奇异的不定态材料

随着现代科学技术的迅速发展，许多具有新奇功能的不定态材料相继问世，并成为具有广泛应用领域的佼佼者。

　　

　　液晶频频开新花

　　

　　1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在做实验时，发现一种名叫胆甾醇苯酸甲的物质有两个熔点：在148.5℃时。这种晶体变成一种不透明的流体，而在178.5℃时，它又变成清亮的液体。德国物理学家雷蒙恩用偏振光显微镜对温度在145.5～178.5℃之间的乳白色流体进行观察，发现这种物质既有液体的特征，同时还有晶体的某些电学和光学性质。于是，雷蒙恩断定这种流体是物质的另一种形态，取名叫“液晶”。

　　经过科学家的进一步研究，发现液晶物质是由多种按不同排列方式的杆状分子构成。不同序列的液晶，分别具有不同的应用领域。有的可以用于温度指示、裂损探伤、医疗诊断：也有的能够用于气象色谱、电子显示、核磁共振等方面。其中，各种电子手表的时间显示，可以说是液晶最显赫的用武之地。通过微弱电场对液晶内扰动范围的改变，促使分子排列按“8”字型变化，从而达到显示时间的作用。随着电视技术的日益发展，液晶的作用也进入了更新更广泛的领域。人们采用液晶制成显示板，来代替电视机的显示管，从而制得只有纸张一样薄的液晶电视机。

　　近年来，科学家经过研究发现，液晶可以作为特殊的热制变色材料。用它来染制布料，制作衣服，人们会看到衣服与身体接触部分，会随着环境温度的变化而改变颜色。在温度为28℃时，衣服是红色的：在33℃时，衣服是蓝绿色的：而当温度低于28℃时，服装则呈现黑色。这对人们适应不同环境大为有益。若用液晶热致变色染料制成粘胶带，贴在皮肤上，可以显示皮肤温度的异常。对身患肿瘤的病人来说，由于肿瘤的温度比正常的温度高，所以，用它便能很快检测出皮下的肿瘤。利于及时发现进行治疗。

　　

　　气水交融的“超临界流体”

　　

　　超临界流体早在1822年被法国科学家首先发现。现在，世界上有许多国家都在进行“超临界流体”的研究和开发利用。

　　在密闭的容器中对水加压，水的沸点就会提高。当压力达到220个大气压、温度达到374℃时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好相同。此时，水的液态和气态便没有区别，完全交融在一起，成为一种新的呈现高压高温状态的气体。这时，水便由一般状态变成为“超临界水”。上述使水气交融的压力和温度，被称作“临界点”。超过“临界点”状态的水，就是超临界水。除了水可以成为超临界状态外，还有二氧化碳、甲醇等物质，在高温和高压下也可以成为超临界流体。经测定，超临界二氧化碳的临界点是31℃和73个大气压；甲醇则需239℃和79个大气压。

　　经过科学家的研究证明，超临界流体的性质十分古怪。它既可以像气体那样扩散，渗透到其他物体，又像液体那样能够溶解固态物质，并从中提取某些物质。同时，超临界流体还具有极强的氧化能力，将需要处理的物质放入超临界水中，充入氧和过氧化氢，这种物质就会被氧化和水解。有的还能够发生自燃，在水中冒出火焰。此外，超临界流体还能够与油等物质混合，有着特殊的物质结合力。

　　科研成果证实，超临界流体有着广泛的应用领域。德国采用超临界水，在500℃时通入氧，然后，对聚氯乙烯塑料进行处理，有99％被分解掉，很少有氯化物产生，从而避免了过去燃烧塑料产生有毒氯化物对环境污染的问题。

　　科学家利用超临界甲醇和二氧化碳合成树脂、医药和农药，同样取得可喜的效果。甲醇和二氧化碳在其中既发挥了催化剂的作用又可以将自身转化成为合成材料中的一部分。东京大学的一位科研人员，利用超临界流体从稻壳、废纸、酒糟和废木材中提取低聚糖和蚁酸以及木质素等原料，现已投入了实际应用之中。在半导体制造等高科技领域，用超临界二氧化碳取代含氯氟烃的洗涤剂，可以起到脱脂、分离油分、去除杂质等功效。优点是易于操作、效果好、不污染环境。

　　

　　电流变体前途无量

　　

　　1947年，一位名叫温斯洛的美国人，成功地完成了一次试验。他在石膏、石灰、碳粉、橄榄油和水搅拌成的悬浮溶液中加以电场，只见这种溶液很快就变成了固体。而且，施加的电场越强，固体的强度也就越坚固。当电场撤消后，这种固体又能很快变成液体。于是，科学家把这种现象叫做“温斯洛现象”或“电流变现象”，并把能够随电场控制而变化的悬浮液体叫做“电流变体”。

　　研究证实，电流变悬浮液体是由微米级的颗粒分散在油体内组成的。由于悬浮颗粒和油体的介电常数不同，在电场的作用下，颗粒会产生粒子正、负电荷向两极分开的现象，使一端带正电，另一端带负电。在静电吸引作用下，正负极相吸并排成链状结构。电场强度越大，链条就越结实。当电场强度增加到一定数值的时候，经过极化的悬浮固体颗粒之间的吸引力，超过了外加力量的对抗，从而使流动性能消失，成为不能流动的固体。当去掉电场后，悬浮粒子的极化现象随之消失，相互之间不再有静电吸引力，于是，悬浮颗粒又恢复到可以流动的状态。

　　电流变体在变化中，需要依靠水在中间起作用。通常，在溶液中含有5％～10％的水，电流变体的性能才能正常发挥。少于或超过这一比例，电流变体的性能都要降低。到完全无水的时候，电流变现象就会完全消失。然而，水是很容易蒸发的物质，含有水分的电流变体，在稳定性、耐久性和使用寿命等方面都不够理想。因此，在开发利用上受到很大限制，长期以来进展不快。为了使电流变体具有更为广泛的应用领域，人们不断开发出新的无水电流变体，为拓宽电流变体的应用领域奠定了基础。

　　现在，电流变体在汽车离合器和刹车装置的使用中显示身手。司机遇到紧急情况，按动按钮后只需千分之几秒的时间，就可以达到换挡或刹车的作用。美国航空制造专家利用电流变体的功能，生产出能够自动加固直升飞机水平悬翼叶片装置。当叶片在飞行中突遇险情引起震动、将要出现断裂时，叶片中填置的电流变体就可以变成固体，起到自动加固的作用。

　　近年来，科学家还利用电流变体，制造新型仿生智能材料，现己在人造“生物肌肉”方面有所突破。通过开闭电场使电流变体变软变硬的过程，就如同肌肉的紧张和放松，从而达到随外加环境变化自动调节的功能。

　　

　　新颖的磁液材料

　　

　　磁液，是由铁、镍、钴等铁性物质的超细粉末，均匀地弥散在水、润滑油、硅油及氟醚油等载液中，经研磨后混合而成的胶体物质。由于每一个粒子的表面都形成一层很薄的分子层弹性包膜，因而在重力、强磁场、离心力等的作用下，微粒都不会发生聚合、沉淀，具有防止铁粒子相互黏合的功能。

　　经测定，磁液在外加磁场的作用下，它的“比重”会随外磁场强度的变化而变化。变化幅度可以从每立方厘米不足1克到大于20克。磁液的这种奇异的特性，使它成为大有发展的新型材料。早在1965年，国外就利用磁液解决了宇航中的密封问题。近年来，许多国家利用这种空间密封技术来解决工业生产中的汽、水、油的跑冒滴漏。将磁液注入到螺旋浆转轴与轴座之间的间隙中，便可以成为二者之间的密封环，在高速运转中保持极佳的密封性能。在此方面，磁液还可以用于电子显微镜、高速离心机、射线管旋转阴极、真空熔炼炉等高级仪器的密封件。不仅可以保证在真空状态下正常工作，还可以具备耐腐蚀、耐辐射性能，可以满足各种场合的需要。

　　磁液在纺织、仪器仪表、电声器材生产中，还可以起到润滑散热作用。利用磁液的“比重”随磁场变化而变化的特性，还可以对各种有色金属颗粒进行分选，测定某种未知金属物质的比重。还可以回收大型油轮压舱水的废油及扩散在海面上的石油，为防止对自然环境的污染做出贡献。