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人類將在未來擁有電影中的超能力 高科技幫你圓夢

時(shí)間:2015-09-04 11:50:57
  • 來源:互聯(lián)網(wǎng)
  • 作者:Sophie周
  • 編輯:Sophie

神奇先生:伸縮技術(shù)

在材料設(shè)計(jì)上,伸縮性指的是可自修復(fù),或可重構(gòu)的能力。在沒有人類干涉的情況下,自修復(fù)材料可通過重組化學(xué)鍵或使用病毒,實(shí)現(xiàn)損傷部位的自修復(fù)。事實(shí)上,這類材料目前已被應(yīng)用于諸如自愈合混凝土等領(lǐng)域,未來或?qū)⒈粦?yīng)用于海軍艦只上的防腐涂料中??芍貥?gòu)材料則能在不同環(huán)境下可改變自身屬性。從微觀尺度上看,通過吸收或放射能量,個(gè)體分子鍵可具備可逆的變形能力。聚合材料可以實(shí)現(xiàn)宏觀形態(tài)變化,例如,放置于光或電荷下,聚合物可自動卷縮或伸展。

洛克希德-馬丁公司材料專家安娜-保爾森說:“在現(xiàn)實(shí)世界中,我們可以設(shè)想在飛機(jī)或汽車設(shè)計(jì)中,研發(fā)應(yīng)用可重構(gòu)元素。如今,飛機(jī)機(jī)翼的形態(tài)是固定的,但是在不同飛行階段中,如滑行、起飛、降落等,理想的機(jī)翼形狀應(yīng)該所有不同。如果在設(shè)計(jì)中利用到可重構(gòu)材料,飛機(jī)就可在飛行中優(yōu)化機(jī)翼形狀,提高航空燃油的利用率。”盡管利用高科技材料變身降落傘或蹦床的想法聽上去有些荒誕,不過美國宇航局已受該領(lǐng)域研究的啟發(fā),探索開發(fā)彈性飛機(jī)機(jī)翼。

隱形女:隱形技術(shù)

要令物體消失于無形,需要科學(xué)家致力于圖案與光線的研究。隱形材料有著特殊的圖案,且具有傳導(dǎo)與隔絕元件,能管理物體周圍的電磁輻射。在隱形材料領(lǐng)域,科學(xué)家面臨著三大挑戰(zhàn):改變這些圖案的大小、控制三維光線,以及設(shè)計(jì)適合多波長的圖案。保爾森說:“從物理學(xué)角度來看,克服這些困難是可行的。目前,我們已經(jīng)模擬出具備這些必要屬性的圖案。如今,研究人員正在研發(fā)新技術(shù),制造三維納米級圖案,可以用來控制三維的光線。”

很顯然,成為一名隱形超級英雄很具誘惑力,未來在我們的日常生活中,隱形技術(shù)將在美學(xué)領(lǐng)域大顯身手,例如,將具備隱形特性的建筑材料應(yīng)用于電力線,或者紐約帝國大廈頂部的護(hù)欄。此外,隱形材料的應(yīng)用領(lǐng)域還有高速計(jì)算機(jī)中的光學(xué)處理器,以及高能天線中的天線材料。

石頭人:超高硬度

要令人具有超高硬度,需要著眼于分子級的科學(xué)原理研究。納米技術(shù)就是一種納米級的物質(zhì)控制技術(shù),分子級介于1到100納米之間,或百萬分之一毫米。利用納米技術(shù),人們可以改變單個(gè)原子和分子,從而改變物質(zhì)的物理、化學(xué)、生物以及光學(xué)屬性。碳是納米技術(shù)應(yīng)用的最佳原材料之一,如石墨烯就是一種由碳原子構(gòu)成的二維碳材料。石墨烯的晶格是由六個(gè)碳原子圍成的六邊形,厚度為一個(gè)原子層。碳原子之間結(jié)合緊密,使得石墨烯擁有極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性——由石墨烯制成的材料具有難以置信的硬度,耐腐蝕、耐高溫、耐高壓。目前,科學(xué)家正致力于研究石墨烯材料,以期應(yīng)用于電子顯示屏和醫(yī)學(xué)設(shè)備。同時(shí),對在石墨烯片上鉆孔的可能性研究,將令科學(xué)家能夠解決一些新問題,如純凈飲用水和電源管理。

納米技術(shù)還帶來了碳納米管的開發(fā)應(yīng)用。碳納米管作為一維納米材料,重量輕體積小,六邊形結(jié)構(gòu)連接完美,具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能——硬度是鋼的100倍,且比人的頭發(fā)纖細(xì)10000倍。洛克希德-馬丁公司研究專家米歇爾-梅恩霍德稱:“正是這些碳原子之間完美的連接結(jié)構(gòu),才使得碳納米管硬度超強(qiáng)。”目前,碳納米管應(yīng)用可見于“朱諾”號飛船的建造。在不久的將來,一旦碳納米管具備了節(jié)能屬性,將可被廣泛應(yīng)用于長壽命鋰電池、1TB閃存、智能電話的化學(xué)傳感器、織入衣服的電子布線,以及高硬度輕質(zhì)復(fù)合材料等消費(fèi)品中。然而,大規(guī)模生產(chǎn)植入碳納米管的材料結(jié)構(gòu)目前存在很多局限性,其中最大的局限性在于大規(guī)模增加碳納米管長度。

目前,碳納米管研發(fā)還處于實(shí)驗(yàn)室階段,研制的所謂“微型碳納米管森林”也僅長幾厘米。保爾森說:“一旦研制成數(shù)米長的碳納米管,我們就能將其應(yīng)用于超輕汽車的設(shè)計(jì)中。由于碳納米管只在單一方向上具有高硬度,在汽車設(shè)計(jì)中需多個(gè)方向?qū)⑵浣M合起來,以使汽車擁有良好的抗震性。”目前,科學(xué)家正在研究將大量碳納米管絞纏起來,生產(chǎn)出一種超硬度的輕質(zhì)面料。有了石頭人的套裝,人人都是超級大力士。

霹靂火:耐熱技術(shù)

應(yīng)用熱力學(xué)原理的高科技材料,因其分子鍵特性可以抵抗超高溫度??傮w上來說,越堅(jiān)硬有力的材料就具有越高的熔點(diǎn)。而要作為一種保護(hù)屏障,這種材料還必須具備弱導(dǎo)熱性。舉個(gè)例子,一輛車(或者一個(gè)超人)要以超音速速度移動,就需要使用這種超耐材料,耐得住3000華氏度(約合1648攝氏度)的高溫。

借助這種耐熱材料,我們可以改進(jìn)太空飛船設(shè)計(jì),使其可以進(jìn)入更遙遠(yuǎn)的太空,或者探索更熾熱的星體——如太陽表面。洛克希德-馬丁公司熱力學(xué)家邁克爾-斯多克表示:“當(dāng)然,探索未知高溫太空世界,在目前來看仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn),因?yàn)檫@些地方還存在高壓和輻射。不過,我們可以設(shè)計(jì)研發(fā)高級動力系統(tǒng),讓飛船在躲避太空中的危險(xiǎn)區(qū)域的同時(shí)將其帶入恒星上。”

霹靂火擁有控制火的能力,能夠用火包裹住身體并發(fā)動攻擊。對我們普通人而言,耐熱材料可能只會在安全防火領(lǐng)域中一顯身手。此外,耐高溫材料還將被應(yīng)用于超高效率發(fā)動機(jī)中,實(shí)現(xiàn)燃油消耗的減半.

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