走进材料世界

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  人类文明的发展阶段是这样划分的:石器时代,青铜时代和铁器时代,从此可以看出材料对我们而言有多么根本和重要,人类社会没一个新时代都是因为一种新材料出现而促成的。20世纪常被歌颂为硅时代,这是因为材料科学的突破带来了硅芯片和信息革命。但这个说法忽略了其他五花八门的崭新材料,它们同样改写了现代人的生活。比如说产品和服装设计师用塑料彻底改变了我们的住宅和穿着。铝合金和镍超合金让我们制造出喷气飞机,使得飞行从此变得便宜。
  材料虽然遍布我们周遭,却往往面貌模糊,隐匿在我们生活的背景中,毫不显眼。绝大多数金属灰散发光泽,但有多少人能分辨铝和钢的差别。塑料更让人困惑,谁晓得聚乙烯和聚丙烯有什么差别。但是更根本的问题是谁在乎?伦敦大学学院材料科学教授,英国皇家工程学会会士马克·米奥多尼克说他在乎。他在伦敦大学学院制成研究中心有一座材料馆,收藏了地球上最神奇的一些物质,此外,马克还想告诉众人为什么材料非常重要,曾担任多部纪录片的主持人,此外他写了一本书《迷人的材料》。
  既然材料构成了万物,马克说这样的话他从哪里开始讲起都可以,因此,他选了一张他在屋顶喝咖啡的照片作為这本书的起点和灵感来源,从照片中挑了10种材料:钢、纸、混凝土、巧克力、塑料、玻璃、瓷器、发泡材料、碳材料和植入物,他挖掘了这10种材料当初发明的动机,揭开其背后的材料科学之谜。更重要的是,他会告诉你为何少一物便不能成世界。
  你可能会觉得一本讲材料分子构成的书得有多枯燥啊,其实不然,而且正好相反,作者的讲述非常有趣,比如他说在石器时代,金属非常罕见,地壳上只有铜和金是自然存在的,其他的都得靠提炼。地壳上也有铁,但是绝大部分是来自天上的陨石。然后作者笔锋一转说,关于从天而降的铁,没有人比家住波斯尼亚北部的拉伊奇体会更深了。在2007年到2008年,他家至少5次遭陨石击中。在统计学上来说,发生这种事的概率实在是微乎其微,拉伊奇说外星人锁定了他家。听起来也蛮有道理的,他在2008年发表了这个看法,结果他家又遭陨石击中一次。
  通过阅读这本书,你会找到日常生活中你习以为常的事实背后的原因,比如,钞票是世上制作最繁复的纸,而且必须如此,为了防止伪造,纸钞有几项绝活。手相,它使用的材料和一般用纸不同,不是木质纤维素,而是纯棉。棉不仅让钞票更强韧,不会在洗衣机里分解,还改变了钞票的声音。清脆声是纸钞最明显的特征之一。
  书中讲述了材料发现发展的历史,比如园艺学家发明了钢筋混凝土。混凝土的韧度不够,因袭很容易开裂,不够巴黎园艺学家莫尼耶喜欢自己制作花盆。1867年的时候他想到了一个方法,就是在混凝土里加入钢圈。任何工程师在推测莫尼耶的尝试结果时,都会认为水泥和钢差异太大,膨缩幅度非常不同,应该会导致结构解体,或许正是因为如此,才没有工程师愿意尝试,反倒让园艺学家来做了,不过说来巧合,刚和混凝土的膨胀系数几乎完全相同,这是个小小的奇迹,一位名叫威尔金森的英国人也凑巧发现了这个神奇组合,钢筋混凝土时代从此到来。
  但是作者不但告诉你材料的历史,还讲述材料的未来,在混凝土一章还介绍了自愈合混凝土。科学家发现了一种生活在火山形成的强碱湖泊底层的细菌。这种名为巴氏芽孢杆菌的细菌会分泌方解石,也就是混凝土的成分之一。这种杆菌能够在掩饰生活数十年。自愈合混凝土就含有这种杆菌,并掺入杆菌会吃的某种淀粉。这些杆菌平常处于蛰伏状态,但是当混凝土出现裂缝,这些杆菌遇水就会开始寻找食物,吃掉淀粉后就会生长繁殖,并分泌方解石,把裂缝填满,使裂缝不太扩大。
  在日常生活的每一处我们都会选择材料以反映自己的价值观,从浴室、卧室到客厅都是如此。材料最明确的表现了人类的需求和渴望。
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