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比翱观察丨超材料和纳米技术：新材料创新的趋势是什么？
你有没有见过一个物体横向收缩，或者一个可以编程多次改变形状的物体？如果你所在城市的办公大楼能在地震中弯曲，你会感到更安全吗？想不想买一件夹克，它能根据室外的温度让你暖和或降温，或者买一条瑜伽裤，它能让你更好地保持体位或保持体位更长时间？
诸如此类的创新解决方案旨在通过提高可持续性、改善生活质量以及简化或自动化基本程序和任务来满足消费者的需求。它们帮助我们节省时间和精力，并在日常生活中获得更高的舒适度或安全感。
我们大多数人都听说过诸如“纳米技术”之类的术语，但很难定义它到底是什么，更不用说从中衍生的产品何时以及如何改变我们的生活。为了深入了解这个迷人的领域，我们在这里简要介绍一些新材料和该领域的主要趋势，以及如何使用它们来创建开创性或突破性的设备、物体和系统。虽然其中许多仍处于试验阶段，但有些已经或将在不久的将来商业化。
超材料：它们是什么？我们可以用它们做什么？
“超材料”是指在自然界中找不到的非化学来源的材料。高度复杂的结构，它们是通过几何学创造出来的，可以设计成在不同激励下表现出独特和“奇怪”行为的物体。形状记忆、自愈和相变都是这种行为的例子。超材料的一个特点是，由它们组成的对象可以设计为以多种方式执行。
最有趣的是，超材料可以相互结合，以克服单个材料特性之间任何预先存在的不兼容性。
- 声学控制：如果超材料放置在发射端和接收端之间，它可以被设计成放大、引导、操纵或抑制固体、液体和气体中的声波或“声子”。这对音乐制作和表演以及隔音、噪音控制和军事防御具有令人兴奋的意义。
- 不可见性：由于其不寻常的光学特性，一些超材料的波长低于可见光谱，因此人眼不可见。更引人注目的是，源自某些超材料或被一层超材料“掩盖”的物体也可能变得不可见。这种创新无疑将对时尚、化妆品和美容，以及军事用品和武器产生影响。
纳米技术的未来是什么？
根据IBM沃森研究中心物理科学主任Thomas Theis的定义，“纳米技术是一种即将到来的经济、商业和社会现象… …它将彻底改变我们的生活、工作和交流方式。”
纳米技术在起作用
纳米粒子用于防晒霜中以过滤有害的紫外线，它们使网球和网球拍更有弹性。同样，它们是我们日益依赖的计算机技术的重要组成部分。没有纳米技术，我们所知道的计算— —更不用说互联网 —— 根本不可能实现。
纳米技术尤其适用于机械零件表面的涂层，以防止机械、物理和化学因素造成的腐蚀和磨损。汽车和航空航天工业以多种方式使用纳米技术。由于纳米颗粒提供的粘合强度增加，因此纳米颗粒也被用于粘合剂中，包括牙医用来做美容填充物的材料。
最终，纳米技术的进步使得2D或单层材料的开发成为可能，这些材料提供了更高的灵活性、更高的拉伸强度和更高的表面耐久性，以及表面工程的当前趋势，以防止机械零件的腐蚀和磨损，以及其他许多应用。
新材料的发展趋势
在开发新材料技术时，创新者希望解决更广泛的社会问题。创新应对消费者未满足的需求，而消费者的需求往往会随着时间的推移而发展。这些是新材料技术需要注意的趋势：
可持续性：很少有行业对可持续材料的需求漠不关心。建筑、包装和制造等行业一直面临着将可回收或可再生材料纳入其工作流程的需求。
轻量化：与汽车行业最相关的是，轻量化降低了运输中的能源消耗，从而减少了与之相关的费用和污染。使用塑料或碳纤维代替金属是这种材料使用趋势的最明显例子。
增材制造：使用3D打印机通过在超薄塑料材料层上放置超薄层来创建物体，已经彻底改变了许多行业的制造和大规模生产，包括医疗、牙科和航海等。
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