【新興材料技術正以前所未有的規模改變著全球行業格局，全新機遇從中湧現】
□於雪
5. 刀槍不入的塗料
Line-X是由聚氨酯橡膠構成的保護塗層，由等量的樹脂和固化劑混合形成。混合後3-5秒，塗層就會幹掉，形成的保護層材質跟工作靴的鞋幫子差不多。據說任何東西塗上它都刀槍不入、堅不可摧，比如西瓜塗上之後能抵抗錘子的猛擊，還讓以卵擊石變為可能。雞蛋塗上之後，從高處往下扔，竟然不會裂，還能像皮球一樣彈起。
Line-X是一種多用途的噴塗材料，幾乎可以為任何基底，如金屬、混凝土、玻璃纖維和木材提供優異的保護塗裝。對於抗腐蝕、抗磨損、抗衝擊等性能有極高要求的各行各業，尤其是軍事、汽車領域，以及在需要嚴密保護並延長使用壽命的重要商業設施上，Line-X保護塗料具有近乎無限的應用潛力。在“911”事件後，Line-X成為美國五角大樓唯一指定的軍方專用防爆彈性塗料。海軍陸戰隊的悍馬，部分美軍的防彈背心都採用了這一技術。更為難得的是，Line-X塗料不含任何有機溶劑，也就是說不會對空氣和環境產生有害物質。
4.抗震水泥
即使再堅固的混凝土，在風雨侵蝕下也遲早會開裂，這甚至會導致建築物倒塌。來自荷蘭的微生物學家赫德里克·喬克思（HendrikJonkers）靈光乍現——能否用細菌讓混凝土自行修復？經過無數次實驗，他終於發明出生物混凝土Bio-concerte。它依託於芽孢桿菌的神奇生命力，這種細菌產生的孢子能在沒有食物和氧氣的情況下存活200年之久。他將作為細菌營養來源的乳酸鈣混合攪拌成混凝土，若混凝土開裂，雨水滲透進去，休眠中的細菌通過代謝，把鈣和碳酸離子結合，形成石灰石，逐漸彌合裂縫。但是面對地震這種具有強大破壞能力的自然災害，也是無能為力。
為了提高現有建築的抗震能力，加拿大不列顛哥倫比亞大學的一群科學家研發出一種更為神奇的抗震水泥。這種新型混凝土由聚合物纖維、水泥、飛灰以及其他工業添加劑製成，具有高度的堅固性、韌性及延展性。只需將它噴塗在牆壁上，就能夠大大增強牆體的抗震性能。實驗數據顯示，塗上10毫米厚的抗震水泥，就可以抵擋住9級地震。此外，它還是一種環保型混凝土。抗震水泥使用飛灰替代了70％的水泥，大大降低了對水泥的需求量。因此也就減少了由於生產水泥而產生的二氧化碳排放。目前，這款材料將已經在溫哥華的一所小學率先試用。
3.能屈能伸的材料
有一種材料P4U，在常規狀態下是柔軟的，卻能防住突然的受力撞擊，在遇到強烈衝擊和刺激時就會變硬。名字取自“protectionfor you”的諧音，P4U是中國科學家自主研發的新型材料，它是一種可對環境感知、響應，並且具有發現能力的材料。它通過分子設計和有機合成的方法使有機材料本身具有生物所賦予的高級功能：如自修復與自增殖能力、認識與鑑別能力、刺激響應與環境應變能力等。P4U智能材料為非牛頓流體物質，在常態下保持鬆弛的狀態，柔軟而具有彈性，一旦遭到劇烈碰撞或衝擊的時候，分子間立刻相互鎖定，迅速收緊變硬從而消化外力，形成一層防護層。當外力消失後，材料會恢復到它最初的鬆弛軟彈狀態。它可以在瞬間對不同的衝擊情況作出不同的反應。
P4U是一種新型智能減振吸能材料，可廣泛應用於運動防護、電子設備、汽車減振、建築橋樑等領域。以鞋墊為例，P4U鞋墊的回彈指數為6，普通EVA鞋墊的回彈指數為46，減震吸能性能可達普通鞋墊8倍，能有效減輕對膝蓋的傷害。又如在軍警防護方面，每年全球各國軍警所用防護墊片市場容量非常龐大。
2.能吃的塑料袋
塑料袋被稱為“20世紀最糟糕的發明”，全世界使用量更是達到驚人的一年5000億個，已經造成了大面積的海洋汙染和陸地汙染。而現在能吃的環保塑料袋已經出現。
發明者阿什瓦思·赫奇（AshwathHedge）年僅24歲，出生在印度芒格洛爾的郊區。那裡垃圾成山，他的童年深受廢棄塑料袋的影響。印度每天產生的塑料廢棄物高達15000噸，其中有6000噸得不到任何形式的收集和處理就任其飄蕩在野外。阿什瓦思·赫奇為了改變這種環境，他從塑料袋本身的材料出發，花了4年時間，做了上千次實驗，終於發現了最佳的原料和配方比例，製成無汙染且可食用的新型塑料袋。這款塑料袋由紅薯、玉米、馬鈴薯與植物油等12種可食用原料做成100%“有機食品”，就連印刷的油墨都是可以吃的。不僅如此，它的韌性和耐用性不輸普通塑料袋，裝滿重物也沒破損的問題。即使焚燒，既沒有刺激性氣味，也不會產生有毒氣體。更重要的是，它具有生物可降解性，在野外180天就可自然降解。埋進土裡45天，或扔進水中1天，或在沸水中15秒，就可以完全溶解。
眾所周知，生產完全無汙染的綠色產品，成本往往會翻幾倍不止，但阿什瓦思·赫奇發明的塑料袋，成本僅僅比普通塑料袋高出35%。塑料袋雖小，卻足以改變世界。
1.點沙成土的粘合劑
防沙治沙是世界難題，多少年來，全球科學家們為此犯愁，大漠人對此充滿了失望。而今天，中國科學家終於將這個夢想變為現實。
重慶交通大學教授易志堅在對斷裂與損傷力學進行研究時，發現了“物質的顆粒約束決定物質的狀態”這一原理，而對此最神奇的體現就是土壤。土壤在含水時處於流變狀態，而乾燥的時候處於固體狀態，這兩種力學狀態之間能夠相互穩定轉換。無論是在流變狀態還是固體狀態下，土壤顆粒之間都存在約束，能夠結合成團，與離散沙子形成鮮明對比。土壤的力學特性，賦予了土壤兩大生態力學屬性：“自修復”和“自調節”。“自修復”是指土壤在固體狀態下發生破壞後，能夠轉換到流變狀態下修復；“自調節”則指土壤顆粒排列無論怎麼改變，土壤顆粒之間結合力始終存在。因為自修復性，土壤在固體狀態下發生破壞、斷裂等任何破壞，均能在流變狀態下得到修復，才能生生不息、年復一年地生長植物；因為有了自調節屬性，才能讓植物根系進入土壤自身讓其生長。如果土壤自修復屬性喪失，往往就出現兩個極端的退化形式——土壤板結和土壤沙化。如果沒有自調節屬性，土壤就不能成為植物載體。土壤能夠在流變和固體兩種狀態之間轉換的“秘密”就是：土壤顆粒之間存在萬向結合約束（簡稱“ODI約束”）並能夠轉換為團結約束。土壤沙化，根本原因就是失去了ODI約束，處於一種離散狀態，喪失了自修復和自調節的能力。若要將沙子變成土壤，就需要重新賦予其ODI約束。易志堅團隊就是從這個原理上來研究並實現“沙變土”的。
易志堅帶領研究團隊經過7年的反覆試驗，研發出一種可以讓沙漠變成土壤的黏合劑，這是一種從植物中提取的植物纖維粘合劑。只要把這種粘合劑放到沙裡，再添加適量的水，沙子就可以變得擁有生態力學屬性，使得沙粒像土壤一樣能從任何方向結合。而約束屬性和孔隙結構，則保證了“沙變土”具有存儲水分、養分和空氣的功能，同時能滋生微生物。這種粘合劑能賦予沙粒一種約束，把水倒進沙坑裡再也不會輕易流失了。
這項偉大的發明可以讓沙漠變良田，中國科研團隊已經在內蒙古阿拉善盟的25畝沙漠裡進行了實地實驗，並取得成功。未來，我們將會看到越來越多的沙漠逐漸變成綠洲。
（作者單位為上海交通大學材料科學與工程學院）
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