科学探索|科学家发明了能够吸收和释放惊人能量的新材料科学家发明了能够吸收和释放

马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个研究小组最近在《美国国家科学院院刊》上宣布，他们已经设计出一种新的类似橡胶的固体物质，它具有令人惊讶的品质，可以吸收和释放非常大量的能量，不仅如此，它还是可编程的。

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嵌入磁铁的弹性材料，其两极分别以红色和蓝色标示。将磁铁放在不同的方向上会改变超材料的反应。
综合来看，这种新材料在一系列非常广泛的应用中有着巨大的前景，从使机器人在不使用额外能量的情况下拥有更多的动力，到可以更快地消散能量的新头盔和防护材料。
"想象一下一个橡皮筋，"阿默斯特大学聚合物科学和工程教授、该论文的资深作者Alfred Crosby说。"你把它拉回来，当你放开它的时候，它就会飞过房间。现在想象一个超级橡皮筋。当你把它拉过某个点时，你激活了储存在材料中的额外能量。当你放开这根橡皮筋时，它可以飞出很远。"
这种假设的橡皮筋是由一种新的超材料制成的--一种被设计成具有自然发生的材料中所没有的特性的物质--它将一种有弹性的、类似橡胶的物质与嵌入其中的微小磁铁结合在一起。这种新的"弹性磁性"材料利用了一种被称为相移的物理特性，极大地放大了该材料所能释放或吸收的能量。
当一种材料从一种状态移动到另一种状态时就会发生相移：我们可以想象一下水变成蒸汽或液体混凝土硬化成人行道。每当一种材料发生相位转移时，能量就会被释放或吸收。而且，相变并不仅仅局限于液态、固态和气态之间的变化--相变可以从一个固相发生到另一个固相。释放能量的相变可以作为一种动力源加以利用，但获得足够的能量一直是困难的部分。
Crosby说："为了放大能量的释放或吸收，你必须在分子或甚至原子层面上设计一个新的结构。然而，这是很有挑战性的，甚至更难以可预测的方式进行。但通过使用超材料，我们已经克服了这些挑战，不仅制造了新材料，而且还开发了设计算法，使这些材料能够被编程为特定的反应，使其具有可预测性。"
【科学探索|科学家发明了能够吸收和释放惊人能量的新材料】该团队从自然界中看到的一些闪电般的反应中获得了灵感：例如捕蝇草的快速关闭所用的时间让飞虫根本没有时间逃脱。论文的主要作者Liang Xudong说："我们已经把它带到了一个新的水平，"他目前是中国深圳哈尔滨工业大学（HITSZ）的教授，在UMass Amherst做博士后时完成了这项研究。"通过在弹性材料中嵌入微小的磁铁，我们可以控制这种超材料的相变。而且，由于相位转换是可预测和可重复的，我们可以设计超材料，使其准确地做我们想要做的事情：要么吸收巨大冲击的能量，要么释放大量的能量进行爆发性的运动。"