材料

劉忠范

巴拿馬運(yùn)河上，一艘巨輪在行駛，它由6萬(wàn)噸油輪改造而成，長(zhǎng)220米、寬30米、高31米、吃水8米，名為審判日號(hào)。然而此刻，這個(gè)龐然大物正成為一根細(xì)絲的“審判”對(duì)象，后者的直徑約0.007毫米，只有人類頭發(fā)絲的1/10，名為“飛刃”，這場(chǎng)“審判”被命名為“古箏行動(dòng)”。起初一切是無(wú)聲進(jìn)行的，隨著“嘎吱嘎”聲發(fā)出，“古箏”被無(wú)情地彈響，萬(wàn)噸巨輪被切成40多個(gè)巨大的薄塊，像一疊向前推開的撲克牌般轟然倒向岸邊……

這是影視作品《三體》中的場(chǎng)面，而原著作者劉慈欣創(chuàng)作這一科幻場(chǎng)景的時(shí)間是2006年，納米絲那看不見的銳利鋒芒穿越17年的時(shí)光，依然能讓我們感受到新材料的巨大威力！

材料，可謂人類文明豐碑的基石，是人類歷史上每一次跨越式發(fā)展的重要標(biāo)志。

在人類社會(huì)早期，天然材料，例如石頭、木材等是生產(chǎn)活動(dòng)的重要工具，人類借助這些材料告別了茹毛飲血的原始生活，進(jìn)入石器時(shí)代。在此基礎(chǔ)上，從狩獵、采集、種植，發(fā)展到采礦、冶煉、鑄造金屬器物，人類進(jìn)入青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代，農(nóng)耕文明走向燦爛輝煌的新高度。

而工業(yè)文明的到來(lái)，首要標(biāo)志就是材料在加工應(yīng)用方面的變革，這促成了大機(jī)器的設(shè)計(jì)制造。從鋼鐵材料在機(jī)械、運(yùn)輸、建筑、石油化工等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，到發(fā)電機(jī)、電燈、電報(bào)、電影等的相繼問(wèn)世，人類實(shí)現(xiàn)了由機(jī)械化時(shí)代到電氣化時(shí)代的巨大進(jìn)步，電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等新材料也越來(lái)越多地被應(yīng)用于生產(chǎn)生活。

以硅等半導(dǎo)體材料為標(biāo)志，以半導(dǎo)體、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)等為代表，信息革命推動(dòng)著人類文明進(jìn)入如今的信息時(shí)代。而未來(lái)，信息革命的深入發(fā)展，還要寄希望于新型碳材料、超導(dǎo)材料、量子材料的研發(fā)和應(yīng)用。

那么，《三體》中的“飛刃”材料是否已從科幻走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)呢？目前公認(rèn)最接近于這種技術(shù)的是碳納米管，屬于新型碳材料。2022年，中國(guó)科學(xué)家又首次合成出高度有序晶態(tài)金剛石結(jié)構(gòu)納米線。這種納米線，粗細(xì)僅相當(dāng)于人類頭發(fā)絲的1/100000，長(zhǎng)度上卻可以無(wú)限生長(zhǎng)，堪稱迄今為止最完美的“飛刃”！

而目前人類發(fā)現(xiàn)的最輕、最薄、最硬且柔性、透明、導(dǎo)電的材料——石墨烯，既可以用來(lái)制作保暖衣服，又可以用在計(jì)算機(jī)芯片上，從而大幅度提高計(jì)算速度……

本期《知識(shí)就是力量》雜志，將深入材料科學(xué)領(lǐng)域，讓新材料引領(lǐng)我們探索未知的科學(xué)奧秘，矚望未來(lái)的文明發(fā)展。