将改变未来制造业的九种材料

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研究人员正在致力于开发先进的泡沫、涂料、金属和其他物质使我们的房屋、汽车、电子产品更节能和环保。 制造业的未来取决于一系列技术突破，如机器人,传感器和高性能计算机等等。但是未来的制造业将使用什么样的材料呢？

1仿生塑料


轻便的足以飞行，纤薄的足以伸缩，坚韧的足以保护主体，科学家发现在苍蝇和蝗虫的外骨骼处，自然昆虫表皮在不增加重量和体积的情况下，可以为主体提供保护。哈佛大学威斯生物工程研究所的研究员已经开发出一种叫做Shrilk的材料，它能复制昆虫表皮的强度，耐久性和多样性。Shrilk名称是由废弃虾壳中提取的甲壳素和蚕丝中得到的丝素蛋白合成的而得来，它可以做成可迅速降解的垃圾袋，包装袋和尿布。作为一个非常强大的，具有生物相容性的材料，它可以用于承载高负荷的伤口缝合，如疝修补术或作为组织再生支架。

来自威斯研究院，哈佛大学

2超薄铂


氢燃料电池汽车未来将成为环保交通工具，由于他们使用贵金属铂促进发电细胞内的化学反应，所以价格比较昂贵。快速、廉价的超薄层沉积铂的新方法可能会减少用于燃料电池催化剂的金属量，从而显著的降低他们的成本。目前使用的原子沉积法制备应用原子厚层铂的方法是缓慢复杂的。根据美国国家标准与技术研究所，新的方法是廉价和容易实现的。从本质上讲，溶解在溶液中的铂是通过交替地施加正电压和负电压在单原子厚层沉积的。重复可以快速方便地构建所需的任何原子层厚。这里显示的是扫描隧道对沉积在金上5秒后的铂超薄膜层的显微图像。黑暗的区域是暴露的金片，尚未覆盖铂。

来自Gokcen/美国国家标准与技术研究所

3便宜，轻便的碳纤维


未来的汽车行业需要更加轻便的，坚韧的碳纤维复合材料结构去提高效率和行驶里程；但是更便宜的碳纤维才能占据市场。一个国家实验室，产业界和学术界的联盟组织正在橡树岭国家实验室的碳纤维技术设施中心，致力于攻克制备廉价的碳纤维的难题。美国能源部给橡树岭3.5亿美金建立并维持实验室运作，其中将包括一个能够生产高达每年25吨新的碳纤维材料试验厂。上图是一个用于制造碳纤维的聚合树脂。

来自橡树岭国家实验室

4巨型磁铁


由于其强大的磁性，稀土材料是制造风力涡轮机，电动和混合动力汽车，电子消费品的主要材料。但是他们也非常昂贵，并且大部分都产自于中国。据电子能源公司的消息，因为电动马达使用磁铁将电能转化为机械能，烧结的稀土永磁体能以极小的尺寸产生令人难以置信的强磁场领域，为生厂商提供生产更小，更轻的汽车的可能。该公司已于特拉华大学合作，开发新的制造工艺，从而达到提高烧结稀土永磁体电阻率30%的目标。这个目标旨在增加电阻率的同时，减小发动机的效率损失，即使当发动机运转到最大速度时。这里展示的是一块镀镍钕磁体，这是一种最广泛使用的稀土磁铁类型。

来自images-of-elements.com，维基共享资源

5可设计的纳米晶体


三位芝加哥的化学家已经开发了将他们所谓的“可设计原子”组装进入新材料中以达到其具有广泛的潜在性能和价值的新途径。这些可设计的原子就是纳米晶体，微小的晶体阵列足够小，新的量子现象开始出现并且强大到能够为新的功能材料和基质提供积块，新的材料可以捕获太阳能并提供量子计算。图片是化学副教授格雷戈恩格尔调正在利用飞秒激光系统分析纳米晶体之间的耦合。

来自芝加哥大学/克里斯强

6非常坚硬的涂层


来自橡树岭和劳伦斯/利弗莫尔国家实验室，科罗拉多州矿业大学和其他地方的工程师已经设计了一款应用于工业钻头，孔和刀具的高性能的铁基的玻璃合金涂层，它能使设备即使在重负载下也难以断裂。纳米SHIELD涂层-（全称是纳米超硬廉价激光沉积涂层）需要激光去熔化合金粉体去沉积在刀具和其他的隧道工具上。这种涂层的花费远小于如碳化钨-钴的传统材料，并且它们的耐磨性能提高隧道掘进过程的效率。

来自橡树岭国家实验室

7消耗变为能量的热电材料


西北大学和密西根州立大学的科学家已经证实了一个能有效的将耗热转化为电力的热电材料。如果你考虑到会有三分之二的能量被热耗，这将会是一件振奋人心的消息。但是现存的低效率的热电材料限制了他的商业应用。这个记录设定环境稳定的公式是预期将15%至20%的热耗转换为有用的电能，从而实现更大的工业用电。耗热循环系统一直备受关注，例如应用于汽车尾气管，或玻璃和制砖工厂，炼油厂，火力发电厂以及大型运输船和油轮。

来自通用汽车

8电子墨水


量子电子魔法可以使陌生但是有用的半导体在内部是绝缘的而在外部是导电的。该材料作为绝缘体，可以阻止电子流而其表面确是个很好的类似于金属导体的导体，能够允许电子以近乎光速的速度自由移动而不像正常材料那样受到杂质的影响。无金属导电油墨将在印刷电子材料中发挥作用，从而应用于显示屏，传感器和电池。例如，伊利诺伊大学的研究人员就创造了银基电墨，当它蒸发时就会留下一路导电材料。新配方比传统电子墨水简单，结合了很多材料能使用简单的桌面设备在较低的环境下打印。

来自伊利诺伊大学/布雷特沃克

9真菌泡沫


出于最初设想作为一个符合成本效益，环保，高性能的替代发泡胶，Ecovative设计公司用农作物肥料（植物秸秆，水稻和小麦壳）制造它们的蘑菇包装和蘑菇跟结合在一起（称为菌丝体）。现在公司正在调整其蘑菇材料生产可降解的石油基塑料泡沫替代品，用于汽车保险杠，门，屋顶，发动机托架，轮船外壳，仪表盘和座椅。其他的潜在用途还包括桌面，冲浪板和衣服。

来自mycobond, Flickr

本文来源：scientificamerican  由材料＋糖果翻译