【大紀元2014年02月10日訊】（大紀元記者李洗塵編譯報導）自石器時代和青銅時代以來，材料的發展一直推動著人類科技水平的進步，21世紀的今天更進入了所謂的「分子時代」。當代的科學家們開始在原子水平上對材料進行調整，從而創造出有著驚人性質的新材料。
澳洲學術網站「對話」（the conversation）報導，德國卡爾斯魯厄科技大學的鮑爾（Jens Bauer）和其同事們正朝向這個方向努力。他們已經開發出一種類骨材料，其密度小於水，但強度卻和某些鋼材類似。鮑爾說：「這是第一次通過實驗證明，這種物質是可以存在的。」
自工業革命以來，新材料總是供不應求。人們希望用這些材料做不同的事情，從提高計算機的速度，到進入火星大氣層時能夠承受高溫等不勝枚舉。然而，大多數新材料的一個關鍵特徵仍是它們的強度和剛度，即它們可以承受多少載荷而不發生彎曲或屈曲。
通過對現有所有材料的分析我們可以得知，所有的固體材料的密度都比水大，除非它是多孔材料。木頭和骨頭都是多孔材料，在顯微鏡下觀察，他們表現出精致的結構，這也給鮑爾的工作帶來了靈感。
多年以來，材料科學家們認為，理論上可以預測存在一些密度小而強度高的材料。運用計算機模擬，可以找到一種最優的顯微組織，使材料獲得合適的性能。然而，還沒有工具能夠在頭髮絲的尺寸上，構建定義模式的材料。
然而，隨著近期激光和3D打印技術的發展，德國Nanoscribe公司開始提供激光器，它能完成鮑爾正想要做的工作。這個系統用透鏡將激光精確聚焦，在一個小點上，當這種光點照在一種聚合物上，該塑料就會發生化學反應。
製作這種材料的具體步驟如下：首先，將一滴蜂蜜狀的聚合物被放置在載玻片上，然後打開激光，再配合計算機輔助設計（CAD）的使用和載玻片的精準移動，好讓激光僅固定焦點於那些能讓聚合物凝固的點上。工作完成後，沖走多餘的液體聚合物，留下有著複雜內部結構的材料。
然而，完成這一步驟的材料，其強度還沒有達到鮑爾的要求。因此，他在材料上鍍上了一層薄薄的氧化鋁，之後把材料送去做力學測試。根據試驗結果，他已改善了這個用於設計材料內部結構的理論模型。該研究結果近期發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。
儘管氧化鋁層提高了這種材料的密度，但材料整體上還是比水輕。鮑爾研製的強度最高的材料，具有特定的蜂窩狀內部結構，並塗覆有50納米厚（十億分之一米）的氧化鋁層。它能夠承受280兆帕斯（MPa，應力單位）的負載，從而超越了所有比水輕的自然和人造材料，甚至達到了某些鋼材的強度。
這種材料也有它的局限性。Nanoscribe的系統只能做出幾十微米的大小的物體。鮑爾補充：「他們的一個新的機器可以做出毫米大小的材料，但現在也就能做到這樣」。對於現實生活中的任何應用，這都是不夠的。
然而，這項工作所涉及的所有領域都在飛速發展，如3D打印、新的聚合物和激光技術。這意味著，我們可能很快就會有一系列新的超輕質材料，可以運用於從滑雪板到飛機零部件的各種領域。鮑爾的工作表明，毫無疑問，我們正處在分子時代。
（責任編輯：張東光）
