可编程材料，未来科技的材料“基建” 文/观察未来科技材料的进步在

文/观察未来科技
材料的进步在很大程度上带领着科技的进步，对材料的认识也彰显了人类自身对于世界的认知程度。早在文艺复兴时期，近代科学家就已经开始了科学的研究探索化学合成和加工新的材料，从塑料到今天的石墨烯和碳纳米管，对材料的认识和发现贯穿着整个近现代科学发展的历史。
当前，即便由石墨烯及其衍生物带来的种种技术创新让我们已经窥见被颠覆的明天世界，但研究仍将继续。不可避免的是，其他材料也将被相继发现，为人们展现目前难以想象的更加远大的技术前景。在这些备选项里，可编程材料是极其重要的一个选择。

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传统材料和可编程材料
可编程材料，简单来说，就是可以通过外部信号的应用来改变形状或行为，而这种信号可能来自电场、外部施加的压力，或者其他局部性质的操控。
基于可编程材料而发展的可编程材料技术，就是可以向材料传导或者输入的数字电子信号，甚至可以是脑电波经过编译之后的信号，以及热信号和光信号等，材料根据输入的特定信号而被诱导作用，从而定向、有序地改变分子间的排布和分子间结构，甚至是破坏固有分子形态，产生超出原本属性的物理表现。
这跟传统的材料制备和合成工艺有着根本上的区别，传统的大规模材料制备工业中，只能粗糙地，不能精确地制造出所需要的部件，工艺过程中不可避免地会让零件或者材料产生缺陷和变形或者功能和性质上的偏差，从而难以适应未来越来越严格的精细和高度定向的材料设计要求。
而可编程这个概念，则将计算机语言精细功能化、模块化、智能化的基础特征融入功能材料设计与制备工艺中，通过数控终端用自动化、智能化的汇编语言来实现对材料的进行定向地精确地光诱导、热处理、表面化学合成、修饰、刻蚀、电磁激发等各种物理化学处理。
以我们人手一部的智能手机为例，如果我们想要在智能手机或平板电脑上阅读一些新闻，要想找到阅读新闻的应用程序并打开这个程序，我们就需要用到触摸屏。触摸屏是一种分层堆积的透明材料，与电子设备中的视觉显示和电子控制系统集成在一起。
当受到压力时，屏幕会以预编的方式进行响应，与设备的电子控制系统连通，从而得到所需的结果——当屏幕被触碰时，它的电性质将发生改变。一些触摸屏会利用这种变化实现互动，并控制设备的响应。虽然压力与电性质在物理学上有很大差别，但它们产生的功能是一样的。此类预编的响应结果包括打开或关闭设备、打开或关闭应用程序输人文本等。
可编程材料的优势是显而易见的。一方面，可编程材料将实现材料的精确化。当前，由于科技的限制，许多要求在微观尺度下进行加工或者制备功能材料的工艺远远达不到理论的要求，更不要说是工艺步骤中产生的绝对误差，而可编程材料无论是表面物理化学处理，还是微纳米结构材料的加工或合成，都能够实现一种更加微小的、集成化的精细加工，在形状，物理化学性质等方面对局部都做到近乎理想情况的水平；另外，由于计算机语言量化的特性，决定了可编程材料在加工制备的过程基本不会有无意义的消耗。
另一方面，作为处于数字化工艺生产的终端的材料本身，在传统工艺上步骤分离的加工方式在可编程材料上将像现代硅基半导体芯片一样进行集成化，这种集成化不仅仅只是在将多步骤的工艺融合到一体一步的地步，并且不同化学物理的加工处理方式上也将统一到同一个基体内，连续化的工艺将减少产品生产的不可预计的误差产生。