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材料也有“科技范”下

栏目:都市热点    来源:搜狐    作者:竹隐    发布时间:2018-03-15 16:12

【新兴材料技术正以前所未有的规模改变着全球行业格局,全新机遇从中涌现】

□于雪

5. 刀枪不入的涂料

Line-X是由聚氨酯橡胶构成的保护涂层,由等量的树脂和固化剂混合形成。混合后3-5秒,涂层就会干掉,形成的保护层材质跟工作靴的鞋帮子差不多。据说任何东西涂上它都刀枪不入、坚不可摧,比如西瓜涂上之后能抵抗锤子的猛击,还让以卵击石变为可能。鸡蛋涂上之后,从高处往下扔,竟然不会裂,还能像皮球一样弹起。

Line-X是一种多用途的喷涂材料,几乎可以为任何基底,如金属、混凝土、玻璃纤维和木材提供优异的保护涂装。对于抗腐蚀、抗磨损、抗冲击等性能有极高要求的各行各业,尤其是军事、汽车领域,以及在需要严密保护并延长使用寿命的重要商业设施上,Line-X保护涂料具有近乎无限的应用潜力。在“911”事件后,Line-X成为美国五角大楼唯一指定的军方专用防爆弹性涂料。海军陆战队的悍马,部分美军的防弹背心都采用了这一技术。更为难得的是,Line-X涂料不含任何有机溶剂,也就是说不会对空气和环境产生有害物质。

4.抗震水泥

即使再坚固的混凝土,在风雨侵蚀下也迟早会开裂,这甚至会导致建筑物倒塌。来自荷兰的微生物学家赫德里克·乔克思(HendrikJonkers)灵光乍现——能否用细菌让混凝土自行修复?经过无数次实验,他终于发明出生物混凝土Bio-concerte。它依托于芽孢杆菌的神奇生命力,这种细菌产生的孢子能在没有食物和氧气的情况下存活200年之久。他将作为细菌营养来源的乳酸钙混合搅拌成混凝土,若混凝土开裂,雨水渗透进去,休眠中的细菌通过代谢,把钙和碳酸离子结合,形成石灰石,逐渐弥合裂缝。但是面对地震这种具有强大破坏能力的自然灾害,也是无能为力。

为了提高现有建筑的抗震能力,加拿大不列颠哥伦比亚大学的一群科学家研发出一种更为神奇的抗震水泥。这种新型混凝土由聚合物纤维、水泥、飞灰以及其他工业添加剂制成,具有高度的坚固性、韧性及延展性。只需将它喷涂在墙壁上,就能够大大增强墙体的抗震性能。实验数据显示,涂上10毫米厚的抗震水泥,就可以抵挡住9级地震。此外,它还是一种环保型混凝土。抗震水泥使用飞灰替代了70%的水泥,大大降低了对水泥的需求量。因此也就减少了由于生产水泥而产生的二氧化碳排放。目前,这款材料将已经在温哥华的一所小学率先试用。

3.能屈能伸的材料

有一种材料P4U,在常规状态下是柔软的,却能防住突然的受力撞击,在遇到强烈冲击和刺激时就会变硬。名字取自“protectionfor you”的谐音,P4U是中国科学家自主研发的新型材料,它是一种可对环境感知、响应,并且具有发现能力的材料。它通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有生物所赋予的高级功能:如自修复与自增殖能力、认识与鉴别能力、刺激响应与环境应变能力等。P4U智能材料为非牛顿流体物质,在常态下保持松弛的状态,柔软而具有弹性,一旦遭到剧烈碰撞或冲击的时候,分子间立刻相互锁定,迅速收紧变硬从而消化外力,形成一层防护层。当外力消失后,材料会恢复到它最初的松弛软弹状态。它可以在瞬间对不同的冲击情况作出不同的反应。

P4U是一种新型智能减振吸能材料,可广泛应用于运动防护、电子设备、汽车减振、建筑桥梁等领域。以鞋垫为例,P4U鞋垫的回弹指数为6,普通EVA鞋垫的回弹指数为46,减震吸能性能可达普通鞋垫8倍,能有效减轻对膝盖的伤害。又如在军警防护方面,每年全球各国军警所用防护垫片市场容量非常庞大。

2.能吃的塑料袋

塑料袋被称为“20世纪最糟糕的发明”,全世界使用量更是达到惊人的一年5000亿个,已经造成了大面积的海洋污染和陆地污染。而现在能吃的环保塑料袋已经出现。

发明者阿什瓦思·赫奇(AshwathHedge)年仅24岁,出生在印度芒格洛尔的郊区。那里垃圾成山,他的童年深受废弃塑料袋的影响。印度每天产生的塑料废弃物高达15000吨,其中有6000吨得不到任何形式的收集和处理就任其飘荡在野外。阿什瓦思·赫奇为了改变这种环境,他从塑料袋本身的材料出发,花了4年时间,做了上千次实验,终于发现了最佳的原料和配方比例,制成无污染且可食用的新型塑料袋。这款塑料袋由红薯、玉米、马铃薯与植物油等12种可食用原料做成100%“有机食品”,就连印刷的油墨都是可以吃的。不仅如此,它的韧性和耐用性不输普通塑料袋,装满重物也没破损的问题。即使焚烧,既没有刺激性气味,也不会产生有毒气体。更重要的是,它具有生物可降解性,在野外180天就可自然降解。埋进土里45天,或扔进水中1天,或在沸水中15秒,就可以完全溶解。

众所周知,生产完全无污染的绿色产品,成本往往会翻几倍不止,但阿什瓦思·赫奇发明的塑料袋,成本仅仅比普通塑料袋高出35%。塑料袋虽小,却足以改变世界。

1.点沙成土的粘合剂

防沙治沙是世界难题,多少年来,全球科学家们为此犯愁,大漠人对此充满了失望。而今天,中国科学家终于将这个梦想变为现实。

重庆交通大学教授易志坚在对断裂与损伤力学进行研究时,发现了“物质的颗粒约束决定物质的状态”这一原理,而对此最神奇的体现就是土壤。土壤在含水时处于流变状态,而干燥的时候处于固体状态,这两种力学状态之间能够相互稳定转换。无论是在流变状态还是固体状态下,土壤颗粒之间都存在约束,能够结合成团,与离散沙子形成鲜明对比。土壤的力学特性,赋予了土壤两大生态力学属性:“自修复”和“自调节”。“自修复”是指土壤在固体状态下发生破坏后,能够转换到流变状态下修复;“自调节”则指土壤颗粒排列无论怎么改变,土壤颗粒之间结合力始终存在。因为自修复性,土壤在固体状态下发生破坏、断裂等任何破坏,均能在流变状态下得到修复,才能生生不息、年复一年地生长植物;因为有了自调节属性,才能让植物根系进入土壤自身让其生长。如果土壤自修复属性丧失,往往就出现两个极端的退化形式——土壤板结和土壤沙化。如果没有自调节属性,土壤就不能成为植物载体。土壤能够在流变和固体两种状态之间转换的“秘密”就是:土壤颗粒之间存在万向结合约束(简称“ODI约束”)并能够转换为团结约束。土壤沙化,根本原因就是失去了ODI约束,处于一种离散状态,丧失了自修复和自调节的能力。若要将沙子变成土壤,就需要重新赋予其ODI约束。易志坚团队就是从这个原理上来研究并实现“沙变土”的。

易志坚带领研究团队经过7年的反复试验,研发出一种可以让沙漠变成土壤的黏合剂,这是一种从植物中提取的植物纤维粘合剂。只要把这种粘合剂放到沙里,再添加适量的水,沙子就可以变得拥有生态力学属性,使得沙粒像土壤一样能从任何方向结合。而约束属性和孔隙结构,则保证了“沙变土”具有存储水分、养分和空气的功能,同时能滋生微生物。这种粘合剂能赋予沙粒一种约束,把水倒进沙坑里再也不会轻易流失了。

这项伟大的发明可以让沙漠变良田,中国科研团队已经在内蒙古阿拉善盟的25亩沙漠里进行了实地实验,并取得成功。未来,我们将会看到越来越多的沙漠逐渐变成绿洲。

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