用微型结构筑起“堡垒”

王治钧

航空航天材料还能更轻、更坚固吗？我们能生产出替代人体某些组织的器械吗？防弹衣能变得像普通衣物那样轻便吗？如今，传统材料越来越无法满足我们的需求，科研人员开始深入纳米和微米的世界。TED大会邀请到了美国专家卡洛斯·波特拉（Carlos Portela），他和他的团队正在利用纳米技术创造属于未来的新材料。

 新型材料制成的咖啡杯微型结构示意图

颠覆传统材料

岩石、金属、陶瓷、塑料、泡沫……人类历史中存在着大量的材料，它们都有各自的局限性。随着科技的进步，科研人员的目光已投向纳米世界，他们试图改变材料的微观结构，使其在保有传统材料特性的同时获得新的特性。這些新材料与现有材料的表现完全不同，比如一个陶瓷做的咖啡杯掉在地上，它会以脆性的方式破裂，而新材料的表现可能会更像橡胶。

我们再来想象一块材料板，它极其坚固，难以弯曲或拉伸，但其内部居然99%都是空气。剩下1%的材料是什么？为什么会这样坚固？这些正是波特拉想要回答的问题。

波特拉团队构筑的新型材料结构示意图

摇一摇，摇出纳米新科技

波特拉和他的团队最初使用分辨率极高的3D打印机构筑纳米级的材料结构，但因为这些材料仅有人的头发丝那么细，3D打印机花费很长时间才能打印出几毫米厚的立方体。因此，波特拉绕过3D打印技术，开始使用一种使聚合物分离的方法。

他们将两种聚合物像摇油和水一样“摇”在一起，再对混合物进行加热，两种聚合物就会像不相融的油和水一样再次分开，它们在分离时自然地交错在一起，组成复杂的微观结构。波特拉实验室用这种方便、快捷的方法，成功组装了厘米级的纳米材料。

材料制成后，波特拉团队对其进行了冲击测试。他们用仪器发射一种超声速的粒子，结果显示，这种新材料能很好地吸收能量、减少撞击力——比普通防弹衣材料提高了70%以上，因此可用于生产新型的超轻防弹衣。

波特拉及其团队正致力于构筑更理想的材料，让它们变得更轻、更能承受冲击力，它们可以被用于航空航天领域和超声波设备，也可用于日常生活中保护头部的头盔。

现在是高新材料迅猛发展的时代，你是否想过，未来的材料会是什么样子？崭新的科技正不断将这些想象变为现实。

厘米级新型纳米材料示意图

（责任编辑 / 牛一名    美术编辑 / 韦英章）