天天速递！这种材料，1700亿美元也就够买1公斤多一点

2023-03-16 10:07:20 来源：科普中国

在我们的应用科学中有一门学科叫做材料科学，材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能以及它们之间的相互关系的学科，它是集物理学、化学、冶金学等于一体的科学。与我们的生活息息相关，密不可分。比如下面的最强胶带。

今天我们来一起盘点一下，材料科学创造的这些奇特的材料，探究一下会给我们的未来带来什么变化。

(资料图片仅供参考)

没有最轻只有更轻

2011年，美国科学家合作制造了一种镍构成的气凝胶，密度为每立方厘米0.9毫克，是当时最轻的固体材料。把这种材料放在蒲公英花朵上，蒲公英茸毛几乎没变形。气凝胶有一个外号叫做 “凝固的烟”

气凝胶

2013年，浙江大学的科学家们研制出了一种超轻材料，这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度仅为每立方厘米0.16毫克，是空气密度的六分之一，也是迄今为止世界上最轻的固体材料。

这种材料可以轻松放置在麦穗的绒毛上

据介绍，“碳海绵”具备高弹性，被压缩80%后仍可恢复原状。它对有机溶剂具有超快、超高的吸附力，是迄今已报道的吸油力最高的材料。现有的吸油产品一般只能吸自身质量10倍左右的液体，而“碳海绵”的吸收量是250倍左右，最高可达900倍，而且只吸油不吸水。“大胃王”吃有机物的速度极快：每克这样的“碳海绵”每秒可以吸收68.8克有机物。这让人想到用它来处理海上的漏油，“可以把它们撒在海面上，就能把漏油迅速地吸收进来，因为有弹性，吸的油能够被压出来回收利用，‘碳海绵’也可以重新使用。

来场硬碰硬的！

说到最坚硬的物质，很多人会想到金刚石，但是人类早就已经造出比钻石硬度高很多倍的物体-鲁珀特之泪。然而硬度一直也是人类对材料的极致追求的一个方向。

鲁珀特之泪

目前人造的材料中硬度最大的是-碳炔。

1885 年，德国有机化学家阿道夫·冯-贝耶尔首次提出碳炔的概念，他将其描述为一种无限长的碳碳单键和三键交替而成的碳链。但他也警告称，由于其极不稳定，因此很难制造出来。此前，美国科学家经过理论计算指出，碳炔这种碳原子一维线性带状物的强度应该比任何已知的材料更硬更坚固，拥有巨大的抗张强度和硬度，硬度是钻石的40倍、石墨烯的两倍，因此，可用于制备超坚固的设备。另外，它还拥有仅被拉伸 3%就能从导体转变成绝缘体的独特属性，因而在电子设备领域广受关注。

由于碳炔的超高强度，非常适合用来制作宇宙中航行的飞船的外壳，但是科学家们估算，以现有的技术，要想制造出1克碳炔，其成本高达600万美元。假如一艘飞船上只使用1吨碳炔，那么制造一艘飞船单单使用的碳炔材料费用就需要6万亿美元了，2019年我国的GDP都只有不到14万亿美元，这是任何一个国家都是无法承受的成本。

不算新鲜的“液态金属"

说到液态金属，笔者想到了电影终结者中的那位。不过其实“液态金属”并不是液态的。

目前所有的金属材料都是将多种金属原子混合在一起形成“合金（Alloy）”，才能增加材料强度，因此只要把合金加热到融熔状态（液态）之后再快速冷却（例如每秒降温 100°C 以上）就可以形成非晶合金。

由于原子排列和玻璃一样都很混乱，所以称为“金属玻璃（Glassy metal）”，也有人称为“液态金属（Liquid metal）”或“块状金属玻璃（Bulk Metallic Glass，BMG）”，其实就是指“非晶的金属材料”而已，和玻璃一点关系都没有，而由于液态的原子就是排列很混乱的，因此又有人把它称为“液态金属”，其实它在常温下根本就是固体而不是液体。相比传统金属，液态金属的优势体现在性能、工艺两方面：

非晶合金

1. 性能上，高硬度、高强度、耐高温等性能，同时还具备非金属材料（塑料、玻璃等）的优越性：如弹性、柔韧性、耐腐蚀等性能。

2. 工艺上，由于液态金属以非晶态冷却，收缩率非常小，可以通过注塑、压铸等工艺得到理想的形状，也可以用喷涂、激光熔覆、堆焊等工艺制备表面涂层。

应用领域：

航天：太阳风收集器、空间站防护板、卫星的展开机构、卫星反射镜等。

军工：坦克潜望镜、穿甲弹。

消费电子：手机卡托、手环表壳、折叠屏手机铰链、光学镜头支架。

真是超级黑！

世界上最黑的东西是什么？

梵塔黑（Vantablack）它可以吸收99.96%的紫外线、可见光和红外线，而传统的黑色颜料、纤维等仅能吸收95%至98%的光线。在其中一座雕像面部覆盖梵塔黑，从正面看，你会发现人物面部细节全都消失了。

梵塔黑（Vantablack）

科学家近日偶然发现有史以来最黑的材料，能吸收99.995%的入射光。这种超黑材料由碳纳米管(CNTs)制成。据介绍，在此之前，人们已知最黑的材料是梵塔黑(Vantablack)，能吸收99.96%的光。而麻省理工学院解释称，这种全新的、未命名的材料“比包括梵塔黑在内的所有其他超黑材料要再黑10倍”。

超级黑！

麻省理工学院在校艺术家施特雷贝与研究人员合作，用该黑色材料覆盖一颗重达1678克拉、价值200万美元的天然黄钻，闪耀的钻石完全变成了黑色。施特雷贝表示：“由于碳纳米管具有极高的吸光性，任何物体，在这件事中即覆盖碳纳米管的大钻石，都会成为一种没有阴影的黑洞。”

全防水还透气？

一种新的复合材料Flash Knit被称为新型防水材料。

这个称为 Flash Knit 的面料一共有 3 层，各自具有不同的功能。

第一层也是最外面一层是弹力编织层，由聚酯纤维和尼龙混纺而成，起到防水、拒水、防风的效果；

第二层是纳米过滤层，能进一步起到防水、吸湿作用；

第三层是透气内层，有效帮助脚部排汗。

防水性测试，左边

透气性测试

目前最贵的材料

1克碳炔，其成本高达600万美元。我们可能认为很贵了，但是其实最贵的材料是，内嵌富勒烯。