瞿　佳

未來的材料，將向極細(xì)小的超微粒材料——納米材料、智能材料等方向發(fā)展。這些21世紀(jì)的新材料，將在生活的各個(gè)領(lǐng)域大展宏圖，創(chuàng)造出令人驚嘆的奇跡，使我們的世界變得更加絢麗多姿。

前景無限的納米

現(xiàn)代的納米材料是從20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的。那么，什么是納米?我們把1毫米分割為1000份，每1份就叫做1微米；再把1微米分割為1000份，每1份就是1納米。

1980年的一天，德國(guó)物理學(xué)家格萊特到澳大利亞去旅游。當(dāng)他獨(dú)自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時(shí)，眼前的景象使他突發(fā)奇想，將茫茫的大漠和材料中的晶粒聯(lián)系起來。他是從事晶體材料研究的，知道晶體中的晶粒大小對(duì)材料性能有極大的影響，晶粒越小材料的強(qiáng)度就越高。

于是他就想，如果組成材料的晶粒細(xì)小到只有幾個(gè)納米那么小，材料會(huì)是什么樣子呢?

回國(guó)后，他立即開始試驗(yàn)和研究。經(jīng)過努力，終于在1984年得到了只有幾個(gè)納米大的超細(xì)粉末。在研究中他發(fā)現(xiàn)，任何金屬和有機(jī)、無機(jī)材料都可以制成納米大小的粉末。一旦變成納米大小的粉末，材料的性能就會(huì)發(fā)生“天翻地覆”的變化。

這種奇特的超微粒子神通廣大，應(yīng)用面廣。例如，將金屬鋁和鎳的超微粒子摻到火箭的固體燃料中，就可使燃燒效率提高100倍左右。美國(guó)和俄羅斯的火箭中已普遍使用了這種辦法。有些新藥物制成納米顆粒，注射到血管內(nèi)可順利進(jìn)入微血管，大大提高了藥物的療效。

在不久的將來，人們將用更聰明和更有效的方法在原子、分子級(jí)控制物質(zhì)，創(chuàng)造出更適合我們需要的性能優(yōu)異的新材料。

“有感覺”的材料

20世紀(jì)90年代初，科學(xué)家設(shè)法使飛機(jī)上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)具有自主“神經(jīng)系統(tǒng)”、“肌肉”和“大腦”，使它們能感覺到即將出現(xiàn)的故障，并及時(shí)向飛行員發(fā)出警報(bào)。

科學(xué)家在復(fù)合材料中嵌入細(xì)小的光纖。這種縱橫交錯(cuò)布滿在復(fù)合材料中的光纖，能像“神經(jīng)”那樣感受到機(jī)翼上受到的不同的力。這是因?yàn)橥ㄟ^測(cè)量光纖傳輸光時(shí)的各種變化，就可測(cè)出飛機(jī)機(jī)翼承受的不同壓力。

飛機(jī)受到損壞時(shí)，光纖會(huì)斷裂，光傳輸就會(huì)中斷，于是就能發(fā)出即將出現(xiàn)事故的警告。

有類智能材料是電或磁的流變體。這種神奇的液體在遇到電流或磁場(chǎng)時(shí)會(huì)改變它的流動(dòng)性能。當(dāng)它處于常態(tài)下，可以毫不費(fèi)力地用勺子攪動(dòng)；但是當(dāng)其中有電流穿過時(shí)，它會(huì)突然間變得像混凝土樣黏稠。利用這種液體的奇特性能，可以制造出新型的汽車懸架和傳動(dòng)裝置，以及減振系統(tǒng)和可變阻力的健身器械。

如今，科學(xué)家正在研制新的智能材料，賦予它們“生命”。他們希望給從墻壁到飛機(jī)機(jī)翼的所有物體裝上用特殊材料制成的“眼睛”、“大腦”和“肌肉”。

所謂的“眼睛”，是利用光導(dǎo)纖維制作的，可以用它探測(cè)飛機(jī)機(jī)身及機(jī)翼的變形，以便及時(shí)發(fā)出報(bào)警。

光纖“眼睛”現(xiàn)在已被用于監(jiān)視橋梁的安全?？茖W(xué)家還研制了一種變色玻璃“眼睛”。這種變色玻璃不像太陽(yáng)鏡那樣對(duì)強(qiáng)光做出反應(yīng)，而是對(duì)某些具體的化學(xué)物質(zhì)做出反應(yīng)。由于加入了酶及其他蛋白質(zhì)，這種玻璃在含有某些化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)不同的顏色，因而可用它監(jiān)測(cè)環(huán)境污染。

“自我修復(fù)”的材料

讓形形色色的產(chǎn)品能更耐久地使用，一直是科學(xué)家的夢(mèng)想。如果能讓各種材料進(jìn)行自我修復(fù)，那么產(chǎn)品的壽命就會(huì)大大延長(zhǎng)。

美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的科學(xué)家受人體自愈功能的啟發(fā)，發(fā)明了一種可使聚合物“自動(dòng)修復(fù)”的新方法，即在聚合物里添加療傷用的可及時(shí)分泌的“淋巴液”，以及激活這種修補(bǔ)液?jiǎn)?dòng)修補(bǔ)過程所需的化學(xué)觸媒。

在日常生活中，汽車每顛簸下，車上的各種材料部會(huì)隨震動(dòng)開始產(chǎn)生細(xì)小的裂縫。漸漸地，人工合成材料就老化，直到徹底損壞。

近來，科學(xué)家采用了種看似簡(jiǎn)單的方法：在復(fù)合材料中添加一種內(nèi)部含有膠水的膠囊。膠囊的厚度只相當(dāng)于一根人的頭發(fā)絲的粗細(xì)，而添加方式則是把膠囊噴灑到目前仍然處于實(shí)驗(yàn)階段的一種新型玻璃纖維復(fù)合材料上。

當(dāng)材料表面出現(xiàn)細(xì)微裂紋時(shí)，這些膠囊就會(huì)破裂，沿著裂紋的走向釋放出膠水，自動(dòng)修復(fù)這些裂紋。48小時(shí)后，在出現(xiàn)裂紋的受損部位，材料強(qiáng)度可以恢復(fù)到原先的75％。

科學(xué)家還把日常生活中最普通的混凝土“變”成了能“自我修復(fù)”的材料。

這是怎么一回事呢?原來，科學(xué)家把含有密封劑的纖維遍布橋梁結(jié)構(gòu)中，一旦橋梁出現(xiàn)裂縫，其中的纖維也會(huì)被撕破，密封劑被釋放出來，即可對(duì)橋進(jìn)行修補(bǔ)。

未來，“自我修復(fù)”材料將運(yùn)用到宇宙飛船、人造關(guān)節(jié)和橋梁支架等處，因?yàn)檫@些材料一旦出現(xiàn)問題，維修人員很難或根本無法接近。

環(huán)保復(fù)合材料

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的建筑用板材多是使用木屑加尿醛素作黏合劑，其中的甲醛對(duì)人身傷害較大，并且無法重復(fù)使用。我國(guó)是森林資源十分匱乏的國(guó)家，年木材缺口高達(dá)300萬(wàn)立方米，更加大了市場(chǎng)對(duì)代木材料的需求。

為此，人們發(fā)現(xiàn)了種新型高密度復(fù)合材料，其主要工藝原理是以稻草、麥秸、棉花稈、玉米稈、甘蔗渣、竹屑、蘆葦稈、木屑等農(nóng)業(yè)廢棄物作原料，以聚乙烯、聚丙烯及其廢棄物，如汽水瓶、可樂瓶、礦泉水瓶等或塑料薄膜、塑料制品的城市廢棄物(白色垃圾)等作黏合材料，并加入一定量的添加劑等，在一定工藝條件下合成。這最新成果被聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織譽(yù)為“21世紀(jì)新材料”。

這種材料的特點(diǎn)是：不使用木材，可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，緩解了實(shí)行天然林保護(hù)后木材缺乏的司題；利用廢棄物，使得物盡其用，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境；無毒無害，沒有甲醛的成分，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害；產(chǎn)品密度高強(qiáng)度好，木材、刨花板、中密度板等均易受到厭氧菌、霉菌、甲蟲、白蟻蛀蟲等生物的侵害和海水的腐蝕，而環(huán)保復(fù)合材料板不會(huì)受到以上侵害。

高密度復(fù)合材料技術(shù)的實(shí)現(xiàn)不僅解決了農(nóng)業(yè)廢棄物和城市廢棄物的污染排放問題，還節(jié)省了有限的林業(yè)資源，必將對(duì)我國(guó)的21世紀(jì)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。

太空新材料

美國(guó)杜克大學(xué)有位叫科克斯的工程學(xué)教授，是研究金屬材料的專家。大多數(shù)人對(duì)金屬的密度或比重的認(rèn)識(shí)都比較膚淺，以為就是一種物理性能，也就表示誰(shuí)輕誰(shuí)重而已。但科克斯對(duì)密度或比重認(rèn)識(shí)，卻比別人要深刻。

1991年，科克斯利用“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)行了次在微重力條件(即失重狀態(tài))下制造泡沫金屬的試驗(yàn)。他設(shè)計(jì)了一個(gè)石英瓶，把鋰、鎂、鋁等輕金屬放在一個(gè)容器內(nèi)，用太陽(yáng)能將這些金屬熔化成液體。然后在熔化的金屬中充進(jìn)氫氣，產(chǎn)生大量氣泡。這個(gè)過程有點(diǎn)像用小管子往肥皂水中吹氣，會(huì)產(chǎn)生大量泡沫一樣，金屬冷凝后就形成到處是微孔的泡沫金屬。

有人會(huì)問，這種泡沫金屬有什厶用途呢?它會(huì)像泡沫塑料那樣軟軟的嗎?實(shí)際上，泡沫金屬的強(qiáng)度很高，并非像泡沫塑料那樣軟軟的。用泡沫金屬做成的梁比同樣重量的實(shí)心梁剛性高得多。因?yàn)榕菽共牧系捏w積大大擴(kuò)張，獲得了更大的橫截面，因此用泡沫金屬制造的飛行器，可以把總重量降低半左右。用多孔泡沫金屬建立太空站還有個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)空間站結(jié)束其使命B寸，可以讓它們重返大氣，在大氣層中迅速?gòu)氐兹紵蓺怏w，減少太空中的垃圾。