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一块比指甲盖还小的黑色泡沫，被压一下之后，竟能“记住”自己被压得有多狠。这听起来像科幻小说，却是材料科学家的一项新成果。
美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队，近日在国际物理学期刊《物理评论X》上发表论文，报道了一种具有“机械记忆”的碳纳米管泡沫材料。
论文由机械工程师拉马塔桑·特瓦马兰博士担任通讯作者，阿比谢克·古普塔等人参与完成。
《物理评论X》是美国物理学会旗下的高水平开放获取期刊。
这种材料的神奇之处在于，无论受到缓慢挤压还是快速冲击，它都能稳定地“记住”自己曾经承受过的最大变形程度。
这项研究让人们看到，一块普通的缓冲材料，也可能变成一个会“记事”的传感器。
一、一片由纳米管组成的“森林”
这种材料被称为垂直排列碳纳米管泡沫。
碳纳米管是由碳原子卷曲而成的微小管状结构，直径只有头发丝的几千分之一，却拥有极高的强度和优异的弹性。
研究人员让大量多壁碳纳米管像树木一样垂直生长，密密麻麻地排列在一起，形成一片致密的“纳米森林”。实验所用的样品宽度只有约0.2英寸，也就是5毫米左右。
当这片“森林”受到挤压时，一根根纳米管会弯曲、相互靠拢，压力撤去后又能弹性恢复。
由于结构独特，碳纳米管泡沫本身就兼具轻质、高强和出色的能量吸收能力，一直被视为理想的缓冲材料。
二、“记忆”从何而来
那么，这种泡沫是如何“记住”撞击力度的呢？答案藏在纳米管之间的摩擦里。
当泡沫被压缩时，相邻的纳米管之间会发生一种“粘滑”式的相互作用，时而粘在一起，时而突然滑开。这种纳米尺度的摩擦，在材料内部留下了稳定的“印记”。
打个比方，这就像一群人挤在一起时互相推搡，事后虽然各自站回原位，但彼此之间的相对位置已经悄悄发生了变化，记录下刚才被挤压的程度。
换句话说，它的记忆既不依赖电池，也不依赖电路，完全来自材料自身的物理结构。
研究人员发现，这种材料具有一种被称为“回归点记忆”的特性。也就是说，只要再次压缩到之前的最大程度，它的响应就会精确地回到当初的状态。
更令人惊讶的是，这种记忆与压缩速度无关。研究人员在跨越三个数量级的变形速率下进行了测试，振动频率范围从1赫兹到1000赫兹。
特瓦马兰博士说，无论是非常缓慢的压缩，还是非常快速的压缩，结果都没有区别，泡沫的表现始终如一。
许多材料的力学性能会随着受力速度而明显变化，这种“速率无关”的特性，正是这项研究的一大亮点。
三、从头盔到机械计算机
这项发现可能带来多方面的应用。最直接的应用之一是更智能的头盔和缓冲衬垫。
设想一下，运动员或士兵佩戴的头盔内衬使用这种材料，一旦遭受撞击，内衬本身就能记录下冲击的强度。医生据此可以更准确地评估头部是否受到了严重伤害，而无需额外安装电子传感器。
与需要供电的电子传感器相比，这种材料更轻便、更耐用，也不怕电池耗尽。
在橄榄球、冰球、拳击等高对抗运动中，脑震荡一直是困扰运动员健康的重要问题。一种能够“自带记录”的防护材料，有望帮助及时发现潜在的头部损伤。
这种材料还可用于汽车和航天器的防护部件，帮助工程师了解部件在使用过程中究竟承受了多大的冲击。
更具想象力的应用，是构建不依赖电子元件的“机械计算机”。
既然材料本身能够存储受力信息，那么通过巧妙设计，就有可能让它像计算机一样处理信号。这类机械计算装置在强辐射、极端温度等电子设备难以生存的环境中，或许能发挥独特作用。
近年来，利用材料自身结构实现信息存储和逻辑运算的“机械超材料”，已成为材料科学的一个热门方向。
四、从实验室到现实
当然，这项研究目前仍处于实验室阶段。碳纳米管泡沫的大规模制备成本、长期使用的耐久性，以及如何方便地“读取”其中存储的记忆信息，都还需要进一步研究。
但这项成果揭示了一个有趣的方向：材料不仅可以被动地承受外力，还可以主动地记录和处理信息。
在材料科学家的眼中最大的配资网站，未来的材料或许不再只是“死”的结构，而是具备感知、记忆甚至计算能力的“智能”系统。这块会“记仇”的小小泡沫，也许正是这一趋势的一个缩影。
文章为作者独立观点，不代表美港通证券-在线配资开户-可查配资实盘平台观点
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