【未来新材料】国外媒体评选未来应用最广泛的十种新材料

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楼主 2018-06-19 01:16:24
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据国外媒体报道,有时,在高技术的推动下,未来看上去好像会提前几年到来。一旦出现在材料领域,这种技术飞跃的影响甚至更大,因为新材料可以大大推动其所在领域的发展,特氟隆便是一个完美的例证,但绝非唯一的一个。以下是让我们今天的生活变得更丰富多彩的十种未来新材料。


㈠. 特氟隆

伴随着媒体的大肆鼓噪,杜邦神奇的耐热、耐低温材料特氟隆(Teflon)二战后迅速成为外界关注的焦点。媒体对特氟隆不粘东西的特性不吝溢美之词,并暗示特氟隆未来还可以做得更好。在他们眼中,还有什么事情是特氟隆所不能做到的吗?特氟隆的喧嚣早已散尽,但在极具发展前景的未来材料名单中,它仍然占据着一席之地,还将成为描述东山再起、政客阴谋的新用词。
聚四氟乙烯(氟塑料)英文全称为Polytetrafluoroetylene,简称Teflon、PTFE、F4等。聚四氟乙烯 (Polytetrafluoroethene),一般称作“不粘涂层”或“易洁镬物料”;是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂。同时,聚四氟乙烯具有耐高温的特点,它的摩擦系数极低,所以可作润滑作用之余,亦成为了易洁镬和水管内层的理想涂料。

1、聚四氟乙烯氟聚合物具有的特性
⑴、不粘性:几乎所有物质都不与聚四氟乙烯涂膜粘合。很薄的膜也显示出很好的不粘附性能。
  ⑵、耐热性:聚四氟乙烯涂膜具有优良的耐热和耐低温特性。短时间可耐高温到300℃,一般在240℃~260℃之间可连续使用,具有显著的热稳定性,它可以在冷冻温度下工作而不脆化,在高温下不融化。
  ⑶、滑动性:聚四氟乙烯涂膜有较低的摩擦系数。负载滑动时摩擦系数产生变化,但数值仅在0.05-0.15之间。
  ⑷、抗湿性:聚四氟乙烯涂膜表面不沾水和油质,生产操作时也不易沾溶液,如粘有少量污垢,简单擦拭即可清除。停机时间短,节省工时并能提高工作效率。
  ⑸、耐磨损性:在高负载下,具有优良的耐磨性能。在一定的负载下,具备耐磨损和不粘附的双重优点。

⑹、耐腐蚀性:聚四氟乙烯几乎不受药品侵蚀,可以保护零件免于遭受任何种类的化学腐蚀。
 聚四氟乙烯广泛应用于耐高温、要求高粘性的行业。其中最强的超强酸--氟锑酸也可以用它做保存。美国“阿克苏诺贝尔”公司新研究出无害不粘材料,由于是秘方并没有透露具体制作方法,但是声称绝对安全无害,并且已经在美国顶级厨具calphalon的产品上使用。
2、四氟乙烯材料应用领域
  聚四氟乙烯可采用推挤或挤出加工成型;用在高温电线,也可以先制成薄膜然后分切成轴装PTFE包带,用于生产高频电缆,直接制成水分散液,则可用于涂层、浸渍或制成纤维。
 聚四氟乙烯在原子能、国防、航天、电子、电气、化工、特氟龙用品机械、仪器、仪表、建筑、纺织、金属表面处理、制药、医疗、食品、冶金冶炼等工业中广泛用作耐高低温、耐腐蚀材料,绝缘材料,防粘涂层等,使

之成为不可取代的产品。
  聚四氟乙烯具有杰出的优良综合性能,耐高温,耐腐蚀、不粘、自润滑、优良的介电性能、很低的摩擦系数。用作工程塑料,可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。在聚四氟乙烯中加入任何可以承受聚四氟乙烯烧结温度的填充剂,它的机械性能可获得大大的改善。同时,保持聚四氟乙烯其它优良性能。填充的品种有玻璃纤维、金属、金属化氧化物、石墨、二硫化钼、碳纤维、聚酰亚胺、EKONOL等,耐磨耗、极限PV值可提高1000倍。涂装于子

弹弹头表面能增加子弹穿透性,使子弹能射穿防弹衣。


㈡. 超薄超导体

在涉及超导体问题上,薄是开发者们追求的终极目标。导电体越薄就越能散热——对许多材料来说,这一点至关重要,因为如果加热超过一定温度,很多材料会失去超导状态。薄还能提高材料的弹性,使薄薄的超导电膜成为数十种先进高科技产品的主要成分。实用的超薄超导体曾经被看作是代表未来的材料,它们只是在高科技的舞台崭露头角。


㈢. 太阳能房顶

有人总是纳闷人们为何不用太阳能电池板铺设房顶。如今,这种质疑将不复存在,因为“太阳能屋顶”距离我们越来越近——目前正处于测试阶段。即便如此,这种技术变成现实仍需要一定时间。正如美国能源部西北太平洋国家实验室的发言人所言,“颇具弹性的太阳能电池板可以轻松与商业大楼和住宅的建筑风格融为一体。”这的确是一个很酷的概念,现在就让我们期盼这一天早日到来吧。
太阳能屋顶计划综合考虑经济性和社会效益等因素,现阶段在经济发达、产业基础较好的大中城市积极推进太阳能屋顶、光伏幕墙等光电建筑一体化示范;积极支持在农村与偏远地区发展离网式发电,实施送电下乡,落实国家惠民政策。
  太阳能屋顶计划通过示范工程调动社会各方发展积极性,促进落实国家相关政策。加强示范工程宣传,扩大影响,增强市场认知度,形成发展太阳能光电产品的良好社会氛围;促进落实上网分摊电价等政策,形成政策合力,放大政策效应;将光电建筑应用作为建筑节能的重要内容,在新建建筑、既有建筑节能改造、城市照明中积极推广使用。
  太阳屋顶政策限定示范项目必须大于50kW,即需要至少400平方米的安装面积,一般居民建筑很难参与,符合资格的业主将集中在学校、医院和政府等公用和商用建筑。考虑财政部补贴之后,度电成本可降至0.58元/kWh。光伏上网电价是否能在火电上网电价上给予溢价仍不明确,但即使没有溢价,由于发电成本低于电网销售电价,业主仍有动力建设光伏项目以发电自用,替代从电网购电。


㈣. d3O凝胶



一种名为“d3O”的可吸收能量的创新性凝胶状物质,已应用到衣服、鞋子和军事装备的制造中。据悉,d3O凝胶采用尖端纳米技术研制而成,表面看上去非常像果冻,它可以被随意挤压成各种形状。正常情况下,d3O凝胶会保持松弛的状态,一旦受到外力的高速剧烈撞击时,分子将互相交错并锁在一起,变紧变硬,能将子弹或弹片的冲力减弱一半,进而阻止它们穿透头盔。美国滑雪队使用了含有d3o凝胶材料的运动装备,由于滑雪队员的冲刺速度往往达到每小时60英里,这种凝胶材料无疑可以为他们提供足够的保护。
“d3O”放置在士兵头盔内侧,能将子弹或弹片的冲力减弱一半,进而阻止它们穿透头盔。发明者帕尔默说,静止或缓慢移动状态下,这种凝胶的分子之间互相分离,而“一旦受到高速冲击,分子将互相交错并锁在一起,变得坚固。外力作用消失后,凝胶自动恢复柔软。这种胶状物眼下已经用于制造滑雪手套、芭蕾舞鞋、护腕等体育用品。


㈤. 石墨烯

还有什么事情是碳所不能及的吗?钻石、巴克球、纳米管、碳纤维均已展示了碳作为“第六元素”的力量和荣耀。现在,石墨烯(Graphene)正在以另一种有用而独特的方式延续碳的神奇。石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体,也是目前世界上最薄的材料——几片放在一起的直径只有一个原子大,令其看上去其实是透明的。有一天,石墨烯可能会在大多数电脑应用中取代硅芯片和铜连接器(copper connector),但其真正的潜力在于基于量的电子设备,这种设备将来会使我们的电脑看上去就像是原始的蒸汽动力工具。


㈥. 巴基球

所谓的“巴基球”是由60到100个碳原子构成的球形笼状中空结构分子,其结构与网格球顶类似,硬度则超过钻石。之所以被称之为“巴基球”是为了纪念已故建筑界幻想家巴克明斯特·富勒(Buckminster Fuller)。现在,科学家已能够将其它原子嵌入巴基球,使其成为更为强大的“载运者”。随着研究的进一步深入,直接将纳米强效药送入体内肿瘤将成为一种可能。
科学家们发现,除金刚石、石墨外,还有一些新的以单质形式存在的碳。其中发现较早并已在研究中取得重要进展的是C60分子。C60是一种碳原子簇。它有确定的组成,60个碳原子构成像足球一样的32面体,包括20个六边形,12个五边形。由于这个结构的提出是受到建筑学家富勒(Buckminster Fuller)的启发。富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构。因此科学家把C60叫做足球烯,也叫做富勒烯,因为32面体的每个顶点上的碳原子跟三个其它的碳原子相邻。如同苯环上每个碳原子都是sp2杂化。p轨道在环的上、下形成π键一样,足球烯每个顶角上的碳原子也都满足sp2杂化的要求,(类似萘环上两个不带氢原子的碳原子)剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成π键。所以C60是一种烯。


㈦. 隐形材料和隐声材料

早在小魔法师哈里·波特(HarryPotter)向我们炫耀他的隐身斗篷之前,我们就已经被研制隐身斗篷的前景所深深吸引。围绕隐形这一概念,科学家已经做了大量工作。从他们的努力中,我们得到了一些暗示,真正意义上的隐形能够成为一种可能。
据悉,一支研究小组已经让隐形成为现实,但只能是在微波谱情况下。举个例子来说,一碗被加热的汤摆在你的面前,但你却根本看不到它的踪影。其它研究小组已成功让可见光谱的确定部分变成不可见。我们要说的是,科学家应继续加油,我们期待着你们取得更大的突破。
“糊涂侦探”麦克斯韦·精明(Maxwell Smart)和局长大人谈论高度机密时使用的那个玻璃罩,更像是一件隐声斗篷而不是一个无噪音静锥区。有一次,一只蜜蜂飞进了锥形罩,读者还记得那个有趣的场景吗?作为武器家族的一把利剑,潜艇需要尽可能地做到“悄无声息”这四个字,就像影片《太平洋潜艇战》所表现的那样。
美国伊利诺斯大学香槟分校教授尼古拉斯·范格(NicholasFang)研制了一种新型隔音材料,并给这种新材料取了一个非常具有科幻色彩的名字。据悉,这种新隔音材料能够弯曲潜艇周围的声波,使敌方声纳无法探测到潜艇的存在。


㈧. 透明材料

喝过装在透明罐子里的可乐吗?用过透明的锡箔纸包炖熟的肉吗?对于这两个问题,很多人一定会给出否定的答案。当前每平方英寸(约合645.16平方毫米)透明铝片的价格为10美元,如果价格下降,透明铝的使用将变得更为普遍,程度上将超乎我们想象。氧化铝是红宝石和蓝宝石的主要成分,工程师已经发现将这些宝石的硬度和半透明特性融入一种材料的方式。合而为一后形成的材料不但重量轻,同时也拥有与金属铝一样的柔软性。


㈨. 透光材料

德国亚琛的LiTraCon公司研发出一种与众不同的透光混凝土。虽然无论如何也与“透明”二字挂不上钩,但借助于植入内部的数百个玻璃光导纤维,这种混凝土能够让光线从一端穿入而后再从另一端穿出。使用玻璃光导纤维意味着,即使是一面厚度达到60英尺(约合18米)的墙其发光性也与厚度仅1英尺(约合30厘米)的墙不相上下。透光材料是一种新型的复合材。由于透光材料的独特优点以及逐步推广的运作,已经被广泛的使用。尤其是室内装饰中使用范围更大、已广泛运用于灯具、家具、墙面、吊顶、广告材料和艺术造型等等。优点是然石材相比透光板的质量要轻很多,而且硬度高,耐油耐脏耐腐蚀。另外透光板在使用过程中板材不变形,防火抗老化,无辐射,抗渗透等,可根据客户的需求随意弯曲且无缝粘接。
  产品应用范围:主要可用于吊顶、透光背景墙、异型灯饰、灯柱、地面透光立柱、透光吧台、透光艺术品摆放及各种造型别致的台面、摆件等等。在精神生活更加充实的今天,装饰将越来越被重视,人们不断的把艺术构思加入生活,我们的生活也更加丰富多彩!相信在不久的将来,无论家居还是在一些艺术效果较强的场合,透光材料都会有很大的用途!


㈩. 气凝胶


气凝胶好像是专为侠盗罗宾汉准备的,在与诺丁汉郡长爆发冲突前,他可以将气凝胶用在自己的宝弓上。但实际情况是,这种材料已经没有那么多的科幻色彩。气凝胶是一种泡沫玻璃,主要因其用途——温柔地捕获“怀尔德2”号彗星发射的粒子——而为人们所熟知。
玻璃和气凝胶均是基于硅的固体,但后者固体所占比例只有0.02%,余下的均被空气占据。气凝胶的比重只有空气的3倍,因此也有“凝雾”之称。在《吉尼斯世界纪录大全》中,这种神奇材料占据了15个“最”。
绝大多数人可能认为,这些未来派材料让我们的世界变得越来越像一部科幻影片,因此并不是一件坏事,但这些未来派材料绝不能与当前仍停留在制图板上的东西相提并论。我们可以预见的是,当实利主义遭遇未来主义,就会有很酷的事情浮出水面。

用途广泛
  1、制作火星探险宇航服
2002年,美国宇航局成立了一家公司,专门生产更结实更有韧性的气凝胶。美国宇航局现在已经确定,在2018年火星探险时,宇航员们将穿上用新型气凝胶制造的宇航服。该公司的资深科学家马克·克拉杰沃斯基说,只要在宇航服中加入一个18毫米厚的气凝胶层,那么它就能帮助宇航员扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。“这是我见过的最有效的恒温材料。”马克如是说。
  2、防弹不怕被炸
  防弹是新型气凝胶的第二个重要用途。美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试。根据试验室的试验情况来看,如果在金属片上加一层厚约6毫米的气凝胶,那么,就算炸药直接炸中,对金属片也分毫无伤。
3、可处理生态灾难
  环保是新型气凝胶的第三个重要作用。科学家们将气凝胶亲切地称为“超级海绵”,因为其表面有成百上千万的小孔,所以是非常理想的吸附水中污染物的材料。美国科学家新发明的气凝胶现在居然能吸出水中的铅和水银。据这位科学家称,这种气凝胶是处理生态灾难的绝好材料,比如说1996年“海上快车”油轮沉没后,72000吨原油外泄,如果当时用上这种材料的话,那么就不会导致整个海岸受到严重的污染。
4、网球拍击球能力更强
  新型气凝胶也将步入我们每个人的未来日常生活。比如说美国的Dunlop体育器材公司已经成功研发了气凝胶制成的网球拍。这种网球拍据说击球的能力更强;今年年初,66岁的鲍博·斯托克成为第一个用气凝胶建房子的英国人:“保温加热的效果非常好,我将空调的温度下降了5℃,结果室内的温度仍然非常舒适。”登山者也对气凝胶的运用充满了希望。英国登山家安尼·帕尔门特去年登珠峰时所穿的鞋子就是用气凝胶制成的,他的睡袋里也有一层这种新材料。


来源:网络

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