05.02 這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

民科們在駁倒“相對論”和“量子力學”時,所用的一慣論證方法是“按常理推導不出來,那麼它就是錯的”。


進入21世紀以來,卻真的有一類材料,完全是由理論推導而設計出來的新材料。如果民科看過這些新材料,不知道會不會將研製出這些材料的科學家都打成“騙子”呢?

早在1968年,前蘇聯理論物理學家菲斯拉格(Veselago)提出了,通過對物質在多種物理結構上的設計來突破某些表觀自然規律的限制,從而獲得超常的材料。菲斯拉格在理論上預測了一些“反常”現象,但是由於沒有實驗驗證,加之當時處於功能材料發展初期,人們對菲斯拉格的發現並未予以足夠重視。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

超材料結構模型

  • 2001年,美國加州大學在實驗室製造出世界上第一個負折射率超材料樣本,並實驗證明了負折射現象與負折射率。

  • 2002年,麻省理工學院從理論上證明了“左手材料”存在的合理性,預言了這種人工材料在高指向天線、微波波束聚焦、電磁波隱身等方面的應用前景;

  • 2006杜克大學制造了能在光波下隱形的“隱身外衣”;

  • 2009年出現了寬頻段的隱身衣;2010年發現電磁黑洞。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

隱形外衣

上述報道表明,本世紀“超材料”理論和實踐上的突破,使得迎來了“超材料”的春天。超材料的設計思想使得人們可以在不違背基本的物理學規律的前提下,人工獲得與自然界中的物質具有完全不同的超常物理性質的“新材料”。

目前典型的的“超材料”有:“左手材料”、“光子晶體”、“超磁性材料” 、“金屬水”。這些材料可以廣泛應用於日常生活和軍事航天等領域。

以下是六類我們可能聽說過的“超材料”:

1、自我修復材料——仿生塑料

伊利諾伊大學的Scott White研發出了一種具備自我修復能力的仿生塑料。這種聚合物內嵌有一種由液體構成的“血管系統”,當出現破損時,液體就可像血液一樣滲出並結塊。相比其他那些只能修復微小裂痕的材料,這種仿生塑料可以修復最大4毫米寬的裂縫 。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

仿生塑料

2、熱電材料

一家名為Alphabet Energy的公司開發出了一種熱電發電機,它可被直接插入普通發電機的排氣管,從而把廢熱轉換成可用的電力。這種發電機使用了一種相對便宜和天然的熱電材料,名為黝銅礦,據稱可達到5-10%的能效。熱電材料目前已經開始了小規模的應用——比如在太空飛船上——但方鈷礦具備廉價和能效高的特點,可以用來包裹汽車、冰箱或任何機器的排氣管 。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

熱量清道夫

3、鈣鈦礦

除晶體硅外,鈣鈦礦也可可用來製作太陽能電池的替代材料 。在2009年,使用鈣鈦礦製作的太陽能電池具備著3.8%的太陽能轉化率。到了2014年,這一數字已經提升到了19.3%。相比傳統晶體硅電池超過20%的能效。科學家認為,這種材料的性能依然有提升的可能 。相比晶體硅,這些原材料要便宜得多,且能被噴塗在玻璃上,無需在清潔的房間當中精心組裝。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

天然的鈣鈦礦

4、氣凝膠

氣凝膠可由任意數量的物質所製成,包括二氧化硅、金屬氧化物和石墨烯。由於空氣佔了絕大部分比重,氣凝膠還是一種絕佳的絕緣體。它的結構也賦予其超高的強韌性 。NASA的科學家已經在實驗一種由聚合物所製成的柔性氣凝膠,作為太空飛船在穿過大氣層時的絕緣材料 。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

氣凝膠絕緣測試

5、Stanene——導電率100%的材料

和石墨烯一樣,Stanene也是一種由單原子層所製作的材料。但由於使用了錫原子而非碳原子,這使其具備了石墨烯所無法實現的特性:100%的導電率 。

Stanene在2013年由斯坦福大學張首晟教授首次進行了理論化。預測Stanene這類材料的電子屬性是張教授的實驗室所擅長的領域之一,根據他們的模型,Stanene是一種拓撲絕緣體,也就是說,它的邊緣是導體,而內部是絕緣體。這樣一來,Stanene就能在室溫下以零阻力導電。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

被稱為石墨烯表親的單層原子同結構的Stanene

6、光操縱材料

光操縱超材料的納米結構能夠以特定的方式對光線進行散射,它或許真的可以讓物體隱形。根據製作方式和材料的不同,超材料還能散射微波、無線電波、和不太為人所知的T射線。實際上,任何一種電磁頻譜都能被超材料所控制 。

這些新材料完全從理論推導出來,卻違背自然規律

折射率為負的“超材料”

有人說,這些超材料有能力改變世界,你認為呢?


分享到:


相關文章: