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超级材料原来都是这样诞生的(一)!
来源:新材料在线    更新时间:2015-12-16 14:25:53    浏览次数:
 
       新材料支持了高科技的迅速发展,促进了社会文明与进步,丰富了人们日新月异的物质和精神生活。然而,神奇材料的偶然发现更使人激动和振奋,它将启迪人们如何创造性地学习、工作和更有意义的生活。
       新材料的意外发现,乃至研制成功,再到实际应用,绝不是诸位科研人员太幸运! 这与他们敏锐的观察能力、严谨的逻辑思维、深入的潜心研究、精湛的实验技能、可贵的创新精神密不可分。
以下就由新材料在线带您一起来回顾那些动人的材料诞生趣事。
 
超导材料
       1911年,荷兰物理学家昂纳斯在研究金属汞的低温性时,发现在4K时水银的电阻骤然降到一个很小的数值(10 ),当他在水银中加入大量杂质后,对其在液氦温度下向极小电阻状态转变并没有发生什么影响。这表明在低温下某些固体电阻趋于零是这些固体固有的物理性质。通过实验发现了某些固体在低温下电阻接近于零。电流在这些固体中流动时就没有阻力,不耗损电能。昂纳斯于1913年首次称这种状态为超导态,因此昂纳斯教授获得了1913年诺贝尔物理学奖。人们把这种零电阻现象叫做超导现象,把具有超导性的物质叫做超导材料。

利用超导原理的磁悬浮列车

超导现象
       研究进展:目前已相继发现28种(金属元素或单质)具有超导性,如锆、钼、铌等;超导化合物和超导合金有几千种,如镧钡铜氧化物、铌锗合金等。
       应用领域:超导计算机、超导磁悬浮列车、超导电车、电磁推进船、超导电缆、超导发动机以及无损耗变压器。
 
超塑性合金
      
1920年德国研究人员罗森海因在对锌一铝一铜合金进行研究时,发现这种合金与一般金属不同,经过冷轧后,具有暂时的很高的塑性。当时被工程技术界认为是一种奇异现象。1945年前苏联学者包奇瓦尔,对这一奇异现象深入探究,并在许多有色金属合金中,发现了延展性特别显著的奇异现象。
       研究进展:目前,世界上已经发现200多种超塑性合金,如超塑铜合金(Cu一38Zn)、超塑锌合金(Zn一22Al一0.2Cu)、超塑铝合金(A1—6Cu—Zr)等。
       应用领域:用于制造导弹、人造卫星的复杂器件、电子仪器零件、汽车外壳等。
 
无声金属
        
20世纪50年代初,英国人在研究合金时,无意将含有80%锰的锰一铜合金铸块掉在地上,实验人员只听到微弱的声响,出乎意料的现象引起他们的极大兴趣,对其进行了深入的研究,终于获得了具有减振特性的锰~铜一铝一铁一镍合金,并称它为“无声合金”或“减振合金”。

减振合金零件

减振轮毂
       研究进展:现已有数十种减振合金问世,如钴镍合金、镁锆合金、镍钛合金和铁锆铝合金。
       应用领域:宇宙航天、汽车制造、土木建筑、机械制造、火车车轮、家用电器等。
 
不碎玻璃
      
1903年的一天,法国化学家贝内迪克蒂斯做完了实验,在清扫实验室时,不慎将1支平底烧瓶从3m高的仪器架上碰落下来,掉到地面上并没有摔碎,只是布满了裂纹。因忙于其他实验,给这只烧瓶贴 上纸条放在墙角。不久,贝内迪克蒂斯在报纸上看到一则车祸消息:一辆公共汽车撞在建筑物上,车窗玻璃的碎片击伤了司机和乘客。记者呼吁急需研制一种碎了也 不伤人的车窗玻璃。于是,贝内迪克蒂斯立即拿出放在墙角贴有纸条的烧瓶着手研究。他发现这是一只装过硝化纤维溶液的烧瓶,瓶壁上有一层胶膜,所以没有跌 碎。由此,他深受启发,联想到让胶膜和玻璃“紧密结合”,研制出了一种新型的“夹层玻璃”。
       研究进展:目前已成功开发多种夹层玻璃。根据中间所夹材料不同,可分为:夹纸、夹布、夹植物、夹丝、夹绢、夹金属丝等众多种类;根据夹层间的粘接方法不同,可分为:混法夹层玻璃、干法夹层玻璃、中空夹层玻璃;根据夹层的层类不同,可分为:一般夹层玻璃和防弹玻璃。
      应用领域:航空挡风玻璃、汽车挡风玻璃,建筑玻璃。

记忆合金
      
1958年,美国海军军械实验室冶金师布勒在研究镍一钛合金时意外发现,在不同温度下镍一钛合金棒相碰撞发出清脆的声音,而冷却到室温后,则发出喑哑迟钝的声音。他敏锐地意识到,温度对合金的组织结构和硬度可能有很大影响。I963年, 在一次实验中,他从库房中领取了弯弯曲曲的镍一钛合金丝,使用起来不方便,所以实验前把这些合金丝一根根拉直,然后做实验。令人惊异的怪现象出现了,实验 温度升高到一定值时,这些原来拉直的合金丝突然无一例外地全部变成弯弯曲曲的形状。反复实验结果相同。他们还发现不论把镍一钛合金丝拉得多么直,当温度达 到某一数值,即转变温度时,就会恢复原来的弯曲形状。科学家把这种现象称为形状记忆效应,具有这种效应的合金称为形状记忆合金,简称“记忆合金”。

       研究进展:科学家在镍-钛合金中添加其他元素,进一步研究开发了钦镍铜、钛镍铁、钛镍铬等新的镍钛系形状记忆合金;除此以外还有其他种类的形状记忆合金,如:铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。
       应用领域:生物工程、医药、能源和自动化等方面也都有广阔的应用前景。
 
导电塑料
      
1970年的一天,日本筑波大学的白川英树教授让他的一位朝鲜籍研究生用乙炔制取聚乙炔。由于这位学生日语不太好,听错了导师对实验中应加催化剂量的要求,结果加入了应使用催化剂用量的近100倍,然而这一错误竟带来了奇迹,得到了一种银光闪闪的薄膜,有一点导电性,很像金属。实际上聚乙炔应该是一种黑色的粉末。由于白川英树教授深知个人的力量不足以解决许多边缘问题,公开声明愿与各行各业的科学家合作。1977年白川英树在与美国宾夕法尼亚大学的物理教授麦克第阿密特研究这种塑料薄膜时又发现,若在乙炔的聚合过程中掺入碘,所得的聚乙炔呈金黄色,导电能力提高了3千万倍。
       研究进展:前联邦德国的纳尔曼教授用白川英树催化剂体系获得聚乙炔后,立即进行特殊的熟化和拉伸取向处理,再给聚乙炔薄膜掺杂,结果得到的材料比掺碘的电导率又提高了3个数量级。纳尔曼的聚乙炔导电能力与铜相近了。现已用导电聚合物制成发光二级管,还在传感器、电磁屏蔽、催化等方面大显身手。
       应用领域:抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕、智能窗、发光二极管、太阳能电池、移动电话、微型电视屏幕乃至生命科学研究等领域。
 
贮氢合金
       1974年的某一天,日本松下电器产业中央研究所的研究人员,把钛~锰合金和氢气一起装入容器后,惊奇地发现氢气的压力居然从1013.325kPa降到101.325kPa,所减少的氢气是被钛一锰合金“吃掉”了,而且“胃口”相当大,被钛一锰合金吃进的氢气要比它本身大1000至3000倍。由于这种合金在一定温度和压力下,会像海绵吸水那样大量吸氢,故称为“贮氢合金”或“氢海绵”。

       研究进展:已研制成功多种贮氢合金,如TiFe、ZrMn 、LaNi 等,它们既可储存氢气,也可放出氢气。研究人员还研制用贮氢合金净化或提纯氢;设想把贮氢合金引入汽车和厨房设备作为氢燃料,既环保又高效。
       应用领域:氢的贮存、净化和回收、氢燃料发动机、热—压传感器和热液激励器、氢同位素分离和核反应堆中的应用、空调、热泵及热贮存、加氢及脱氢反应催化剂、氢化物—镍电池。

不锈钢
      
在第一次世界大战时期,一位金属专家受命研究枪筒在射击过一段时间以后因发生“锈斑”而损坏的问题。在研究中他采用几种新型合金钢的含铬量很高。但是用这种 新“铬钢”制造的枪筒,在开了第一枪后就成了碎片。碎片被扔进了废料堆,过了一两个星期,这位专家注意到,在那些生锈的废金属片中,那根铬钢枪筒的碎片仍 然象原来一样,闪闪发亮。“不锈钢”的巨大优点就是从这个偶然中发现出来的。
       研究进展:目前有一百多种工业不锈钢,所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。。
        应用领域:建筑应用、食品加工、餐饮、酿造和化工领域。


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