神奇的“变体”材料——金属橡胶

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飞机刚诞生的时候,有些人称呼它为铁鸟,钢铁的身体,却像鸟一样能够飞翔。不过,这个铁鸟的飞翔还是与真实的鸟的飞翔有所不同,至少,飞机不能像鸟一样扇动翅膀。 现在不能,不能代表未来不能。如果在飞机制造上使用某种特殊材料,让飞机扇动翅膀也并非不可能。这种神奇的材料就是金属橡胶。

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制造了金属橡胶的能人,是来自美国弗吉尼亚州的一个科学小组,这个小组的带头人就是材料学和工程学专家理查德•克劳斯教授。该小组用了整整6年的时间,终于使金属橡胶变成了现实。金属橡胶的颜色呈棕褐色,看上去很像褐色的塑料壳。它有许多让人惊叹的特性,比如很好的导电性;还有超强的弹性,把它拉伸到其自身长度的2到3倍,然后一松手,它又会弹回原来状态;这种材料还很坚韧,用化学药品泡它,用火烧它,使劲砸它,在水里煮它,它都不会产生机械性或化学性的退化。当把它加热到370℃的时候,它依然安然无恙,不会燃烧;当把它降温到一110℃时,它依然保持原貌。 这么本领高强的材料是怎样"炼"出来的呢?

制造这种金属橡胶可不是一件容易的事情。科学家们采用了一种全新的纳米技术工艺流程,他们称之为“静电分子自我组装”工艺。科学家形容,这种生产工艺就像人类骨骼的形成一样,通过单个分子在物质表面层叠而成。为了制造金属橡胶,科学家们首先要找到一种可以使分子凝聚的基质,一般使用塑料或玻璃。这些基质被带上正电荷或负电荷后,轮流放入两种不同电荷的溶剂中,一种溶剂为带正电的塑料分子,另一种溶剂为带负电的塑料分子。如果基质带正电,则先同带负电的塑料分子溶剂接触,反之则与带正电的塑料分子产生反应。塑料分子与基质接触后,就在基质表面形成一个分子厚度的分子层。经过在两种溶液中反复科学家将这种制造过程形象地比喻成做蛋糕,一层一层地重叠,最终形成了一个漂亮的生日礼物。

这种材料一问世,人们马上就想到,金属橡胶一个重要的潜在用途就是"变体飞行器材料"让飞机能够在飞行中改变其形状。当然,飞机不一定要像鸟儿一样会扇动翅膀,但是可以让飞机在飞行的时候根据空气动力要求适当地改变机翼的形状,这样的飞行不仅更经济,而且更有效、更安全。因此,还要有和金属橡胶配套的传感器,能够感受外界环境,并做出反应。这方面还需要科研人员在技术上做出突破才行。

除了应用在飞机制造领域,金属橡胶还可以有许多用途。比如,人们设想,利用金属橡胶制造出可以变形的电视机,能够让我们装进口袋里携带;或者用金属橡胶制造出机器人的肌肉,使机器人能够灵活运动,完成更复杂的动作。据说,用金属橡胶制造的智能手套已经在国外问世了。

金属橡胶的其他用途主要是在密封技术和阻尼隔振技术上的应用。在苏-27飞机发动机外部的管路系统均采用金属橡胶隔振卡箍,用金属橡胶材料替代原来的橡胶材料作衬垫,大大提高了卡箍的使用寿命和隔振性能。在涡轮发动机的压缩机调整气体压缩方向装置的叶片结构中, 使用了大量的金属橡胶阻尼元件;俄罗斯HK-89 型火箭发动机的转子弹性阻尼支撑结构,俄Cy-27 飞机的发动机外部管路隔振装置,火箭发动机压力信号发生器隔振装置,空间载人飞船返回舱仪表板隔振装置等多种机器设备中采用了金属橡胶材料。

美国休斯敦大学教授、著名华裔纳米材料专家任志锋领导的一个研究团队,最近开发出一种可像橡皮筋一样循环拉伸而不改变性能的透明电导体。这项成果在柔性电子学和人体可植入设备等领域有着广泛应用。任志锋团队利用自己创造的“纳米晶界加工法”,制备出渔网状、弯曲、宽度精确可控的金属纳米线网络结构,然后将其黏附到由聚二甲基矽氧烷制成的柔性衬底,制成可拉伸、无疲劳特性的透明电导体。

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