【中玻網】多種新材料即將改變世界

　　記憶玻璃、蝦絲、自我修正的高分子材料、氣凝膠、方鈷礦、人工骨髓、納米電源、木材、新型甲骨，你知道這些新材料嗎?他們可能在未來的若干年改變我們的生活。

　　比如，人工骨髓可以為白血病的治療提供新希望;指甲蓋大小的記憶玻璃能存一座圖書館信息;替代塑料又環保的蝦絲……

　　下面，我們來看看其中的幾種“奇材”。

　　記憶玻璃可逃避核爆開的摧毀

　　早在1996年，美國哈佛大學的物理學家就設想，將信息寫入一種耐久的、類似玻璃的透明材料。玻璃能抵抗高溫的炙烤、化學物質的腐蝕和機械力的損傷，甚至還有防彈功能。

　　科學家為實現這一設想著實下了一番功夫，倒不是玻璃難造，而是激光束難以準確控制，稍不注意，刻出的微小圖案就有差錯。好在這個問題在剛過去的2014年得到了解決。日本一家公司一聽說這個成果，就迫不及待地想抓住機遇，要將這一技術用于熔融石英(一種類似玻璃的材料)，開發新型信息存儲產品，計劃2015年推向市場。

　　英國物理學家卡贊斯基也對這個技術感興趣。他考慮能否在石英上刻出同時帶有5種信息的刻痕，也就是不僅反映三維空間(長、寬、深)的變化，還記錄入射激光脈沖的強度和偏振性。這樣信息儲存密度比日本這家公司的高8倍，可以在指甲大小的石英材料上保存萬億字節的信息，即可以存500萬本每本10萬字的書，差不多可以將一座大型圖書館塞進2個“指甲”。而且，卡贊斯基依據測試結果推測，這種材料所儲存的信息可以耐1000℃高溫，可以逃過核爆開的損毀，可以安然保存100億年，“這個壽命差不多與目前市場同在，與日月同輝……”卡贊斯基驕傲地說。

　　記憶玻璃技術投入實際應用后，警方可以在1個“指甲”內追蹤案犯若干年前的行蹤。此外，氣象臺可以在“指甲”內追蹤地球上的風云變幻，未來的人類乃至外星人也能借助這種技術了解我們這幾代人的生活狀態和文明成果。

　　自我修正的高分子材料汽車能自我修正刮痕

　　想象一下：汽車能自我修正刮痕，不需再次噴漆，不用織補沙發座椅;大橋不會老舊，橋墩和橋梁能自我翻新;飛機的機翼和機身能不斷自我更新，永不磨損和銹蝕，乘坐永遠舒適、安全。

　　2001年，美國工程師斯科特·懷特研制了一種類似塑料的材料。它由很多微型膠囊構成，一旦某處出現裂痕或空洞，里面的微型膠囊就會破裂，向破損處釋放具有修正作用的試劑，使裂痕得到修正，材料再次聚合。懷特將這項技術產業化，做成涂層，用來保護各種設備，從橋梁到直升機旋翼，使其免遭惡劣環境的侵害。

　　目前絕大多數自我修正高分子材料只能修正很小的裂紋或凹痕，寬度大概100微米，相當于一根頭發絲的直徑。2014年初，懷特的研究團隊宣布發明了一種可修正3厘米寬裂痕的材料。目前這種材料實現大規模生產還有很多路要走。不過，只要科學家努把力，再加上些研究經費，10年內有可能造出靠前種實用的修正大尺寸裂紋的自我修正材料。

　　人工骨髓 白血病患者可用于移植骨髓

　　骨髓既是重要的造血器官，又是重要的免疫器官。如此重要的器官，一旦發生病變，問題就很嚴重。白血病就是一類造血干細胞異常的惡性疾病。

　　德國圖賓根大學的科學家考慮，可否研制人工骨髓用于白血病患者的移植呢?這一想法的關鍵是模仿造血干細胞生存的復雜微環境，涉及特殊材料和特殊結構。骨髓中造血區域的骨頭高度疏松，類似海綿，這種環境不僅調節造血干細胞和骨髓細胞，而且能實現多種類型細胞之間信號物質的效率高交換。因此，研制人工骨髓既要模仿骨髓的硬環境，又要模仿其他細胞(造血干細胞之外的)組成的軟環境。

　　研究人員在乙二醇液體中加入很細的食鹽，讓乙二醇聚合成半軟半硬的狀態，再放入水中使食鹽溶解，留下食鹽顆粒原來所占的空間，模仿出多孔如海綿的松質骨結構。為了讓這個人工松質骨更容易吸附細胞，他們在聚乙二醇上連接特殊的氨基酸片段，模擬細胞與松質骨間的界面。較后，將造血干細胞和骨髓干細胞混合，一起種入人工松質骨，組裝成年人工骨髓。骨髓干細胞及其后代能分泌多種化學物質，構成造血干細胞需要的化學微環境。經過10天培養，一切如愿，造血干細胞數量和比例大大提升，證明人工骨髓順利研制成功。

　　這種人工骨髓不僅為白血病的治療提供新思路、新希望，也為揭示天然骨髓的一系列特性奠定了技術基礎。

　　納米電源 摩擦起電能達18伏

　　摩擦起電與靜電是日常生活中非常普遍的現象，但能量很微弱，也很難收集和利用，成為人們忽略的一種能源形式。不過現在不同了，普通人隨手放電很可能成為實現，而且電的來源就是摩擦。

　　美國佐治亞理工學院的華裔科學家王中林教授2006年發現，氧化鋅納米棒受力彎曲時會產生微弱的電壓，于是他想到用納米棒做成納米電源。

　　幾經實驗，有人想到摩擦起電，將摩擦與納米電源聯系起來：將兩塊材料的摩擦面做成齊整密布、具有壓電效應的納米結構。這樣兩塊材料來回摩擦，會產生群體壓電效應，造成群體納米電源疊加。說起來容易做起來難，橫向摩擦很容易損壞納米結構、磨平接觸面。他們的解決方案是，不讓兩塊材料做水平摩擦，而做上下移動。也就是將兩塊材料的納米結構插入對方的縫隙，造成摩擦起電，就像兩只手的手指不斷交叉、分開，來回摩擦。這樣手就是柔性薄膜，手指就是納米電較，在它們間實現摩擦起電，從而創造了電壓達18伏的摩擦納米電源系統。

　　這樣的摩擦式納米電源已經可以為體積很小的微納電子器件供電，可使這樣的器件結構變簡單，生產工藝簡化，制造成本下降，使用壽命延長，利于大規模工業化生產與實際應用。

　　木材 互相插接能建125米高樓

　　把針葉林木材一端做成鋸齒形結構，互相插接，再用膠水加固，既輕巧又堅固，這種材料在建筑領域掀起了應用高潮。澳大利亞墨爾本維多利亞港有一座10層高的建筑叫福泰大廈，2012年建成，就是用木材建成的小樓樓，也是世界上較高的木質結構建筑。不過，這個紀錄很快就要被打破。坐落在挪威卑爾根市的一棟高49米的14層居民樓，也是木材建的，預計2015年下半年就會完工。

　　美國一家有名的建筑公司研究認為，用木頭為主要材料建造一幢125米高的摩天大樓，在技術上完全可行，木頭之外只要輔以高度度的水泥連接即可。經測算，這種建筑的能耗和溫室氣體排放量(碳足跡)只是鋼筋混凝土建筑的25%~40%。

　　英國劍橋大學的植物生物化學家鮑爾·杜普利考慮，可以充分利用植物體內的抗壓結構。

　　杜普利和建筑師以及高分子相關人士組成的團隊已獲得了一筆資助，開展細胞壁分子結構的研究。他們用不同樹種的木材制成樣品，放入磁共振儀內，測定樣品內的化學分子結構。他們的短期目標是找到幾種高分子物質，希望它們注入木材后能起到加固作用;長期目標是希望破譯細胞壁分子結構的信息，從而進一步從遺傳角度設計出強度更高、可用作建造“摩天木樓”的樹木新品種。

　　除了建筑，木材在其他領域也大有用武之地。木材及其衍生品可用于生產生物燃料，也有人設想將其做成柔軟又便宜的紙制品，替代硅制造電子產品——或許未來的電腦將擁有紙做的芯片。

　　新型甲骨 再續文明數千年

　　文字發明以后，人類將信息記錄在動物的骨頭上，形成甲骨文。有趣的是，龜甲和獸骨的化學成分和分子結構與人體骨骼相同，都是羥基磷灰石。近20年來全世界有大量科學家投入研究，人工合成、修飾、加工羥基磷灰石，期望能解除傷者和患者的痛苦。由于天然骨的羥基磷灰石有特殊的納米結構，科學家需要合成納米級羥基磷灰石。在此基礎上，才能仿生制備有活性的人工骨，幫助骨骼迅速恢復健康。

　　中國科學院上海硅酸鹽研究所的科學家朱英杰教授，在用水熱法探索廉價、快速、大量合成羥基磷灰石的研究中，偶然發現得到的納米羥基磷灰石又細又長。朱英杰教授就產生一個大膽的設想，可否合成大量又長又細(保持納米級直徑)的納米線，像紙漿纖維那樣做成大片紙張呢?這樣醫生可以剪取任意大小、任意形狀的紙片，任意疊加厚度，方便輕松地修補奇形怪狀的骨缺損，也許可以就此解決羥基磷灰石臨床應用的較后一道難題。

　　于是朱英杰教授調整配方，輔以超聲波控制合成過程，終于合成長納米線，制造出羥基磷灰石紙。這種紙又白又軟，可折疊，不含任何農業生產體系成分，只是石頭本質(羥基磷灰石嘛)，耐腐蝕，零污染。尤為奇特的是它不怕火，1000℃以上的火焰燒烤，上面書寫的文字也不會消失——這不是人類書寫的較好載體嗎!

　　朱英杰教授希望自己不經意間發明的新書寫載體，從此保全人類文明免于火災，至少可用于需要較久保存的檔案。不過，這種羥基磷灰石紙與人體細胞的“關系”不太好，細胞不太愿意待在紙上繁衍生息。然而，他的成果已經令全世界為之轟動，在發明了與甲骨成分和結構相同的新型書寫載體的成就面前，小小沮喪又何妨?