未来的超级材料

科学家预料：未来，将是一个超级材料的时代。有朝一日从住宅、汽车到炊具和假牙，世界将由与今不同的未来材料构成。异乎寻常的陶瓷、塑料和复合材料，将与生物工程和计算机科学一样改变未来地球的面貌。你想象过有一种泡沫钢材料吗？它与普通钢材一样坚硬，但却又能像泡沫塑料一样浮在水上。科学家还制造了一类珍贵的记忆形状金属材料，它们能记住自己的形状。若用这种合金制作汽车车身，即使两车相撞，车身稍许凹陷一些，但如果给车身浇上开水，它就会恢复原形。另外人们还制造出了隐形材料，用它制成的飞机可以避开雷达的跟踪，用它造飞机库、火箭发射场、坦克阵列，均可在敌机的雷达屏上无迹可寻。在一次演习中，庞大的航空母舰竟在敌国的侦察船、卫星的严密监视中失踪，悄然返回数千公里外的基地，一路未被察觉。

陶瓷，过去人们一直认为它脆而不坚，无法派上大的用场。但今天人们从宏观水平上对它进行改造以后，已使它易脆的缺陷减到了最小限度，制成了各种新型的比钢铁坚硬也比钢铁耐热的陶瓷材料，不仅如此，制作陶瓷的原料还遍地皆是。因为在地壳里埋藏的 100 多种元素中，氧的含量占第一位，

硅占第 2 位，铁仅占第 4 位。而主要由硅、氧两种元素组成的硅酸盐陶瓷，漫山遍野的含有硅酸盐的粘土、砂子、石头都是其制作原料。为此科学家预言，未来陶瓷将代替钢铁材料世界的“霸主”地位，成为材料世界的新一代“霸主”。

这种新型陶瓷材料生产工艺简单，只要将硅酸盐原料磨成细粉，加水拌和，成为柔软的泥沙，用模子塑成所需机器零件形状，用适当的方法烘干后，再放进窑里进行烧结便成了。对那些尺寸要求很准确的零件，再加工磨制一下就成了。未来这种新型陶瓷材料代替钢铁材料的世界“霸主”地位之后，一切防锈的油料和药剂都将失去市场，因为它不怕雨淋日晒，永远不会生锈。油漆的销路也将会大大减少，因为它们有烧结在身上的各种颜色的“瓷釉”，而且永远不会剥落。在工业应用中它不怕酸碱腐蚀，不用水冷风冷，即使热到了发红的地步也仍同在室温条件下一样硬朗。同时它还比钢铁轻得多，可以大大减轻机器的重量。

未来超级材料——塑料，也是科学家在先前塑料材料基础上开发出来的新材料。这类新型塑料中最引人瞩目者，要数工程塑料、导电塑料、磁性塑料、生物塑料以及形状记忆塑料等。

以工程塑料为例，工程塑料按功能可以分为通用工程塑料和特种工程塑料；按其结晶性又可以分为晶体树脂和非晶体树脂。与金属相比，工程塑料具有重量轻，成型加工性好，耐蚀耐磨，易着色，易复合等优点，因而大量代替金属应用于机械、电子、电机仪表以及航空、国防等尖端技术领域。当前工程塑料的技术开发十分活跃，主要致力于提高其耐热性和高强韧性。如日本通产省纤维高分子材料研究所开发成功了比铁更坚硬的塑料。铁的硬度为 132，其为 188，系世界首创。为此这类塑料已被用于代替钢材造桥、制造溜冰场和汽车发动机部件及直升机旋翼。目前，塑料保险杆和燃油箱，已成为新型汽车的平常部件。

未来的超级材料——复合材料，则是更有发展前途的新型材料。由于单一材料存在难以克服的局限性，像陶瓷的脆性，有机材料的低模量等。若把不同材料适当地组合在一起，往往可以产生比其组分优越得多的新材料。复合材料就是这样应运而生的。复合材料一般由基体材料如树脂、金属、陶瓷，与增强剂如连续纤维、晶须、颗粒复合而成。现代复合材料的第一代是玻璃钢，即玻璃纤维与树脂复合，既可代木，也可代钢，已得到普遍应用。第二代复合材料是树脂与碳纤维的复合，其工作温区为 200—350℃。属于高比强度和高比刚度，易于成型，价格也比较便宜，所以除了用于航空航天工业外，也用于汽车、运动器械等。第三代则是正在发展中的金属基、陶瓷基及碳基复合材料，这些材料有着更为广泛的用途。

在新材料领域中，一种崭露头角的材料即将走出实验室，投入实际应用。由于这种材料具有应付环境变化的能力，科学家们便命名它为“智能材料” 或“机敏材料”。

智能材料可能对航空、宇航、原子能以及原子医学等尖端产业的发展，产生深远的影响。

飞机在万米高空中飞行，其所受到的外力变化是很大的。经过无数次运转、飞行，飞机机体容易积蓄因“疲劳”和“损伤”形成的微小裂纹。这种微小裂纹肉眼看不到，甚至精密仪器也难以辨认，因而潜伏着机毁人亡的危机。对此，日本正在开发一种叫做“聚偏维尼纶高分子”的智能材料，只需

将它在飞机机体——金属表面涂上一薄层，就可以使人眼看不到的裂纹变得一目了然。这种聚偏维尼纶高分子，实际上就是一种加上外力便产生微量电荷的压电材料，当机体出现微裂纹时，高分子被拉伸而变形，于是产生电荷。裂纹越深，产生的电压越高。因此，只要对电压进行分析，便可探明裂纹的位置和大小。

人体和其他动物，实际上都是由许多智能材料组成的，日本仿效人体胳膊的肌腱，研制了一种由外部温度变化后而发生伸缩的智能材料，这种材料叫做“聚乙烯甲醚高分子”，呈冻胶状，将它加工成直径约 0.5mm 的细丝，并将 1000 条以上的这种细丝捆扎成束，当用热水加热其表面时，成束的高分子就像肌肉那样收缩起来。这种智能材料可以使肌肉萎缩者的功能得到恢复。

还有一种智能材料具有自我修复的能力。比方说，宇航器在太空中运行，潜水艇在深水中作业，由于机体某部受损而又一时难以检修，这就需要具有自我修复功能的材料。这种材料由五层构成，中心是镍，两边为碳化钛，最外两层为铝层。一旦表面铝层发生裂纹，内层的碳化钛就会氧化、生长，从而使之填补修复裂纹。

智能材料的研究和开发刚刚起步，但已被期望作为 21 世纪的“材料明星”。一大批包括化学家、物理学家、材料学家、机器人专家、系统控制专家和计算机专家在内的科技精英，对智能材料的潜力充满信心。