每一次新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用都會(huì)給人類(lèi)文明帶來(lái)巨大進(jìn)步。從石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代到硅時(shí)代、碳時(shí)代，新材料對(duì)我們生活的改變?cè)絹?lái)越大。而現(xiàn)在，一大波新材料的橫空出世，將為我們的生活構(gòu)筑起更美好的未來(lái)。

1科學(xué)家研制出新型航天器外層防護(hù)材料

根據(jù)12月1日中國(guó)科學(xué)報(bào)消息，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)研制出一種新型航天器外層防護(hù)材料——聚酰亞胺-納米云母復(fù)合膜。這種新材料由于采用了獨(dú)特的仿生設(shè)計(jì)，其力學(xué)性能和空間惡劣環(huán)境耐受性均得到顯著提升，有望取代現(xiàn)有的聚酰亞胺基復(fù)合膜材料。該成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

聚酰亞胺薄膜因其優(yōu)異的力學(xué)性能、絕佳的熱穩(wěn)定性和突出的耐化學(xué)性，成為太空探測(cè)器“防護(hù)服”的絕佳材料。然而，與其他碳?xì)渚酆衔镆粯樱摬牧显谔窄h(huán)境中極易受到原子氧攻擊，導(dǎo)致其物理和力學(xué)性能急劇下降，目前還沒(méi)有很好的解決手段。此外，宇宙射線(xiàn)輻射和空間碎片撞擊等也給其穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)受天然珍珠母的“磚-泥”層狀結(jié)構(gòu)啟發(fā)，利用云母的優(yōu)越本征特性來(lái)彌補(bǔ)聚酰亞胺的不足。這種設(shè)計(jì)策略不僅實(shí)現(xiàn)了材料力學(xué)性能的有效提升，而且使其上表面對(duì)原子氧、紫外輻射和空間碎片等具有更高的抵抗性能。

研究表明，這種新型仿生復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和表面硬度分別為125兆帕、2.2吉帕和0.37吉帕，比純聚酰亞胺膜分別高出45%、100%和68%。由于獨(dú)特的雙層類(lèi)珍珠母結(jié)構(gòu)以及云母納米片的固有性能優(yōu)勢(shì)，雙層聚酰亞胺-納米云母復(fù)合膜表現(xiàn)出更優(yōu)越的原子氧耐受性，明顯優(yōu)于純聚酰亞胺薄膜、單層類(lèi)珍珠母結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺-云母復(fù)合膜和以往報(bào)道的聚酰亞胺基復(fù)合材料。此外，其抗紫外線(xiàn)老化性和高溫穩(wěn)定性也得到明顯提升。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這項(xiàng)研究提出的獨(dú)特雙層仿珍珠母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略，為設(shè)計(jì)構(gòu)筑其他高性能納米復(fù)合材料提供了新思路。

2MIT團(tuán)隊(duì)找到新型“半固態(tài)”液流電池材料

為了構(gòu)建一套可負(fù)擔(dān)得起的電網(wǎng)儲(chǔ)能解決方案，液流電池裝置也于近年再次引起了研究人員的普遍關(guān)注。

麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種類(lèi)似于軟冰淇淋的新型電極材料，認(rèn)為可將之集成到“半固態(tài)”電池中，從而以更廉價(jià)的方式來(lái)存儲(chǔ)可再生能源。

圖片來(lái)源：Thaneer Narayanan/MIT News

在可再生能源的儲(chǔ)存方面，液流電池是一個(gè)相當(dāng)吸引人的研究方向。與鋰離子電池相比，它們具有靈活、可擴(kuò)展、以及低成本等優(yōu)點(diǎn)。更棒的是，液流電池可將能量?jī)?chǔ)存數(shù)月之久，以填補(bǔ)太陽(yáng)能、風(fēng)能的峰谷缺口。而MIT研究團(tuán)隊(duì)的新方案，又將成本發(fā)揮到更加極致的狀態(tài)。

研究作者Thaneer MalaiNarayanan表示：“我們開(kāi)展了全面且自上而下的分析、并考慮了各種權(quán)衡，以了解電池的成分到底對(duì)性能和成本有多大影響。結(jié)果證明，我們的系統(tǒng)較其它對(duì)照組都更便宜，且能夠靈活擴(kuò)大規(guī)?！?。

3新聚合物將硅砂結(jié)合成復(fù)合材料

由橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的研究人員設(shè)計(jì)了一種新型聚合物，以粘結(jié)并增強(qiáng)硅砂，用于粘合劑噴射式增材制造。這是一種3D打印方法，在工業(yè)中用于原型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)部件。

ORNL團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種聚乙烯亞胺(PEI)粘合劑，與傳統(tǒng)粘合劑相比，它可將砂件的強(qiáng)度提高一倍。

圖片來(lái)源：ORNL

通過(guò)粘合劑噴射打印的部件，最初從打印床移出時(shí)是多孔的。通過(guò)滲透設(shè)計(jì)，額外加入一種名為氰基丙烯酸鹽的強(qiáng)膠材料，可以填補(bǔ)縫隙并提高強(qiáng)度。在第一步的基礎(chǔ)上，第二步的強(qiáng)度增加了8倍，使聚合物砂復(fù)合材料比其他任何已知的建筑材料(包括磚石)都更堅(jiān)固。

該項(xiàng)目的首席研究員Tomonori Saito表示：“很少有聚合物適合用作此類(lèi)應(yīng)用的粘合劑。研究人員一直在尋找能實(shí)現(xiàn)更佳效果的特殊性質(zhì)，比如溶解性。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，PEI粘合劑具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，可以與氰基丙烯酸鹽發(fā)生反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)卓越的強(qiáng)度?！?

超高強(qiáng)度砂的潛在應(yīng)用之一是先進(jìn)的復(fù)合材料制造模具。硅砂是一種容易獲得的低成本材料，在汽車(chē)和航空航天領(lǐng)域日益受到歡迎，可用于制造復(fù)合材料部件。例如，利用3D打印的砂芯或“模具”，包裹碳纖維或玻璃纖維等輕質(zhì)材料，然后加熱固化。硅砂比較適合用作模具，因其在加熱時(shí)不會(huì)改變尺寸，而且在可清洗模具中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在復(fù)合材料應(yīng)用中，使用水溶性粘合劑來(lái)構(gòu)建砂模，具有重要意義，因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)自來(lái)水進(jìn)行簡(jiǎn)單的沖刷去除砂粒，留下中空的復(fù)合材料形式。主要研究人員Dustin Gilmer表示：“為了確保模具部件的準(zhǔn)確度，需要一種在加工過(guò)程中不會(huì)改變形狀的材料，因此硅砂很被看好。挑戰(zhàn)在于克服砂件的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)?！?

4NTNU研究出新型蜘蛛絲彈性材料

圖片來(lái)源：前瞻網(wǎng)

受超強(qiáng)蛛絲的啟發(fā)，新西蘭科技大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新材料，該材料克服了在韌性和剛度之間進(jìn)行權(quán)衡的問(wèn)題。

新材料是一種被稱(chēng)為彈性體的聚合物，具有橡膠一樣的彈性。這種新開(kāi)發(fā)的極具彈性的聚合物特點(diǎn)是分子在一個(gè)重復(fù)單元中有八個(gè)氫鍵，正是這些氫鍵幫助均勻分配施加在材料上的應(yīng)力，使其如此耐用。

NTNU結(jié)構(gòu)工程系力學(xué)與材料教授Zhiliang Zhang說(shuō)：“這八個(gè)氫鍵是這種非凡力學(xué)性能的起源?！?

科學(xué)家們此前已經(jīng)注意到，蜘蛛絲——特別是提供蛛網(wǎng)輻條和外緣的拖絲——異常堅(jiān)硬和堅(jiān)韌。剛度和韌性在工程中是截然不同的性質(zhì)，往往對(duì)立。堅(jiān)硬的材料在變形前可以承受很大的壓力，而堅(jiān)硬的材料在斷裂前可以吸收大量的能量。例如，玻璃雖然堅(jiān)硬，但并不堅(jiān)硬。

除了機(jī)械性能，這種材料還是透明的，研究表明它甚至可以在80°C以上的溫度下實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。如果產(chǎn)量能夠擴(kuò)大，這種新材料有一天可能會(huì)用于柔性電子產(chǎn)品，特別是易損壞和破損的可穿戴設(shè)備上。

此外，研究人員還希望擴(kuò)展這種材料的性能，使其具有防冰(在低溫下防止冰粘在上面)和防污染(防止貽貝和藻類(lèi)等水生生物附著在上面)的特性，這樣它就可以在惡劣條件下使用，比如北極。

5木材廢料可用于可再生/可回收的熱固性塑料替代品

大多數(shù)熱固性樹(shù)脂不僅由不可再生的成分制成，而且還很難回收。瑞典科學(xué)家已經(jīng)著手解決這些問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)了一種新的可以多次重復(fù)使用的木質(zhì)素基熱固性材料。

木質(zhì)素是一種有機(jī)聚合物，構(gòu)成了包括樹(shù)木在內(nèi)的植物的大部分支撐組織。它也是紙漿和造紙業(yè)的一種副產(chǎn)品，曾被提出用于更便宜的電池、廢棄的碳纖維和更強(qiáng)的混凝土等領(lǐng)域中。

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

斯德哥爾摩大學(xué)的研究人員將木質(zhì)素與一種從乙二醇中提取的無(wú)毒交聯(lián)化學(xué)品結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出了一種具有與傳統(tǒng)熱固性樹(shù)脂很相似的特性材料。該材料不需要事先對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行化學(xué)改變，只需與交聯(lián)劑一起被"煮"過(guò)，便可通過(guò)傳統(tǒng)的鑄造或注射成型技術(shù)形成多種形狀，可以說(shuō)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單環(huán)保。

研究人員通過(guò)改變木質(zhì)素與交聯(lián)劑的比例，可以來(lái)調(diào)整該材料的特性——它可以是軟而堅(jiān)韌的，也可以是硬而脆的。此外，它還可以被熱分解并多次重復(fù)使用，仍保持良好的機(jī)械強(qiáng)度，這樣的特性據(jù)說(shuō)能與現(xiàn)有的工程塑料相媲美。

6新的碳纖維復(fù)合材料可利用熱能進(jìn)行愈合

華盛頓大學(xué)教授Aniruddh Vashisth開(kāi)發(fā)了一種新的、非常堅(jiān)固的、輕型的碳纖維復(fù)合材料。對(duì)于目前的碳纖維材料來(lái)說(shuō)，一旦被損壞，基本上是不可能修復(fù)或回收的。而這種新的碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)的碳纖維不同，它可以被反復(fù)修復(fù)。

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新的碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)的碳纖維一樣堅(jiān)固，但有一個(gè)好處，那就是可以利用熱量反復(fù)修復(fù)，即熱量可以逆轉(zhuǎn)材料的任何疲勞損傷，當(dāng)材料需要回收時(shí)，它也可以被用來(lái)分解。

由于傳統(tǒng)的碳纖維無(wú)法被回收，開(kāi)發(fā)一種可以使用傳統(tǒng)熱源或射頻加熱進(jìn)行回收或修復(fù)的材料是一項(xiàng)關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)。

改變未來(lái)的更好時(shí)機(jī)就是現(xiàn)在。相信隨著科技的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多讓人意想不到的新材料出現(xiàn)在我們的生活中，助力人類(lèi)構(gòu)筑更美好的明天。