“超材料”主導未來:一個神奇的世界即將開啟
2015-03-12 10:23:41
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“通過改變材料的結構,我們可以操縱材料的外觀和其他性質。”據國外媒體報道,“超材料”是一類具有特殊性質、自然界中并不存在的人造材料。世界上的物理學家和材料科學家正在對超材料的奇異特性進行研究,發掘它們在生活應用中的各種可能性。
接下來,科學家希望改變材料的力學特性。目前,人們已經看到了許多關于這些材料的構思、設計和初步應用,包括彈性陶瓷、無感斗篷和可編程橡膠海綿等。這些新材料的出現,將有助于建造宇宙飛船防護瓦,甚至開發出對地形敏感的鞋子。
“我認為超材料的概念已經漸漸深入許多不同領域,”德國卡爾斯魯厄理工學院的馬丁·魏格納(Martin Wegener)教授說,“一開始是在電磁學領域引起熱潮,后來進入了一些完全不同的領域,如熱力學,以及再后來的機械力學中。”
魏格納教授介紹稱,“超材料”(metamaterial)一詞已經被用于指代幾乎所有古怪和神奇的設計,它們通常都具有非同尋常的性質,是原始材料所不具備的。
感覺不到的
魏格納教授研究斗篷,但并不是為了使物體隱形。他的目的是將物理作用力隱藏起來。去年,他的實驗室研制了一種蜂窩狀的材料,可以使物體無法被人感覺到。這種特別的超材料是一種在某些性質上類似液體的固體晶格,能夠使外部施加的壓力發生偏轉。
一塊很小的蜂窩狀材料將圓柱體隱匿起來,使其無法被手指感覺到
在演示中,這種超材料可以將一個很小的圓柱體(直徑小于1毫米)隱匿起來,無法被手指感覺到。來自法國的物理學家和工程師提到了魏格納等人的工作,他們指出,通過按某種模式進行謹慎、小心的鉆孔,可以轉移破壞性較大的地震波動。換句話說,這是將地面本身變成某種超材料,或許可以使發電廠免遭地震的威脅。
在美國物理學會的2015年3月初會議上,魏格納教授展示了最新的工作成果,包括一種可以使平板中心的小洞無法被感覺到的超材料。他說:“這里的設計原則是,你可以將其應用在任何需要的東西上。”
設置鞋底
同樣是在美國物理學會的三月會議上,荷蘭萊頓大學的博士研究生巴斯蒂安·弗洛林(Bastiaan Florijn)展示了他的研究成果,他稱這是世界上第一種機械力學上“可編程”的材料。
這種類似橡膠板的材料,具有可編程的硬度性質
從外觀上看,這種材料像是一塊多孔的橡膠板,似乎沒有太多的科技含量。但是,這些孔洞——有兩種規格——其實是經過特殊設計的,可以在縱向和橫向上進行壓縮,這種方向的轉換通過增加一個小型夾子而實現。
于是,我們最終得到的是一種超大號海綿,在擠壓的過程中,它的質地可以很僵硬,也可以很柔軟,或者介于二者之間。如果它在轉換到柔軟形態的過程中,同時仍然受到壓力作用,就表現出所謂“負剛度”的性質,弗洛林稱,這種性質十分奇特,目前他還沒有想到如何加以應用。
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標簽: 超材料
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