材料牛注： 每一次新材料的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用都會給人類文明帶來巨大進步。從石器時代，青銅時代，鐵器時代到硅時代，新材料對我們生活的改變越來越大，而現(xiàn)在，新型材料層出不窮，尤其以石墨烯為為代表的超級材料更是表現(xiàn)出科幻作品中未來材料的特性，新一輪的材料革命已經(jīng)近在眼前，它們將會如何改變我們的生活？讓我們來看看科學(xué)家們做出的分析和大膽預(yù)測。
數(shù)千年前，人們發(fā)現(xiàn)可以通過加熱石頭得到金屬，人類發(fā)展步入新的紀元。之后，煉鋼技術(shù)再次改變?nèi)祟愇拿鬟M程。近代以來，我們又從石油中得到塑料。每當發(fā)現(xiàn)新的材料，我們就可以突破原來的限制，文明的發(fā)展就會因此飛躍。
如今，我們正處于將再次改變世界的材料科學(xué)革命的邊緣。科學(xué)家們所開發(fā)的工具已經(jīng)可以進行設(shè)計，構(gòu)建和塑造出超乎我們想象的“超材料”。
鉛筆中的超材料
科幻電影中的未來材料已經(jīng)出現(xiàn)在當下。典型例子就是石墨烯，它與你手邊鉛筆中的石墨材質(zhì)一樣。石墨烯是一片只有一層原子厚度的二維材料。它的重量幾乎為零,但強度比鋼高300倍。它導(dǎo)電效率和散熱效率超過其他任何材料。并且是地球上唯一一種能完全阻擋氣體滲透的物質(zhì)。
從一開始人們對于石墨的期望就非常高，并且從未衰退。至少有13場聚焦石墨烯、二維材料和納米材料的會議定于2016年。歐盟發(fā)起了歐洲有史以來最大的研究計劃，希望在2026年使石墨烯成為主流材料。并且研究人員們已經(jīng)開發(fā)出一系列引人注目的功能：新類型的傳感器、高性能的晶體管，超輕且超強的復(fù)合材料。
在2015年，IBM成功將碳納米管-石墨烯卷成管狀，從而在硅片上可以集合更多計算能力更快的晶體管。實際上，將晶體管縮小至納米級別可以讓處理器同時具有極大能量與極小尺寸，我們稱之為“智能塵埃”。
但這些并不是石墨烯所有的功能。下面的例子是科研人員認為超材料在不遠的將來會帶給我們的改變：
電池續(xù)航是現(xiàn)在的兩倍且一次充電可以讓電動汽車跑500英里。
太陽能利用效率是現(xiàn)在的一千倍以上
衣服可以導(dǎo)電并連接無線網(wǎng)絡(luò)
可以彎曲、高導(dǎo)電性能的顯示屏
海水脫鹽的能量可以減少百分之十五到百分之五十
任何表面涂層都需要防護水和空氣
可能的奇跡
令人驚訝的是，現(xiàn)在對石墨烯的研究還只流于表面。這些先進材料還處于研究中，未來這些材料可能的用途和功能仍讓我們驚嘆不已。
納米材料：分水水平的人為改造可以使混紡織物殺死細菌或?qū)щ姡砻嫱繉涌梢宰屛矬w光滑無摩擦，陶瓷材料可以有高韌性。
可回收碳纖維復(fù)合材料：可以重新變成液體并重塑，而不是破壞后只能丟進垃圾場
超薄硅電路：使醫(yī)療儀器不但可以穿戴，還可以植入或吞服
柔性太陽能電池：可以廣泛應(yīng)用于任何地方，從窗戶到帳篷到衣服等。
生物材料：可以創(chuàng)造類有機材料的機器人結(jié)構(gòu)。通過電場激活軟材料會帶給我們?nèi)碌娜?機器結(jié)合體驗。下一代假肢，將會更舒適，功能更強，更難與肉體區(qū)分。
未來材料
材料科學(xué)的發(fā)展越來越讓人驚嘆。材料基因組計劃（MGI）是一個由美國政府主導(dǎo)，旨在幫助美國科研機構(gòu)開發(fā)研究低成本先進材料以及盡快使這些材料走向市場。
計劃的核心之一就是試圖繪制數(shù)以億計的不同元素組合的數(shù)據(jù)庫，科學(xué)家們可以使用人工智能來預(yù)測這些組合具有什么樣的性能。隨著數(shù)據(jù)庫越來越大，科學(xué)家們可以根據(jù)需要選取最好的元素組合來制造具有特定功能的超級材料。
當然，沒有什么技術(shù)進步是一帆風(fēng)順的，超級材料也有風(fēng)險。其中的一個障礙就是如何將石墨烯整合到實際應(yīng)用中，因為在此之前工業(yè)界和學(xué)術(shù)界已經(jīng)投入數(shù)萬億美元在硅材料上。這意味著放棄硅是不可能的，除非石墨烯能完全代替硅，工廠、生產(chǎn)線、研發(fā)中心需要重組，這樣兩種材料可以共存于同一計劃。
也就是說先進材料是變革的基石，因此我們需要時刻關(guān)注其發(fā)展。當超級材料生產(chǎn)成本降低，我們將在平常生活中見到它們——想象一下3D打印機打印出高計算性能物品。當它們變得更加普遍時，我們會希望這些技術(shù)緊密地關(guān)聯(lián)我們的日常生活，帶給我們更加智能的生活環(huán)境。當這些帶來變革的材料越來越普及，很可能使現(xiàn)在的科技奇跡變成學(xué)齡前兒童的玩具。
參考原文鏈接：The Super Materials Revolution.
本文由編輯部尉谷雨提供素材，李禹辰編譯，點我加入材料人編輯部http://cailiaoren.mikecrm.com/6qSdMU。
