數千年前，人們發現可以通過加熱石頭得到金屬，人類發展步入新的紀元。之后，煉鋼技術再次改變人類文明進程。近代以來，我們又從石油中得到塑料。每當發現新的材料，我們就可以突破原來的限制，文明的發展就會因此飛躍。

    如今，我們正處于將再次改變世界的材料科學革命的邊緣。科學家們所開發的工具已經可以進行設計，構建和塑造出超乎我們想象的“超材料”。

    鉛筆中的超材料

    科幻電影中的未來材料已經出現在當下。典型例子就是石墨烯，它與你手邊鉛筆中的石墨材質一樣。石墨烯是一片只有一層原子厚度的二維材料。它的重量幾乎為零，但強度比鋼高300倍。它導電效率和散熱效率超過其他任何材料。并且是地球上唯一一種能完全阻擋氣體滲透的物質。

    從一開始人們對于石墨的期望就非常高，并且從未衰退。至少有13場聚焦石墨烯、二維材料和納米材料的會議定于2016年。歐盟發起了歐洲有史以來最大的研究計劃，希望在2026年使石墨烯成為主流材料。并且研究人員們已經開發出一系列引人注目的功能：新類型的傳感器、高性能的晶體管，超輕且超強的復合材料。

    在2015年，IBM成功將碳納米管-石墨烯卷成管狀，從而在硅片上可以集合更多計算能力更快的晶體管。實際上，將晶體管縮小至納米級別可以讓處理器同時具有極大能量與極小尺寸，我們稱之為“智能塵埃”。

    但這些并不是石墨烯所有的功能。下面的例子是科研人員認為超材料在不遠的將來會帶給我們的改變：

    電池續航是現在的兩倍且一次充電可以讓電動汽車跑500英里。

    太陽能利用效率是現在的一千倍以上

    衣服可以導電并連接無線網絡

    可以彎曲、高導電性能的顯示屏

    海水脫鹽的能量可以減少百分之十五到百分之五十

    任何表面涂層都需要防護水和空氣

    可能的奇跡

    令人驚訝的是，現在對石墨烯的研究還只流于表面。這些先進材料還處于研究中，未來這些材料可能的用途和功能仍讓我們驚嘆不已。

    納米材料：分水水平的人為改造可以使混紡織物殺死細菌或導電，表面涂層可以讓物體光滑無摩擦，陶瓷材料可以有高韌性。

    可回收碳纖維復合材料：可以重新變成液體并重塑，而不是破壞后只能丟進垃圾場

    超薄硅電路：使醫療儀器不但可以穿戴，還可以植入或吞服

    柔性太陽能電池：可以廣泛應用于任何地方，從窗戶到帳篷到衣服等。

    生物材料：可以創造類有機材料的機器人結構。通過電場激活軟材料會帶給我們全新的人/機器結合體驗。下一代假肢，將會更舒適，功能更強，更難與肉體區分。

    未來材料

    材料科學的發展越來越讓人驚嘆。材料基因組計劃（MGI）是一個由美國政府主導，旨在幫助美國科研機構開發研究低成本先進材料以及盡快使這些材料走向市場。

    計劃的核心之一就是試圖繪制數以億計的不同元素組合的數據庫，科學家們可以使用人工智能來預測這些組合具有什么樣的性能。隨著數據庫越來越大，科學家們可以根據需要選取最好的元素組合來制造具有特定功能的超級材料。

    當然，沒有什么技術進步是一帆風順的，超級材料也有風險。其中的一個障礙就是如何將石墨烯整合到實際應用中，因為在此之前工業界和學術界已經投入數萬億美元在硅材料上。這意味著放棄硅是不可能的，除非石墨烯能完全代替硅，工廠、生產線、研發中心需要重組，這樣兩種材料可以共存于同一計劃。

    也就是說先進材料是變革的基石，因此我們需要時刻關注其發展。當超級材料生產成本降低，我們將在平常生活中見到它們——想象一下3D打印機打印出高計算性能物品。當它們變得更加普遍時，我們會希望這些技術緊密地關聯我們的日常生活，帶給我們更加智能的生活環境。當這些帶來變革的材料越來越普及，很可能使現在的科技奇跡變成學齡前兒童的玩具。