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材料的創(chuàng)新:引領(lǐng)變革 重塑世界

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-05-08  來源:科技日報  瀏覽次數(shù):22
 

  從泥瓦磚木,到銅鐵鋁鋼,再到碳纖維、石墨烯,伴隨著文明和科技的進(jìn)步,人類對材料開發(fā)利用的廣度和深度逐步加大加深。如今越來越多的新型材料走入科學(xué)家的視野,新材料技術(shù)的突破,將伴隨著新一輪產(chǎn)業(yè)革命,改變我們所處世界的屬性。有理由認(rèn)為,未來人類任何“高大上”的宏偉工程,都有著看似“細(xì)小微”新型材料的支撐,而我們在衣食住行和絢爛生活中,亦當(dāng)隨處可見它們的身影。

  平地起高樓,傳統(tǒng)材料不退色

  對工具的使用,被認(rèn)為是人類和其它哺乳動物的一個本質(zhì)區(qū)別。人類對材料的利用,則從這一本質(zhì)區(qū)別開始。且看考古學(xué)家對人類史前歷史的三階段劃分——石器時代、青銅時代、鐵器時代,即可見人類發(fā)軔階段使用材料的進(jìn)化歷程。雖然這一進(jìn)化歷程漫漫數(shù)十萬年,但正是它們的進(jìn)化,最終導(dǎo)致了人類文明史上第一次產(chǎn)業(yè)革命——1萬年前農(nóng)牧業(yè)的出現(xiàn)。

  人類文明的發(fā)展,使得材料的進(jìn)化樹上不斷添加新的分支,而如今被視為傳統(tǒng)材料的清單中,不斷有新成員加入,盡管它們當(dāng)初也曾有著新材料的名分。這些材料在成長,但并未老去。高樓平地起,從數(shù)千年前的巍峨金字塔、莽莽萬里長城,到今天雄偉的跨海大橋、鱗次櫛比的摩天大樓,從巨石磚瓦,到鋼筋水泥,傳統(tǒng)材料的名單雖在逐漸拉長,但它們的作用依然,始終是人類社會生產(chǎn)生活的重要基石。

  可以說,一磚一瓦,一木一石,它們都承載著人類的文明?;蛟S有一天,某些材料最終會被新的材料取代,但它們對人類文明發(fā)展的貢獻(xiàn)卻永不退色。

  空中建樓閣,新型材料產(chǎn)奇跡

  空中建樓閣,是人類的一個夢想,曾那么遙不可及,如今卻在逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)??湛?80和波音787的飛翔,讓我們體會到遨游天際的舒適與快感;國際空間站的建立,使人類有機(jī)會站在太空審視我們的星球。這些都得益于科技的進(jìn)步,其中也都有著新材料的功勞。

  巧婦難為無米之炊,沒有材料,再高明奇巧的設(shè)計也只能永遠(yuǎn)停留在紙面上。缺了土石,古人無法建造遮風(fēng)避雨之所;沒有紙張,先祖的文明也難以傳承。歷史證明,材料是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo),新材料更是人類社會進(jìn)步的催化劑。

  新材料創(chuàng)造的奇跡不勝枚舉。超材料技術(shù)的突破,使哈里·波特的隱身衣從魔法世界走進(jìn)我們的現(xiàn)實(shí)生活;先進(jìn)復(fù)合材料的大量使用,讓越來越大的人造物體能夠擺脫地球引力而飛入太空。新材料的研發(fā)無止境。最近,清華大學(xué)和中科院理化所聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn),鎵基液態(tài)合金在“吞食”少量物質(zhì)后,可以在各種形態(tài)和運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)換,并實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動快速前進(jìn)。相信終有一天,經(jīng)典科幻電影《終結(jié)者》中的液體金屬機(jī)器人會悄然來到我們的身邊。

  新材料宣言,世界因我而改變

  新材料涵蓋廣闊,金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料,這些專業(yè)劃分或許讓門外漢難以適從。但不管怎樣,作為高新技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo),新材料的研究代表著人類對物質(zhì)的認(rèn)知和應(yīng)用在向更深層次進(jìn)發(fā)。它的發(fā)展,在促進(jìn)信息、能源、生物等技術(shù)革命的同時,對制造業(yè)、運(yùn)輸業(yè)以及個人生活方式都產(chǎn)生著重大影響。正因如此,新材料才被人稱之為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”,成為21世紀(jì)最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。

  石墨烯是目前新材料中最受關(guān)注的一種。它所具有的超強(qiáng)韌性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及透光性等特性,使其擁有巨大的發(fā)展空間,能夠廣泛應(yīng)用于電子、航天、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域,而它的商業(yè)化應(yīng)用,則將帶動信息、能源、生物等一系列產(chǎn)業(yè)走向變革。2013年初,歐盟委員會將石墨烯科技列為兩大“未來新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目”之一,并會在未來10年內(nèi)投入10億歐元研發(fā)經(jīng)費(fèi);日韓德英等國家也都把石墨烯材料及產(chǎn)品定為未來革新產(chǎn)業(yè)之一,投入巨資推動石墨烯研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用研究;作為全球技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的美國,更是在石墨烯研發(fā)方面走在世界前列,早在2006年至2011年這5年間,美國國家自然科學(xué)基金(NSF)關(guān)于石墨烯的資助項(xiàng)目就高達(dá)200項(xiàng),近幾年,美企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)成果更是層出不窮。

  材料世界是神奇的。在英國倫敦大學(xué)學(xué)院有一個材料收藏館,館中陳設(shè)的2000多種材料五花八門,從自然生成的煤到人類智慧杰作的生物玻璃,從廉價的木材到貴重的金屬,讓參觀者目不暇接。置身其中,你會在了解它們的過程中默默感受到人類文明的進(jìn)步,似乎每一種材料都在說:“世界,因我們而改變!”

 
關(guān)鍵詞: 新材料 復(fù)合材料
 
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