锁一个新材料，盘点材料界的那些超级“大佬”
文章来源：贤集网 更新时间：2023-12-20 15:13:11
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近日，中国科学家在材料科学研究领域取得了一项重大突破，成功发现了一种新型超级材料。这种材料具有极高的强度、韧性和导电性，有望引发材料科学领域的革命。 据悉，这种新型超级材料是由中国科学院金属研究所的研究团队发现的。该团队通过巧妙地设计材料成分和结构，成功合成了一种具有特殊性质的铝合金。这种铝合金比目前市面上的所有铝合金都要轻，但同时又具有极高的强度和导电性。 研究表明，这种新型超级材料在很多领域都具有广泛的应用前景。例如，它可以用于制造更轻、更坚固的航空航天设备，从而大大提高飞行器的性能；也可以用于制造更耐腐蚀、更耐磨的机械设备，从而提高设备的使用寿命。此外，这种材料在电子、生物医学和环保领域也具有巨大的潜力。 日常生活中我们总会看到一些神奇的现象，这些神奇的现象背后，有时是发挥着神奇材料的“特异功能”，今天就来给大家炫一把“技”，展示展示这些神奇材料中的“大佬”，看看你见过几个？ 1. 最耿直的材料——磁铁 磁铁作为日常的材料来说，为大众所知，好像自然而然理所当然的存在，因为磁铁并不是人发明的，而是天生的。 古希腊人和中国人发现自然界中有种天然磁化的石头，称其为“吸铁石”。这种石头可以魔术般的吸起小块的铁片，而且在随意摆动后总是指向同一方向。 中国四大发明之一指南针就是来源于此。当然应用的区域也是相当的广泛的。磁铁的“身份证”如下。 名称：磁铁 特性：异极相吸，同极排斥 组成：磁铁的成分是铁、钴、镍等原子，其原子的内部结构比较特殊，本身就具有磁矩 分类：永久磁铁、软磁 应用领域：信息存储、用于发动机、创意产品设计、悬浮桌子、锻炼器材、重力感应概念腕表等 入选理由：中国文化深受中庸之道的影响，磁铁依然保持这种要么拒要么留的耿直性格，十分难得 2. 最具潜力的材料——蜘蛛丝 有没有意识到，你正在接触一种非常有潜力的超级材料。蜘蛛丝的强度是普通钢铁的5倍以上，马达加斯加BARK蜘蛛丝的强度更是达到普通钢铁的十倍。 蜘蛛丝的弹性胜于橡皮圈，蜘蛛丝的弹性使得它可以吸收三倍于Kevlar材料的能量（Kevlar材料是弹性比最强的材料之一）。 如果让蜘蛛产丝的话，量肯定很小。但是2010年，Wyoming大学将蜘蛛丝基因植入山羊体内，成功得到蜘蛛山羊。利用苜蓿的易种植性能，还有科学家将蜘蛛丝基因植入苜蓿，其蜘蛛丝的蛋白质含量高达20%~25%。1999年，RAJAMANGALA研究所的人员使用16层蜘蛛丝可以抵抗9毫米口径的来福枪。蜘蛛丝作为未来的超级材料也是指日可待的。 名称：蜘蛛丝 特性：高强度、高弹性 组成：蜘蛛丝由提供强度的蛋白质链和提供灵活性的非连接区域组成 来源：利用转基因植物或者动物，产出比蜘蛛更多的蜘蛛丝 应用领域：防弹衣、水下粘结材料、人造皮肤、安全气囊材料、医疗、军事、建筑等领域 入选理由：蜘蛛丝看似柔弱，完整一张网，轻轻一拂，便七零八落。这柔弱后面的坚强，坚强背后的心性是最值得我们期待的地方 3. 最黑的材料——Vantablack（super black） 有一种黑叫做Vantablack，有了它，所有的细节都会消失，比如说，如果用它制作一条香奈儿的小黑裙，当穿上它的时候，人体就会像幽林一样的漂浮在空中，但是，造价太高。 Vantablack自被创造出来，被吐槽的最多的也就是：它太黑了。这种“超黑”涂层由碳毫微管组成，每个碳毫微管都只有人类头发的一万分之一细，这种纳米管小到光线无法进入，只能穿过其间的缝隙。以至于其看起来特别黑。 它太黑了，以至于人类的眼睛无法理解看到的东西。形状和轮廓缺失了，只留下看起来像一片深渊的物质。铝箔纸本身是折叠成了山川的形状，但是覆盖上去以后一切都遮盖住了。 名称：Vantablack（小名：super black） 特性：可吸收照射其上的99.96%的光线 组成：利用比头发细一万倍的碳纳米管所制造 来源：英国萨里纳米系统公司（Surrey NanoSystems） 应用领域：天文摄影机、望远镜以及红外线扫描系统、提高天文望远镜观看最暗恒星的能力、军事领域等 入选理由：眼前一黑，什么也没看到（知道黑色为什么显瘦了吗？因为看不到起伏的波纹以及纹路，比如说你的小肚子） 4. 最火的材料——石墨烯 石墨烯自被发现以来，就被不断地推向最火热的顶端，毕竟石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料；几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；目前世上电阻率最小的材料：因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管；结构虽然简单，但是用途却是广泛的。 名称：石墨烯 特性：透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池 组成：是只有一个碳原子厚度的二维材料 来源：2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯 应用领域：单分子气体侦测、石墨烯纳米带、集成电路、石墨烯晶体管、透明导电电极、导热材料/热界面材料、超级电容器、海水淡化、太阳能电池、石墨烯生物器件、抗菌物质、石墨烯感光元件 入选理由：2010年石墨烯发现者获得诺贝尔奖，本就出身高等学府的石墨烯更是头顶光环照亮整个世界，关于石墨烯的巨大潜力连起来可以绕地球三圈。 5. 最轻的材料——气凝胶 接下来的大佬不简单啊，80%都是空气，曾经获得吉尼斯纪录“最轻的固体”称号，我知道，你们已经知道了，它叫——气凝胶。 气凝胶不同于我们传统思维中的“胶”，它是一种固体物质形态，因其密度极低，所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。也因为其体内80%的空气组成所以有非常好的隔热效果，一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。 名称：气凝胶 特性：低导热、低密度、高空隙、气体以及油污的过滤、光线分散 分类：SiO?气凝胶、碳气凝胶、金属氧化物气凝胶 来源：最早是在1931年，由S.Kistler采用超临界干燥方法成功制备出SiO?气凝胶，是一种固体物质形态 应用领域：工业、建筑、交通运输、家用保温和冷链物流、功能性装备等领域 入选理由：凭的是身材，身轻赛飞燕 6. 最隐忍的材料——无声金属 众所周知，金属材料是又厚又重，建筑工地上批零乓啷想必大家都深有体会，但是在材料界，有一种合金，它就算砸地上也是很轻微很细小的声音，顾思明意，它叫——无声金属。 无声金属的发现是个意外，但是却极大的改变人们的生活，很多常见的地方，都有它的身影，它就像变形金刚，你可能不认识它，但你肯定有用到它。 名称：无声金属 特性：金属或者合金的制品在跌落、碰撞、摩擦等几乎不发出声音或者声音极其微弱 组成：锰~铜-铝-铁-镍合金 来源：在20世纪中叶，英国研究团队在研究合金时，无意将含有锰-铜合金铸块掉在地上，获得了具有减振特性的锰~铜-铝-铁-镍合金 应用领域：航空航天、汽车制造、土木建筑、机械制造、火车车轮、家用电器等方面运用 入选理由：我们多少次被金属跌落的声音惊醒，金属像个淘气的小朋友，抡起巴掌打下去，哭声震耳，总感觉不能安静地承受外来的打击。这种金属战胜本能，用实际行动证明什么样叫打不还手，骂不还口，三脚踹不出个声响来。 7. 水量最好的材料——高吸水树脂 高吸水性材料运用的很多，最常见的也是最熟悉的——卫生巾以及纸尿裤。 高吸水性树脂一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍。为什么挤压也不漏，是因为在一定温度和压力下，高吸水树脂能自发地吸水，水进入树脂中，使整个体系的自由焓降低，直到平衡。 若水从树脂中逸出，使自由焓升高，则不利于体系的稳定。分析表明，高吸水树脂吸收的水在150°C以上仍有50%封闭在凝胶网络中。因此，常温下即使施加压力，水也不会从高吸水树脂中逸出，这是由高吸水树脂的热力学性质决定的。 名称：高吸水树脂 特性：具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂 组成：含有亲水基团和交联结构 来源：最早由 Fanta 等采用淀粉接枝聚丙烯腈再经皂化制得 应用领域：医疗卫生、农业和园林、工业、食品工业用吸水剂，水果和蔬菜的保鲜剂等 入选理由：目测酒量应该也不错 8. 性格最怪的材料——超材料 隐身是真的可以。 超材料是一类由亚波长结构单元作为基本单元构成的具有自然材料不具备的超材料物理特性的人工复合结构或材料，在长波长条件下，具有等效介电常数和等效磁导率，电磁参数依赖于其基本构成单元的谐振特性。 由于超材料可实现与以前常规材料截然不同的折射，因此人们对隐身的研究注意力也从单纯的吸波研究扩展到了控制电磁波的绕射从而达到隐身的目的。 名称：超材料 特性：具有新奇人工结构的复合材料、具有常规（或传统）材料不具备的超常物理性质 分类：自我修复材料——仿生塑料、热电材料、钙钛矿、光操纵材料等 来源：科学家沿着菲斯拉格的理论，依靠一些间隔仅有1毫米的几千分之一的人工结构，将材料的单元结构（人工原子和人工分子）集合，通过不同的结合结构和排列设计制造出各种超材料 应用领域：高速列车、新型地面行进装备、航空航天、国防科技、地面智能机器人等领域 入选理由：性格和遗传以及成长环境有关，超材料出身决定了他们不正常的性格和不平凡的未来。（曾经以为，有了隐身衣，就可以瞒着爸妈偷偷吃零食，后来发现，躲在被子里也是一样的效果） 9. 记性最好的材料——形状记忆合金 它的“记忆”，不是真的记忆。是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，即拥有“记忆"效应的合金。 记忆合金之所以具有变形恢复能力（“记忆”）是因为变形过程中材料内部发生的热弹性马氏体相变。形状记忆合金中具有两种相：高温相奥氏体相，低温相马氏体相。根据不同的热力载荷条件，形状记忆合金呈现出两种性能——形状记忆效应以及伪弹性。 名称：形状记忆合金 特性：在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的记忆合金 来源：1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状 应用领域：航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域 入选理由：千锤百炼，煎炒烹炸后大部分材料已经忘了自己的“材”样，只有这位仍不忘初心，回复原形 10. 最跨界的材料——非晶态玻璃（金属玻璃） 一说到玻璃，大众的反应是玻璃板，易碎。但是在科学家眼里，玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料。大多数金属冷却时就结晶，原子排列成有规则的形式称作晶格。如果不发生结晶并且原子依然排列不规则，就形成金属玻璃。 不像玻璃板，金属玻璃不透明或者不发脆，它们罕见的原子结构使它们有着特殊的机械特性及磁力特性。这也是金属玻璃被称之为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”的原因。 名称：非晶态金属（又称金属玻璃） 特性：强度高于钢，硬度超过高硬工具钢，且具有一定的韧性和刚性 来源：20世纪30年代，Kramer第一次报道用气相沉积法制备出金属玻璃，在1950年，冶金学家学会了通过混入一定量的金属——诸如镍和锆，去显出结晶体，1960年，美国加州理工学院的Klement和Duwez等人采用急冷技术制备出Au75Si25金属玻璃 应用领域：航天方面，现在卫星收集太阳能维持运转的伸展机构；金属玻璃可用来制造动能破甲、穿甲弹。电压变压器芯体；手表表壳、高档手机、手提电脑外壳，以及在汽车重要部件上的应用 原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_537681.html 来源：贤集网 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。 |
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