你能想象嗎?金屬和蛋白質(zhì)能“組裝”在一起,并能探測氣體和傳導(dǎo)電信號。這不是科幻小說,是最近一篇學(xué)術(shù)論文中所描繪的內(nèi)容——科學(xué)家制成了一種包含金屬鎵和大豆蛋白的液態(tài)金屬新材料。你可能要問了,什么是液態(tài)金屬?它到底有何神奇之處呢?
我是液態(tài)金屬。
在常溫下我是一攤液體,能像水一般流動,這便是我名字的由來。
我具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性……
我們家族有且只有汞一個單身狗(純金屬),其他都是已婚人士(合金)。
我們家族在消費(fèi)電子、航空航天、通信、生物醫(yī)療和軍工等領(lǐng)域,都有著巨大的潛力。
科幻和現(xiàn)實(shí),有點(diǎn)不一樣
科幻作品中的液態(tài)金屬都具有神奇的力量,那現(xiàn)實(shí)中的它們也能如此神奇嗎?
T-1000
科幻電影《終結(jié)者2》中的T-1000機(jī)器人可以隨意變形且每個微小“液滴”都有“智力”。它既擁有遠(yuǎn)超人類的強(qiáng)度和力量,也可以像液體一樣自由改變外形和到處流動,被打壞了能自行復(fù)原,還能越過柵格等完整人體無法通過的障礙,甚至“融化”潛入鏡面或地表。
按電影中的描述,構(gòu)成T-1000 的材料就是“液態(tài)金屬”。顧名思義,它是一種同時具備金屬特性和液體特性的高科技材料。
金屬汞
T-1000在電影中的表現(xiàn)明顯參考了汞?,F(xiàn)實(shí)中,因?yàn)楣哂辛己玫姆瓷渎剩钥捎糜谥圃煲簯B(tài)鏡面;利用其較高的導(dǎo)電性,還可以用來制造傾斜傳感器中控制電路通斷的關(guān)鍵部分。
包含多種成分的合金熔點(diǎn)通常比其中任何一種成分低,所以汞合金在常溫、常壓下都是液體。汞合金曾廣泛用于提煉黃金,給首飾和雕塑鍍金,或在玻璃保溫瓶上鍍銀反射層。汞接觸鋁會形成毛刷一樣的金屬須,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞,但這同時也是一種制造納米金屬的方法。
毒液
毒液(Venom) 是漫威電影中的反派角色,它是一種共生體,沒有宿主時它像液體,和宿主結(jié)合會成為可變形的衣物,如蜘蛛俠的黑色戰(zhàn)衣,同時保留液化能力和自我意識,可以“變出”觸須和工具,并潛移默化改變宿主人格,讓他成為真正的“毒液”。
毒液是外星生物,它的關(guān)鍵不在于是液體,而在于它有自主意識。普通微生物或智慧生物的少數(shù)細(xì)胞并不具有自主意識,但當(dāng)前電子技術(shù)的發(fā)展方向之一是建造有一定自主意識,同時體積微小的“納米機(jī)械”,這更接近終結(jié)者中的“液態(tài)金屬”。
納米機(jī)械
納米機(jī)械的尺寸和生物大分子相當(dāng),甚至比很多細(xì)胞更小,所以非常適合醫(yī)用,可以注入人體血管內(nèi),疏通血栓或修復(fù)器官,還能從極小尺寸出發(fā)加工產(chǎn)品。納米機(jī)械提出已接近70 年,但還未真正成功,現(xiàn)在的研發(fā)方向是用微縮機(jī)械制造更小的機(jī)械,并用掃描隧道顯微鏡等設(shè)備,在更小尺度上進(jìn)行觀察和控制。
除了這種達(dá)到極致水平的“微雕”制造,也有研究者利用材料自身性質(zhì)進(jìn)行微加工,比如美國一個科研團(tuán)隊(duì)在2014 年報告了一種在外來電流刺激下改變表面張力的液態(tài)鎵銦合金,它可以接受電信號控制活動、改變天線形狀、連接或斷開電路,甚至用于修復(fù)人類神經(jīng)細(xì)胞。
新材料的神奇之處
其實(shí),微小的金屬液滴在空氣中容易氧化,不方便使用。金屬液滴進(jìn)入人等生物體內(nèi)還會與身體發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生排斥或中毒問題。為此,想充分發(fā)揮液態(tài)金屬的作用,還得在外面“包”一層對生物“友好”的材料,這就是本文開篇提到的新材料——液態(tài)金屬- 蛋白質(zhì)納米復(fù)合材料。它像金屬一樣導(dǎo)電,可以像液體一樣流動,還有生物的“生長”能力,能一點(diǎn)點(diǎn)長大,變得更復(fù)雜并擁有更多的功能。根據(jù)報道,利用這種材料對氣體敏感的特點(diǎn),還能制成探測器和開關(guān),有一定的商業(yè)價值。進(jìn)一步“生長”后,液態(tài)金屬和生物材料復(fù)合的納米纖維還能制成對身體友好,可以安全植入體內(nèi)并傳導(dǎo)神經(jīng)信號或產(chǎn)生推拉力的器件,用來代替損傷的神經(jīng)和肌肉,救死扶傷,也能和其他設(shè)備一起,制成可獨(dú)立活動的納米機(jī)械。
也許在不遠(yuǎn)的將來,用這種纖維就能造出電影《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中的微型機(jī)器人,再進(jìn)一步組成萬物。至于它們最終會不會變成一臺對人類產(chǎn)生威脅的T-1000,那就要取決于控制者的想法了。
課堂內(nèi)外·初中版(科學(xué)少年)2024年11期