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盤點9大極具前景的未來超級材料

關(guān)鍵詞 超級材料|2016-12-26 11:20:45|來源 未來主義
摘要 就像鋼鐵和塑料帶動了制造業(yè)的革命,新發(fā)現(xiàn)的超級材料都具有非常迷人的性質(zhì),以及具備廣泛的應(yīng)用,它們將重塑未來。下面我們盤點一些最有前景的未來超級材料的性質(zhì)和用途。【空氣合金】(?ht...
       就像鋼鐵和塑料帶動了制造業(yè)的革命,新發(fā)現(xiàn)的超級材料都具有非常迷人的性質(zhì),以及具備廣泛的應(yīng)用,它們將重塑未來。下面我們盤點一些最有前景的未來超級材料的性質(zhì)和用途。
       【空氣合金】
       空氣合金具有極其低的密度,要比水要輕100倍,并且可以承受超過它們自身20000倍的重量,這使它們成為地球上最輕的固體材料。這種材料同時具有超絕緣性,不僅絕熱絕冷,而且隔音效果也非常好。
       用途:大規(guī)模建設(shè)、飛船、太空服以及火箭技術(shù)。(事實上,NASA已經(jīng)研發(fā)出了一種超薄易彎曲的空氣合金,在太空服和火箭技術(shù)上可以得到充分應(yīng)用。)
       【金屬微格】
       這種金屬材料為立體金屬開放式多孔聚合物,其成分中多達99.99%是空氣,另外0.01%是相互連接的固體空心管晶格。它是世界上最輕的金屬材料,能夠像羽毛般輕盈地漂浮在空中接著落地。金屬微格在吸收能量的性能上也相當(dāng)好,無論是經(jīng)過壓縮或扭轉(zhuǎn),都能反彈回原狀。例如將一顆雞蛋利用金屬微格包裹中,從25層的高樓丟下,金屬微格可以保護雞蛋墜地時完好如初。
       用途:飛機結(jié)構(gòu)、航空學(xué)和汽車業(yè)。
       【熱電材料】
       熱電材料的工作原理。
       熱電材料是一種能將電能與熱能交互轉(zhuǎn)換的材料,此種材料能夠在足夠的溫差下產(chǎn)生電動勢,達到以熱生電的現(xiàn)象。熱電材料可使廢熱能轉(zhuǎn)換為電能,可能提高能源效率或作為一種替代能源。天然礦物質(zhì)黝銅礦和方鈷礦都可以作為熱電材料,而且制造成本低廉。
       用途:應(yīng)用于航天器的能量轉(zhuǎn)換,以及耗能較大的機器,比如汽車、冰箱和CPU散熱器等。
       【超材料】
       高度規(guī)整的納米結(jié)構(gòu)。
       是一種尺寸小于光的波長的結(jié)構(gòu),被設(shè)計來散射光線。可以用來散射微波、無線電波和鮮為人知的T-射線。某些超材料具有負的折射率,因此可以利用這個特殊的光學(xué)性質(zhì)制作“超級透鏡”用來觀察那些尺寸小于顯微鏡光波波長的材料的特征。
       用途:隱形斗篷,醫(yī)用的新T-射線掃描儀,相控陣光學(xué)技術(shù)可以完美的呈現(xiàn)全息圖像。
       【碳納米管】
       不同類型的碳納米管。(© Wikimedia Commons)
       是碳原子組成的長鏈,它們被在化學(xué)上稱為最強的化學(xué)鍵sp2鍵連接在一起,甚至比組成鉆石的sp3鍵都要強。碳納米管擁有許多突出的物理性質(zhì),例如極高的拉伸強度和彈性電子傳輸(非常適合于電子學(xué)應(yīng)用)。
       用途:唯一能被用來建造太空電梯的材料。
       【過渡金屬硫化物】
       過渡金屬硫化物的結(jié)構(gòu)。(© Wikipedia)
       它們具有相當(dāng)簡單的二維結(jié)構(gòu)。鉬或鎢等過渡金屬原子的單排結(jié)構(gòu)(上圖黑色),夾在同樣薄的硫或硒元素層(上圖黃色)之間。過渡金屬硫化物非常薄、透明和靈活,是極好的半導(dǎo)體。
       用途:制作軟性電子(可彎曲屏幕)、數(shù)字電路、量子通訊,以及能源儲存。
       【透明鋁】
       透明鋁。(© dornob)
       在《星際旅行IV:搶救未來》中,斯考特將24世紀的“透明鋁”技術(shù)帶回了20世紀。現(xiàn)在該項技術(shù)或許要提早實現(xiàn)了。科學(xué)家并沒有找到讓金屬鋁變透明的方法,而是開發(fā)了一種能達到類似強度的透明鋁基陶瓷。這種物質(zhì)是一種氮氧化鋁,硬度是鋼鐵的3倍多,石英鏡片的4倍多,藍寶石的85%。
       用途:透明裝甲(防彈玻璃)、紅外圓頂(太空船/太空站)、摩天樓和駕駛艙。
       【石墨烯】
       是一種由碳原子組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料,同時擁有極小的電阻率。因此被期待可以用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或電晶體。
       用途:從所有科技消費品,到生物工程,再到能量儲存(超高效電池)。
       【錫烯】
       將氟原子(黃色)加入單層的錫原子(灰色)就會得到錫烯,邊緣(藍色和紅色)的導(dǎo)電性近乎完美(© 徐勇/清華大學(xué))
       錫烯是石墨烯的“表親”,由單原子層的錫構(gòu)成,它的邊沿態(tài)在室溫下可以實現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)。錫烯在常溫下能達到100%導(dǎo)電率的超級材料,同時也是一種拓撲絕緣體,在這種材料內(nèi),載荷子(如電子)無法到達材料的中心,只能在邊緣自由移動。
       用途:設(shè)計更快、更有效的微芯片。
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