“超材料”即将改变世界？ _小知识

通过改变材料的结构，我们可以操纵材料的外观和其他性质，接下来，科学家希望改变材料的力学特性。目前，我们已经看到了许多关于这些材料的构思、设计和初步应用，包括弹性陶瓷、无感斗篷和可编程橡胶海绵等。这些新材料的出现，将有助于建造宇宙飞船防护瓦，甚至开发出对地形敏感的鞋子。
“我认为超材料的概念已经渐渐深入许多不同领域， ”德国卡尔斯鲁厄理工学院的马丁·魏格纳（Martin Wegener）教授说， “一开始是在电磁学领域引起热潮，后来进入了一些完全不同的领域，如热力学，以及再后来的机械力学中。 ”
魏格纳教授介绍称， “超材料”（metamaterial）一词已经被用于指代几乎所有古怪和神奇的设计，它们通常都具有非同寻常的性质，是原始材料所不具备的。
感觉不到的
魏格纳教授研究斗篷，但并不是为了使物体隐形。他的目的是将物理作用力隐藏起来。去年，他的实验室研制了一种蜂窝状的材料，可以使物体无法被人感觉到。这种特别的超材料是一种在某些性质上类似液体的固体晶格，能够使外部施加的压力发生偏转。

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在演示中，这种超材料可以将一个很小的圆柱体（直径小于1毫米）隐匿起来，无法被手指感觉到。来自法国的物理学家和工程师提到了魏格纳等人的工作，他们指出，通过按某种模式进行谨慎、小心的钻孔，可以转移破坏性较大的地震波动。换句话说，这是将地面本身变成某种超材料，或许可以使发电厂免遭地震的威胁。

在美国物理学会的三月会议上，魏格纳教授展示了最新的工作成果，包括一种可以使平板中心的小洞无法被感觉到的超材料。他说：“这里的设计原则是，你可以将其应用在任何需要的东西上。 ”
设置鞋底
同样是在美国物理学会的三月会议上，荷兰莱顿大学的博士研究生巴斯蒂安·弗洛林（Bastiaan Florijn）展示了他的研究成果，他称这是世界上第一种机械力学上“可编程”的材料。
从外观上看，这种材料像是一块多孔的橡胶板，似乎没有太多的科技含量。但是，这些孔洞——有两种规格——其实是经过特殊设计的，可以在纵向和横向上进行压缩，这种方向的转换通过增加一个小型夹子而实现。
于是，我们最终得到的是一种超大号海绵，在挤压的过程中，它的质地可以很僵硬，也可以很柔软，或者介于二者之间。如果它在转换到柔软形态的过程中，同时仍然受到压力作用，就表现出所谓“负刚度”的性质，弗洛林称，这种性质十分奇特，目前他还没有想到如何加以应用。

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不过，这种橡胶板的另一个特征可能具有十分巨大的用处：它能吸收能量。 “想象一下，你可以编程出一种汽车保险杠，假如你驶入一个有很多小孩子的地方，你就会想拥有一个非常柔软的保险杠， ”弗洛林说， “但如果是在高速公路上飞速行驶，你就会想它能足够坚固。 ”目前，弗洛林与同事们还与制鞋企业取得联系，希望能生产出根据不同地形调整的鞋子。

拯救发动机
哈佛大学的卡蒂亚·贝尔托迪（Katia Bertoldi）教授也在研究一种类似的奇特弹性材料，据称其具有负的“泊松比”（Poisson ratio）。这意味着在进行压缩的时候，这种材料会从各个方向进行收缩，而不是向另外两个侧面挤出去，变得又宽又平；而在拉伸的时候，它也会向各个方向延伸。贝尔托迪教授的团队已经开发出这种材料的多种有用特性，包括在受挤压的时候能吸收不同频率的声音。