奇幻新材料

瞿　佳

未来的材料，将向极细小的超微粒材料——纳米材料、智能材料等方向发展。这些21世纪的新材料，将在生活的各个领域大展宏图，创造出令人惊叹的奇迹，使我们的世界变得更加绚丽多姿。

前景无限的纳米

现代的纳米材料是从20世纪80年代发展起来的。那么，什么是纳米?我们把1毫米分割为1000份，每1份就叫做1微米；再把1微米分割为1000份，每1份就是1纳米。

1980年的一天，德国物理学家格莱特到澳大利亚去旅游。当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，眼前的景象使他突发奇想，将茫茫的大漠和材料中的晶粒联系起来。他是从事晶体材料研究的，知道晶体中的晶粒大小对材料性能有极大的影响，晶粒越小材料的强度就越高。

于是他就想，如果组成材料的晶粒细小到只有几个纳米那么小，材料会是什么样子呢?

回国后，他立即开始试验和研究。经过努力，终于在1984年得到了只有几个纳米大的超细粉末。在研究中他发现，任何金属和有机、无机材料都可以制成纳米大小的粉末。一旦变成纳米大小的粉末，材料的性能就会发生“天翻地覆”的变化。

这种奇特的超微粒子神通广大，应用面广。例如，将金属铝和镍的超微粒子掺到火箭的固体燃料中，就可使燃烧效率提高100倍左右。美国和俄罗斯的火箭中已普遍使用了这种办法。有些新药物制成纳米颗粒，注射到血管内可顺利进入微血管，大大提高了药物的疗效。

在不久的将来，人们将用更聪明和更有效的方法在原子、分子级控制物质，创造出更适合我们需要的性能优异的新材料。

“有感觉”的材料

20世纪90年代初，科学家设法使飞机上的关键结构具有自主“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障，并及时向飞行员发出警报。

科学家在复合材料中嵌入细小的光纤。这种纵横交错布满在复合材料中的光纤，能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同的力。这是因为通过测量光纤传输光时的各种变化，就可测出飞机机翼承受的不同压力。

飞机受到损坏时，光纤会断裂，光传输就会中断，于是就能发出即将出现事故的警告。

有类智能材料是电或磁的流变体。这种神奇的液体在遇到电流或磁场时会改变它的流动性能。当它处于常态下，可以毫不费力地用勺子搅动；但是当其中有电流穿过时，它会突然间变得像混凝土样黏稠。利用这种液体的奇特性能，可以制造出新型的汽车悬架和传动装置，以及减振系统和可变阻力的健身器械。

如今，科学家正在研制新的智能材料，赋予它们“生命”。他们希望给从墙壁到飞机机翼的所有物体装上用特殊材料制成的“眼睛”、“大脑”和“肌肉”。

所谓的“眼睛”，是利用光导纤维制作的，可以用它探测飞机机身及机翼的变形，以便及时发出报警。

光纤“眼睛”现在已被用于监视桥梁的安全。科学家还研制了一种变色玻璃“眼睛”。这种变色玻璃不像太阳镜那样对强光做出反应，而是对某些具体的化学物质做出反应。由于加入了酶及其他蛋白质，这种玻璃在含有某些化学物质的环境中会出现不同的颜色，因而可用它监测环境污染。

“自我修复”的材料

让形形色色的产品能更耐久地使用，一直是科学家的梦想。如果能让各种材料进行自我修复，那么产品的寿命就会大大延长。

美国伊利诺斯大学的科学家受人体自愈功能的启发，发明了一种可使聚合物“自动修复”的新方法，即在聚合物里添加疗伤用的可及时分泌的“淋巴液”，以及激活这种修补液启动修补过程所需的化学触媒。

在日常生活中，汽车每颠簸下，车上的各种材料部会随震动开始产生细小的裂缝。渐渐地，人工合成材料就老化，直到彻底损坏。

近来，科学家采用了种看似简单的方法：在复合材料中添加一种内部含有胶水的胶囊。胶囊的厚度只相当于一根人的头发丝的粗细，而添加方式则是把胶囊喷洒到目前仍然处于实验阶段的一种新型玻璃纤维复合材料上。

当材料表面出现细微裂纹时，这些胶囊就会破裂，沿着裂纹的走向释放出胶水，自动修复这些裂纹。48小时后，在出现裂纹的受损部位，材料强度可以恢复到原先的75％。

科学家还把日常生活中最普通的混凝土“变”成了能“自我修复”的材料。

这是怎么一回事呢?原来，科学家把含有密封剂的纤维遍布桥梁结构中，一旦桥梁出现裂缝，其中的纤维也会被撕破，密封剂被释放出来，即可对桥进行修补。

未来，“自我修复”材料将运用到宇宙飞船、人造关节和桥梁支架等处，因为这些材料一旦出现问题，维修人员很难或根本无法接近。

环保复合材料

目前国内生产的建筑用板材多是使用木屑加尿醛素作黏合剂，其中的甲醛对人身伤害较大，并且无法重复使用。我国是森林资源十分匮乏的国家，年木材缺口高达300万立方米，更加大了市场对代木材料的需求。

为此，人们发现了种新型高密度复合材料，其主要工艺原理是以稻草、麦秸、棉花秆、玉米秆、甘蔗渣、竹屑、芦苇秆、木屑等农业废弃物作原料，以聚乙烯、聚丙烯及其废弃物，如汽水瓶、可乐瓶、矿泉水瓶等或塑料薄膜、塑料制品的城市废弃物(白色垃圾)等作黏合材料，并加入一定量的添加剂等，在一定工艺条件下合成。这最新成果被联合国工业发展组织誉为“21世纪新材料”。

这种材料的特点是：不使用木材，可以保护生态环境，缓解了实行天然林保护后木材缺乏的司题；利用废弃物，使得物尽其用，节约能源，保护环境；无毒无害，没有甲醛的成分，不会对人体产生危害；产品密度高强度好，木材、刨花板、中密度板等均易受到厌氧菌、霉菌、甲虫、白蚁蛀虫等生物的侵害和海水的腐蚀，而环保复合材料板不会受到以上侵害。

高密度复合材料技术的实现不仅解决了农业废弃物和城市废弃物的污染排放问题，还节省了有限的林业资源，必将对我国的21世纪的环保产业产生巨大影响。

太空新材料

美国杜克大学有位叫科克斯的工程学教授，是研究金属材料的专家。大多数人对金属的密度或比重的认识都比较肤浅，以为就是一种物理性能，也就表示谁轻谁重而已。但科克斯对密度或比重认识，却比别人要深刻。

1991年，科克斯利用“哥伦比亚”号航天飞机进行了次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的试验。他设计了一个石英瓶，把锂、镁、铝等轻金属放在一个容器内，用太阳能将这些金属熔化成液体。然后在熔化的金属中充进氢气，产生大量气泡。这个过程有点像用小管子往肥皂水中吹气，会产生大量泡沫一样，金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属。

有人会问，这种泡沫金属有什厶用途呢?它会像泡沫塑料那样软软的吗?实际上，泡沫金属的强度很高，并非像泡沫塑料那样软软的。用泡沫金属做成的梁比同样重量的实心梁刚性高得多。因为泡沫使材料的体积大大扩张，获得了更大的横截面，因此用泡沫金属制造的飞行器，可以把总重量降低半左右。用多孔泡沫金属建立太空站还有个优点，即当空间站结束其使命B寸，可以让它们重返大气，在大气层中迅速彻底燃烧化成气体，减少太空中的垃圾。