迷人的材料書目介紹

2021-03-04 05:31:07 字數 4582 閱讀 8537

導讀我們活在物質的世界裡,我們也活在非物質的世界裡。當我們常將「物質」(消費主義)掛在嘴邊時,我們卻往往對構成我們周遭環境的各種「物質」(建構整個文明的基礎材料)視而不見。茶杯、噴氣發動機到家用電器、**,我們的生活充滿了材料。

但你想過沒有,為什麼玻璃是透明的?是什麼讓橡皮筋有彈性?為什麼曲別針會彎曲?

為什麼不鏽鋼不生鏽?為什麼某一種材料做成的東西會長那樣?鋁和鋼有什麼差別?

同為塑料,聚乙烯和聚丙烯有什麼不一樣?玻璃為什麼是透明的?巧克力的口感從何而來?

馬克·公尺奧多尼克將這些隱藏在材料科學背後的故事都記錄在了他的新書《迷人的材料》中。在書裡,他挖掘了10種材料的發明動機,探索了其背後的材料科學之謎,以及人是用怎樣高明的技術把它們製造出來的。更重要的是,他向我們揭示了材料的意義:

材料如何用它們的屬性塑造了整個人造世界、如何影響我們的價值觀、如何讓我們成為我們。

作者簡介

馬克·公尺奧多尼克:倫敦大學學院材料科學教授,英國皇家工程學會會士,入選《泰晤士報》「英國百大影響力科學家」。他樂於為大眾講解材料科學,且廣受歡迎,曾擔任多部紀錄片的主持人,包括英國國家廣播公司第二台(bbc2)製作的《發明的天才》。

2023年,他獲邀在科普界最負盛名的英國皇家科學院聖誕講座進行演講。

他也是倫敦大學學院製成研究中心主任,這個中心有一座材料館,收藏了地球上最神奇的一些物質,並和多所博物館共同推出互動節目,合作夥伴包括泰特現代美術館(tate modern),黑沃德畫廊(hayward gallery)和威康收藏館(well***e collection)等。

文章結構

作者在書中詳解了鋼鐵、紙、水泥、巧克力、泡沫、塑料、玻璃、石墨、瓷、人造骨骼等10種材料。

各章介紹

第一章:不屈不撓的鋼(steel)

現代生活中,鋼已經成為我們生活中不可缺少的一種重要材料,隨處可見。但鋼的形成過程卻是經歷了乙個長期複雜的過程,是金屬不斷演化的過程。從銅器,到青銅器(銅錫合金),到鐵器,到鋼(碳鐵合金),金屬越來越硬。

馬克思曾說,人與動物最大的區別在於會使用工具。因此,工具發展史也就成了人類發展史的乙個註腳。人類文明則先後經歷了舊石器時代、新石器時代、銅器時代(商周)、鐵器時代(戰國至工業社會)直到現代社會更豐富多元的新材料時代。

舊石器就是用現成的石頭、骨頭作工具;新石器則稍微把石頭與骨頭加工一下。銅器時代開始,則是因為自然界的銅資源熔點低,易於開發,但銅硬度不夠,直到人類能夠冶煉更高的溫度,才開始有了更堅硬的鐵器。鐵+碳=鋼,鐵+鉻=不鏽鋼。

金屬的發展經歷了乙個漫長的探索過程。在石器時代,金屬非常罕見,銅和金是當時僅有的金屬**,因為地殼上只有這兩種金屬是自然存在的,其他都必須從礦石中提煉,而地殼上的鐵也絕大部分來自天上的隕石。相比石頭、木頭這些工具,金屬具有無可比擬的優點——堅硬並可鍛造。

金屬加熱後會流動且具有可塑性,並且越敲越強韌,但只要放入火中加熱,就能反轉整個過程,讓金屬變軟,可以隨意改變其形狀,就可以根據需求製造各種金屬工具。

工業社會來臨前,鋼鐵冶煉主要憑藉經驗,碳加多了會變脆,加少了則變軟,因此造出好劍的概率很小,中國的幹將、莫邪才會名垂千古。正是由於造出好鋼的概率太小,一直以來男人刮鬍子都沒有刀片可用,必須定期去理髮店,師傅還要時不時用皮革打磨剃刀。其實,皮革是起不到磨刀作用的,關鍵在於皮革上面加了耐磨的瓷粉,這層瓷粉會改變剃刀刀鋒的分子結構,讓邊緣的鋼鐵分子重新排列整齊,從而變得更鋒利。

直到2023年,美國人吉列實現了刀片量產,理髮店的這項業務才漸漸消亡。

金屬發展過程其實是合金的發展過程,通俗來講,就是往一種金屬裡新增少量的其他金屬,形成合金,就會改變金屬的顏色、硬度等等。合金通常比純金屬堅硬,原因是金屬是由晶體組成,晶體內是駁雜的線條,稱為「位錯」,它能讓金屬改變形狀。而合金之所以更堅硬,是因為外來院子的大小和化學性質與原本的不同,因此嵌入後就會擾動原本金屬晶體的物理和電子結構,讓位錯更難移動。

鋼就是一種非常特別的合金,鋼是加了碳的鐵,比青銅還硬。但是如果加入的碳過多,例如比例達到百分之四而非百分之一,那麼形成的鋼就極為易碎,不能拿來做工具和**。

拿武士刀來說,主體部分是有韌性的低碳鋼,刃的部分主要是鋒利的高碳鋼,這樣的組合使得一把刀既有鋒利的刀刃,又能經受住一次一次的撞擊而不容易斷。

而不鏽鋼的發明又是一次偶然。一戰期間,布雷爾利(harry brearley)受僱鑽研合金,以便改良槍管。他就不斷嘗試往鋼裡加不同的元素,比如鋁,比如鎳。

每天試一種,不行的材料扔角落裡。有一天他發現那一堆廢料裡有一種沒有生鏽,那就是世界上第一塊不鏽鋼。

不鏽鋼的出現,可以說對我們的生活影響巨大,簡直就是現代世界的縮影,雖然才出現短短一百年,但已經成為我們最熟悉的金屬。布雷爾利最後用不鏽鋼做成餐具,讓我們的舌頭永遠碰不到鐵,唾液無法跟金屬反應,從此人類再也不會受到餐具味道的影響,可以安心的享受美食了。

第二章:值得信賴的紙

古代中國有四大發明,其中最重要的可能就是造紙術了。沒有紙就沒有書,沒有書就沒有知識的堡壘。沒有知識的累積,也就沒有了文化傳承與演進。

紙是人類最熟悉的老朋友,除了書,紙還以報紙、信封、**(相紙)、禮品包裝、購物小票、服裝紙袋、車票、紙幣等角色陪伴著每乙個人的成長。儘管隨著數字技術的發展,現代社會越來越「去紙化」,書報、**、紙幣等都電子化了,但我們生活中無時無刻不在跟紙打交道。這其實常常讓我們忘了,在人類歷史上的大多數時候,紙都是稀有的奢侈品,那麼紙到底是什麼呢?

平時大家看到的紙,尤其是筆記紙,看起來平整、光滑、毫無縫隙,但實際上紙是由一大群極微小的纖維壓疊而成的,就像乾草堆一樣,只是它們的尺度太細微了。

大部分的紙張來自於樹木,通過「去木質素」——把木材壓成水平再摻入多種化學物質,然後用高溫高壓烹煮,以打斷木質素內的鍵結,釋放出纖維素——過程,獲得纖維素,也被成為木漿,就是液態的木材,然後把木漿放在平坦的表面上晾乾,就會得到紙張。

初加工的紙是棕色的,非常粗糙,往往需要使用化學漂白劑,並加入細緻的白粉,例如被稱為白堊(e)的碳酸鈣。然後再加入其它塗料,防止墨水沾到紙上暈開。

這一章作者扯了很多不同的紙,但是更多從人文的角度講紙可以用來紀念過去傳遞感情,比如包裝紙、信封、衛生紙、紙袋、封面紙、車票等等。比較有趣的是講到超市小票和電子墨水。

超市小票的材料是一種熱敏紙(thermal *****), 紙裡面本來就有顯色用的染料,叫做隱性染料(leuco dye)。這種染料遇酸會髮色,不然就是無色的。酸和染料都嵌入在紙裡,而當列印小票的時候,紙片上的特定位置被加熱,是的酸和染料反應,從而顯色。

這個解決了油墨的問題。電子墨水用的是亞努斯粒子,就是微粒的兩個半球的性質不一樣,或許有不同的顏色,不同的電性,等等。

第三章:作為基礎的混凝土

水泥,顧名思義,水+泥。水泥不可能完全乾掉,因為泥分子(如矽酸鈣)將水分子困在其中,有點像果凍,但比果凍的含水量要少得多。

水泥,光看名字就low到爆。其實,水泥是現代社會不可或缺的重要材料,沒有水泥(鋼筋混凝土),就沒有摩天大樓。水泥也是技術含量不低的材料,水與灰的比例稍有失衡,就會導致豆腐渣工程。

水多了,硬度不夠;水少了,泥化成灰。覺得水泥太土的人,別忘了,名滿天下的雪梨水上歌劇院就是水泥澆築而成。

古羅馬帝國的輝煌也在很大程度上歸功於水泥與鐵。亞平寧半島有天然的鐵礦和水泥資源,鐵讓古羅馬軍隊有領先於周邊國家乙個時代的鐵製兵器,水泥讓古羅馬建築得以氣勢恢巨集。羅馬萬神殿的水泥穹頂穿越2000多年的歷史長河,至今依然屹立不倒,也是當今世界最大的無柱穹頂。

反觀中國的古建築,唉,經常是一把火就化作了灰。最古老的中國建築當屬長城,但現存的長城主要是明長城,最早的春秋戰國時期的長城是土質結構,太容易就風化掉了,石質的明長城耐久度更高一些,但修建效率比水泥可差遠了,動不動工期就要數十年。水泥是澆築模式,而磚石是堆砌模式,液體材料顯然要比固體材料的可塑性更高、一體性更強。

水泥並非無懈可擊,隨著四季變換,水泥會熱脹冷縮。時間一長,水泥內部分子結構就會遭到破壞,隨之開裂。

水泥向鋼筋混凝土的進化,不是化學家的功勞,而是花匠的貢獻。2023年代,巴黎園藝師在製作花盆的時候,發現在水泥花盆中加入鋼絲,花盆的耐久度更好。後來化學家發現,水泥與鋼鐵有相同的膨脹係數,鋼鐵的韌性彌補了水泥的缺點。

第四章:美味的巧克力

可可脂晶型的改變就是為什麼有的巧克力有鏡面有的巧克力非常鬆軟的關鍵原因。貓貓狗狗不能吃巧克力哦,因為他們不能代謝可可鹼。

第五章:不可思議的發泡材料

泡沫的誕生**於這樣乙個奇葩的想法,如果把果凍中的水分都抽掉,會剩下乙個什麼結構呢?

一直以來,通過加熱蒸發的方法都沒法得到完整的結構,因為水分消失的同時,結構也被破壞了,所以會出現萎縮的情況。有人想到,把果凍放在高壓鍋裡加熱,讓水分瞬間變成氣體,保持結構的內外氣壓相同,然後就發現了泡沫這種結構。泡沫在隔熱與緩衝方面的應用前景無量,上至太空梭下至運動鞋底,都有泡沫材料的身影。

第六章:充滿創造力的塑料

塑料的廣泛應用與撞球有不解之緣。如果不是美國太愛玩撞球,而象牙又太稀缺,也許塑料的應用還要再等上幾年。沒有塑料,也就沒有膠片,更沒有電影可看了。

這一章估計作者已經寫疲乏了,所以用電影劇本的方式寫了8個場景。人類對synthetic material的追逐和探索,都是源於替換天然材料的動機。這裡是為了替換用象牙做的撞球。

而化學合成早期誰都能買到各種化學品原料**都能開反應,真的是太瘋狂了。

第七章:透明的玻璃

玻璃,這種現在那麼常見的材料,被作者寫出花來了!從沙漠裡偶然形成的閃電熔岩(fulgurite),到用於裝飾教堂的彩色玻璃,到生產可以吹製的玻璃酒瓶,一直到透明玻璃杯促使lagar啤酒的誕生,由玻璃發展出的望遠鏡和顯微鏡對西方的科學發展的推進,真的是,太讓人驚嘆了!

第八章:堅不可摧的碳材料

第九章:精緻的瓷器

迷人的秋色

東明縣陸圈鎮姚寨小學五年級于浩琛 我喜歡秋天,對秋景是情有獨鍾。你看,秋天的到來,到處都有秋姑娘的傑作。信步走進公園,只見兩行引人注目的楓林像衛兵似的整齊地排列在路的兩邊。樹上的楓葉紅豔豔的,如同早上的太陽一般,散發出火紅的光,與夕陽的餘暉相互輝映,充滿了無限生機。看著這般景象,我不禁吟起詩來 停步...

迷人的夏夜

我喜歡五彩繽紛的春天,迷人的夏夜,果實纍纍地秋天和白雪皚皚的冬天。但是在它們當中,我最喜歡迷人的夏夜。走在的小路上,抬頭看看天空,高空中掛著一輪又圓又亮的月亮。這皎潔圓圓的月亮彷彿是盞明燈,驅走了黑暗 又像乙個潔白無瑕的白玉盤 還像中秋節那讓人吃了一口回味無窮的月餅。在明月的身邊還有一群群星星調皮地...

迷人的秋天 作文

秋天,雖然不像百花盛開的春天那樣有生氣,也不像綠樹成陰的夏天處處充滿生機,但它卻以誘人的秋色和金黃的果實吸引著人們。秋天是迷人的,我愛秋天。早晨,空氣是那樣清新,天空是那樣迷離。太陽已經公升得高高的,讓我們更加溫暖了。她的萬道金光愉快地親吻著我的面頰,那麼溫柔,那麼真摯,就像是一位慈愛的祖母愛撫著她...