改變世界？有這些材料可不是說笑！

科學家們在實驗室中研發出了不少意義重大的超級材料，下面來看看這6種材料有何特別之處。

說起業界所謂的「超級材料」，相信不少人首先想到的會是藍寶石。沒錯，這種硬度超高的材料因為蘋果的青睞而備受關注。但除了藍寶石之外，科學家們已經在實驗室中研發出了不少意義重大的超級材料，本文就將對其中的6種進行介紹。

自我修復材料—仿生塑料

人體具備非常強大的自我修復能力，但建築環境卻並不具備這種能力。去年，伊利諾伊大學的ScottWhite研發出了一種具備自我修復能力的仿生塑料。這種聚合物內嵌有一種由液體構成的「血管系統」，當出現破損時，液體就可像血液一樣滲出並結塊。相比其他那些只能修復微小裂痕的材料，這種仿生塑料可以修復最大4毫米寬的裂縫。

熱電材料—熱量清道夫

對於任何一部會使用能源的設備來說，廢熱的產生都是不可避免的。根據估算，人類所使用的所有能源當中有2/3都以廢熱的形式流失了。可要是有辦法能夠捕捉到這些被浪費的能量呢？

去年，一家名為AlphabetEnergy的公司開發出了一種熱點發電機，它可被直接插入普通發電機的排氣管，從而把廢熱轉換成可用的電力。這種發電機使用了一種相對便宜和天然的熱電材料，名為黝銅礦，據稱可達到5-10%的能效。

在實驗室當中，科學家們已經在研究另一種具備可發展前景，甚至能效更高的熱電材料，名為方鈷礦，一種含鈷的礦物。熱電材料目前已經開始了小規模的應用—比如在太空飛船上—但方鈷礦具備廉價和能效高的特點，可以用來包裹汽車、冰箱或任何機器的排氣管。

鈣鈦礦—廉價太陽能電池

成本是可再生能源發展中的最大障礙。太陽能正在變得更加便宜，但使用晶體硅製作太陽能電池的成本和能源消耗依然非常高。可除了晶體硅之外，還有一種可用來製作太陽能電池的替代材料，那就是鈣鈦礦。

鈣鈦礦被發現距今已經有超過100年的時間了，但科學家直到現在才開始意識到這種材料的潛力。在2009年，使用鈣鈦礦製作的太陽能電池具備著3.8%的太陽能轉化率。到了2014年，這一數字已經提升到了19.3%。相比傳統晶體硅電池超過20%的能效，這或許算不了什麼，但這裡還有其他兩個關鍵點需要考慮：首先，鈣鈦礦的能效僅在幾年的時間裡就得到了大幅的提升，且科學家認為，這種材料未來依然有提升的可能；其二，鈣鈦礦的成本要低得多。

鈣鈦礦是由特定晶體結構所定義的一種材料類別，它們可以包含任意數量的元素，用在太陽能電池當中的一般是鉛和錫。相比晶體硅，這些原材料要便宜得多，且能被噴塗在玻璃上，無需在清潔的房間當中精心組裝。

氣凝膠—超輕、超強韌

氣凝膠看上去似乎是一種不真實的材料。儘管看上去空虛飄渺，但它卻能輕鬆承受一盞噴燈的熱量，或是一輛汽車的重量。如名所示，這是一種液體被空氣完全替換的膠體，這也就是為什麼它看上去就像是一團煙。氣凝膠可由任意數量的物質所製成，包括二氧化硅、金屬氧化物和石墨烯。由於空氣佔了絕大部分比重，氣凝膠還是一種絕佳的絕緣體。它的結構也賦予其超高的強韌性。

不過氣凝膠也有一個致命的缺陷：脆性，特別是原材料為二氧化硅時。但NASA的科學家已經在實驗一種由聚合物所製成的柔性氣凝膠，作為太空飛船在穿過大氣層時的絕緣材料。將其他化合物加入到二氧化硅氣凝膠可增強其柔韌性，再加上本身的輕巧、強韌和絕緣性，這將會使其成為一種不可思議的材料。

超材料—光操縱器

如果你聽說過超材料(metamaterial)，那介紹它的材料當中應該還提到了「哈利波特」和「隱形斗篷」。是的，超材料的納米結構能夠以特定的方式對光線進行散射，在未來，它或許真的可以讓物體隱形。

更有意思的是，超材料不光能對可見光進行重新導向。根據製作方式和材料的不同，超材料還能散射微波、無線電波、和不太為人所知的T射線。實際上，任何一種電磁頻譜都能被超材料所控制。

比如說，如果用超材料製作一部新型的T射線掃描儀，它的性能可隨時改變，無論是被用在醫療還是安全領域。

Stanene—導電率100%的材料

和石墨烯一樣，Stanene也是一種由單原子層所製作的材料。但由於使用了錫原子而非碳原子，這使其具備了石墨烯所無法實現的特性：100%的導電率。

Stanene在2013年由斯坦福大學張首晟教授首次進行了理論化。預測Stanene這類材料的電子屬性是張教授的實驗室所擅長的領域之一，根據他們的模型，Stanene是一種拓撲絕緣體，也就是說，它的邊緣是導體，而內部是絕緣體。這樣一來，Stanene就能在室溫下以零阻力導電。

Stanene的屬性尚未經過實驗測試—畢竟製作單層錫原子並不是件易事—但張教授對於其他一些拓撲絕緣體的多項預測都被證明是正確的。

如果對於Stanene的預測也被證實，那它有可能對所有電子設備內部的微晶元產生革命性影響。也就是說，晶元的性能將會被大大增強。由於電子所產生的熱量，硅晶元的性能是有所限制的—如果運轉速度過快，發熱也會過高—而擁有100%導電率的Stanene卻不會有這樣的問題。

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