盘点未来的超级材料

就像钢铁和塑料带动了制造业的革命，新发现的超级材料都具有非常迷人的性质，以及具备广泛的应用，它们将重塑未来。下面我们盘点一些最有前景的未来超级材料的性质和用途。

【空气合金】

（© http://www.airloy.com）

空气合金具有极其低的密度，要比水要轻100倍，并且可以承受超过它们自身20000倍的重量，这使它们成为地球上最轻的固体材料。这种材料同时具有超绝缘性，不仅绝热绝冷，而且隔音效果也非常好。

用途：大规模建设、飞船、太空服以及火箭技术。（事实上，NASA已经研发出了一种超薄易弯曲的空气合金，在太空服和火箭技术上可以得到充分应用。）

【金属微格】

（© Wikipedia）

这种金属材料为立体金属开放式多孔聚合物，其成分中多达99.99%是空气，另外0.01%是相互连接的固体空心管晶格。它是世界上最轻的金属材料，能够像羽毛般轻盈地漂浮在空中接着落地。金属微格在吸收能量的性能上也相当好，无论是经过压缩或扭转，都能反弹回原状。例如将一颗鸡蛋利用金属微格包裹中，从25层的高楼丢下，金属微格可以保护鸡蛋坠地时完好如初。

用途：飞机结构、航空学和汽车业。

【热电材料】

热电材料的工作原理。（© Shiren Edward Wang）

热电材料是一种能将电能与热能交互转换的材料，此种材料能够在足够的温差下产生电动势，达到以热生电的现象。热电材料可使废热能转换为电能，可能提高能源效率或作为一种替代能源。天然矿物质黝铜矿和方钴矿都可以作为热电材料，而且制造成本低廉。

用途：应用于航天器的能量转换，以及耗能较大的机器，比如汽车、冰箱和CPU散热器等。

【超材料】

高度规整的纳米结构。（© http://www.mat.ucsb.edu/）

是一种尺寸小于光的波长的结构，被设计来散射光线。可以用来散射微波、无线电波和鲜为人知的T-射线。某些超材料具有负的折射率，因此可以利用这个特殊的光学性质制作“超级透镜”用来观察那些尺寸小于显微镜光波波长的材料的特征。

用途：隐形斗篷，医用的新T-射线扫描仪，相控阵光学技术可以完美的呈现全息图像。

【碳纳米管】

不同类型的碳纳米管。（© Wikimedia Commons）

是碳原子组成的长链，它们被在化学上称为最强的化学键sp2键连接在一起，甚至比组成钻石的sp3键都要强。碳纳米管拥有许多突出的物理性质，例如极高的拉伸强度和弹性电子传输（非常适合于电子学应用）。

用途：唯一能被用来建造太空电梯的材料。

【过渡金属硫化物】

过渡金属硫化物的结构。（© Wikipedia）

它们具有相当简单的二维结构。钼或钨等过渡金属原子的单排结构（上图黑色），夹在同样薄的硫或硒元素层（上图黄色）之间。过渡金属硫化物非常薄、透明和灵活，是极好的半导体。

用途：制作软性电子（可弯曲屏幕）、数字电路、量子通讯，以及能源储存。

【透明铝】

透明铝。（© dornob）

在《星际旅行IV：抢救未来》中，斯考特将24世纪的“透明铝”技术带回了20世纪。现在该项技术或许要提早实现了。科学家并没有找到让金属铝变透明的方法，而是开发了一种能达到类似强度的透明铝基陶瓷。这种物质是一种氮氧化铝，硬度是钢铁的3倍多，石英镜片的4倍多，蓝宝石的85%。

用途：透明装甲（防弹玻璃）、红外圆顶（太空船/太空站）、摩天楼和驾驶舱。

【石墨烯】

(© aerogelgraphene)

是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，同时拥有极小的电阻率。因此被期待可以用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或电晶体。

用途：从所有科技消费品，到生物工程，再到能量储存（超高效电池）。

【锡烯】

将氟原子(黄色)加入单层的锡原子(灰色)就会得到锡烯，边缘(蓝色和红色)的导电性近乎完美(© 徐勇/清华大学）

锡烯是石墨烯的“表亲”，由单原子层的锡构成，它的边沿态在室温下可以实现量子自旋霍尔效应。锡烯在常温下能达到100%导电率的超级材料，同时也是一种拓扑绝缘体，在这种材料内，载荷子（如电子）无法到达材料的中心，只能在边缘自由移动。

用途：设计更快、更有效的微芯片。

来源：原理（principia1687）

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