我們正在經(jīng)歷第四次工業(yè)革命，這是人類文明史上繼蒸汽技術(shù)革命、電力技術(shù)革命、信息技術(shù)革命之后又一次重大飛躍，新計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、先進材料、生物技術(shù)、空間技術(shù)等取得了空前快速的發(fā)展。其中材料科學(xué)的發(fā)展進步，深刻影響著我們的衣、食、住、用、行。

“刀槍不入”的碳納米管

碳納米管是由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成的一維納米材料，它與金剛石、石墨、富勒烯（一種完全由碳組成的中空分）等一樣同屬于碳家族成員。這種由碳原子層卷曲而成的碳管，管壁厚度只有幾納米，管直徑也只有幾納米至幾十納米，幾萬個并排起來才有人的一根頭發(fā)絲粗。

碳納米管號稱“超級纖維”，它的密度僅為鋼的1/6，但抗拉強度卻是鋼的100倍。用碳納米管制成高強度碳纖維材料，再用這種材料生產(chǎn)出輕便且能“刀槍不入”的防彈背心，即使是武俠小說《射雕英雄傳》中桃花島的鎮(zhèn)島之寶“軟猬甲”，也不能與之媲美。

碳納米管因其獨特的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，成為最有前景的新材料之一，在信息儲存、電子器件、儲能、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

能夠“呼吸”的貯氫合金

貯氫合金是在一定溫度和壓力下，能可逆地吸收和釋放氫的合金。它仿佛能呼吸一樣，可以吸入和呼出氫氣。

因此，可以采用貯氫合金來儲能，為航天器、潛艇、燃料電池汽車等提供動力。更重要的是，它儲氫密度高、能源損耗低，且不需要龐大而笨重的鋼制容器，使用、存儲和運輸都極為安全方便。

在未來的能源結(jié)構(gòu)中，氫能是最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗?，?/strong>“呼吸”的貯氫合金有望為人類“呼出”一個低碳環(huán)保、綠色亮麗的生態(tài)環(huán)境！

用碳纖維材料生產(chǎn)的高強度輕量化車身

“百變大咖”的電致變色材料

電致變色材料在外電壓驅(qū)動下，其光學(xué)屬性能夠發(fā)生可逆和持久穩(wěn)固的變化，外觀上則表現(xiàn)為顏色和透明度的可逆變化。究其原理，主要是透明導(dǎo)電層、電解質(zhì)層、離子存儲層等相互配合，實現(xiàn)變色功能。

在手機領(lǐng)域，人們就曾使用電致變色材料——只要輕輕敲擊，即可實現(xiàn)手機外殼變色，還可以自定義顏色。在建筑方面，使用電致變色玻璃制成的窗戶，能根據(jù)溫度、日照自動調(diào)節(jié)顏色和透光度，可實時保護隱私，還能帶來冬暖夏涼的效果。電致變色材料還可用于生產(chǎn)防眩目后視鏡、飛機舷窗、汽車天窗等。

杭州亞運會電競類比賽主場館，屋頂?shù)碾娭伦兩Ａ齑翱赏ㄟ^感應(yīng)室外溫度，自動調(diào)節(jié)進入室內(nèi)的熱輻射量

新成果層出不窮，新材料日新月異。在材料科學(xué)領(lǐng)域里，人類正在不斷創(chuàng)造奇跡！

不妨從今天起，多與孩子聊聊這些身邊的“黑科技”。您知道哪些由新材料打造的智能產(chǎn)品？在評論區(qū)留下您的發(fā)現(xiàn)或期待！

責任編輯 |趙青云

運營編輯 | 趙青云

質(zhì)量審核 | 李雅欣 王維嘉

圖片來源 |《知識就是力量》雜志，原文《改變世界的新材料》，撰文 /張壽春（中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院），原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

知識就是力量

現(xiàn)訂購2026年

定價360元

把一整年的知識搬回家！