上海交通大学：《材料与文明》课程教学资源（学生作业）李嘉翔-超材料与军事

超材料与军事 516120910078 安泰李嘉翔

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看过漫威电影《钢铁侠》 的观众一定对托尼史塔克 那身帅气的钢铁盔甲印象 深刻，史塔克的盔甲不仅 色彩鲜明，还具有超高的 强度。从史塔克在被恐怖 分子抓着采用炮弹拆卸的 材料制造出第一代钢铁侠 战衣开始，到目前为止一 共有四十六代战衣。除了 第一代和第二代采用了铁 板和钢板外，后期多数战 衣都加入了一种叫做金钛 合金的材料，那么这种金 4 钛合金到底是怎样一种材 料呢？

看过漫威电影《钢铁侠》 的观众一定对托尼史塔克 那身帅气的钢铁盔甲印象 深刻，史塔克的盔甲不仅 色彩鲜明，还具有超高的 强度。从史塔克在被恐怖 分子抓着采用炮弹拆卸的 材料制造出第一代钢铁侠 战衣开始，到目前为止一 共有四十六代战衣。除了 第一代和第二代采用了铁 板和钢板外，后期多数战 衣都加入了一种叫做金钛 合金的材料，那么这种金 钛合金到底是怎样一种材 料呢？

IRON MAN 这种合金是军用卫星使用的金钛合金，而不是一般的钛合金。 相较于普通钢材在高空容易结冰的缺点，金钛合金在低温下 完全不惧拍结冰的问题。用99%金和%钛制成的合金。色泽 接近纯金，熔点大大提高，且硬度大大提高，耐磨耐用，可 用于镶嵌宝石。也被称为九九金，标记为“990

这种合金是军用卫星使用的金钛合金，而不是一般的钛合金。 相较于普通钢材在高空容易结冰的缺点，金钛合金在低温下 完全不惧拍结冰的问题。用99%金和l%钛制成的合金。色泽 接近纯金，熔点大大提高，且硬度大大提高，耐磨耐用，可 用于镶嵌宝石。也被称为九九金，标记为“990"

超材料定义 超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材 料所不具备的超常物理性质的复合材料。“超材料” (Metamaterial)是21世纪以来出现的一类新材料，其 具备天然材料所不具备的特殊性质，而且这些性质主要 来自人工的特殊结构。 超材料的设计思想是新颖的，这一思想的基础是通过在 多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制， 从而获得超常的材料功能。超材料的设计思想昭示人们 可以在不违背基本的物理学规律的前提下，人工获得与 自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物 质”，把功能材料的设计和开发带入一个崭新的天地。 典型的“超材料”有：“左手材料”、光子晶体、 “超 磁性材料”、 金属水

超材料定义  超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材 料所不具备的超常物理性质的复合材料 。 “超材料” （Metamaterial）是21世纪以来出现的一类新材料，其 具备天然材料所不具备的特殊性质，而且这些性质主要 来自人工的特殊结构 。  超材料的设计思想是新颖的，这一思想的基础是通过在 多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制， 从而获得超常的材料功能。超材料的设计思想昭示人们 可以在不违背基本的物理学规律的前提下，人工获得与 自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物 质” ，把功能材料的设计和开发带入一个崭新的天地。  典型的“超材料”有： “左手材料” 、光子晶体、 “超 磁性材料” 、 “金属水”

。自我修复材料一一仿生塑料 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。这种聚合物 内嵌有一种由液体构成的“血管系统”， 当出现破损时，液体就可像血液一样渗出 并结块。相比其他那些只能修复微小裂痕 的材料，这种仿生塑料可以修复最大4毫米 宽的裂缝

 自我修复材料——仿生塑料  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。这种聚合物 内嵌有一种由液体构成的“血管系统” ， 当出现破损时，液体就可像血液一样渗出 并结块。相比其他那些只能修复微小裂痕 的材料，这种仿生塑料可以修复最大4毫米 宽的裂缝

热电材料 钙钛矿 气凝胶 Stanene一一导电率100%的材料 和石墨烯一样，Stanene也是一种由单原子层所制作的材料。但 由于使用了锡原子而非碳原子，这使其具备了石墨烯所无法实 现的特性：100%的导电率。 Stanene在2013年由斯坦福大学张首晟教授首次进行了理论化。 预测Stanene.这类材料的电子属性是张教授的实验室所擅长的领 域之一，根据他们的模型，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。这样一来，Stanene就 能在室温下以零阻力导电。 光操纵材料

 热电材料  钙钛矿  气凝胶  Stanene——导电率100%的材料  和石墨烯一样，Stanene也是一种由单原子层所制作的材料。但 由于使用了锡原子而非碳原子，这使其具备了石墨烯所无法实 现的特性：100%的导电率。  Stanene在2013年由斯坦福大学张首晟教授首次进行了理论化。 预测Stanene这类材料的电子属性是张教授的实验室所擅长的领 域之一，根据他们的模型，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。这样一来，Stanene就 能在室温下以零阻力导电。  光操纵材料

“暗战》 wwww 271 超材料， 中国如 何胜出？ 昵图网www.nipic.comy:macEman N02010030212步50

“暗战” 超材料， 中国如 何胜出？

事实上，借助“超材 ”，全球的材料学家和 物 理科学家们正在将上述 姿药金特可车 机、笔记本大小的卫星天 线、能感应地形的智能鞋 、 能复原的弹性陶瓷、 可 减轻地震或海啸影响的 护墙壁等等。 这种超材料的新奇之 处在于，通过复杂的人工 手段对物质原子、，分子施 加影响来改变材料的力学 性质，让光波、雷达波、 无线电波、声波甚至地震 豪容为这码帮幫数被甜 誉为由材料组成的 材 》

 事实上，借助 “超材 料” ，全球的材料学家和 物理科学家们正在将上述 听起来十分“科幻”的东 西变为现实： “隐形”飞 机、笔记本大小的卫星天 线、能感应地形的智能鞋 子、能复原的弹性陶瓷、 可减轻地震或海啸影响的 防护墙壁等等。  这种超材料的新奇之 处在于，通过复杂的人工 手段对物质原子、分子施 加影响来改变材料的力学 性质，让光波、雷达波、 无线电波、声波甚至地震 波弯曲。这种超材料被科 学家誉为“由材料组成的 ‘材料’”