神奇的智能材料

【美国《新闻周刊》６月２２日一期报道】题：长眼睛的墙壁
五角大楼的激光制导炸弹曾在巴格达的街道上游弋。在不久的将来，当你把钥匙插入家门的锁孔时，家中的微波炉会自动打开。如果用电脑芯片，这是简单之极的事情。但如果用一块冷冰冰的混凝土、一片玻璃或一卷塑料纸，又会怎么样呢？
材料科学家开始给这些物质注入一些智能。他们想像中的“智能”混凝土能发现地面上的裂缝，并且自己修补好。他们谈论着下午阳光一照到电视机上时马上会变暗的“智能”玻璃。他们还想像出能够改变颜色，以适合你不同心境的壁纸。就材料而言，“智能”一词的确切含义很难规定。它大体上意味着能够对其环境有感觉并产生反应的流体、合金、混合物、玻璃、陶瓷以及塑料等材料。它们的应用十分广泛：使地下水管能感知混凝土中的裂缝，这样它在破裂前会发出警报；给飞机机身上覆盖一层可以探测金属疲劳的光纤；用这样的材料建造的桥梁会随着岁月的流逝愈加坚固。
现在，科学家们正在发明新的智能材料，并且即将能够使它们与有生命的物体一样敏感。他们的希望是：给从墙壁到飞机机翼的所有物体装上眼睛、大脑和肌肉。“眼睛”光导纤维不久将有新用途。它将用于探测飞机机身及机翼的变形；目前光纤“眼睛”已被用于监视桥梁的安全。科学家还研制了一种有选择性地作出反应的变色玻璃，它不象太阳镜那样对强光作出反应，而是对某些具体的化学物质作出反应。由于加入了酶及其他蛋白质，这种玻璃在含有某些化学物质的环境中会有不同的颜色，可以让这种玻璃对污染作出反应。科学家还想到用电流使玻璃改变颜色，加州劳伦斯·伯克利实验室的研制人员正在完善这一技术。“肌肉”人的二头肌在感觉到电脉冲时会收缩，压电材料的原理与此相似。研究人员认为这些小晶体总有一天会装入飞机机身壁内。飞机遇到气流时，压电材料会产生电流，并发出振动，抵消气流引起的噪音。同样压电材料可用以降低汽车、桥梁、潜水艇、卫星乃至空间站的振动。对于普通人来说，消除电冰箱和空调器的噪音是压电材料的直接用途。研究人员还推崇一种感觉到电流后可由液态变成接近固态的流体。
这种叫做电流变体的材料可用于汽车减震以及防震建筑物的地基中。“大脑”通常，智能装置中的“大脑”是集成电路。但伊利诺伊大学的研究者正考虑给最平淡无奇的混凝土赋予智慧，让桥梁和公路自己修补裂痕。一种设想是把抗腐蚀的亚硝酸钙加入遇到腐蚀液（例如盐水）便会衰变的纤维内，这样可在任何需要的时候进行修补。或者使含有密封剂的纤维遍布整个结构，一旦出现裂缝，纤维也会被撕破，放出密封剂。
研究人员对智能材料的潜力持乐观态度。上月在苏格兰格拉斯哥的首届欧洲智能材料大会上，一位学生提出用在空气污染超过规定时颜色会改变的材料建造工厂的烟囱；另一位则设想修筑结冰时路面会变色的公路，以提醒司机。这些设想在技术上都是可行的。