直接用原子制造出新材料——美正在研發新材料制造的系列方法

研究發現，材料在納米水平(接近原子尺度) 上所表現出的特性很難保留和開發。事實上，接近原子尺度材料具有的獨特和潛在的電氣、光學和可拉長性質，在使用常規的工藝方法制造成毫米級或厘米級材料和系統后，往往會消失。如何將原子尺度所具有的極具應用價值的材料特性保留下來，是目前材料科學界攻關的難點。

美國國防部先進研究計劃局(DARPA) 最為重要的組成機構——國防科學辦公室(DSO) 宣稱，該局已經設立一系列研究項目，以期盡快實現將原子尺度所具有材料特性保留下來這一目標。從下面這些具體研究項目中，或可見未來新材料研究方向轉變的端倪。

原子到產品(A2P)

“原子到產品”研究項目的目標是：研制出一種裝配方法，使制造出的大尺度材料、組件和系統能夠保留納米級材料的性能。

目前，科學家在研制新材料時大多使用不同的“混合、加熱和組合”方法，DARPA 項目經理邁因說：“現在我們正使用一種完全不同的方法，即從單個原子開始，直接將它們裝配成納米結構，然后再將這種納米結構組裝成更大的微器件。”他指出，“原子到產品”項目組已擁有控制納米尺度組裝的新方法，可以非常快速地生產建造出具有經濟價值的先進微器件。

具有可控微結構架構材料(MCMA)

DARPA 還在研究另一種方法，以制造出具有特殊功能的新材料，該項目名為“具有可控微結構架構材料”。MCMA 正在尋求控制材料微結構架構的方法，以改善結構效能，實現那些傳統上在單一物質中難以同時獲得的功能，如鋼的力度和塑料的重量。

材料轉換(MATRIX)

控制材料內部納米構架的一個潛在好處是，可以使材料自己實現催化反應或能量轉化，并有效轉變成器件，這也是DSO“材料轉換”項目的最終目標。與A2P類似，它是為轉換開發出一種新材料，實現從一種形態到另一種形態的能量轉換，以便在器件和系統水平實現新材料的有用功能。材料轉換對于海陸空和太空軍事能力的提高非常重要，但目前許多材料在實驗室中的功能均難以在現實需要中發揮出來。MATRIX 的目標就是把實驗室中的功能轉化盡快在現實環境下實現。

延伸固體(XSolids)

“延伸固體”項目致力于特殊材料的研制，通常這類材料只能在超高壓(百萬大氣壓) 狀態下制造和存在。由于在不同的壓力下，許多材料的物理、機械和功能特性等將發生巨大改變，因此，新材料的發現和制造多基于高溫的應用，而高壓化學(或稱氣壓化學) 的發展為新材料的發現和制造開啟了一個新時代。

DARPA 在50年前就建立起多學科實驗室，把器件和材料相關領域的專家集中到一起。DSO 負責人湯普金斯認為，這些研究項目反映出未來新材料研究方向的根本改變，即從大塊頭處理轉變為構架材料，這種改變表明材料開發新的“設計師時代”的到來。