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      仿生塑料

哈佛大學(xué)Wyss研究所提供

仿生塑料：輕到足夠允許飛行，薄到足夠適應(yīng)靈活性，堅(jiān)固到足夠保護(hù)其主人，自然昆蟲表皮—發(fā)現(xiàn)于蒼蠅和草蜢堅(jiān)硬的外皮里—提供了其主人以保護(hù)而不增加重量或體積。哈佛大學(xué)仿生工程Wyss研究所的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種稱為“史萊克”的新材料，復(fù)制了昆蟲表皮的強(qiáng)度、耐久性和多功能性。“史萊克”—如此稱謂是因?yàn)槠涫怯赏ǔ膩G棄的蝦殼中提取的殼質(zhì)和來源于蠶絲的絲素蛋白組成—可用于制造迅速降解的垃圾袋、包裝材料和尿布。作為一種特別堅(jiān)固的生物相容性材料，它也可用于縫合承受高負(fù)荷的傷口，例如疝修補(bǔ)或作為組織再生的支架。

超薄鉑

由GOKCEN/國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所提供

超薄鉑：氫燃料電池車輛可以在未來提供清潔交通運(yùn)輸，但他們?nèi)匀话嘿F，部分原因是因?yàn)樗麄兪褂觅F金屬鉑，以促進(jìn)在電池內(nèi)產(chǎn)生電的化學(xué)反應(yīng)。一種快速、廉價(jià)地沉積鉑超薄層的新方法會(huì)使減少用于燃料電池催化劑金屬用量變得更為實(shí)際，從而大大降低其成本。應(yīng)用鉑原子厚度層的現(xiàn)行方法—主要是原子層沉積—速度慢而且復(fù)雜。據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所所說，這種新方法既便宜又容易實(shí)施。本質(zhì)上，溶液中溶解的鉑通過交替施加正電壓和負(fù)電壓而沉積在單原子厚層中。重復(fù)可以快速、容易地生成所需原子厚度層。此處顯示的是一層沉積在黃金上五秒后的超薄鉑薄膜層的一張掃描隧道顯微鏡圖像。較暗的區(qū)域是暴露的金基底層，尚未被鉑所覆蓋。

更便宜、更輕的碳纖維

由橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提供

更便宜、更輕的碳纖維：未來的汽車將需要結(jié)實(shí)、重量輕的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，以提高效率和行駛范圍，但市場(chǎng)成功需要低成本的纖維。從事于橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室碳纖維技術(shù)設(shè)備工作的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的聯(lián)盟正在努力克服制造出更便宜的碳纖維的挑戰(zhàn)。美國(guó)能源部給予了橡樹嶺3500萬美元獎(jiǎng)勵(lì)，以建造和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)室，其中包括一個(gè)能夠生產(chǎn)多達(dá)一年25噸新碳纖維材料的試驗(yàn)工廠。圖為一種用于制造碳纖維的聚合樹脂。

超級(jí)磁鐵

由IMAGES-OF-ELEMENTS.COM通過維基共享資源提供

超級(jí)磁鐵：稀土材料因?yàn)榫哂袕?qiáng)大的磁性，對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)、電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車以及消費(fèi)性電子產(chǎn)品的制造至關(guān)重要。然而，他們也很昂貴，而且?guī)缀跞縼碜杂谕粋€(gè)來源—中國(guó)。根據(jù)Electron Energy公司的說法，盡管電動(dòng)機(jī)利用磁鐵將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但燒結(jié)的稀土磁體在小尺寸上產(chǎn)生了難以置信的強(qiáng)大磁場(chǎng)，使制造商能夠制造更小、更輕的發(fā)動(dòng)機(jī)。該公司與Delaware大學(xué)的研究人員合作開發(fā)了一種制造工藝，使燒結(jié)稀土磁體的電阻率至少提高了30%。他們的目標(biāo)是制造出具有更高電阻率的磁體，即使電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能降低電機(jī)效率損失。此處展示的是鍍鎳的釹磁鐵塊，它是最廣泛使用的一種稀土磁體。

設(shè)計(jì)師納米晶體

由芝加哥大學(xué)/CHRIS STRONG提供

設(shè)計(jì)師納米晶體：三位芝加哥大學(xué)的化學(xué)家創(chuàng)造了一種新的方法來將他們所謂的“設(shè)計(jì)師原子”聚集到具有廣泛的潛在有用的屬性和功能的新材料內(nèi)。這些設(shè)計(jì)師原子是納米晶體，微小晶體陣列足夠小以至于新的量子現(xiàn)象開始出現(xiàn)，但又足夠大，以提供可用于收集太陽能和提供量子計(jì)算的新功能材料和物質(zhì)的構(gòu)造塊。Greg Engel，化學(xué)副教授，此處拍攝正在調(diào)節(jié)用于仔細(xì)分析納米晶體間耦合的飛秒激光系統(tǒng)。

堅(jiān)如巖石的涂層

由橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提供

堅(jiān)如巖石的涂層：來自橡樹嶺和Lawrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、Colorado礦業(yè)大學(xué)以及其他地方的工程師為工業(yè)鉆頭、鉆孔和道具設(shè)計(jì)了頂級(jí)的、鐵基的、玻璃狀的合金涂層，使這種設(shè)備在重載下更能抵抗斷裂。納米防護(hù)涂層，納米超硬廉價(jià)激光沉積涂層的簡(jiǎn)稱，需要用激光器將合金粉末熔化到刀具以及其他隧道鉆孔工具的表面。涂層成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通材料，如碳化鎢鈷硬質(zhì)合金，其較長(zhǎng)的使用壽命提高了隧道掘進(jìn)過程的效率。

廢物發(fā)電的熱電元件

由通用汽車提供

廢物發(fā)電的熱電元件：西北大學(xué)和密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)證明了一種能高效地將廢熱轉(zhuǎn)化為電能的熱電材料。如果你認(rèn)為幾乎三分之二的能源投入都作為廢熱而損失掉了，那真是個(gè)好消息。現(xiàn)有熱電材料的低效率限制了它們的商業(yè)用途。該項(xiàng)創(chuàng)紀(jì)錄的、環(huán)境穩(wěn)定的制定方法有望將廢熱的15%到20%轉(zhuǎn)化為有用的電，能夠使熱電元件更多的工業(yè)采用。例如，廢熱回收系統(tǒng)可以連接到汽車排氣管，或者可以處理來自玻璃和磚制造廠、煉油廠、化石燃料發(fā)電廠以及大型運(yùn)輸船和油輪的廢氣。

電子墨水

由ILLINOIS大學(xué) / S. BRETT WALKER提供

電子墨水：量子電子魔法可以制造出奇怪而有用的半導(dǎo)體，其在里面是絕緣體，在表面是導(dǎo)體。大部分材料起著阻擋電子流的絕緣體的作用，而表面是一種非常好的、類金屬導(dǎo)體，它能使電子以近乎光速的速度自由移動(dòng)，而不受通常阻礙通過材料電子運(yùn)動(dòng)的雜質(zhì)的影響。無金屬的導(dǎo)電墨水將在制造用于顯示屏、傳感器和電池的印刷電子材料中發(fā)揮作用。例如，Illinois大學(xué)研究人員發(fā)明了一種基于銀的電子墨水，其在蒸發(fā)時(shí)留下導(dǎo)電材料的痕跡。新配方比傳統(tǒng)的電子墨水更容易制作，附著在許多材料上，并且可以使用較簡(jiǎn)單的臺(tái)式設(shè)備在較低溫度下打印。

真菌泡沫

由VIA FLICKR的MYCOBOND提供

真菌泡沫：最初設(shè)想作為一種性價(jià)比高、環(huán)保、高性能的對(duì)于泡沫聚苯乙烯的替換物，Ecovative設(shè)計(jì)公司由農(nóng)作物廢料植物秸稈、水稻和小麥殼與蘑菇的根部粘結(jié)一起制造出蘑菇包裝（稱為菌絲體）。該公司正在調(diào)整其蘑菇原料以生產(chǎn)出用在汽車保險(xiǎn)杠、門、頂蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、汽車行李箱襯層、儀表盤以及座位的石油基塑料泡沫的替換物。其他潛在的用途包括桌面、沖浪板和服裝。