水凝膠在醫學上得到了應用,科學家利用水凝膠的高吸水性製造人工肌內模塑中的關鍵部件獲得成功。當通入電流之後,凝膠中的水分被排出而縮小;當切斷電流,凝膠又大量吸收水分而膨脹。這樣反複伸縮完成人體肌肉的動作。
利用水凝膠與其它材料複合在一起做包裝材料,能使水果和蔬菜始終保持在溫潤的環境中,就像剛采摘的一樣鮮嫩。
(4)特殊功能的“混凝土”2000多年前,古羅馬人就發現由火山灰和石灰混合可製成火山灰水泥。而在當代高科技的推動下的今天,具有各種特殊功能的混凝土新秀在產生。
“氣象混凝土”。近些年來,研製出了彩色水泥,它為現代建築物穿上了五顏六色的新裝,使人們的生活色彩更加豐富,環境更加優美。在彩色混凝土中引人注目的是一種能隨空氣濕度變換顏色的、可以報告氣象的混凝土。用這種水泥調配混凝土裝飾樓體的外牆,當環境空氣幹燥時,牆體呈與萬裏晴空一樣的蔚藍色;天快要下雨時,空氣潮濕,牆體顏色變成紫色;而當下雨時牆體又變成玫瑰色。這種神奇的色彩變化給人以美的享受,同時又反映出天氣的晴、陰、雨的變化情況,因此人們戲稱它為“氣象混凝土”。這種混凝土所以有色彩的變化,是由於在水泥中摻入了一定量的氧化鈷的緣故。氧化鈷這種化合物的性能極不穩定,能隨空氣的溫度和濕度變化而改變顏色。於是,它就具有了判斷天氣變化的功能了。
摻血的混凝土。普通的水泥防水性較差,因此常令那些住平房或一樓的人因室內潮濕而苦惱。科學家們針對水泥的防水防潮性差的缺點,經過多年的研究發現在混凝土中摻入一定量的血和其它物質,可製成具有特殊功能的新型混凝土。這種混凝土比目前常用的任何混凝土都輕,防水防潮濕性能非常好,而且成本低於一般混凝土約20%,凝固後強度有較大提高,還不失混凝土原來的顏色。製作這種混凝土從哪兒雲弄那麼多的血呢?血來自食品加工行業的廢物。據有關資料表明,法國的屠宰場每年約有8萬噸牲畜血向自然界傾倒,相當於170萬人口的一個城市對環境造成的汙染。將這些血摻到水泥中生產混凝土,不但材料的功能大大提高,而且免除了對環境的汙染,這是一項變廢為寶的工作。
高強度混凝土。過去人們認為,抗拉強度為5000~10000牛頓乂厘米2的是高強混凝土,現在日本已研製出高達20000牛頓乂厘米2的混凝土。最近,日本還研製成功一種強度比鋼筋混凝土高,而重量卻輕得多的高強纖維混凝土製件。這種製件用碳素等長纖維以環氧樹脂等材料固化成型,其形狀可根據需要製成板狀、柱狀、筒裝等。重量僅有相同鋼筋構件的4%。實驗表明,要達到某一標準要求強度,在麵積相同的情況下,鋼筋混凝土製件需要10—15厘米,而纖維混凝土製作隻需4厘米就能達到要求。
能夠焊接的混凝土。普通混凝土如發生斷裂就隻能報廢了。然而有一種特殊水泥製成的混凝土,能像電焊條焊接鋼材一樣,可將斷裂的水泥電線杆“焊接”起來,而且牢固度高於損壞以前。
特殊功能混凝土。一種新型混凝土凝固之後,表麵如同一般混凝土那樣堅硬,但這種混凝土構件卻可以像在木板上一樣釘釘子。還有一種被稱作“地板水泥”的材料,它的製品可以用鋸來鋸,用刨子來刨,容易加工,並能代替木材製作家具,與木製家具相比能以假亂真。
未來複合材料的展望所謂複合材料就是將有機材料、無機材料和金屬材料的性能融為體的新型功能性材料。現代科學技術的進步為新型材料的發展提供了可能。現代電子顯微鏡已經能直接觀察到物質的原子,這使人們改變了過去對材料的缺陷行為的定性分析,而采用了定量分析的方法,從而有可能把微觀結構和宏觀性能真正結合起來,實現按預定的要求來設計材料的目的。展望未來,複合材料將向結構性複合材料、功能性固體複合材料和類似生物功能性複合材料的方向發展。
隨著材料科學技術的發展和對眾多化學元素組合規律認識的提高,人們將拋棄“炒菜式”的材料篩選方法,走上分子設計的道路按指定性能設計新材料,這是十分令人鼓舞的發展前景。
分子設計主要是根據生產和生活上的需要,綜合物理、化學、生物、數學等基礎理論,運用電子計算機、激光、超聲等尖端技術手段,配合一係列先進測試儀器,在分子水平上研究材料的性能或利用原子結構理論預測未知材料的性能,並根據指定性能和要求,重新設計分子和新材料。
超定向化材料是材料科學技術向分子設計方向發展的新型複合材料,人們若能實現材料中原子和分子的超定向控製,那麼就可以根據需要製造出具有各種特殊功能的新材料。研究中的超定向控製方法有,一是在材料的合成過程中進行,比如在製造單體單分子薄膜時,若能混入其它種類的材料,人為地控製這兩種材料的原子和分子的排列方向,便可得到高功能超定向高分子材料。二是在材料製成後,通過外部控製,例如由外部對材料施加光、電場和磁場來控製材料內部原子和分子的排列方向,使材料本身具有光、電、磁等多種功能,便可製造各種具有光、電、磁功能的材料。如果能製成一種超定向導電高分子材料,就可代替目前大量使用的銅、鋁等無機金屬導體材料。
電子元器件中需要大量固體材料,如果固體材料實現超薄膜化以後,可使材料的各種物理性能,比如熱、導電率、感應性和光的折射率等發生變化,從而產生許多新功能,還可使材料微型化。科學家們正在探索通過控製薄膜表麵分子的聚集狀態,並通過改變半導體的光譜帶結構和摻雜物,來研製高功能半導體材料。如果這種材料一旦研製出來,無疑將推動微電子技術的新發展。
由於空間技術、能源開發、電子技術、激光技術、光電子技術、紅外技術、環境保護等新技術的應用領域對材料的要求不斷提高,多質複合材料的研究成為一個緊迫的問題。研究中的多質複合材料是用有機合成,特別是無機合成的方法,製造質輕、高強、耐熱、耐腐蝕、導電性能優良的新型複合材料來代替鋼鐵等金屬的傳統材料。這些材料是多種不同質類的材料在微觀結構上揚長避短地結合起來,突破了單質材料的局限,性能大大提高,倘若這些新型複合材料製造成功,不僅滿足了各項新科技的需要,而且將推動技術發展跨入一個新的裏程碑。