论文部分内容阅读
蝙蝠头盔
蝙蝠头盔作为蝙蝠侠重要的装备之一，承担着保护他脑袋的任务，同时也掩藏了他的真实身份。蝙蝠头盔是以石墨为主的复合材料，应该是碳纤维复合材料。这种材料在航天工业中被广泛应用。碳纤维复合材料是以树脂为基体、碳纤维为增强体的复合材料，兴起于20世纪60年代中期。这种材料的优点包括：①使用碳纤维复合材料的头盔的重量是金属头盔的1/3～2/5，它的密度是其他几种金属材料密度的1/5～1/2。②比强度（材料的拉伸强度与密度之比）和比模量（弹性模量与密度之比）都很高。其比强度是钢的5倍，比铝合金高4倍；比模量则是其他材料的1.3～12.3倍。③它是一种各向异性材料，在各个不同的方向上，物理性能完全不同。这就有利于设计出非常符合脑袋外形或者奇形怪状的东西（比如蝙蝠侠的两只耳朵）。设计者可通过选择合适的铺层方向和层数来满足强度、刚度和各种特殊要求，以获得满足使用要求、具有最佳性能质量比的复合材料。④碳纤维复合材料的抗疲劳性比金属材料高1倍，疲劳极限可以达到拉伸强度的70%～80%。⑤抗震和耐高温，在400℃的高温下不会变形。⑥破损安全性高。由于材料内部是一根一根的纤维，就算断了一根还有其他纤维支撑着，绝对不会直接破碎。⑦可以整体成型。蝙蝠头盔就是整体成型的产物，没有任何连接部件，一次性制造完成。但碳纤维复合材料并没有防弹功能，这是因为断裂延伸太小，单位面积的弹击吸能较低，因而需要在表面再涂一层防弹材料，如芳纶、聚乙烯纤维。目前，美、英等发达国家使用的防弹头盔都是芳纶材质。这些材料与防弹衣不同，是硬质的，而且其变形能和断裂能很高，可以吸收子弹的能量。子弹到达防弹材料时的能量以冲击波形式传播，包括纵波与横波：纵波的主要形式是压缩波，横波的主要形式是剪切波。防弹材料经过高速压缩、剪切破坏、拉伸破坏、背凸形成和回弹5个阶段，彻底阻止子弹进入材料内部。当然，蝙蝠头盔里还有夜视仪、热像仪、声呐仪、防毒面具、微型无线电接收器和对讲机。
蝙蝠盔甲
据说，新版的蝙蝠盔甲由双层加强型钛合金面板和聚酯纤维构成。钛合金是一种轻质材料，如美国产的Ti-555合金强度高、韧性好，且冷加工性能优异。耐油、抗氧化的钛合金材料，即使在540℃的高温下也不容易变形。但钛合金在强度高时，塑性和韧性会降低，所以还是有问题的。而蝙蝠盔甲使用的聚酯纤维一定是经过改良的。2002年年底，全球聚酯纤维的产量为2100万吨，占全部化学纤维的63%。这种材料通过化学、物理等技术手段，完全可以变得令人感觉非常舒适。蝙蝠盔甲采用多层复合材料，在抗冲击的前提下，内层材料可以吸汗，外层材料可以快速排出水分。
蝙蝠护臂手套
这种手套最大的特点是仿造壁虎的黏附力，这种力量来自壁虎爪端的多尺度微纳结构。壁虎的脚上排列着密集的刚毛，每平方毫米就有5000根长度在30微米～130微米的刚毛。每个脚趾上有数百万根刚毛。每根刚毛上还有400根～1000根直径为200纳米的分叉。如此产生的范德华力（分子吸引力，是中性分子间一种微弱的电磁引力）完全足以支撑壁虎的体重。而且湿度越大，其黏附力越强。关于脱黏，主要是利用了材料的各向异性：在指向不同方向时，刚毛的黏性完全不同。
目前，爬壁机器人的应用越来越广泛，利用的技术有很多，比如AFM刻蚀法，氧化铝模板孔洞注入成型、电感耦合等离子体刻蚀技术，阵列纳米碳管的制备、光刻技术，反应性等离子体干刻蚀法，负压吸附等。有一些壁面清洗机器人已经被投入使用。那么，蝙蝠侠想要拥有这样一副手套，大概也不是难事。但是目前还不行，因为大多数模仿刚毛的材料，其纤维都会互相黏结，使得接触面积降低，不是性能不好就是寿命太短。虽然蝙蝠侠不差钱，但在现实生活中还是无法拥有蝙蝠护臂手套。
蝙蝠靴
这是一件科技含量相对比较低的装备，除了其中的蝙蝠发信器。蝙蝠是利用超声波进行回声定位和猎食的，相互之间也会利用超声波来通讯。所以，蝙蝠发信器利用超声波聚集蝙蝠，也不是不可能。当然，目前我们的仿生学还没做到这一点。
蝙蝠披风
这种披风的主体材料应该是导电纤维。蝙蝠侠的披风可能是由金属氧化物、有机物等导电物质与高聚物复合或共混纺丝制成的。这种材料具有耐摩擦、耐氧化及耐腐蚀的能力，而且可以吸收电磁波，达到隐身的目的。它还是一种记忆纤维，记忆纤维的特性就是在一定条件下，可以恢复其原来的样子。目前，比较好的记忆纤维是把记忆合金混入纤维之中，可见，其导电性能也来自合金。现在用得比较多的是镍钛合金，还有电控纤维。电控纤维不起皱、不缩水，洗多少遍都行——这不就省钱了嘛。不过，蝙蝠侠全身都是钛合金，蛮值钱的哟。
武器
蝙蝠侠的腰带上有一大堆飞镖、爪钩枪、缆绳发射器、爆炸凝胶喷射器、电锯、激光枪、电磁枪、液压器、黏胶定时炸弹发射器等武器，其中最厉害的应是激光枪。激光枪的主要作用是让敌人僵硬，从而失去反抗能力。电磁枪是一种已经存在的武器，具有初速控制灵活、精度高、射程远等优点。它利用驱动线圈和弹丸之间的磁耦合机制工作，首先驱动线圈放电，产生脉冲强磁场；然后，弹丸感应出电流，感应电流在脉冲强磁场的作用下会产生电磁力，弹丸在电磁力的作用下加速前进。
交通工具
蝙蝠车、蝙蝠摩托、蝙蝠飞机、蝙蝠直升机、蝙蝠艇、蝙蝠水上摩托等各种交通工具，其实本质上和现在的交通工具区别不太大，最多就是安装了更多的武器，而且跑得更快、外形更拉风了。
如果想成为蝙蝠侠都需要做什么？
很简单，首先要有10亿美元，当然如果没有这么多钱也不是不能办，档次降低一些就好了：头盔和盔甲可以用塑料材质；披风可以用化纤材料裁剪，内部放置一些钢丝撑起来；交通工具不太好做，所以就当出门没开车吧；至于激光枪，就把激光笔装在玩具槍里，反正也不是真的要扶危济困。总之，能用3D打印的就打印。
其实，蝙蝠侠之所以能成为超级英雄，更多依靠的是他的智慧、勇敢，以及坚持正义的品格。
在电影《蝙蝠侠大战超人》中，蝙蝠侠继续帅得拉风，尽管在现实生活中想成为超人是不可能的，但要成为蝙蝠侠还是有可能的。当然，要成为蝙蝠侠，装备是很重要的。如果没有韦恩工业的高科技装备，蝙蝠侠充其量也不过是个武士罢了。那么，蝙蝠侠都有什么装备呢？
蝙蝠头盔作为蝙蝠侠重要的装备之一，承担着保护他脑袋的任务，同时也掩藏了他的真实身份。蝙蝠头盔是以石墨为主的复合材料，应该是碳纤维复合材料。这种材料在航天工业中被广泛应用。碳纤维复合材料是以树脂为基体、碳纤维为增强体的复合材料，兴起于20世纪60年代中期。这种材料的优点包括：①使用碳纤维复合材料的头盔的重量是金属头盔的1/3～2/5，它的密度是其他几种金属材料密度的1/5～1/2。②比强度（材料的拉伸强度与密度之比）和比模量（弹性模量与密度之比）都很高。其比强度是钢的5倍，比铝合金高4倍；比模量则是其他材料的1.3～12.3倍。③它是一种各向异性材料，在各个不同的方向上，物理性能完全不同。这就有利于设计出非常符合脑袋外形或者奇形怪状的东西（比如蝙蝠侠的两只耳朵）。设计者可通过选择合适的铺层方向和层数来满足强度、刚度和各种特殊要求，以获得满足使用要求、具有最佳性能质量比的复合材料。④碳纤维复合材料的抗疲劳性比金属材料高1倍，疲劳极限可以达到拉伸强度的70%～80%。⑤抗震和耐高温，在400℃的高温下不会变形。⑥破损安全性高。由于材料内部是一根一根的纤维，就算断了一根还有其他纤维支撑着，绝对不会直接破碎。⑦可以整体成型。蝙蝠头盔就是整体成型的产物，没有任何连接部件，一次性制造完成。但碳纤维复合材料并没有防弹功能，这是因为断裂延伸太小，单位面积的弹击吸能较低，因而需要在表面再涂一层防弹材料，如芳纶、聚乙烯纤维。目前，美、英等发达国家使用的防弹头盔都是芳纶材质。这些材料与防弹衣不同，是硬质的，而且其变形能和断裂能很高，可以吸收子弹的能量。子弹到达防弹材料时的能量以冲击波形式传播，包括纵波与横波：纵波的主要形式是压缩波，横波的主要形式是剪切波。防弹材料经过高速压缩、剪切破坏、拉伸破坏、背凸形成和回弹5个阶段，彻底阻止子弹进入材料内部。当然，蝙蝠头盔里还有夜视仪、热像仪、声呐仪、防毒面具、微型无线电接收器和对讲机。
蝙蝠盔甲
据说，新版的蝙蝠盔甲由双层加强型钛合金面板和聚酯纤维构成。钛合金是一种轻质材料，如美国产的Ti-555合金强度高、韧性好，且冷加工性能优异。耐油、抗氧化的钛合金材料，即使在540℃的高温下也不容易变形。但钛合金在强度高时，塑性和韧性会降低，所以还是有问题的。而蝙蝠盔甲使用的聚酯纤维一定是经过改良的。2002年年底，全球聚酯纤维的产量为2100万吨，占全部化学纤维的63%。这种材料通过化学、物理等技术手段，完全可以变得令人感觉非常舒适。蝙蝠盔甲采用多层复合材料，在抗冲击的前提下，内层材料可以吸汗，外层材料可以快速排出水分。
蝙蝠护臂手套
这种手套最大的特点是仿造壁虎的黏附力，这种力量来自壁虎爪端的多尺度微纳结构。壁虎的脚上排列着密集的刚毛，每平方毫米就有5000根长度在30微米～130微米的刚毛。每个脚趾上有数百万根刚毛。每根刚毛上还有400根～1000根直径为200纳米的分叉。如此产生的范德华力（分子吸引力，是中性分子间一种微弱的电磁引力）完全足以支撑壁虎的体重。而且湿度越大，其黏附力越强。关于脱黏，主要是利用了材料的各向异性：在指向不同方向时，刚毛的黏性完全不同。
目前，爬壁机器人的应用越来越广泛，利用的技术有很多，比如AFM刻蚀法，氧化铝模板孔洞注入成型、电感耦合等离子体刻蚀技术，阵列纳米碳管的制备、光刻技术，反应性等离子体干刻蚀法，负压吸附等。有一些壁面清洗机器人已经被投入使用。那么，蝙蝠侠想要拥有这样一副手套，大概也不是难事。但是目前还不行，因为大多数模仿刚毛的材料，其纤维都会互相黏结，使得接触面积降低，不是性能不好就是寿命太短。虽然蝙蝠侠不差钱，但在现实生活中还是无法拥有蝙蝠护臂手套。
蝙蝠靴
这是一件科技含量相对比较低的装备，除了其中的蝙蝠发信器。蝙蝠是利用超声波进行回声定位和猎食的，相互之间也会利用超声波来通讯。所以，蝙蝠发信器利用超声波聚集蝙蝠，也不是不可能。当然，目前我们的仿生学还没做到这一点。
蝙蝠披风
这种披风的主体材料应该是导电纤维。蝙蝠侠的披风可能是由金属氧化物、有机物等导电物质与高聚物复合或共混纺丝制成的。这种材料具有耐摩擦、耐氧化及耐腐蚀的能力，而且可以吸收电磁波，达到隐身的目的。它还是一种记忆纤维，记忆纤维的特性就是在一定条件下，可以恢复其原来的样子。目前，比较好的记忆纤维是把记忆合金混入纤维之中，可见，其导电性能也来自合金。现在用得比较多的是镍钛合金，还有电控纤维。电控纤维不起皱、不缩水，洗多少遍都行——这不就省钱了嘛。不过，蝙蝠侠全身都是钛合金，蛮值钱的哟。
武器
蝙蝠侠的腰带上有一大堆飞镖、爪钩枪、缆绳发射器、爆炸凝胶喷射器、电锯、激光枪、电磁枪、液压器、黏胶定时炸弹发射器等武器，其中最厉害的应是激光枪。激光枪的主要作用是让敌人僵硬，从而失去反抗能力。电磁枪是一种已经存在的武器，具有初速控制灵活、精度高、射程远等优点。它利用驱动线圈和弹丸之间的磁耦合机制工作，首先驱动线圈放电，产生脉冲强磁场；然后，弹丸感应出电流，感应电流在脉冲强磁场的作用下会产生电磁力，弹丸在电磁力的作用下加速前进。
交通工具
蝙蝠车、蝙蝠摩托、蝙蝠飞机、蝙蝠直升机、蝙蝠艇、蝙蝠水上摩托等各种交通工具，其实本质上和现在的交通工具区别不太大，最多就是安装了更多的武器，而且跑得更快、外形更拉风了。
如果想成为蝙蝠侠都需要做什么？
很简单，首先要有10亿美元，当然如果没有这么多钱也不是不能办，档次降低一些就好了：头盔和盔甲可以用塑料材质；披风可以用化纤材料裁剪，内部放置一些钢丝撑起来；交通工具不太好做，所以就当出门没开车吧；至于激光枪，就把激光笔装在玩具槍里，反正也不是真的要扶危济困。总之，能用3D打印的就打印。
其实，蝙蝠侠之所以能成为超级英雄，更多依靠的是他的智慧、勇敢，以及坚持正义的品格。
在电影《蝙蝠侠大战超人》中，蝙蝠侠继续帅得拉风，尽管在现实生活中想成为超人是不可能的，但要成为蝙蝠侠还是有可能的。当然，要成为蝙蝠侠，装备是很重要的。如果没有韦恩工业的高科技装备，蝙蝠侠充其量也不过是个武士罢了。那么，蝙蝠侠都有什么装备呢？