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分享 | 5種新材料：比不銹鋼鋒利的超級木材、摔不碎的玻璃

2021-12-22 14:02:13 作者：材易通來源：材易通分享至：

為高超音速飛行降溫的燃料？定制化“電療”對抗抑郁癥？既導熱又隔熱的神奇材料……每時每刻，全世界都有很多人在為更高效的未來做出努力，利用科技創造發明來實現未來航空，精準醫療，能源轉型。

燃燒降溫兩不誤

圖片來源：澳大利亞皇家墨爾本理工大學

高超音速飛機是指飛行速度大于5倍音速的飛機，它能大幅縮短旅行時間，但目前還僅存在于科學家的實驗中。要實現高超音速飛行，最亟待解決的技術挑戰之一，是高速飛行與空氣摩擦產生的超高熱量。

近日，澳大利亞皇家墨爾本理工大學的研究人員對此有了新的突破。他們使用3D打印開發出一種“微型化學反應器”，這種換熱催化裝置有望使發動機燃料在為飛機提供動力的同時，具備冷卻劑的功效，為高超音速飛行降溫。

研究人員使用3D打印技術制造出反應器的各個部件，并在其表面涂覆了一層沸石，而金屬和沸石在融合之后能讓催化過程變得非常高效。研究人員表示：“隨著技術進一步的發展，我們希望這種新一代的超高效3D打印催化劑可以用于應對過熱這一工業中永恒的挑戰。”下一階段，他們計劃使用特殊X-射線成像等更多先進技術，以進一步優化其結構。

未來航空，一天環游世界不是夢～

精準抗擊抑郁癥

圖片來源：美國加州大學舊金山分校

抑郁癥作為一種心理疾病，可能伴隨終身并且威脅生命健康。美國預防自殺基金會認為抑郁癥是導致自殺的主要因素之一，然而嚴重的抑郁癥目前還沒有找到通行的有效治療藥物和手段。

日前，美國加州大學舊金山分校神經科學家開發了一項精準“深層腦刺激”（DBS）電療技術，成功改善了一位嚴重抑郁癥患者的癥狀?？茖W家團隊首先找到患者大腦中的“抑郁電路”和相關的神經生物標記物，將帶有兩個電極的DBS設備植入，當電極一端發現生物標記就會發出電脈沖，從而有效阻斷導致抑郁癥狀的信號。

每個人的大腦和神經回路構造都是獨一無二的，研究人員稱：“在此之前，精神病學領域還沒有能力做這種個性化的治療。這一突破展示了個性化診療巨大的潛力和前景。”

精準醫療，為每一位抑郁癥患者帶來希望之光~

既能導熱又能隔熱的新奇材料

圖片來源：芝加哥大學

利用太陽能等清潔熱能轉化為電能，是我們向低碳能源轉型的重要方法之一。例如NASA的火星探測器，它通過熱傳導發電機提供動力，但過多的熱量可能損壞電池和電子部件。同時具備優秀導熱性和隔熱性的材料在自然界中并不存在，因此熱量管理一直是困擾工程師的一大難題。

近日，芝加哥大學的研究人員就發明了一種新材料，賦予了它特殊的導熱和隔熱性能。他們將超薄的晶體材料層層堆疊，每層的晶體原子按單一方向排列，但隨機旋轉每片材料，在每個平面上，晶體都呈現有序的朝向，但是在縱向上，卻是無序的。該團隊研究人員Shi En Kim說，它就像一個還沒整理好的魔方，不同的層面朝一個隨機的方向錯開。在測試時，研究人員發現熱量可以在這種材料平面方向上順利傳遞，但是在垂直方向上，這種材料具有良好的隔熱性能。這項成果將為研發各種創新材料開辟全新方向。

這種既能隔絕熱量，保護敏感的電子部件，又能傳導熱量，高效利用熱能的材料，為節能減碳的探索增加了更多想象空間。

能源轉型，創新一小步～

比不銹鋼鋒利的“超級木材”

圖片來源：論文作者Bo Chen等

日常使用的餐具刀，一般由不銹鋼或陶瓷制成，但美國馬里蘭大學的工程師創造出一種新方法使用木材制作刀具。這樣制成的餐刀，其鋒利程度是鋼制刀具的3倍，切牛排可毫無壓力。

提高木材強度的方法分為兩步。首先研究團隊將木材在化學溶液中加熱至100攝氏度，減少其中木質素的含量但保留了纖維素。該研究的負責人Teng Li教授說：“纖維素是木材的主要成分，它的強度與密度高于大多數工程材料，如陶瓷、金屬和各類聚合物（鈦合金），但我們對木材的現有應用完全沒有開發出它的全部潛力。”第二步，科學家們將木材壓縮、加熱烘干以除去水分。這樣制作出來的硬化木材是天然材料硬度的23倍，還消除了天然木材的缺陷。

這種硬化木材不僅適用于日常生活中，它在高性能材料應用領域有巨大的潛力。另外，使用木材這樣的可再生資源，和更可持續的制造工藝，可以幫助我們創造一個更低碳的未來。

可再生環保餐刀，買它～

摔不碎的玻璃

圖片來源：麥吉爾大學

現代生活被各種電子屏幕環繞，而電子屏幕最主要材料之一為玻璃。因此，堅固而有韌性的玻璃，是未來更有科技感的電子設備發展的根基。

加拿大麥吉爾大學的科學家從自然中汲取靈感，受到軟體動物外殼內層的啟發，制造出一種更堅固且有韌性的新型玻璃亞克力復合材料。軟體動物貝殼的內層物質，通常叫珍珠母，由平行排列的六角形霰石層（一種碳酸鈣）構成，其磚塊狀的結構排列，可使珍珠母達到幾乎和硅一樣的硬度。科學家在研究了它的微觀結構后，用玻璃薄片和亞克力模擬它的排列形態，一開始制作出了一種非常堅固但不透明的材料。隨后，為了透光，他們調整了亞克力的折射率，最終成功研制出真正透明的復合材料。研究人員表示，這種新材料硬度比普通玻璃堅固3倍，抗裂性則提高5倍以上，可為智能手機或其他顯示器提供更堅固的屏幕保護。

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