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????從生產(chǎn)標(biāo)簽到加固路面,，都能用上科學(xué)家們創(chuàng)造出來(lái)的奇異的新型材料

????作者：Gene?Bylinsky?

????使用壽命長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的電燈泡。穿上后就按腳型固定成型的鞋子,。能把一部故事片儲(chǔ)存進(jìn)一張CD的微型藍(lán)色激光束,。包起公路高架橋構(gòu)件以防生銹剝蝕的合成材料。

????這是一些正在研制或者已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的令人驚奇的產(chǎn)品,，科學(xué)家們正在開(kāi)創(chuàng)一個(gè)按需定造各種材料的時(shí)代,。科學(xué)家們開(kāi)始從物質(zhì)的原子構(gòu)造去探索它們的秘密,。譬如說(shuō),，是什么東西使鉆石那么堅(jiān)硬？腱又是為什么那樣的韌,？現(xiàn)代的煉金術(shù)士們正在借助超級(jí)計(jì)算機(jī)和自己的新知識(shí),，創(chuàng)造出具有各種奇特性能的材料。休斯電子公司（Hugues?Electronics?Corp.）負(fù)責(zé)研究和技術(shù)的高級(jí)副總裁阿瑟?切思特（Arthur?N.Chester）為此而興高采烈：“我們可以設(shè)計(jì)出自然界不曾有的各種材料和材料的合成體,，并按照原子層逐層把它們生產(chǎn)出來(lái),。”這些新型物質(zhì)被用來(lái)制造從新型無(wú)線通訊器材到更強(qiáng)勁的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等一系列產(chǎn)品,。

????當(dāng)然,，擺弄分子遠(yuǎn)比Tinkertory?牌結(jié)構(gòu)玩具要復(fù)雜得多?，F(xiàn)代的煉金術(shù)士們也不是事事稱心如意。以名噪一時(shí)的隱型轟炸機(jī)為例：聯(lián)邦機(jī)構(gòu)最近發(fā)表的一份報(bào)告說(shuō),，隱型轟炸機(jī)外表的干擾雷達(dá)涂層，在大雨,、高溫或潮濕的情況下，很快就失去了隱蔽性能,。在海外動(dòng)用這些價(jià)值20億美元的飛機(jī)大概還得需要配備帶空調(diào)的飛機(jī)庫(kù)。

????材料學(xué)方面的按需定制的情況正在發(fā)生巨大的變化,。幾年前，加里福尼亞大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家馬文?科恩（Marvin?Cohen）就預(yù)言,，人類能夠合成一種碳氮化合物，硬度將超過(guò)鉆石,。今天,，已經(jīng)合成出來(lái)了極少量的碳氮化合物,，只是數(shù)量太少,，還不夠用來(lái)測(cè)試它們的硬度,。

????科恩的工作向人們表明了,，新的煉金術(shù)士們?cè)谟昧孔恿W(xué)的抽象公式來(lái)具體地影響人類的生活,。他利用計(jì)算機(jī)模型，探測(cè)原子在最基本狀態(tài)下的特點(diǎn),。這使他能夠預(yù)見(jiàn)到別人來(lái)曾見(jiàn)到過(guò)的新型材料的性質(zhì)——從新的超導(dǎo)材料到類似鉆石的碳氮化合物。

????在其它的科研機(jī)構(gòu)里,，科學(xué)家們?cè)噲D模仿自然,，復(fù)制出像支柱絲那樣異常柔韌,、象藤壺那樣有著極強(qiáng)的附著力,、像鮑魚(yú)殼那樣堅(jiān)硬無(wú)比的材料。他們?cè)诮柚爬系脑O(shè)計(jì),，制造來(lái)來(lái)的超級(jí)材料,。

????本刊記者最近走訪了全美十多家科研機(jī)構(gòu),，對(duì)材料科學(xué)的進(jìn)展進(jìn)行了考察,。

????馬薩諸塞州坎布里奇，麻省理工學(xué)院

????只要碰一下,，凝膠就會(huì)膨脹或收縮,，隨人所愿變成各種形狀或形態(tài)

????下圖所示的一團(tuán)東西就是凝膠，一種由分子組成的松散而又有一定凝固力的混合物,。吉露牌果子凍當(dāng)然是最著名的凝膠。如果把凝膠加熱,，聯(lián)結(jié)分子的鏈環(huán)很快就會(huì)斷裂,，從而發(fā)生液化。然而,，在一種新的“智能”凝膠中,，分子鏈要牢固得多，它們具有一些讓人驚訝的特性,，如受熱后會(huì)暫時(shí)變硬,。

????在性能奇異的凝膠中,，有一類材料在遇熱,、遇光、遇電,，甚至遇到磁場(chǎng)時(shí)會(huì)急劇膨脹或收縮,。“反應(yīng)遲鈍”的凝膠在吸水后只會(huì)小幅度地膨脹,，如用在尿布片上的材料,，而高智商的凝膠與此不同,，它能夠膨脹到自身體積的1,000倍以上，然后恢復(fù)原狀,。要做到這一點(diǎn)的關(guān)鍵,，是使它們?cè)跀U(kuò)張力和收縮力之間保持一種極其微妙的平衡。在特定狀態(tài)下,，智能凝膠的分子結(jié)構(gòu)可以呈排斥水分的狀態(tài),；但輕松地?fù)?dān)一下，就轉(zhuǎn)為親水狀態(tài)了,。

????智能凝膠已經(jīng)得到了商業(yè)應(yīng)用——用來(lái)制造高爾夫球的內(nèi)底,。足部體溫導(dǎo)致鞋底改變形狀,，令穿鞋的人感到舒適合腳,。它還將有別一種用途：在受胃酸破壞的食管組織表層形成一種保護(hù)膜。

????研制智能凝膠工程的主要人物是麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家田中豐一（Toyoichi?Tanaka）,。田中發(fā)現(xiàn)了凝膠變化的原理,，他還是麻薩諸塞州貝德福一家名為凝膠科學(xué)公司（Gel?Sciences）的共同創(chuàng)辦人，這家公司在開(kāi)發(fā)基于凝膠的新產(chǎn)品方面獨(dú)樹(shù)一幟,。

????帕洛阿爾托,，惠普公司

????就發(fā)光二極管而言——不久，還有激光——藍(lán)是金錢(qián)的顏色

????不同于其它的高科技領(lǐng)域,，光電子學(xué)的第一上不進(jìn)展都得益于那些自然界里從來(lái)沒(méi)有過(guò),、而且是按原子層逐層創(chuàng)造出來(lái)的新材料。如今,，象銦鎵氮化物和硅化物等各種各樣新奇的物質(zhì),，正在使體積小而功能大的藍(lán)色發(fā)光二極管和激光二極管變得比一顆鹽粒的體積還要小。

????紅色,、綠色發(fā)光二極管和紅色激光二極管到處可見(jiàn),、發(fā)光二極管作為顯示器用在各種電子器件上，激光二極管用于CD機(jī)上,。然而,，制造能發(fā)出語(yǔ)言的二極管絕非易事，因?yàn)樗璧牟牧蠈?duì)溫度和壓力的要求非常特殊,?；萜展荆℉ewlett-Packard）和日本、美國(guó)的其他公司最近成功地制造出了成本更低的藍(lán)色發(fā)光二極管,；加上其他顏色的發(fā)光二極管,，人們可以制造出更大、更清晰的戶外屏幕,、大型電視機(jī)和壽命長(zhǎng)達(dá)50年的發(fā)光二極管燈泡,。

????藍(lán)色激光器發(fā)出的光線的波長(zhǎng)，要比紅色激光器的光線短得多，因此,，藍(lán)色激光器的作用可能要更大一些,，例如，可以把CD上的信息容量擴(kuò)大五倍,。從目前科學(xué)家對(duì)新材料的掌握的情況看,，藍(lán)色激光器的問(wèn)世只是一、二年內(nèi)的事,。日本的阿南日羅化學(xué)工業(yè)社（Nichia?Chemical?Industries?of?Anan）可能會(huì)是第一生產(chǎn)商,，因?yàn)樗墓蛦T中有藍(lán)色激光研究的奇才中村依次（Shuji?Nakamura）

????新澤西默里希爾，貝爾實(shí)驗(yàn)室

????一次性電腦即將問(wèn)世

????用于制造電子集成電路的材料——硅,，現(xiàn)在有了一個(gè)不算太新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手：塑料,。朗訊技術(shù)公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的專家們，用一種類似邁拉牌聚酯薄膜的塑料和像印刷書(shū)籍書(shū)刊一樣的辦法,，生產(chǎn)出了可以儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和進(jìn)行基本運(yùn)算的集成電路,。

????塑料電腦當(dāng)然永遠(yuǎn)無(wú)法永遠(yuǎn)取代奔騰電腦，但是它們可以提供一次性的信息,，因而,，它的用途實(shí)際上可以說(shuō)是無(wú)所不在：行李上的標(biāo)簽牌、出入證,、甚至雜貨架上裝麥片的盒子,。當(dāng)塑料電腦跟具有感應(yīng)或能耐發(fā)出信號(hào)的物體連接之后，就可以使很多東西活起來(lái),。請(qǐng)想象一下：裝維生素藥片的瓶子上的標(biāo)簽,，除維生素的生產(chǎn)日期之外，還會(huì)根據(jù)所處環(huán)境的熱度,、濕度,，綜合計(jì)算出藥片的有效期。

????要制造能夠?qū)щ姷乃芰?，必須控制物體聚合物的長(zhǎng)度,，或者說(shuō)是分子鏈的長(zhǎng)度。一般而言,，物體聚合物或分子鏈的長(zhǎng)度差別很大,。目前，科學(xué)家們用的是化學(xué)合成物,；將來(lái),，可以利用基因經(jīng)過(guò)重新編程的細(xì)菌來(lái)大批生產(chǎn)電子聚合物。馬薩諸塞州大學(xué)的化學(xué)家大衛(wèi)???特里爾（David?A.?Tirrell）已經(jīng)能夠用E桿菌制造出有感應(yīng)和能發(fā)出信號(hào)的聚合物,。這種聚合物非常敏感,，能夠探測(cè)出是否存在殺蟲(chóng)劑,。

????紐約伊薩加，康奈爾大學(xué)

????就超強(qiáng)纖維而言,，蜘蛛仍然天下無(wú)敵

????自然界的進(jìn)化,，先造出了超強(qiáng)度的材料；如今,，“生化擬態(tài)”領(lǐng)域的科學(xué)家們?cè)噲D模仿和改進(jìn)自然界事物,。鮑魚(yú)的外殼是坦克車(chē)外殼設(shè)計(jì)師們的模型，而膠水生產(chǎn)者想超過(guò)藤壺,，制造出比藤壺滲出的世上最黏的水底黏膠有著更強(qiáng)附力的黏合劑,。就纖維制造而言，佛羅里達(dá)的金球蜘蛛當(dāng)首屈一指,。人類需要酸,、高溫和工廠來(lái)制造堅(jiān)韌的纖維，而蜘蛛吐出來(lái)的細(xì)絲在室內(nèi)溫度下的水溶液中,，其強(qiáng)度比鋼還要高,。

????康奈爾大學(xué)的研究人員想改變這種差距。為了取得蛛絲進(jìn)行分析研究,，他們養(yǎng)了一些蜘蛛，并從它們身上“抽取”細(xì)絲,，每周三次,，每次45分鐘。研究人員先把蜘蛛用膠紙輕輕地粘在板子上面,，然后用顯微鏡觀察它們的造絲機(jī)構(gòu),。一般情況下，總有細(xì)絲會(huì)冒出來(lái),。這時(shí)候,，研究人員就用小鑷子夾住細(xì)絲頭，并設(shè)法把細(xì)絲繞到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓軸上,。圓軸每分鐘可以卷出兩英寸多的蜘蛛細(xì)絲,。

????為了能解讀蜘蛛細(xì)絲的結(jié)構(gòu)，研究人員還在蜘蛛的食物里加進(jìn)了少許放射性物質(zhì),。其目的是為了合成能夠產(chǎn)出比蜘蛛絲還要堅(jiān)韌的纖維,。首先，研究人員打算把細(xì)菌的基因重新編程,，來(lái)生產(chǎn)纖維,；他們希望最終能用植物來(lái)制造高強(qiáng)度纖維。煙葉是可用的一種原料,，因此,，蜘蛛絲可能會(huì)成為處境困難的煙草工業(yè)的生命線,。

????譯者：陳舒