【大纪元2014年02月10日讯】（大纪元记者李洗尘编译报导）自石器时代和青铜时代以来，材料的发展一直推动着人类科技水平的进步，21世纪的今天更进入了所谓的“分子时代”。当代的科学家们开始在原子水平上对材料进行调整，从而创造出有着惊人性质的新材料。
澳洲学术网站“对话”（the conversation）报导，德国卡尔斯鲁厄科技大学的鲍尔（Jens Bauer）和其同事们正朝向这个方向努力。他们已经开发出一种类骨材料，其密度小于水，但强度却和某些钢材类似。鲍尔说：“这是第一次通过实验证明，这种物质是可以存在的。”
自工业革命以来，新材料总是供不应求。人们希望用这些材料做不同的事情，从提高计算机的速度，到进入火星大气层时能够承受高温等不胜枚举。然而，大多数新材料的一个关键特征仍是它们的强度和刚度，即它们可以承受多少载荷而不发生弯曲或屈曲。
通过对现有所有材料的分析我们可以得知，所有的固体材料的密度都比水大，除非它是多孔材料。木头和骨头都是多孔材料，在显微镜下观察，他们表现出精致的结构，这也给鲍尔的工作带来了灵感。
多年以来，材料科学家们认为，理论上可以预测存在一些密度小而强度高的材料。运用计算机模拟，可以找到一种最优的显微组织，使材料获得合适的性能。然而，还没有工具能够在头发丝的尺寸上，构建定义模式的材料。
然而，随着近期激光和3D打印技术的发展，德国Nanoscribe公司开始提供激光器，它能完成鲍尔正想要做的工作。这个系统用透镜将激光精确聚焦，在一个小点上，当这种光点照在一种聚合物上，该塑料就会发生化学反应。
制作这种材料的具体步骤如下：首先，将一滴蜂蜜状的聚合物被放置在载玻片上，然后打开激光，再配合计算机辅助设计（CAD）的使用和载玻片的精准移动，好让激光仅固定焦点于那些能让聚合物凝固的点上。工作完成后，冲走多余的液体聚合物，留下有着复杂内部结构的材料。
然而，完成这一步骤的材料，其强度还没有达到鲍尔的要求。因此，他在材料上镀上了一层薄薄的氧化铝，之后把材料送去做力学测试。根据试验结果，他已改善了这个用于设计材料内部结构的理论模型。该研究结果近期发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。
尽管氧化铝层提高了这种材料的密度，但材料整体上还是比水轻。鲍尔研制的强度最高的材料，具有特定的蜂窝状内部结构，并涂覆有50纳米厚（十亿分之一米）的氧化铝层。它能够承受280兆帕斯（MPa，应力单位）的负载，从而超越了所有比水轻的自然和人造材料，甚至达到了某些钢材的强度。
这种材料也有它的局限性。Nanoscribe的系统只能做出几十微米的大小的物体。鲍尔补充：“他们的一个新的机器可以做出毫米大小的材料，但现在也就能做到这样”。对于现实生活中的任何应用，这都是不够的。
然而，这项工作所涉及的所有领域都在飞速发展，如3D打印、新的聚合物和激光技术。这意味着，我们可能很快就会有一系列新的超轻质材料，可以运用于从滑雪板到飞机零部件的各种领域。鲍尔的工作表明，毫无疑问，我们正处在分子时代。
（责任编辑：张东光）
