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第32章 新材料

在我们这个世界上,许多和人类生产、生活有关的物品都是人类用各种各样的材料制造出来的。在日常生活中,我们就可以找到许多各种各样的材料,或者使用、看到过许多用各种各样的材料制作出的物品。可以毫不夸张地说,材料充斥着这个世界,材料和人类的生存、发展有着十分密切的关系。

新材料家族不断扩大自20世纪以后,数学、化学、物理等基础学科迅速发展,人们在使用材料和寻找新材料的过程中,也在不断地积累经验,所以,人类不断地发现和制造出了许多新的材料,并且,许多新材料代替了传统的材料。例如,我们生活中最常见的塑料代替木材、钢材,合成纤维代替棉花等。

新材料的纷纷问世,也使人们对材料的认识不断加深,人们已不再是停留在经验和技术的积累及表面观察上,不局限只认识材料的强度、密度、韧性、耐用性、透光性、耐高温、耐腐蚀、导电、导热等的宏观性质层面上,而是对材料的研究已跨入了分子、原子的微观世界。

于是,人们利用石油、天然气、木材或从植物中提取的淀粉、蛋白质、纤维素等,经过一系列化学反应后人工合成的塑料、合成纤维、合成橡胶等高分子材料,开始走进人们的生活,并且成为我们日常生活中最常见的材料。

随着科学技术的不断发展,一些令人惊叹的、具有特殊功能的材料,也先后研制成功,并在许多传统领域和新兴的领域得到广泛的应用。例如:制造人造卫星天线用的形状记忆合金、制造船舶用的玻璃钢、纺织制作海上救生服用布料的镀金属纤维、电饭煲中”饭熟断电限温器“内装有的感温磁钢等。

身手不凡的”智能“材料智能材料是指能模仿生命系统同时具有感知和驱动双重功能的材料。它既能像人的五官那样,感知客观世界,又能能动地对外做功、发射声波、辐射电磁波和热能,甚至促进化学反应和改变颜色等类似有生命物质的智慧反应。当然这类材料的智慧功能的获得是材料与电子、光电子技术结合的结果。

日本富士公司的科研人员研究出一种可以根据气温变化调节透明度的玻璃,这种玻璃用在建筑物上,在室内温度超过30℃时,可把80%的光遮蔽掉;当气温下降时透明度可增大,可通过80%的光,用这种玻璃能大大提高空调机的工作效率,节约电能。

澳大利亚智能聚合物研究所目前正在研究开发一种新型塑料。这种塑料可以导电,可以反映周围环境变化的情况,并发生相应的改变。基于这些智能材料的特殊性能,这方面的研究被引入到一系列具有创新性的应用领域之中,其中包括化学和生物化学检测、人工肌肉、手性药物的分离、受控药物释放系统等。

英国纽卡斯尔大学的科学家,研制了一种含有PZT的细微压电材料晶体的涂料,用这种涂料涂刷钢结构的构件,涂料中的晶体会因钢结构构件的疲劳程度,发出不同的电信号。维护人员可用仪器测试涂在钢结构上的涂料,监测金属材料建造的建筑物安全。

还有一种可以自动修补的人工聚合材料,这种聚合材料中含有一种特殊树脂的超微胶囊和化学触媒微晶,一旦聚合材料发生裂缝或孔洞,触媒就会激活胶囊中的特殊树脂,树脂变成粘稠状流入缝隙中并凝固,修补了裂缝。

还有一些”能“材料,在怎动控制方面大显身手,例如,自动灭火喷水控制、淋浴水温控制等。