用微型結構筑起“堡壘”

王治鈞

航空航天材料還能更輕、更堅固嗎？我們能生產出替代人體某些組織的器械嗎？防彈衣能變得像普通衣物那樣輕便嗎？如今，傳統材料越來越無法滿足我們的需求，科研人員開始深入納米和微米的世界。TED大會邀請到了美國專家卡洛斯·波特拉（Carlos Portela），他和他的團隊正在利用納米技術創造屬于未來的新材料。

?新型材料制成的咖啡杯微型結構示意圖

顛覆傳統材料

巖石、金屬、陶瓷、塑料、泡沫……人類歷史中存在著大量的材料，它們都有各自的局限性。隨著科技的進步，科研人員的目光已投向納米世界，他們試圖改變材料的微觀結構，使其在保有傳統材料特性的同時獲得新的特性。這些新材料與現有材料的表現完全不同，比如一個陶瓷做的咖啡杯掉在地上，它會以脆性的方式破裂，而新材料的表現可能會更像橡膠。

我們再來想象一塊材料板，它極其堅固，難以彎曲或拉伸，但其內部居然99%都是空氣。剩下1%的材料是什么？為什么會這樣堅固？這些正是波特拉想要回答的問題。

波特拉團隊構筑的新型材料結構示意圖

搖一搖，搖出納米新科技

波特拉和他的團隊最初使用分辨率極高的3D打印機構筑納米級的材料結構，但因為這些材料僅有人的頭發絲那么細，3D打印機花費很長時間才能打印出幾毫米厚的立方體。因此，波特拉繞過3D打印技術，開始使用一種使聚合物分離的方法。

他們將兩種聚合物像搖油和水一樣“搖”在一起，再對混合物進行加熱，兩種聚合物就會像不相融的油和水一樣再次分開，它們在分離時自然地交錯在一起，組成復雜的微觀結構。波特拉實驗室用這種方便、快捷的方法，成功組裝了厘米級的納米材料。

材料制成后，波特拉團隊對其進行了沖擊測試。他們用儀器發射一種超聲速的粒子，結果顯示，這種新材料能很好地吸收能量、減少撞擊力——比普通防彈衣材料提高了70%以上，因此可用于生產新型的超輕防彈衣。

波特拉及其團隊正致力于構筑更理想的材料，讓它們變得更輕、更能承受沖擊力，它們可以被用于航空航天領域和超聲波設備，也可用于日常生活中保護頭部的頭盔。

現在是高新材料迅猛發展的時代，你是否想過，未來的材料會是什么樣子？嶄新的科技正不斷將這些想象變為現實。

厘米級新型納米材料示意圖

（責任編輯 / 牛一名? ? 美術編輯 / 韋英章）