用微型結(jié)構(gòu)筑起“堡壘”

王治鈞

航空航天材料還能更輕、更堅(jiān)固嗎？我們能生產(chǎn)出替代人體某些組織的器械嗎？防彈衣能變得像普通衣物那樣輕便嗎？如今，傳統(tǒng)材料越來越無法滿足我們的需求，科研人員開始深入納米和微米的世界。TED大會(huì)邀請(qǐng)到了美國專家卡洛斯·波特拉（Carlos Portela），他和他的團(tuán)隊(duì)正在利用納米技術(shù)創(chuàng)造屬于未來的新材料。

?新型材料制成的咖啡杯微型結(jié)構(gòu)示意圖

顛覆傳統(tǒng)材料

巖石、金屬、陶瓷、塑料、泡沫……人類歷史中存在著大量的材料，它們都有各自的局限性。隨著科技的進(jìn)步，科研人員的目光已投向納米世界，他們?cè)噲D改變材料的微觀結(jié)構(gòu)，使其在保有傳統(tǒng)材料特性的同時(shí)獲得新的特性。這些新材料與現(xiàn)有材料的表現(xiàn)完全不同，比如一個(gè)陶瓷做的咖啡杯掉在地上，它會(huì)以脆性的方式破裂，而新材料的表現(xiàn)可能會(huì)更像橡膠。

我們?cè)賮硐胂笠粔K材料板，它極其堅(jiān)固，難以彎曲或拉伸，但其內(nèi)部居然99%都是空氣。剩下1%的材料是什么？為什么會(huì)這樣堅(jiān)固？這些正是波特拉想要回答的問題。

波特拉團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑的新型材料結(jié)構(gòu)示意圖

搖一搖，搖出納米新科技

波特拉和他的團(tuán)隊(duì)最初使用分辨率極高的3D打印機(jī)構(gòu)筑納米級(jí)的材料結(jié)構(gòu)，但因?yàn)檫@些材料僅有人的頭發(fā)絲那么細(xì)，3D打印機(jī)花費(fèi)很長時(shí)間才能打印出幾毫米厚的立方體。因此，波特拉繞過3D打印技術(shù)，開始使用一種使聚合物分離的方法。

他們將兩種聚合物像搖油和水一樣“搖”在一起，再對(duì)混合物進(jìn)行加熱，兩種聚合物就會(huì)像不相融的油和水一樣再次分開，它們?cè)诜蛛x時(shí)自然地交錯(cuò)在一起，組成復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)。波特拉實(shí)驗(yàn)室用這種方便、快捷的方法，成功組裝了厘米級(jí)的納米材料。

材料制成后，波特拉團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了沖擊測試。他們用儀器發(fā)射一種超聲速的粒子，結(jié)果顯示，這種新材料能很好地吸收能量、減少撞擊力——比普通防彈衣材料提高了70%以上，因此可用于生產(chǎn)新型的超輕防彈衣。

波特拉及其團(tuán)隊(duì)正致力于構(gòu)筑更理想的材料，讓它們變得更輕、更能承受沖擊力，它們可以被用于航空航天領(lǐng)域和超聲波設(shè)備，也可用于日常生活中保護(hù)頭部的頭盔。

現(xiàn)在是高新材料迅猛發(fā)展的時(shí)代，你是否想過，未來的材料會(huì)是什么樣子？嶄新的科技正不斷將這些想象變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

厘米級(jí)新型納米材料示意圖

（責(zé)任編輯 / 牛一名? ? 美術(shù)編輯 / 韋英章）