说起业界所谓的“超级材料”，相信不少人首先想到的会是蓝宝石。没错，这种硬度超高的材料因为苹果的青睐而备受关注。但除了蓝宝石之外，科学家们已经在实验室中研发出了不少意义重大的超级材料，本文就将对其中的6种进行介绍。

　　自我修复材料——仿生塑料

　　人体具备非常强大的自我修复能力，但建筑环境却并不具备这种能力。去年，伊利诺伊大学的Scott White研发出了一种具备自我修复能力的仿生塑料。他们给塑料加上了一种人造导管系统，并在这些“假血管”中注入能发生化学反应的液体，这样当塑料裂开时，这些液体就能混合，像血液凝结一样使材料凝固，以使物品免遭更多损伤。当出现破损时，由于导管系统的作用，液体渗入小洞和裂缝，用20分钟形成了厚厚的凝胶，阻止了损伤的继续扩散。研究团队表示，凝胶用时3个小时凝固，最终自愈后的强度约为原材料的60%。这种仿生塑料可以修复最大4毫米宽的裂缝。研究人员表示，这种新型塑料产生的效果虽然和环氧树脂相似，但其修复损伤的速度要快得多，修复机制也与环氧树脂完全不同。

　　热电材料——热量清道夫

　　对于任何一部会使用能源的设备来说，废热的产生都是不可避免的。根据估算，人类所使用的所有能源当中有2/3都以废热的形式流失了。可要是有办法能够捕捉到这些被浪费的能量呢？

　　美国密歇根州立大学日前研发出一种新型热电材料，这种由土壤中富含的天然矿物质黝铜矿制成的材料能够吸收热能，并直接将其转化为电力。这些黝铜矿热电材料具有易生产，价格低廉，安全等优势。目前在应用方面方面已取得一些突破。

　　在实验室当中，科学家们已经在研究另一种具备可发展前景，甚至能效更高的热电材料，名为方钴矿，一种含钴的矿物。方钴矿为中文名，英文名为skutterudite，是一种自然矿物，因1928年在挪威Skutterud小镇首先被发现而命名。方钴矿材料具有廉价、对环境友好等特点，但早期科学家研究发现它的传热能力太强，因此热能转化为电能的能力不足。方钴矿材料最特别的一点是它具有笼状开放式结构，就像灯笼一样，内部存在很大空间的孔洞。1995年，美国通用汽车公司的Morelli和Meisner发现用铁掺杂框架结构可在孔洞内填入稀土原子获得空穴导电型材料，可以数量级降低其传热能力，这类填入外来原子的新材料被称为填充方钴矿（filled skutterudite）。热电材料目前已经开始了小规模的应用——比如在太空飞船上——但方钴矿具备廉价和能效高的特点，可以用来包裹汽车、冰箱或任何机器的排气管。

　　钙钛矿——廉价太阳能电池

　　太阳能电池是半导体材料器件，它能够把光能转换为电能，这也就是光生伏特效应（photovoltaic effect）。利用这种效应，太阳能电池把太阳能转换成电能。因此，电池的转换效率越高，我们就能获得更多的电。所以研究的主要目标就是不断追求转换效率更高的太阳能电池。

　　我们通常见到的太阳能电池板，是用晶体硅材料制成的。这种晶体硅太阳能电池从20世纪70年代开始研制至今，光电转换效率最高能达到25%，这期间经历了将近50年的时间。而目前最热门的研究领域则是钙钛矿型甲胺铅碘薄膜太阳能电池（下文简称钙钛矿太阳能电池），从2009年到2014年的5年间，光电转换效率便从3.8%跃升至19.3%，提高了5倍。钙钛矿太阳能电池的转换效率进步如此之大，而且比传统的硅电池更便宜、更易生产。不过，想要实现钙钛矿电池的巨大商业价值，目前还存在一些难题，钙钛矿电池材料含有铅，这是一种对人体和环境有极大危害的元素，并且易氧化挥发，遇水易分解，可能渗入土壤，对环境产生威胁。并且钙钛矿电池寿命不长，目前，寿命最长的钙钛矿太阳能电池可达到1000小时，而传统晶硅电池寿命一般可达到25年。

　　气凝胶——超轻、超强韧

　　气凝胶看上去似乎是一种不真实的材料。尽管看上去空虚飘渺，但它却能轻松承受一盏喷灯的热量，或是一辆汽车的重量。如名所示，这是一种液体被空气完全替换的胶体，这也就是为什么它看上去就像是一团烟。气凝胶可由任意数量的物质所制成，包括二氧化硅、金属氧化物和石墨烯。由于空气占了绝大部分比重，气凝胶还是一种绝佳的绝缘体。它的结构也赋予其超高的强韧性。

　　不过气凝胶也有一个致命的缺陷：脆性，特别是原材料为二氧化硅时。但NASA的科学家已经在实验一种由聚合物所制成的柔性气凝胶，作为太空飞船在穿过大气层时的绝缘材料。将其他化合物加入到二氧化硅气凝胶可增强其柔韧性，再加上本身的轻巧、强韧和绝缘性，这将会使其成为一种不可思议的材料。

　　超材料——光操纵器

　　一些亚波长尺度的物质结构能够产生奇特的宏观光学现象。例如蝴蝶翅膀的色彩就是源于其微观结构，而非简单的反射特定波长的入射光。科学家利用这一原理制造出了许多以往不可思议的材料，被称为光学超材料或者光操纵器。

　　科学家采用纳米工艺改变物质的微结构，微结构比分子要大一些，但是比电磁波波长要小，通过人为调制电磁波，制备出具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，即光学超材料。超材料的纳米结构能够以特定的方式对光线进行散射，在未来，它或许真的可以让物体隐形，让我们拥有“哈利·波特”的“隐形斗篷”成为现实。

　　更有意思的是，超材料不光能对可见光进行重新导向。因制作方式和材料的不同，超材料还能散射微波、无线电波、和不太为人所知的T射线。实际上，任何一种电磁频谱都能被超材料所控制。

　　Stanene——导电率100%的完美材料

　　该材料被戏称为stanene，拉丁词锡“stannum”和用于二维材料“ene”后缀的缩写。它为金属做了一些研究者多年来为碳和其他物质做的事。stanene的目标是建立一个完善的、没有热量浪费的电力传输系(95267710什么意思？95267710出自《7710》这首歌。9526在手机里的九宫格就是WJAN(我就爱你)的大写字母，而7710是一颗围绕着太阳公转的小行星，同时也是喜欢的人的手机号。)统，但新材料还没有开始活动。

　　根据理论模型，Stanene是一种拓扑绝缘体，也就是说，它的边缘是导体，而内部是绝缘体。允许电子沿其边缘行进，而不与其它电子和沿途原子发生碰撞，从而避免了以热的形式浪费能量。这样一来，Stanene就能在室温下以零阻力导电。

　　Stanene的属性尚未经过实验测试——毕竟制作单层锡原子并不是件易事。如果对于Stanene的预测也被证实，那它有可能对所有电子设备内部的微芯片产生革命性影响。也就是说，芯片的性能将会被大大增强。由于电子所产生的热量，硅芯片的性能是有所限制的——如果运转速度过快，发热也会过高——而拥有100%导电率的Stanene却不会有这样的问题。

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