即将改变世界的“超材料”

通过改变材料的结构，我们可以操纵材料的外观和其他性质。接下来，科学家希望改变材料的机械性能。目前，我们已经看到了这些材料的许多想法、设计和初步应用，包括弹性陶瓷、隐形斗篷和可编程橡胶海绵。这些新材料的出现将有助于建造航天器的防护瓦片，甚至开发对地形敏感的鞋子。

“我认为超材料的概念已经逐渐渗透到许多不同的领域，”德国卡尔斯鲁厄理工学院的马丁·魏格纳教授说。起初，它引起了电磁学的热潮，然后它进入了完全不同的领域，如热力学，然后是机械力学

魏格纳教授介绍说，“超材料”一词已经被用来指代几乎所有奇怪和神奇的设计，这些设计通常具有不寻常的特性，并且在原始材料中是无法获得的。

感觉不到的

魏格纳教授研究斗篷，但不是为了让物体隐形。他的目的是隐藏体力。去年，他的实验室开发了一种能使物体隐形的蜂窝状材料。这种特殊的超材料是一种固体晶格，在某些性质上类似于液体，可以偏转外部施加的压力。

一小块蜂窝材料将圆柱体隐藏起来，这样手指就感觉不到了。

在演示中，超材料可以隐藏一个非常小的圆柱体(直径小于1毫米)，手指无法感觉到。来自法国的物理学家和工程师提到了魏格纳和其他人的工作。他们指出，通过按照一定的模式小心谨慎地钻探，破坏性的地震波动可以被转移。换句话说，这是将地面本身变成某种超材料，这可能保护发电厂免受地震的威胁。

在美国物理学会3月份的会议上，魏格纳教授展示了他的最新研究成果，包括一种超材料，这种材料可以使平板中心的小孔隐形。他说:“这里的设计原则是，你可以把它应用到任何你需要的地方。”

固定鞋底

同样在美国物理学会的三月会议上，荷兰莱顿大学的博士研究生巴斯蒂安·弗洛里安介绍了他的研究成果。他称之为世界上第一种机械力学中的“可编程”材料。

从外观上看，这种材料看起来像一个多孔橡胶板，似乎没有多少科技含量。然而，这些孔有两种规格，实际上是专门设计的，可以在纵向和横向压缩。这个方向的改变是通过添加一个小剪辑来实现的。

因此，我们最终得到的是一块超大的海绵。在挤压过程中，它的质地可能非常硬，非常软，或者介于两者之间。如果它在向柔软形态转变的过程中仍然处于压力之下，它就会表现出所谓的“负刚度”特性。弗罗林说这个属性很奇怪，他还没有想到如何应用它。

伯托·迪教授正在研究一种可以用来改进发动机零件的金属超材料。

然而，这种橡胶板的另一个特点可能非常有用:它能吸收能量。“想象一下，你可以设计一个汽车保险杠。如果你开车去一个有很多孩子的地方，你想要一个非常柔软的保险杠，”弗罗林说。"但是如果你在高速公路上开快车，你会认为它足够强劲."目前，弗罗林和他的同事也与制鞋企业取得了联系，希望生产根据不同地形调整的鞋子。

拯救引擎

哈佛大学的卡蒂亚·伯托教授也在研究一种类似的奇怪弹性材料，据说这种材料的泊松比是负的。这意味着在压缩过程中，材料会从各个方向收缩，而不是被挤压到另外两侧，变得又宽又平。拉伸的同时，它也向各个方向延伸。伯托迪教授的团队已经开发出这种材料的多种有用特性，包括在受到挤压时吸收不同频率声音的能力。

这种类似橡胶的材料具有可编程的硬度特性。

泊松比也影响金属疲劳。伯托·迪教授曾与罗尔斯·罗伊斯公司合作，设计出具有复杂狭缝结构的发动机零件，能够承受更多的压缩循环。类似的原则可以进一步应用到日常生活中。伯托迪教授说，为了获得独特的性能，我们可以开发复合结构建筑砖或使用普通砖，但以某种特殊的方式将它们结合起来。

回弹陶瓷管

加州理工学院的一个团队开发了非常奇怪的陶瓷材料。他们制造了非常小的陶瓷产品，压缩到50%后可以回弹。研究小组采用的技术可以一次构建一层原子材料，从而形成一个中空陶瓷管网络。这些陶瓷管的壁只有几纳米厚(1纳米是百万分之一毫米)，整个产品的厚度甚至比一张纸还薄。

这种陶瓷材料的设计使用晶格技术，有点像埃菲尔铁塔。

他们使用的原材料是氧化铝，它比钢更坚固，但是像大多数陶瓷材料一样，它非常脆。然而，在陶瓷管壁厚度合适的情况下，这些微小样品可以从重打击中恢复。虽然离实际应用还很远，但只要有足够的投资，我相信这种陶瓷材料可以在某些领域发挥重要作用。例如，航天器或飞机发动机可以用瓷砖而不是金属盖隔热。