分享 | 5种新材料：比不锈钢锋利的超级木材、摔不碎的玻璃

2021-12-22 14:02:13 作者：材易通来源：材易通分享至：

为高超音速飞行降温的燃料？定制化“电疗”对抗抑郁症？既导热又隔热的神奇材料……每时每刻，全世界都有很多人在为更高效的未来做出努力，利用科技创造发明来实现未来航空，精准医疗，能源转型。

燃烧降温两不误

图片来源：澳大利亚皇家墨尔本理工大学

高超音速飞机是指飞行速度大于5倍音速的飞机，它能大幅缩短旅行时间，但目前还仅存在于科学家的实验中。要实现高超音速飞行，最亟待解决的技术挑战之一，是高速飞行与空气摩擦产生的超高热量。

近日，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研究人员对此有了新的突破。他们使用3D打印开发出一种“微型化学反应器”，这种换热催化装置有望使发动机燃料在为飞机提供动力的同时，具备冷却剂的功效，为高超音速飞行降温。

研究人员使用3D打印技术制造出反应器的各个部件，并在其表面涂覆了一层沸石，而金属和沸石在融合之后能让催化过程变得非常高效。研究人员表示：“随着技术进一步的发展，我们希望这种新一代的超高效3D打印催化剂可以用于应对过热这一工业中永恒的挑战。”下一阶段，他们计划使用特殊X-射线成像等更多先进技术，以进一步优化其结构。

未来航空，一天环游世界不是梦～

精准抗击抑郁症

图片来源：美国加州大学旧金山分校

抑郁症作为一种心理疾病，可能伴随终身并且威胁生命健康。美国预防自杀基金会认为抑郁症是导致自杀的主要因素之一，然而严重的抑郁症目前还没有找到通行的有效治疗药物和手段。

日前，美国加州大学旧金山分校神经科学家开发了一项精准“深层脑刺激”（DBS）电疗技术，成功改善了一位严重抑郁症患者的症状。科学家团队首先找到患者大脑中的“抑郁电路”和相关的神经生物标记物，将带有两个电极的DBS设备植入，当电极一端发现生物标记就会发出电脉冲，从而有效阻断导致抑郁症状的信号。

每个人的大脑和神经回路构造都是独一无二的，研究人员称：“在此之前，精神病学领域还没有能力做这种个性化的治疗。这一突破展示了个性化诊疗巨大的潜力和前景。”

精准医疗，为每一位抑郁症患者带来希望之光~

既能导热又能隔热的新奇材料

图片来源：芝加哥大学

利用太阳能等清洁热能转化为电能，是我们向低碳能源转型的重要方法之一。例如NASA的火星探测器，它通过热传导发电机提供动力，但过多的热量可能损坏电池和电子部件。同时具备优秀导热性和隔热性的材料在自然界中并不存在，因此热量管理一直是困扰工程师的一大难题。

近日，芝加哥大学的研究人员就发明了一种新材料，赋予了它特殊的导热和隔热性能。他们将超薄的晶体材料层层堆叠，每层的晶体原子按单一方向排列，但随机旋转每片材料，在每个平面上，晶体都呈现有序的朝向，但是在纵向上，却是无序的。该团队研究人员Shi En Kim说，它就像一个还没整理好的魔方，不同的层面朝一个随机的方向错开。在测试时，研究人员发现热量可以在这种材料平面方向上顺利传递，但是在垂直方向上，这种材料具有良好的隔热性能。这项成果将为研发各种创新材料开辟全新方向。

这种既能隔绝热量，保护敏感的电子部件，又能传导热量，高效利用热能的材料，为节能减碳的探索增加了更多想象空间。

能源转型，创新一小步～

比不锈钢锋利的“超级木材”

图片来源：论文作者Bo Chen等

日常使用的餐具刀，一般由不锈钢或陶瓷制成，但美国马里兰大学的工程师创造出一种新方法使用木材制作刀具。这样制成的餐刀，其锋利程度是钢制刀具的3倍，切牛排可毫无压力。

提高木材强度的方法分为两步。首先研究团队将木材在化学溶液中加热至100摄氏度，减少其中木质素的含量但保留了纤维素。该研究的负责人Teng Li教授说：“纤维素是木材的主要成分，它的强度与密度高于大多数工程材料，如陶瓷、金属和各类聚合物（钛合金），但我们对木材的现有应用完全没有开发出它的全部潜力。”第二步，科学家们将木材压缩、加热烘干以除去水分。这样制作出来的硬化木材是天然材料硬度的23倍，还消除了天然木材的缺陷。

这种硬化木材不仅适用于日常生活中，它在高性能材料应用领域有巨大的潜力。另外，使用木材这样的可再生资源，和更可持续的制造工艺，可以帮助我们创造一个更低碳的未来。

可再生环保餐刀，买它～

摔不碎的玻璃

图片来源：麦吉尔大学

现代生活被各种电子屏幕环绕，而电子屏幕最主要材料之一为玻璃。因此，坚固而有韧性的玻璃，是未来更有科技感的电子设备发展的根基。

加拿大麦吉尔大学的科学家从自然中汲取灵感，受到软体动物外壳内层的启发，制造出一种更坚固且有韧性的新型玻璃亚克力复合材料。软体动物贝壳的内层物质，通常叫珍珠母，由平行排列的六角形霰石层（一种碳酸钙）构成，其砖块状的结构排列，可使珍珠母达到几乎和硅一样的硬度。科学家在研究了它的微观结构后，用玻璃薄片和亚克力模拟它的排列形态，一开始制作出了一种非常坚固但不透明的材料。随后，为了透光，他们调整了亚克力的折射率，最终成功研制出真正透明的复合材料。研究人员表示，这种新材料硬度比普通玻璃坚固3倍，抗裂性则提高5倍以上，可为智能手机或其他显示器提供更坚固的屏幕保护。

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