九种新质料改变未来制造业 |
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研究人员正在致力于开发先进的泡沫、涂料、金属和其他物质使我们的衡宇,汽车和电子产品更节能和环保 。制造业的未来取决于一系列技术突破，如机械人,传感器和高性能盘算,等等 。可是质料制造商使用什么性能的质料和如何来制备这些设备将具有很是的影响 。新质料改变生产历程和最终使用结果 。 《科学美国人》曾在特别报道“如何制造下一个大突破”中，展示了几个正在研发的新质料资助发明家和工程师开发下一代技术 。这些身分包括超绝缘气凝胶宇航服、建筑工程中的高韧性混凝土布料和可取代有毒塑料的庞大天然高分子质料 。 超薄铂 将来，氢燃料电池汽车可作为清洁的交通工具,但他们仍然腾贵的部分原因是他们使用贵金属铂,增进电池内的化学反应,爆发电能 �？焖俣捅厩囊恢中乱斐粱〔悴�，可减少燃料电池中使用的金属催化剂,从而大大降低本钱 。目今应用石墨烯铂的主要要领——原子层沉积，低效而庞大 。凭据美国国家标准与技术研究院准则，新方规则廉价且容易实现 。从实质上讲,铂在溶液中溶解，是通过交替正负电压在单原子层中沉积 。通过重复可快速且轻松地构建任意原子层厚度 。 大型磁铁 稀土质料因为具备很是好的磁特性，关于制备风力涡轮机，电动汽车和混淆动力汽车以及家用电子器件至关重要 。可是同时他们也具有价格敖贵和来源简单(只有中国有)的特点 。然而，凭据美国电子能源公司的消息，电动机使用磁铁将电能转换成机械能，一个很小尺寸的烧结的稀土磁体便能够爆发很是强大的磁场，这使制造商能够制备更小和更轻的汽车成为可能 。这家公司已经与美国特拉华大学研究人员相助以寻找一种能够将稀土磁铁的电阻率提高至少30%的制备工艺 。他们的目标是利用电阻率增加的磁铁纵然在汽车高速运转时也能降低发动机的效率损失 。上图即是块状的镀镍的钕磁铁，是世界上使用最广泛的一种稀土磁铁之一 。 仿生学塑料 在家蝇和蚱蜢坚硬的外骨骼中发明了一种自然昆虫表皮，它有足够轻的重量包管航行，足够薄以包管弹性和足够的强度以�；に纳砬� 。这种表皮能够在不增加重量或体积的情况下给躯体提供�；� 。哈佛大学生物工程研究所工程研究员发明了一种称之为Shrilk 的新质料以复制昆虫表皮的强度、耐用性和多功效性 。Shrilk，之所以这样命名是因为这种质料包括了从放弃的虾壳(shrimp shells)和蚕丝(silk)卵白的卵白质中提取出的壳质，能够用来制备可以迅速降解的垃圾袋，包装袋和尿布 。 作为一种异常坚硬，具有生物相容性的质料，它也能够被用于需要蒙受高载荷的伤口缝合，好比在疝修补或者用作组织再生的支架 。 更自制的或更轻的碳纤维 未来的汽车需要高强度，重量轻的碳纤维复合质料结构来提高汽车效率和运行里程，可是低本钱也是取得市场乐成的充分条件 。一个由国家实验室，和在橡树岭国家实验室的碳纤维技术中心事情的工业界和学术界事情人员配合组成的团队正在致力于克服降低碳纤维本钱的挑战 。美国能源局拨给了橡树岭国家实验室3500万美元的经费来建立和运行这个碳纤维技术中心 。这其中包括了一个年产能25吨新碳纤维质料的小规模试验场 。 纳米晶体设计师 三位芝加哥大学的化学家已经发明了一个新要领装配他们称之为“原子设计师”的新型质料，它有巨大的潜能和能广泛地应用 。这些设计原子为纳米晶体——微小晶体阵列足够小以致新的量子现象开始泛起,但尺寸也足以实现新功效质料和性能,这可用于收集太阳能和实现量子盘算 。 坚硬固体涂料 来自橡树岭和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的工程师，科罗拉多矿业学院的和其他地方的工程师已经设计出一种用于工业钻头,钻孔和刀具的耐极端情况，铁基的玻璃合金涂层，从而增强这些装置在高载荷情况下的断裂强度 。纳米盾涂料——纳米尺寸很是坚硬价格并不敖贵的激光沉积涂料的简称，它需要用激光融化刀具和其它隧道钻孔工具外貌的合金粉末 。这种涂层远比古板的像碳化钨钴质料自制，并且它们的运行寿命更长，进而提高了隧道钻头打孔的效率 。 废物转化为能源热电技术 西北大学和密歇根州立大学的科学家们展示了一种热电质料能高效转化废热为电能 。这是好消息如果你考虑到将近三分之二的能源输入丧失作为废热 。现有热电质料的低效率限制了他们的商业用途 。创纪录性、环保稳定的要领预计将15 - 20%的废热转化成有用的电能,让更大的工业接纳热电技术 。废热接纳系统可以连接,例如,车辆排放或从玻璃制砖工厂，炼油厂,化石燃料发电厂以及大型运输和油轮处理的排放 。 导电油墨 量子-电子法可制作奇特但有用的内部绝缘、外貌导电的半导体 。质料大部分区域作为绝缘体,阻碍电子运动，然而外貌是很是好、像金属的导体，能让电子以近光速自由运动,不受通常质料中阻碍电子运动的杂质的影响 。不含金属的导电油墨在印刷电子质料发挥重要作用，应用于显示屏、传感器和电池 。例如,伊利诺斯州大学的研究人员创立了一个银基电动油墨在蒸发时留下导电质料痕迹 。新配方比古板的电子墨水更易使用,与许多质料粘附性好，在较低温度下使用一个简单的桌面设备就可打印 。 真菌泡沫 从最初构想获得一种廉价的、绿色的以及泡沫聚苯乙烯的高效替代品，Ecovative设计公司通过农作物废物、植物的茎及大米和小麦壳以及紧连在一起的木须(菌丝)来制备蘑菇包装质料 。公司目前正利用这些蘑菇质料来生产能够用于生物降解的替代者，使之能够降解汽车包管杠，门，屋顶，引擎室，行李箱衬垫，仪表盘和座位里面使用的以石油为原料的塑料泡沫 。另外一个潜在的应用包括桌面，冲浪板和衣服的降解 。(工业经济论坛) |
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