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高科技材料让你拥有超能力:可隐形和变形


作者: 彬彬 发布: 张鹏鹏  2015年09月4日9:55  来源: 新浪科技 我要评论(0)

  据国外媒体报道,随着《新神奇四侠》电影在全球各地上映热播,影片中四位男女主角令人咋舌的超能力再次成为科幻爱好者热议的话题。洛克希德-马丁公司科学家们表现得兴致勃勃,聚焦研究如何通过科技创新,在现实生活中复制这些超能力。显然,在现实生活中,人们不会像电影剧情那样遭遇宇宙射线辐射而发生变异,也不会在严酷的宇宙空间中穿越变形。洛克希德-马丁公司认为,普通人要具备超能力,只能借助高科技材料。科学家描绘了一幅变身神奇先生的蓝图:自修复式弹性聚合物可以令人像神奇先生一样,任意延伸、扭曲,变幻形状;反光材料可以令人像隐形女一样,拥有隐身的能力;硬度是钢100倍的碳纳米管,可以让人像石头人一般力大无穷;耐高温材料可以保护人在霹雳火的火焰下毫发无损。

高科技材料让你拥有超能力:可隐形和变形

  神奇先生:伸缩技术

  在材料设计上,伸缩性指的是可自修复,或可重构的能力。在没有人类干涉的情况下,自修复材料可通过重组化学键或使用病毒,实现损伤部位的自修复。事实上,这类材料目前已被应用于诸如自愈合混凝土等领域,未来或将被应用于海军舰只上的防腐涂料中。可重构材料则能在不同环境下可改变自身属性。从微观尺度上看,通过吸收或放射能量,个体分子键可具备可逆的变形能力。聚合材料可以实现宏观形态变化,例如,放置于光或电荷下,聚合物可自动卷缩或伸展。

  洛克希德-马丁公司材料专家安娜-保尔森说:“在现实世界中,我们可以设想在飞机或汽车设计中,研发应用可重构元素。如今,飞机机翼的形态是固定的,但是在不同飞行阶段中,如滑行、起飞、降落等,理想的机翼形状应该所有不同。如果在设计中利用到可重构材料,飞机就可在飞行中优化机翼形状,提高航空燃油的利用率。”尽管利用高科技材料变身降落伞或蹦床的想法听上去有些荒诞,不过美国宇航局已受该领域研究的启发,探索开发弹性飞机机翼。

  隐形女:隐形技术

  要令物体消失于无形,需要科学家致力于图案与光线的研究。隐形材料有着特殊的图案,且具有传导与隔绝元件,能管理物体周围的电磁辐射。在隐形材料领域,科学家面临着三大挑战:改变这些图案的大小、控制三维光线,以及设计适合多波长的图案。保尔森说:“从物理学角度来看,克服这些困难是可行的。目前,我们已经模拟出具备这些必要属性的图案。如今,研究人员正在研发新技术,制造三维纳米级图案,可以用来控制三维的光线。”

  很显然,成为一名隐形超级英雄很具诱惑力,未来在我们的日常生活中,隐形技术将在美学领域大显身手,例如,将具备隐形特性的建筑材料应用于电力线,或者纽约帝国大厦顶部的护栏。此外,隐形材料的应用领域还有高速计算机中的光学处理器,以及高能天线中的天线材料。

  石头人:超高硬度

  要令人具有超高硬度,需要着眼于分子级的科学原理研究。纳米技术就是一种纳米级的物质控制技术,分子级介于1到100纳米之间,或百万分之一毫米。利用纳米技术,人们可以改变单个原子和分子,从而改变物质的物理、化学、生物以及光学属性。碳是纳米技术应用的最佳原材料之一,如石墨烯就是一种由碳原子构成的二维碳材料。石墨烯的晶格是由六个碳原子围成的六边形,厚度为一个原子层。碳原子之间结合紧密,使得石墨烯拥有极其优异的力学性质和结构刚性——由石墨烯制成的材料具有难以置信的硬度,耐腐蚀、耐高温、耐高压。目前,科学家正致力于研究石墨烯材料,以期应用于电子显示屏和医学设备。同时,对在石墨烯片上钻孔的可能性研究,将令科学家能够解决一些新问题,如纯净饮用水和电源管理。

  纳米技术还带来了碳纳米管的开发应用。碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻体积小,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能——硬度是钢的100倍,且比人的头发纤细10000倍。洛克希德-马丁公司研究专家米歇尔-梅恩霍德称:“正是这些碳原子之间完美的连接结构,才使得碳纳米管硬度超强。”目前,碳纳米管应用可见于“朱诺”号飞船的建造。在不久的将来,一旦碳纳米管具备了节能属性,将可被广泛应用于长寿命锂电池、1TB闪存、智能电话的化学传感器、织入衣服的电子布线,以及高硬度轻质复合材料等消费品中。然而,大规模生产植入碳纳米管的材料结构目前存在很多局限性,其中最大的局限性在于大规模增加碳纳米管长度。

  目前,碳纳米管研发还处于实验室阶段,研制的所谓“微型碳纳米管森林”也仅长几厘米。保尔森说:“一旦研制成数米长的碳纳米管,我们就能将其应用于超轻汽车的设计中。由于碳纳米管只在单一方向上具有高硬度,在汽车设计中需多个方向将其组合起来,以使汽车拥有良好的抗震性。”目前,科学家正在研究将大量碳纳米管绞缠起来,生产出一种超硬度的轻质面料。有了石头人的套装,人人都是超级大力士。

  霹雳火:耐热技术

  应用热力学原理的高科技材料,因其分子键特性可以抵抗超高温度。总体上来说,越坚硬有力的材料就具有越高的熔点。而要作为一种保护屏障,这种材料还必须具备弱导热性。举个例子,一辆车(或者一个超人)要以超音速速度移动,就需要使用这种超耐材料,耐得住3000华氏度(约合1648摄氏度)的高温。

  借助这种耐热材料,我们可以改进太空飞船设计,使其可以进入更遥远的太空,或者探索更炽热的星体——如太阳表面。洛克希德-马丁公司热力学家迈克尔-斯多克表示:“当然,探索未知高温太空世界,在目前来看仍然是一个巨大挑战,因为这些地方还存在高压和辐射。不过,我们可以设计研发高级动力系统,让飞船在躲避太空中的危险区域的同时将其带入恒星上。”

  霹雳火拥有控制火的能力,能够用火包裹住身体并发动攻击。对我们普通人而言,耐热材料可能只会在安全防火领域中一显身手。此外,耐高温材料还将被应用于超高效率发动机中,实现燃油消耗的减半。

分类:  智能硬件   用户:  张鹏鹏    关键词《新神奇四侠》 隐形技术

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