【前沿动态】一大波新材料来袭：最黑材料、变形材料、变色蒙皮、隐身斗篷、动态晶体……
科学家研发世界最黑材料：
可吸收99.8%的光线
据研究人员称，这种名叫Vantablack S-VIS的材料能够吸收99.8%的光线，反射能力比哈勃望远镜上使用的超黑喷漆还要弱17倍。这种新材料能够轻易覆盖体积较大、机构复杂的物体表面，如大型照相机和飞行器等。
Vantablack的纳米结构能够吸收几乎所有入射光，从而让精密的光学仪器得以发挥最佳性能。据这家公司称，这种材料能够吸收99.956%的入射光。
改良后的版本将在更多领域得到使用，如在航天领域，它可以覆盖在更大、更复杂的形状和结构表面。在喷涂该产品之后，这款黑色的涂料能让3维立体的物体看上去像一个2维平面的、黑色的洞，让你根本看不清其表面的细节。
客户可以要求该公司为他们喷涂Vantablack S-VIS，或者也可以申请执照，将这种涂料用在自己的生产设备中。公众可以前往伦敦的科学博物馆，亲眼看看这种“世界上最黑的涂料”究竟有多黑。
新浪科技讯 北京时间3月17日消息，研究人员近日研发出了一种世界上最黑的材料，可以用喷枪进行喷涂，这种名叫Vantablack S-VIS的材料能够吸收99.8%的光线，反射能力比哈勃望远镜上使用的超黑喷漆还要弱17倍。这种新材料能够轻易覆盖体积较大、机构复杂的物体表面，如大型照相机和飞行器等。
Vantablack S-VIS的上一代材料名叫Vantablack，由低温碳纳米管制成，于2014年研发成功。“Vantablack的纳米结构能够吸收几乎所有入射光，从而让精密的光学仪器得以发挥最佳性能。”研发该材料的英国Surrey NanoSystems公司表示。据这家公司称，这种材料能够吸收99.956%的入射光。
“最初的Vantablack涂料已经具有里程碑的意义，并对许多研发高性能设备的公司起到了至关重要的作用，” Surrey NanoSystems公司的首席技术官本·詹森（Ben Jensen）说道。“而在进一步的研发之后，这种新型可喷涂的材料又有了更大的应用范围。”
改良后的版本将在更多领域得到使用，如在航天领域，它可以覆盖在更大、更复杂的形状和结构表面。“和其它光线吸收物不同，这种材料在多种视角和波长下都有着极其卓越的表现，而这一点对光学仪器和许多物体外观来说是至关重要的。”该公司表示。
在喷涂该产品之后，这款黑色的涂料能让3维立体的物体看上去像一个2维平面的、黑色的洞，让你根本看不清其表面的细节。Vantablack S-VIS在研发中使用了一种碳纳米管混合物。使用喷雾前后要执行很多步骤，才能达到超低反射率的效果。
“Vantablack S-VIS非常有效，它的性能远远超出了我们已知的任何超黑涂料，反射率仅为0.20%。”詹森说道。 “这种材料运用的范围将包括一些商业产品，如照相机，需要改进性能的精密仪器，以及通过这种涂层的独特视觉效果改变产品外观等。和现有的商业吸光涂料相比，这种新材料是一个很大的进步。”
该公司表示，该喷雾不能用于会发生直接接触或擦碰的地方。Vantablack S-VIS是为了保护必须密封起来、或储存在特定玻璃和保护层中的物体的，并且只能用在能承受100摄氏度高温的固定表面上。客户可以要求该公司为他们喷涂Vantablack S-VIS，或者也可以申请执照，将这种涂料用在自己的生产设备中。公众可以前往伦敦的科学博物馆，亲眼看看这种“世界上最黑的涂料”究竟有多黑。
（来源：新浪科技，作者：叶子）
科学家研发新材料：
可随时改变形状大小硬度
北京时间3月14日消息，科学家近日研制出了一种能够改变形状和大小的新型材料。
该材料由若干个单独的模块构成，每个模块包含6个开口的正方体，在气动传输器的作用下进行变形。
该材料由若干个单独的模块构成
研究人员将64个独立单元组合成一个4x4x4的结构，它的体积可以忽大忽小，可以改变形状，还能忽然变成一张平平的薄片。在它形状改变的同时，该材料的硬度也会发生改变。研究人员称，这为该材料在长度、宽度和高度之外，又增加了一种维度。
它的体积可以忽大忽小 可以改变形状
这意味着它可以用来制造一种独特的材料，处于某个形状时容易变形，处于另一个形状时则坚硬无比。
（来源：新浪科技）
美军方资助项目研发出具有感知及变色能力的高技术蒙皮
可用于机器人
[据美国防务技术网2016年3月14日报道]美国康纳尔大学及意大利技术研究所研究人员研发了一种具有感知及变色能力的高技术蒙皮，相关论文近期在美国《科学》杂志上发表。
项目情况 根据论文，这种柔性、可伸缩的蒙皮名为“超弹性发光电容器”（hyper-elastic light-emitting capacitor），它不仅能够感知压力，也具有一种类似变色龙的环境适应性变色能力。论文称，该蒙皮罩在产品身上可以产生发光效果：它由极纤薄的橡胶片组成；橡胶片上排布了大量单独可控像素，能像章鱼一样改变颜色。此项研究部分资金来源于美国陆军及空军。
项目意义 项目研究人员之一、康奈尔大学机械与航空航天工程学助理教授罗伯特•谢泼德表示，这些可变色像素可以用于机器人，使其改变颜色，这之所以重要，原因之一在于，当机器人成为人类生活中日益重要的一部分，它们将越来越需要具备与人类建立情感联系的能力，所以，能够通过改变自身颜色回应情绪或房间的色调对于人机交互将非常重要。德国杜伊斯堡-埃森大学的科学家几年前曾开展一项研究，其结论是，人类看到机器人受到虐待会产生同情并感到不舒服。为机器人添加蒙皮，尤其是具有人类特征的，只会加强人类与机器人之间的情感联系。美国军方表示，美国防高级研究计划局（DARPA）研制的“阿特拉斯”（Atlas）类人机器人将成为首个反应型机器人，如果成真，使其具备人类面孔将很可能会受到某些对机器人的存在深感压力的人士欢迎。
机器人保护外衣并非美国防部参与研发的唯一柔性蒙皮，此前，DARPA曾资助研发一种用于护理的可充气机械手臂，它也是电影《超能陆战队》中气球人“大白”的灵感来源。
（来源：中国国防科技信息中心，作者：王璐菲）
美研发超材料蒙皮
有望被用来制作隐身斗篷
【据gizmag期刊网站2016年3月9日报道】近日美国爱荷华州立大学的研究人员研发了一种柔性、可伸缩的超材料蒙皮（Meta-skin），声称能够帮助物体躲过雷达的侦察，并有望被用来制作隐形斗篷。这种超材料由多排镶嵌在硅胶片上的镓铟锡合金环形谐振器组成，具有导电能力，能控制电流通过。研究人员希望这种材料最终能帮助物体实现可见光和红外光下的隐身。
这些环形谐振器的半径为2.5毫米，厚度为0.5毫米。整块超材料外层可以透过伸展和收缩，有效吸收特定的频率范围内的雷达信号。
环形谐振器中充满液态镓铟锡合金后，就能吸收某些频率的雷达波抑制其发射。“超材料蒙皮”可进行拉伸，其中的环形谐振器也会随之变形，吸收的雷达波频率也会发生变化。试验表明，该材料对频率范围为8-10GHz的雷达波吸收效率约为75%左右。
该课题族研究人员指出，与目前传统的隐身技术只能吸收某一狭窄频段的电磁波不同，“超材料蒙皮”具有吸收所有频段雷达波的潜力，效果就像一块“雷达波海绵”一样。
研究人员承认，要为隐形轰炸机披上“隐身斗篷”，使飞机从肉眼前消失，还需要等待纳米技术的进一步发展，但课题组相信，他们的技术可使这一梦想变成现实。
去年11月，华中科技大学的研究人员曾研发出一种可以调节吸收频率的隐身系统，但这种材料并没有采用任何超材料技术。
爱荷华州立大学的这一研究成果已于近日发表在《科学报告》（Science Reports）上。
（来源：中国工程技术信息网，作者：中国船舶工业综合技术经济研究院 丁宏）
美科学家研发可捕捉雷达波
使物体隐身的“超材料外层”
[据美国艾奥瓦州立大学网站2016年3月4日报道]美国艾奥瓦州立大学的工程师已经研制出一种新型柔性、可伸缩、可调谐的“超材料外层”（meta-skin），可利用一排排小型、液态金属装置使物体对雷达波隐身。
《自然》杂志旗下网上期刊《科学报告》近期报道了这一发明。该研究由艾奥瓦州立大学电子与计算机工程系的董亮（音，Liang Dong）副教授、宋继明（音，Jiming Song）教授牵头，美国国家科学基金会与中国学术委员会提供了部分赞助。董教授拥有微纳米器件制备以及液体与聚合物相关工作经验，宋教授是电磁波新应用方面的专家。他们希望合作证明一个想法：使用弹性可调谐的液体金属技术可以抑制电磁波。
他们发明的“超材料外层”由硅胶片内嵌一排排开口环型谐振器组成。这些谐振器是一个个外半径为2.5毫米、厚度为0.5毫米的开口环，内装液态合金镓铟锡（室温下为液态，毒性比水印等其他液态金属要小），环上有一个1毫米的间隙，足以形成一段小型、曲节液体电线。谐振器环能起到电力电感器的作用，而环上间隙能起到电容器的作用，结合在一起，就形成了一个可以在特定频率上捕获及抑制雷达波的谐振器。伸缩该“超材料外层”可以改变液态金属环的尺寸，从而改变该装置可抑制的雷达波频率。试验表明，该材料在8-10千兆赫频率范围内的雷达波抑制率大约为75%。当使用该材料包裹一个物体时，雷达波会从各个入射方向及观测较受到抑制。
研究人员相信，该材料未来可以成为下一代隐身战机的外表面材料，他们希望，该技术最终能使物体在可见光或红外光等更高频电磁波下隐身。
（来源：中国国防科技信息中心，作者：王璐菲）
哈佛开发出可调透明度窗玻璃
美国哈佛大学研究人员日前开发出一种新工艺，只需轻调电压，就能迅速改变窗玻璃的透明度。
此前也有研究人员开发可调透明度的窗玻璃，但都是基于电化学反应来实现调节功能，工艺成本较高。而哈佛研究小组的新技术是通过改变材料的几何结构来调节窗玻璃透明度的。
哈佛大学工程与应用科学学院研究人员在最新一期美国《光学快报》杂志上报告说，他们开发的新型可调窗玻璃中间是一层玻璃或者塑料材料，两侧覆盖了透明、柔软的弹性体，弹性体上又喷了银纳米线涂层。银纳米线涂层尺度很小，不会散射照射其上的光线。但是，当施加一个外部电压时，情况就发生了变化。
在外加电压的作用下，两侧的银纳米线获得能量向彼此运动，从而对弹性体挤压导致其变形。由于银纳米线在表面的分布不均匀，所以弹性体也呈不均匀变形。这导致表面粗糙，散射光线，玻璃就会变得模糊。
研究人员介绍说，关键一点是，整个变化过程发生在不到一秒钟的时间内。此外，他们还发现，弹性体表面的粗糙程度与外加电压相关。电压值越高，表面就会变得越粗糙，玻璃也就越模糊。
参与研究的塞缪尔·希安比喻说，“这就好像是一个冰冻的池塘。如果这个冰冻池塘表面是光滑的，那么就可以透过冰看到下面，但如果冰表面有很多划痕，就什么都看不到了。”
此前基于化学反应的可调玻璃，利用的是基于真空沉积的镀膜方法，成本高且工艺复杂。哈佛研究负责人戴维·克拉克说，他们研发的这一新工艺实质上是一种物理变化，因此整个过程更加简单，成本也更低，更有可能实现商业量产。比如银纳米线涂层可以直接喷涂或者粘贴到弹性体上，适宜应用到大型建筑的玻璃上。
研究人员下一步将尝试使用更薄的弹性体，这样只需要更低的电压就可以调节透明度。
（来源：科技日报）
一种新型的动态晶体
通常我们描述晶体结构是用其基本单元处于静态时的对称性。最近，理论工作者定义了一种新型晶体，其对称性不再用物体处于静态时的对称性，而是用基本单元周期运动的相互关系描述，如同一组卫星围绕中心的运动。
通常，晶体是用静止单元的有序阵列定义的，如由原子或者分子周期排列构成晶体。然而，最近研究人员提出一类新的晶体，其有序度来自于基本单元和谐的周期运动，如同在轨道上运行的人造卫星。研究组将这种体系称作“舞动晶体” (choreographic crystals)， 并且发展了一种规范理论来描述并对其分类。
加拿大滑铁卢理论物理所的Latham Boyle 说，他开始考虑这个问题是源自思考探测引力波的空间观测站方案。那个观测站准备使用3个太阳轨道卫星，这些卫星被限制在一个平面中运行。Boyle 意识到，如果采用4个卫星，由于它们不需要位于同一平面，或许能够探测更丰富的引力波信号。
尽管并没有人准备建造这样的系统，Boyle仍思考，如果4个卫星轨道构成一种对称的方式，那么从所有卫星的运动记录图像看起来是等同的。他的团队正在用数学方法描述这种四卫星运动模式。每个卫星围绕相同的中心点做圆周运动，并且这些轨道与一个正四面体的其中一个面平行。Boyle说，这种轨道集合显然是一种非常特殊而且非常美丽的数学物体，它的诱人之处是这个轨道集合构成了一种动态的正四面体。
研究人员运用对称操作理论，生成了四卫星的运动轨迹，并且分析由任意数目卫星成群运动所允许的构型。他们定义了一个称为“舞动指数(choreography)”的量χ来描述对称数目，这种对称可通过周期运动粒子获得。例如，想象两个滑冰者在一个正方形溜冰场沿南—北、东—西方向通过中心滑行，当达到墙壁时他们重复性返回。如果滑冰者具有不同相位(即一人到达边缘，而另外一人通过中心)，与他们同步(同相位)运动(即两人同时通过中心)相比，他们具有最高的舞动指数。在第一种情况时，这种运动记录了正方形的全部对称性，这是由于旋转和反射组成的相同集合， 加上时间演进会使整个体系保持不变。而在第二种情况中，对称性会下降。Boyle表示，一般来说可以有大量的舞动型晶体，而仅有少数具有很高的舞动指数。
图1 纯数学方式描述的新型晶体舞动图。在这类二维舞动晶体中，颗粒的原始状态是排列成三角点阵，箭头表示颗粒运动的方向，它们会沿着直线从蓝色区域运动到黄色，然后到粉色区域。具有最高舞动指数χ的构型中，旋转和反射的对称操作(与时间的演进相结合)最多(左图χ=12)，由此保持整体构型不变。右图是下一个最高舞动指数χ=6的构型
Boyle希望舞动型晶体会与许多数学问题相关联，正如遵从标准的晶体学理论的稳态点阵已经得到多方面应用，从纯数论到计算数学中的纠错。研究者表示，他们并不清楚在自然界中是否存在这种晶体，尽管他们猜测原子核，或者电子在固体中的运动会具备这种舞动特性。如果这样，或许可以使用与晶体学中类似的衍射法来探测舞动性——这种晶体的衍射花样或许能揭示舞动型晶体与众不同的特点。人们也许能够制造舞动型晶体，比如在电磁势阱中用强光场捕获原子或其他小颗粒。
图2 四卫星围绕太阳旋转，这是具有最高舞动对称性(χ=12)的构型
戴维斯加州大学(UCSD)的复杂动力学专家James Crutchfield说，这是一项将群论与周期性动力学巧妙组合的工作。他希望在不太规则的“晶体”中看到这种舞动晶体的推广， 比如舞动型准晶。Boyle 课题组实际上正在从事这方面研究。
（本文转自中国物理学会期刊网，原文选自《物理》2016年第3期，北京大学朱星编译自Philip Ball. Physics，January 8，2016)
美麻省理工大学开发无毒便携式热电波电池
【据麻省理工大学网站2016年3月14日报道】现代生活中电池设备无处不在，从智能手机和电脑到电动汽车，这些电池大多是由有毒物质如锂（锂难以处理，全球供应有限）制造的。如今，麻省理工大学的研究人员提出了利用热、不使用金属或有毒物质的替代发电系统。
这种新方法基于一项发现：碳纳米管在从一端到另一端渐进地加热时，可以产生电流；例如，在碳纳米管上镀一层可燃烧材料，然后从一端点燃它，让它像保险丝一样燃烧。这一现象是由麻省理工大学化学工程系的“卡本•杜布斯”荣誉教授（注：该殊荣以美国汽车界先驱命名）迈克尔•斯特拉诺，及同事在2010年宣布发现的。
该发现代表了一个前所未知的现象，但当时在简单的实验室设施中只产生了微弱的电流量。现在，斯特拉诺和他的团队使这一过程的效率增加了不止一千倍，并已生产出设备，可以输出电量，产生的电量与今天最好的同重量级的电池相当。但是研究人员提醒，将这一理念发展为商业产品可能需要数年。新的结果由斯特拉诺教授等发表在《能源与环境科学》杂志上。
工作原理：捕捉波
斯特拉诺称，这一现象以前尚未被研究过这一点非常引人注目。他的团队的项目工作重点，不仅是提高这一过程的效率，也建立关于工作原理的理论。而且最新的实验表明理论和实验结果吻合很好，为潜在机制提供了有力印证。基本上，这种效果的出现，是由于热脉冲通过纳米管束推动电子，脉冲携带电子，就像冲浪者乘着波浪。
有助于验证这一理论的一个重要发现是：有时热波产生一个单一电压，但有时它同时产生两个不同的电压区域。斯特拉诺称他们的数学模型可以说明为什么会发生这种情况，而替代理论无法解释这一点。根据团队的理论，热电波“分为两个不同的组分”，有时会相互加强，有时相互削弱。
斯特拉诺表示，效率的提高，使得这一技术从实验室的好奇，步入到其他便携式能源技术（例如如锂离子电池或燃料电池）可以攻克的范围内。团队报告在他们最新版本的设备中，热能转换为电能的效率超过了1%——这比以前报道的效率数量级更高，事实上，能源效率比最初发现这一现象的论文中的效率要大10000倍。
斯特拉诺指出，锂离子技术取得今天的效率，花了25年。而这项技术的发展时间仅仅为锂离子电池发展时间的1/5。锂材料如果被暴露于外界空气极易燃烧——不像新设备中所使用的燃料，它更安全并且是可再生资源。
燃料：一勺糖
虽然在最初的实验中使用了潜在的爆炸性材料产生驱动反应的热脉冲，新的工作中采用了更加良性的燃料：蔗糖，也就是普通白糖。但该小组认为，其他燃烧材料具备产生更高效率的潜力。不同于其他具体到特定的化学制剂的技术，碳纳米管的电力系统工作依靠热量，因此如果开发出更好的热源，就可以简单地替换到系统中以提高其性能。
该装置已经足够强大，可以驱动简单的电子设备例如LED灯。而且不像电池长时间保存就逐渐损失电量，新系统应该几乎具有无限的保质期。这使得它可能适合用于深空探测器——飞向遥远的星球时经历多年休眠，然后在到达目的地发回数据时需要快速爆增的电力。
此外，新系统具备可扩展性，能用于新兴的微小可穿戴设备上。电池与燃料电池的局限使得要缩小它们的尺寸很难，而新系统可以缩小到非常小，这种扩展性是一个独特的特点。
该技术可以获得电量的惊人爆发，这一点电池是做不到的。例如，热电波系统可用于为微米和纳米电信集线器长距离传输单位供电。这项工作得到了美空军科学研究办公室和海军研究办公室的支持。
（来源：中国国防科技信息中心，作者：王晓宇）
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