材料
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。材料是物质,但不是所有物质都可以称为材料,如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物,一般都不算材料。但是,这个定义并不那么严格,如炸药固体火箭推进剂,一般称之为“含能材料”,因为它们是火炮或火箭的组成部分。
材料多种多样,分类方法也没有一个统一标准。
按物理化学属性分:可分为金属材料、无机非金属材料,高分子材料。
按用途分:可分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。
按来源分:可分为天然材料和人造材料。
天然材料,就是来自植物、动物和矿物等只经物理处理或未经处理的材料,如棉花、沙子、石材、蚕丝、煤矿、石油、铁矿、亚麻、羊毛、皮革、黏土、石墨等。其中,天然的金属材料几乎只有自然金;天然的有机材料有木材、竹材、草等来自植物界的,及皮革、毛皮、兽角,兽骨等来自动物界的材料;天然的无机材料有大理石、花岗岩、黏土等。
人造材料又称合成材料,是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工面成的材料,其特质与原料不同。如塑料、玻璃、钢铁等。在人造材料中,塑料、合成纤维和合成橡胶被称为20世纪三大有机合成材料,它们的应用大大地提高了国民生活水平,对国计民生的重要性不言面喻。
荷叶与纳米材料
荷叶的叶面上存在着非常复杂的纳米级和微米级超微结构。具体来说,荷叶叶面上分布着一个挨一个隆起的微米级或纳米级“小山包”,这些“小山包”,上面长满了纳米级的“绒毛”,而“小山包”的凹陷部分充满了空气,这样就又使得叶面上形成一层极薄的、只有纳米级的空气层。由于空气层、“小山包”和绒毛等的共同托持作用,使得水滴不能渗透,而能自由滚动。(见下页图1、图2)雨点在自身的表面张力作用下形成球状,水滴在滚动中吸附灰尘,并滚出叶面,这就是“荷叶效应"。它是荷叶自洁叶面的奥妙所在。
目前,荷叶效应的研究主要偏向于三个方面的应用:涂料、织物、涂膜。
1.荷叶效应乳胶漆
荷叶效应乳胶漆是一种能保持外墙面干燥清洁的建筑涂料。它是仿生学在建筑涂料中应用的一个例子。荷叶效应乳胶漆采用一些具有持久憎水性的专门物质,在物体表面形成一个纳米级超微结构,从而使其涂膜具有类似荷叶的表面结构,达到拒水保洁功能。
2.仿荷叶织物
目前已经生产出了各种不同的仿荷叶织物,当水通过超拒水和自清洁的“荷叶纤维”,织物将变得干净起来。
3.纳米玻璃
纳米玻璃看上去洁净、透明,与普通玻璃并无二致,但它的安全性、自洁性、憎水性却是普通玻璃所无法比拟的。它的与众不同之处在于那层高科技含量的外衣——纳米膜。这层膜使玻璃宛如一张透明的荷叶,水滴在上面,恰似雨打荷叶,瞬间滚落,不留踪迹。
新材料
新材料是指最新发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料。其中,结构材料具有不一般的强度、韧性、硬度、弹性等机械性能,如新型陶瓷、金属玻璃等;功能材料则具有特殊的电、光、声、磁、热等功能和物理效应。
木塑俗称复合木头,是以植物纤维为主原料,与塑料合成的一种新型复合材料,具备植物纤维和塑料的优点,适用范围广泛。木塑既保持了实木地板的亲和性,又具有良好的防潮耐水、耐酸碱、抑真菌、抗静电、防虫蛀等性能,被称为“21世纪的软黄金”。
汽车前挡风玻璃以夹层钢化玻璃制成,能承受较强的冲击力。夹层玻璃是把一种透明、具有黏合性的塑料膜贴在两层或三层玻璃之间,将塑料的强韧性和玻璃的坚硬性结合在一起,从而增强玻璃的抗破碎能力。钢化玻璃是将普通玻璃淬火,使其内部组织形成一定的内应力,从而使玻璃的强度得到提高。汽车前挡风玻璃在受到冲击破碎时,会分裂成带钝边的小碎块,不易对乘员造成伤害。纳米面料是运用纳米技术制作的面料。这种面料表面覆有一层纳米级的化学物质,这层物质能够使布料上的水直接滑落,有防水作用。有的面料还有防污、防油、抗菌的作用。
隐形飞机就是利用各种技术减弱雷达反射波、红外辐射等特征信息,使敌方探测系统不易发现。目前,飞机隐身主要有以下三种方法;一是减小飞机的雷达反射面,从技术角度讲,其主要措施有设计合理的飞机外形、使用吸波材料、主动对消、被动对消等;二是降低红外辐射,主要是对飞机上容易产生红外辐射的部位采取隔热、降温等措施;三是运用隐蔽色降低肉眼可见度。