诞生在空间站的“天才材料”

更加智能的“天才材料”

如果你有最新的智能手机，那就把它拿出来并触摸它的玻璃屏幕。你会发现触摸时手感很好，而且屏幕又薄又坚韧，很难产生划痕。你所触摸的就是一种新型的智能玻璃，叫做“大猩猩玻璃”。

这种智能玻璃不是自然形成的材料，而是工程师为了满足特定的用途，在分子水平下生产出来的材料。生产这种玻璃时，研究人员需要在普通玻璃分子之间的空隙中塞入比较“胖”的钾离子，当玻璃冷却成型后，这种分子结构就变成了如同透明装甲一样，使得“大猩猩玻璃”拥有了无比坚韧的特性。

如今，各种智能材料层出不穷，例如可根据需求改变形状的合金，可进行自我修复的塑料，由磁场控制的可变形或变硬的流体等等。而生产智能材料的最大挑战在于如何控制分子的排列。因为分子太小了，所以人为地操控分子难度很大。最近，研究人员找到了另一种生产智能材料的方法，那就是让材料的分子进行自我组装，而不是直接去排列分子。研究人员把通过这种技术产生的智能材料称为“天才材料”，因为它比智能材料更加智能。对“天才材料”进行研究时，为了避免材料的分子结构受到重力的作用而发生沉积现象，实验需要在失重环境下进行，所以实验的地点选在了国际空间站上。

空间站里的有趣研究

在国际空间站里，研究人员把包含某种纳米粒子的悬浮液放置在可控的磁场下，改变磁场并使用背景光对悬浮液进行照射，然后观察粒子结构如何变化。实验所使用的悬浮液就是“磁流变液”。磁流变液最大特点是，磁场变化时它也会相应地改变自己的形状和硬度。实验研究发现，磁场不停地快速开启和闭合，这样会使磁流变液的粒子互相推撞，使它们自发地形成某些微观结构。

这种自发形成的微观结构很难预测，即使使用超级计算机都无法对其进行预测。不过，研究人员不断地进行实验，积累了很多经验，掌握了磁场变化与微观结构形成之间的规律，并且制作出了许多有趣的微观结构，从而形成了一些特别的“天才材料”，其中就包括“大猩猩玻璃”。

除了改变磁场以外，研究人员也在尝试去改变磁流变液粒子的形状，或改变磁流变液的温度，去观察这些改变会对自我组装出的微观结构产生怎样的影响。研究人员相信这种技术一旦成熟，必将引起材料生产方式的全面革新。

超级链接：磁流变液是将微小的磁性颗粒加到非磁性的液体（矿物油、硅油等）中形成的一种悬浮液，它常常用在跑车的减震系统内。在电脑系统控制下，减震系统内的磁场可以在一秒内变化上千次，而磁流变液也随之变形或变硬，以此来抵消跑车运行时产生的震动。这种减震技术也可以用到建筑中，而且其抗震能力变得更强，日本的科学未来馆和中国的洞庭湖大桥就使用了这种减震技术。研究人员预计在未来，磁流变液会被运用到静脉机器人，仿生关节和假人模特等各种设备上。（关于磁流变液详见大科技2013.11A《缓冲达人“灰泥巴”》。）