从荷叶中得到创新灵感,华人院士和北大教授研究新材料取得突破

yoyo悠悠暗夜 2024-10-30 14:28:15
导读

在现代科技的浪潮中,单晶铜材料的潜力究竟有多大?它不仅在电力传输领域扮演着重要角色,更是6G通信技术的关键材料之一!想象一下,未来的智能家居和自动驾驶将如何改变我们的生活,而这一切的背后又离不开单晶铜的支持。继续往下看,看看科学家们是如何从荷叶中汲取灵感,推动这一材料的创新发展的!

单晶铜材料应用前景广阔

在电力传输和电子工业领域,材料的选择至关重要,尤其是对于传输线路来说,任何微小的电阻增大都可能导致明显的能量损耗。在众多金属材料中,铜的导电性最为优越,这一点已经不必多说。近年来,研究者们发现,单晶铜材料在6G通信领域同样能够发挥重要作用,提升通信质量和传输速度。

可以想象,如果6G通信技术能够普及,那么将会给我们的生活带来翻天覆地的变化。比如说,在我们出行的过程中,无论是汽车还是公共交通,都将能够实现真正意义上的智能驾驶。又比如说,在我们的家居生活中,各种智能家居设备将能够真正做到互联互通,而不再是各自为政。

而这一切的实现,都离不开先进的通信技术作为支撑。在这一代通信技术当中,单晶铜材料的作用可以说是举足轻重,如果能够将其成功产业化,那么必将推动电子行业的技术进步和市场发展。

但是我们也知道,单晶铜材料的制备成本非常高,即便是技术成熟,也需要大量的设备和材料投入,在现阶段的经济形势下,这并不是一个明智的选择。

从荷叶得到创新灵感

或许正是因为这一点,在以色列和东方大国的多位科学家共同合作的过程中,他们从自然界中找到了新的解决方案。以苏宝连教授为首的团队在研究荷叶的过程中发现,其表面具有天然超疏水性,无论是雨水还是水汽,只要落在荷叶表面,就会被迅速排斥,形成水珠滚落。这种奇特现象的产生,主要是因为荷叶表面有着密集且高度规整的微观结构。

一片看似平滑的荷叶表面,其实包含着极为丰富的层级结构。苏宝连教授展示了该结构的孔状层级分布,并进一步解释道:“这些孔状结构对于生命活动是非常重要的,因为只有通过控制水的流动速度和方向,才能保证植物正常生长。”

如何将这种自然规律应用到材料制备上?刘开辉教授提出了一个方向。他从荷叶表面的超疏水性中得到启发,认为应该可以通过控制温度来制备单晶铜箔。刘开辉教授分析道:“在传统的方法制备铜箔时,我们总是尽量降低温度,以避免杂质析出。但在单晶铜的制备中,我们希望能够提高温度,因为只有在高温下,铜原子才能获得足够的动能,从而克服自身的势能壁垒,实现更大范围的流动,从而形成完美的单晶结构。”

默里定律与等级孔材料

就在两位教授进行探索的“等级孔材料”的研究也在悄然进行中。

1926年,塞西尔·默里提出了“默里定律”,用于描述不同大小的孔道之间的关系。比如说,大孔道能够容纳更多的水,但小孔道更容易让水通过。在自然界中,两者往往是共存的。

后来,默里定律被扩展为“广义默里定律”,用于分析“等级孔材料”中孔道之间的关系。在这一定律的指导下,科学家们成功研制出了高物质传输性能的氧化锌材料。

苏宝连教授和刘开辉教授也借此理论指导,成功研发出了高品质单晶铜箔等材料,并创立了中科晶益公司进行产业化。

结语

单晶铜材料的前景无疑是令人振奋的,但高昂的制备成本却让人捏把汗。科学家们从自然界中找到灵感,或许能为这一难题提供新的解法。你觉得单晶铜材料的应用能否如预期那样改变我们的生活?欢迎在评论区分享你的看法,别忘了点赞支持哦!

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